高速ネットワークに対する最近の研究では、通信インフラのほとんどの部分に影響を与えられるアーキテクチャラルトレンドが注目されている.現在の主なテーマの1つはこの高速ネットワーク上で多様なサービスを統合することである.既存のトラヒックとは違い,最近の多くのサービスのトラヒック特性は正確に表せない.高速ネットワークには自己管理,回復の技術と共にサービス品質の維持や輻輳状態の回避,そしてネットワーク要素の変更を最小限とする動的な再構成能力があるべきであろう.従って,高速ネットワークに搭載されるアルゴリズムには幅広い適用性やトラヒック管理中にももっと適切なトラヒック管理ができる方法を探す学習能力などが必要になると思われる.多くの研究者たちは、これらの高速の新しいネットワークを管理するためには、既存の管理方式とは異なる方式が要求されることに対して異見がない.しかし、現在提案されているトラヒック管理やリソースマネージメントアルゴリズムは連続的に変動するトラヒックに対して適切に対処するのが難しく、且つネットワークが速くなればなるほど相対的に大きくなる伝播遅延の問題も解決されてない. 本論文ではこれらの問題に注目し、ATM基盤の広帯域ISDNで展開されるATMサービスの中でトラヒック特性の予測が難しいVBRおよびABRサービスを効率よく管理するためのリアルタイム総合トラヒック管理(Real-time Integrated Traffic Management;RITM)方式を提案する.提案のトラヒック管理技法はトラヒック監視機能に加え、各コネクションのサービス品質を損なうことなく、ネットワークリソースを割り当てるように設計する.特に、ATMネットワークで正しく動作するため、統合しなければならないトラヒック制御技法検討を行なう. 提案方式のユニークな要素であるATMセル制御ブロックでは、ATMトラヒックをリアルタイムで監視することができ、既存のアルゴリズムでセル到着率の測定から生じる遅延時間の問題を解決できる.なお、リアルタイム総合管理を行なうことにより、ネットワークリソースをセーブすることができ、優先度の高いサービスのQoSに影響を及ぼすことなく、ABRトラヒックをサービスすることもできる.即ち、RITMは効率的なデータ転送をするだけではなく、利用可能な時にリソースを利用するというABRサービス本然の目的を果たせる.一方、ABRサービスに割り当てられたネットワークリソースは、優先度の高いトラヒックやdelay-sensitiveトラヒックがそれを必要とする時には再び返還され、どんなネットワーク状況でもユーザコネクションに信頼性のあるQoSを提供するというVBRサービスの目的もかなえられる. 一方、ネットワークノードへ入ってくるATMセル全体をリアルタイムで管理することにより、あるネットワーク状況の下で受容できるユーザコネクション数を決めることもできる.決められたこの最適のコネクション数はネットワークが輻輳状態に落ちることを事前に防ぐために、またコスト性能のいいATMスイッチバッファを設計するためのしきい値として用いられる.上記の特性から提案方式は既存のATMシステムアーキテクチャを変えることのなく、delay-sensitiveやloss-sensitiveアプリケーションを同時に支援することができると思われる. 帯域要求やセル遅延、セル損失率等のユーザからの多様な要求が存在するATMネットワークでは、ユーザコネクションへのQoSを満たしながら様々なトラヒックソースから発生するATMセルを統計的に多重化するため、コネクション受付制御をはじめとし、帯域管理、輻輳制御、使用量パラメーター制御、そして優先制御等のトラヒック管理技術がITU-T及びATMフォーラムから勧告されている.しかし、ネットワークを通過するVBR及びABRトラヒックに一定レベルのサービスを保証することはトラヒックソースの大きく変わる統計特性を考えれば非常に難しく、膨大な作業である. Policingを始めとしてトラヒック制御機能はGCRA(Generic Cell Rate Algorithm)とかウインドウ制御メカニズムによって実行できると思われるが、ATMセル監視や制御及びリソース管理を行なう最もよい方法とは断言できない.これは、受け入れたコネクションに対し、正確なトラヒック制御を成し遂げるためには相当のバッファが必要であり、且つセル損失率に厳しいトラヒッククラスに対し、ネットワーク輻輳時に他トラヒッククラスよりセル損失率を軽減させるのに、一層複雑なバッファスペース優先制御機能を設けなければならないためである.従って、ATMトラヒック管理はもっと複雑となり、全体的にセル処理遅延が大きくなる.また、ほかにも主な理由としては、VBR及びABR、もしくはLANエミュレーションや典型的IP over ATM等のバースト性のあるアプリケーションに対し、予め決められたサービス品質を提供するため、ネットワークリソースの大半が無駄に使われることが挙げられる.これらの問題は、バッファ監視技法を採用して解決できるが、これはまたトラヒック管理を更に複雑にする.なお、現存のトラヒック管理機能を用い、ネットワーク全体のリソース利用率をリアルタイムで測定するのは非常に難しい.例えば、GCRAはバッファの占有率に基づき、増減パラメータ(リーキレートと同等)を調整することでセル到着率を抑えるトラヒック制御アルゴリズムであり、ATMセルの監視に使用するには相当のインプットバッファの設置やこれに伴う処理遅延の問題を避けることはできない. ATMトラヒック管理技術が抱えている上記の問題を解決するために、本論文はリアルタイム総合トラヒック管理及び仮想ゼロセルロスプロトコル(V-ZCLP)を提案するとともに、ATMセル制御ブロック、ルックアップテーブル、監視データ処理部などの設計方針に関する検討を行なう.提案のリアルタイム総合トラヒック管理技法の基本的な発想はトラヒック管理機能を3個所に分担することである.即ち、RITMはユーザデータセルを実際に監視及び制御するユニット(ACCB)やトラヒック管理情報を更新するためにトラヒックに関する統計資料を計算するユニット(MDPP)、そしてトラヒック管理情報が書き込まれるルックアップテーブルから構成されている. トラヒック監視情報はトラヒック管理技法を設計及び運用する時、取り入れるべき要素を決めるためには欠くことのできない情報である.即ち、トラヒック監視機能は受付けられたコネクションに適切なQoSを支援し、かつ効率的で信頼性のあるトラヒック管理を総合的にそしてリアルタイムで行なうための必須条件である.そこで提案の方式はセルクロックで駆動するセルカウンタを用いて入ってくるデータセルを監視するとともに、ルックアップテーブルに設定されたセル制御情報に基づきトラヒック管理を行なうように設計されている.一方、データセルの監視結果はB-ISDN参照モデルのATMコントロールプレーンに設けられたソフトウェア機能ユニットであるMDPPに選択的に報告することになっている.この報告機能に基づき、MDPPではセル到着率をチェックし、対応のユーザコネクションのトラヒックに関する統計情報を計算する.このMDPPには、ネゴシエーションパラメータが登録されており、理想的なシステムパフォーマンスを得るための新しいトラヒック管理情報を求める.ATMノードに入力されるトラヒックパターンがある既定値を超えて変化すると、新しく求められたトラヒック管理情報がルックアップテーブルの方に送られる. MDPPは前のトラヒック監視結果に基づいて求められる最適のトラヒック管理情報を持ってルックアップテーブルを更新しているため、ACCBはただこのルックアップテーブルを参照することでユーザトラヒックを管理することが可能になる.従って、トラヒックを監視するためのバッファを設ける必要がなくなり、これがトラヒック制御の観点から見られるRITMと従来のトラヒック制御アルゴリズムとの大きな相違点である.さらに、ハードウェアの構成が非常に単純であるため、ACCBは物理レイヤからセルヘッダ情報を受けると同時にセル制御シグナルを発生することができる.このような特徴から、最適なトラヒック管理が可能となり、コストパフォーマンスの良いATMスイッチシステムを設計することができると思われる. 提案の総合管理技法の信頼性のある監視技能やネットワーク資源の効率的な割当技能につき、シミュレーションによる検証を行なった.コンピュータシミュレーションを用いた性能評価では、提案の方式がどの程度統計多重効率を向上するか、どの程度バッファサイズを減らすか、そしてネットワーク全帯域をどのように効率的に管理しているのかの問題に注目する.シミュレーション結果から、提案のリアルタイム総合トラヒック管理技法は、ATMネットワークユーザへの満足できるサービス品質の提供能力や高い多重利得の取得、そしてネットワーク輻輳状態の事前防止などの面で優れた性能を表わしていることを確認した. |