DE60034504T2

DE60034504T2 - Vorrichtung zur Weiterleitung von Paketen und Verfahren zum Setzen von Paketprioritäten

Info

Publication number: DE60034504T2
Application number: DE2000634504
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Chiyoda-ku KOHZUKI; Takeshi Chiyoda-ku AIMOTO; Yoshihiko c/o Hitachi Ltd. Int.Prop. Chiyoda-ku SAKATA
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: US6912225B1; EP1798915A1; EP1798915B1; JP3733784B2; EP1054544B1; EP1054544A2; DE60034504D1; EP1054544A3; US20050207419A1; US8165123B2; JP2000332787A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(1) Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Paketweiterleitungsvorrichtung, die mit einem Paketweiterleitungsnetz verbunden ist, und insbesondere auf eine Verkehrsformungseinheit, die in der Paketweiterleitungsvorrichtung vorgesehen ist.
(2) Beschreibung des Standes der Technik:
In der Paketweiterleitung, die in einem Netz wie etwa im Internet oder dergleichen genutzt wird, unterteilt ein Nutzer Informationen in Datenblöcke (Nutzinformationsdaten) mit einer Länge von etwa mehreren zehn Bytes bis etwa zehntausend Bytes. Diese Datenblöcke werden als Pakete weitergeleitet, zu denen in Übereinstimmung mit den für jedes Kommunikationsprotokoll bestimmten Formaten Köpfe hinzugefügt werden, die jeweils Zielinformationen und Steuerinformationen enthalten.
Die Pakete haben für alle Protokolle eine andere Länge. Es sind solche bekannt, bei denen alle Pakete wie im Fall eines IP (Internetprotokolls) eine variable Länge haben, und jene, die jeweils wie etwa im ATM (Asynchronen Übertragungsmodus) eine feste Länge haben. In letzter Zeit werden auf ein öffentliches Paketnetz preiswerte Dienste angewendet. Die Aufmerksamkeit konzentriert sich auf ein Virtuelles Privates Netz (VPN), in dem mehrere private Netze über ein öffentliches Paketnetz miteinander verbunden sind.
In 2 ist ein Diagramm der Verbindungen zwischen Unternehmensnetzen über ein öffentliches Netz gezeigt.
In 2 sind ein privates Netz A41 und ein privates Netz B42 über ein öffentliches Netz 40 miteinander verbunden. Wenn über ein öffentliches Netz Übermittlungen ausgeführt werden, geht jeder Anwender normalerweise vor der Paketweiterleitung mit einem Manager für das öffentliche Netz einen Vertrag für eine Sendebandbreite und für Paketweiterleitungsprioritäten ein.
Wenn der Vertrag zwischen jedem der Anwender und dem Manager des öffentlichen Netzes abgeschlossen worden ist und ein Endgerät Pakete an das öffentliche Netz zu übertragen oder weiterzuleiten beginnt, überwacht eine Paketweiterleitungsvorrichtung 402, die sich am Eintritt des öffentlichen Netzes befindet, für jedes Endgerät eine Sendebandbreite, um die Priorität von Paketen von einem Endgerät, das den Inhalt des Vertrags verletzt, zu verringern oder um Verletzungspakete zu verwerfen. Diese Überwachungsfunktion auf Seiten des öffentlichen Netzes wird als UPC (Nutzungsparametersteuerung) bezeichnet. Selbst wenn ein Paket während der Übermittlungen verworfen wird, ist ein empfangendes Endgerät normalerweise mit einer Funktion zum Erkennen des Auftretens eines verworfenen Pakets und zum Anfordern einer erneuten Sendung des Pakets zu einem sendenden Endgerät versehen, während das sendende Endgerät mit der Funktion zum erneuten Senden des Pakets versehen ist. Somit gibt es schließlich keine Weglassung von Informationen. Allerdings ist es erwünscht, das Auftreten des Paketverwerfens zu vermeiden, da dies zu einer starken Zunahme der Übertragungsverzögerung und zu einer Stauung von Netzen wegen erneut gesendeter Pakete führen könnte.
Somit muss eine Paketweiterleitungsvorrichtung 401, die Pakete an das öffentliche Netz sendet, die Pakete gemäß der Steuerung einer Sendebandbreite in der Weise senden, dass die Pakete nicht durch die UPC des öffentlichen Netzes verworfen werden. Die Funktion zum Steuern dieser Paketsendebandbreite wird als Verkehrsformungsfunktion bezeichnet oder einfach Formungsfunktion genannt. Es kann Fälle geben, in denen für das sendende Endgerät eines Anwenders oder für einen Austrittsabschnitt eines öffentlichen Netzes zum Senden von Paketen an ein privates Netz sowie für die oben beschriebene direkt mit dem öffentlichen Netz verbundene Paketweiterleitungsvorrichtung eine Formungseinheit erforderlich ist, um die Formungsfunktion zu realisieren.
Der für jeden Anwender durch das öffentliche Netz bereitgestellte Dienst, d. h. der zwischen dem Anwender und dem Manager des öffentlichen Netzes abgeschlossene Vertrag, ist grob in einen Vertrag, gemäß dem Pakete gesendet werden, nachdem eine vorgegebene Bandbreite in dem öffentlichen Netz immer sichergestellt ist, und in einen Vertrag vom Typ des besten Bemühens, gemäß dem Pakete weitergeleitet werden, ohne eine Bandbreite in einem öffentlichen ATM-Netz sicherzustellen, klassifiziert. Das Erstere ist geeignet für die Übertragung von Sprache oder dergleichen, da das Paket immer mit einer vorgegebenen Bandbreite übertagen werden kann, ohne durch die Verkehrsmenge für andere Anwender in dem öffentlichen Netz beeinflusst zu werden. Das Letztere ist normalerweise preiswerter als ein Vertrag mit fester Bandbreite, obgleich eine Übertragungsverzögerung je nach der Verkehrsmenge für andere Anwender zunehmen könnte oder Pakete in dem Netz verworfen werden könnten. Dies wird für die Übertragung von Bündeldaten- oder Ausbruch datenverkehr wie etwa FTP (Dateiübertragungsprotokoll), E-Mail usw. verwendet.
In letzter Zeit ist eine Klasse vorgeschlagen worden, die eine vorgegebene Bandbreite selbst dann garantiert, wenn ein öffentliches Netz belegt ist, während sie der Vertrag vom Typ des besten Bemühens ist. Im ATM wird dies "GFR (Garantierte Rahmenrate)" genannt. In dieser Klasse werden die minimale garantierte Bandbreite und die maximale Sendebandbreite vor der Übertragung von Paketen vertraglich vereinbart. Wenn das öffentliche Netz nicht belegt ist, werden die Pakete mit der maximalen Sendebandbreite weitergeleitet, während Pakete, die der minimalen garantierten Bandbreite entsprechen, selbst dann sicher übertragen werden, wenn das Netz belegt wird.
RFC 2475 beschreibt eine Paketweiterleitungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein Verfahren zur Realisierung der Formungseinheit ist z. B. in "Traffic Shaping Device" beschrieben worden, die in der japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldung Nr. Hei 9-307566 (Stand der Technik 1) offenbart worden ist. Der Stand der Technik 1 hat einen ATM beschrieben. Insbesondere wird ein in dem ATM genutztes Paket fester Länge allgemein als "Zelle" bezeichnet. Im Stand der Technik 1 sind für alle Vertragseinheiten (z. B. VC: Virtuelle Verbindungen), bei denen es erwünscht ist, die Formung auszuführen, Warteschlangen vorgesehen. Bei der Sendung der Zellen wird eine Zeit berechnet, zu der bei einer VC mit gesendeten Zellen die nächste Zelle gesendet werden kann, (im Folgenden "geplante Sendezeit" genannt) und unter Verwendung einer binären Baumstruktur gespeichert.
In diesem Fall werden die geplanten Sendezeiten bei der jeweiligen VC unten in einem binären Baum gespeichert. Weiter gehen VC mit früher geplanten Sendezeiten, die jenen entsprechen, die auf einer Zeitbasis in der Vergangenheit liegen, nach oben, während sie über andere hinausgehen und schließlich die VC mit der frühesten geplanten Sendezeit ausgewählt wird. Somit wird eine geplante Sendezeit, die einem der Werte unten in dem binären Baum entspricht, für die mit der höchsten Priorität zu sendende VC oben in dem binären Baum gespeichert.
Die Berechnung und die Sortierung jeder geplanten Sendezeit werden selbst dann, wenn eine Zelle in einem von auf das Senden wartenden Zellen freien Zustand empfangen wird, sowie bei einer Zellensendung ausgeführt. Da die Sortierung unter Verwendung eines Sortierergebnisses ausgeführt werden kann, das durch die binäre Baumstruktur bei der vorhergehenden Zellensendung angegeben wird, kann somit die VC, die mit einer höchsten Priorität zu senden ist, in einer Verarbeitungszeit in der Größenordnung von log{VC-Nummer} ausgewählt werden.
In den Paketen, die an einen Kommunikationsweg oder -kanal gesendet werden, sind wichtige Pakete und Pakete, die nicht besonders wichtig sind, in gemischter Form vorhanden. Die wichtigen Pakete sind hier Pakete für Verkehre, die für die Übertragung mit niedriger Verzögerung wie etwa "telnet" usw. benötigt werden, während die Pakete, die soweit nicht wichtig sind, Pakete für Verkehre sind, die wie im Fall der E-Mail selbst dann, wenn die Verzögerung zunimmt, unter weniger Einfluss versetzt werden.
Es ist wichtig, eine solche Prioritätssteuerung auszuführen, dass dann, wenn auf diese Weise die wichtigen Pakete und die soweit nicht wichtigen Pakete in gemischter Form vorhanden sind, die wichtigen Pakete selbst dann, wenn das Netz überfüllt ist, vorzugsweise vor den anderen gesendet werden. Somit enthält ein Kopf des normalen Pakets ein Feld zur Angabe der Priorität des Pakets. Zum Beispiel wird für ein IP-Paket ein TOS-Feld (Diensttypfeld) vorbereitet, während für eine ATM-Zelle ein CLP-Bit (Zellenverlustprioritätsbit) vorbereitet wird. Im Interesse der Einfachheit wird die Priorität im Folgenden übrigens als zwei Stufen, hohe Priorität und niedrige Priorität, erläutert. Allerdings kann jedem IP-Paket außerdem eine weiter detaillierte Priorität zugeteilt werden. Ferner wird ein Paket, dem eine hohe Priorität zugewiesen worden ist, als ein Paket hoher Priorität beschrieben und ein Paket, dem eine niedrige Priorität zugewiesen worden ist, als ein Paket niedriger Priorität beschrieben.
Wenn die herkömmliche Formungseinheit auf den Dienst vom Typ des besten Bemühens angewendet wird, der eine Bandbreitengarantie ausführt, werden alle Pakete mit hoher Priorität gesendet. Die Priorität jedes Pakets hoher Priorität, das die Garantiebandbreite überschritten hat, wird durch die UPC-Funktion verringert. Da zu dieser Zeit das Paket hoher Priorität und das Paket niedriger Priorität bestimmt werden, ohne die oben beschriebenen wichtigen Pakete oder unwichtigen Pakete zu berücksichtigen, könnte ein wichtiges "telnet"-Paket dem Paket niedriger Priorität zugewiesen werden oder könnte ein Web-Paket, das nicht besonders wichtig ist, dem Paket hoher Priorität zugewiesen werden. Dies ist keine für Anwender erwünschte Prioritätszuweisung.
Es ist leicht, in der Formungseinheit die wichtigen Pakete den Paketen hoher Priorität zuzuweisen und die unwichtigen Pakete den Paketen niedriger Priorität zuzuweisen. Falls die Formung jedoch nicht in der Weise ausgeführt wird, dass die Sendebandbreite für Pakete hoher Priorität unter die garantierte Bandbreite fällt, wird die Priorität durch die UPC zufällig verringert. Somit ist dies für die Anwender ebenfalls keine wünschenswerte Prioritätszuweisung. Ferner kann die garantierte Bandbreite nicht effektiv genutzt werden, wenn die Verkehrsmenge für wichtige Pakete klein ist. Da ein Hauptziel zum Ausführen der Abrechnung die garantierte Bandbreite ist, ist es wichtig, dass die garantierte Bandbreite vollständig effektiv genutzt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Formungseinheit, in der unter Paketen, die an dasselbe Ziel gesendet werden, Pakete, die vorzugsweise zu senden sind, mit einer garantierten Bandbreite gesendet werden, die vor der Paketübertragung vertraglich vereinbart wird, wobei dann, wenn es eine Zuteilung für eine Kanalbandbreite gibt, Nichtprioritätspakete in der Weise gesendet werden, dass eine Bandbreite, die der Summe einer Sendebandbreite für die Prioritätspakete und einer Sendebandbreite für die Nichtprioritätspakete entspricht, unter die vor der Paketübertragung vertraglich vereinbarte maximale Übertragungsbreite fällt.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Formungseinheit, in der eine Prioritätszuweisung ausgeführt wird, die für die oben erwähnten Anwender erwünscht ist, wobei einige Pakete, die nicht besonders wichtig sind, als Pakete hoher Priorität gesendet werden, um dadurch die garantierte Bandbreite effektiv zu verwenden.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Formungseinheit, die einen GFR-Dienst bewältigen kann, der eine Bandbreitengarantie in Einheiten von Paketen der oberen Schicht in einem ATM-Netz ausführt.
Zur Lösung der oben erwähnten Aufgaben schafft die vorliegende Erfindung eine Paketweiterleitungsvorrichtung und ein Verfahren zum Setzen der Priorität von Paketen gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen.
Es wird eine Formungseinheit, die sich in der Leitungsschnittstelle einer Paketweiterleitungsvorrichtung befindet, mit einer Warteschlange zum Speichern von Paketen hoher Priorität (im Folgenden eine "Prioritätswarteschlange" genannt) und mit einer Warteschlange zum Speichern von Paketen niedriger Priorität (im Folgenden eine "Nichtprioritätswarteschlange" genannt) für jeden Anwender geschaffen. Die Prioritätswarteschlange und die Nichtprioritätswarteschlange können für jeden Anwender eine nach der anderen vorbereitet werden. Alternativ können für jede Prioritätsklasse mehrere Warteschlangen vorhanden sein.
Außerdem ist die Formungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Rechner für geplante Sendezeiten zum Berechnen einer geplanten Sendezeit eines Kopfs oder eines vordersten Pakets in auf das Senden wartenden Paketen, die in jeder Prioritätswarteschlange gespeichert sind, um eine garantierte Bandbreite aufrechtzuerhalten, zum Berechnen einer geplanten Sendezeit eines vordersten Pakets in auf das Senden wartenden Paketen, die in jeder Nichtprioritätswarteschlange gespeichert sind, als eine sofortige gesendete Zeit, und zum Berechnen einer geplanten Sendezeit, die einer Sendebandbreite (maximalen vertraglich vereinbarten Bandbreite) entspricht, die die beiden Bandbreiten der Prioritätswarteschlange und der Nichtprioritätswarteschlange integriert, versehen. Ferner enthält die Formungseinheit eine Prioritätsinformations-Ergänzungsschaltung zum Zuteilen einer hohen Priorität zu einem Paket, das aus der Prioritätswarteschlange ausgelesen wird, und zum Zuteilen einer niedrigen Priorität zu einem Paket, das aus der Nichtprioritätswarteschlange ausgelesen wird. Wegen des Rechners für geplante Sendezeiten und der Prioritätsinformations-Ergänzungsschaltung können wichtige Pakete als Pakete hoher Priorität mit einer garantierten Bandbreite gesendet werden und können Nichtprioritätspakete als Pakete niedriger Priorität mit einer verbleibenden Bandbreite, die die Differenz der maximalen vertraglich vereinbarten Bandbreite und der garantierten Bandbreite ist, gesendet werden.
Der Rechner für geplante Sendezeiten kann bei Berechnung einer geplanten Sendezeit für die Prioritätswarteschlange auf eine Warteschlangenlänge (die Anzahl gespeicherter Pakete) jeder Prioritätswarteschlange Bezug nehmen und eine sofortige Sendezeit als die geplante Sendezeit berechnen, ohne eine garantierte Bandbreite aufrechtzuerhalten, wenn eine vorgegebene Menge oder mehr Mengen von Paketen gespeichert sind. Somit ist es möglich, eine solche Erscheinung zu vermeiden, dass die Anzahl der in der Prioritätswarteschlange gespeicherten Pakete zunimmt, da die Formung ausgeführt wird, wodurch die Pakete von der Warteschlange überlaufen.
Zur Lösung der obigen zweiten Aufgabe ist die Prioritätsinformations-Ergänzungsschaltung in der vorliegenden Erfindung mit der Funktion versehen, einem auf das Senden wartenden Paket, das aus der Nichtprioritätswarteschlange ausgelesen wird, eine hohe Priorität zuzuteilen, wenn kein auf das Senden wartendes Paket in der Prioritätswarteschlange vorhanden ist, selbst wenn die Zeit zum Senden eines Pakets von der Prioritätswarteschlange erreicht ist. Somit wird selbst dann, wenn die Verkehrsmenge für das wichtige Paket klein ist, die gesamte garantierte Bandbreite auf die Sendung von Prioritätspaketen angewendet, wodurch die garantierten Bandbreiten effektiv verwendet werden können.
Zur Lösung der obigen dritten Aufgabe enthält die Formungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung die Funktion, eine letzte Zelle eines Pakets der oberen Schicht (im Folgenden EOP-Zelle (Paketende-Zelle) genannt) erst dann zu erfassen und die oben beschriebene Verarbeitung bei der Sendung oder beim Empfang des IP-Pakets auszuführen, wenn die EOP-Zelle gesendet oder empfangen wird. Somit ist es möglich, Zellen in Einheiten eines zu der oberen Schicht gehörenden Pakets zu senden und zu empfangen und eine an den GFR-Dienst angepasste Formung auszuführen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer Ausführungsform einer Verkehrsformungseinheit zeigt, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
2 ist ein Diagramm, das Verbindungen zwischen Unternehmensnetzen über ein öffentliches Netz veranschaulicht.
3 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer Ausführungsform einer Paketweiterleitungsvorrichtung zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Format eines IP-Pakets zeigt.
5 ist eine Tabelle, die Auswahlregeln für eine in einem Rechner 13 für geplante Sendezeiten vorgesehene Wähleinrichtung 132 zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Speicherformat eines Arbeitsspeichers 122 zeigt, der in einem Speicher 12 für geplante Sendezeiten vorgesehen ist.
7 ist ein ausführlicher Blockschaltplan der Schaltung 12 des Speichers für geplante Sendezeiten.
8 ist ein konzeptionelles Diagramm eines Formungszeitgebers, der unter Verwendung eines Zählers mit einer endlichen Anzahl von Bits konfiguriert ist.
9 ist ein Ablaufplan zur Bestimmung einer geplanten Sendezeit beim Paketempfang.
10 ist ein Ablaufplan zur Bestimmung einer geplanten Sendezeit bei der Paketsendung.
11 ist ein Ablaufplan für die Aktualisierung eines Zeitgültigkeitsmerkers.
12 ist ein konzeptionelles Diagramm, das Beispiele einer Sendebandbreite für die Formungseinheit 1 und zu sendende Pakete zeigt.
13 ist ein Blockschaltplan, der eine Konfiguration einer Ausführungsform einer GFR-Verkehrsformungseinheit veranschaulicht, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
14 ist eine Tabelle, die Auswahlregeln für eine in einem Rechner 73 für geplante Sendezeiten vorgesehene Wähleinrichtung 732 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
3 zeigt eine Konfiguration einer Paketweiterleitungsvorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird.
Im Folgenden wird ein Paket als ein IP-Paket beschrieben. Ein Format des IP-Pakets ist in 4 gezeigt.
Anhand von 3 ist eine Paketweiterleitungsvorrichtung 98 mit öffentlichen Netzen 99-1 bis 99-3 verbunden. Die Paketweiterleitungsvorrichtung 98 umfasst Leitungsschnittstellen 2-1 bis 2-3, die dem Typ der damit verbundenen Leitung (Ethernet, ATM, Frame Relay usw.) entsprechen, Paketverarbeitungseinheiten 3-1 bis 3-2, um jeweils die nächsten Übertragungsziele zu bestimmen, und einen Kreuzschienenschalter 8 zum Weiterschalten der mehreren Paketverarbeitungseinheiten.
Während die mehreren Leitungsschnittstellen 2-1 und 2-2 in 3 durch einen Bus 9 mit einer Paketverarbeitungseinheit 3-1 verbunden sind, kann eine Leitungsschnittstelle so konfiguriert sein, dass sie mit einer Paketverarbeitungseinheit verbunden ist. Während die mehreren Paketverarbeitungseinheiten 3-1 bis 3-2 in 3 ebenfalls durch den Kreuzschienenschalter 8 miteinander verbunden sind, kann die Anzahl der Paketverarbeitungseinheiten als eine konstruiert sein. In diesem Fall wird der Kreuzschienenschalter 8 unnötig.
Nachfolgend wird der Betrieb der Paketweiterleitungsvorrichtung 98 beschrieben, die darin ein Paket empfängt, ein Sendeziel wiedergewinnt und ein Paket zu einer dem Ergebnis der Wiedergewinnung entsprechenden Leitung sendet oder weiterleitet.
Ein von dem öffentlichen Netz 99-2 empfangenes Paket wird über die Leitungsschnittstelle 2-2 und über den Bus 9 an eine Paketsendeeinheit 4 in der Paketverarbeitungseinheit 3-1 gesendet. Die Paketsendeeinheit 4 speichert das empfangene Paket vorübergehend in einem Paketpuffer 5 und meldet einen Kopf, in den für die Leitweglenkung notwendige Informationen wie etwa eine Übertragungsziel-IP-Adresse des IP-Pakets wie in 4 gezeigt usw. geschrieben worden sind, an eine Leitwegwiedergewinnungseinheit 6.
Die Leitwegwiedergewinnungseinheit 6 liest anhand der Übertragungszieladresse in dem Kopf ein in einem Leitweglenkungsinformations-Speicher 7 gespeichertes Leitweglenkungsziel aus. Die Leitwegwiedergewinnungseinheit 6 meldet die aus dem Ergebnis des Auslesens erhaltenen Informationen über das Leitweglenkungsziel an die Paketsendeeinheit 4. Die Paketsendeeinheit 4 liest das entsprechende Paket aus dem Paketpuffer 5 aus und leitet das ausgelesene Paket an das von der Leitwegwiedergewinnungseinheit 6 gemeldete Leitweglenkungsziel weiter.
Je nach dem Ergebnis der Leitweglenkungsziel-Wiedergewinnung wird ein Paket über den Kreuzschienenschalter 8, über eine weitere Paketverarbeitungseinheit und über den Bus an seine entsprechende Leitungsschnittstelle übertragen. Andernfalls wird das Paket über den Bus 9 direkt an seine entsprechende Leitungsschnittstelle übertragen. Wenn das Paket z. B. an das öffentliche Netz 99-1 weitergeleitet wird, wird das Paket über den Bus 9 an die Leitungsschnittstelle 2-1 übertragen und durch eine Formungseinheit 1 geformt, um eine mit dem öffentlichen Netz 99-1 vertraglich vereinbarte Bandbreite aufrechtzuerhalten oder einzuhalten, worauf die Sendung über eine Bitübertragungsschicht-Verarbeitungseinheit 111 an das öffentliche Netz 99-1 folgt. Wenn das Paket an ein privates Netz gesendet wird, ist die Notwendigkeit für die Formung allgemein gering.
1 zeigt einen Blockschaltplan der in der Leitungsschnittstelle 2-1 vorgesehenen Formungseinheit 1.
Anhand von 1 umfasst die Formungseinheit 1 einen Paketpuffer 10 für die vorübergehende Warteschlangeneinreihung jedes Pakets, eine Warteschlangenentscheidungsschaltung 11 zum Entscheiden der Priorität jedes der empfangenen Pakete und zum Bestimmen einer Warteschlange für die Warteschlangeneinreihung des empfangenen Pakets, einen Speicher 12 für geplante Sendezeiten zum Speichern geplanter Sendezeiten von einer geplanten Sendezeit, die unter Verwendung einer binären Baustruktur für jede Warteschlange auf eine geplante Sendezeit für eine Warteschlange gesetzt wird, damit sie für jeden Anwender mit der höchsten Priorität gesendet wird, und geplanter Sendezeiten von einer geplanten Sendezeit, die unter Verwendung einer binären Baustruktur für jeden Anwender auf eine geplante Sendezeit für einen Anwender gesetzt wird, damit sie mit der höchsten Priorität gesendet wird, eine Sortierschaltung 17 zum Wählen der zu sendenden Warteschlange mit der höchsten Priorität unter Verwendung der in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten gespeicherten geplanten Sendezeiten in der binären Baumstruktur und um das Ergebnis davon wieder in den Speicher 12 für geplante Sendezeiten zurückzuschreiben, einen Rechner 13 für geplante Sendezeiten zum Berechnen einer geplanten Sendezeit für das entsprechende Ausgangsziel bei der Paketsendung und beim Paketempfang und zum Zuteilen des Speichers 12 für geplante Sendezeiten zum Halten oder Speichern der geplanten Sendezeit, die durch das Ergebnis der obigen Berechnung erhalten wurde, eine Paketausleseschaltung 14 zum Auslesen von Paketen von dem Paketpuffer 10, um sie in Übereinstimmung mit der geplanten Sendezeit für jede in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten gespeicherte Warteschlange zu senden, eine Prioritätsinformations-Ergänzungsschaltung 15, um jedem zu sendenden Paket Prioritätsinformationen (hohe Priorität oder niedrige Priorität) zuzuteilen, und einen Zeigeber 16 zum Angeben der gegenwärtigen Zeit.
Der Paketpuffer 10 umfasst Prioritätswarteschlangen 100, die für jeden Anwender vorhanden sind, z. B. eine Prioritätswarteschlange 100-1 für einen Anwender 1 und eine Prioritätswarteschlange 100-2 für einen Anwender 2, wie sie in 1 gezeigt sind, um Prioritätspakete, die in einer garantierten Bandbreite zu senden sind, in eine Warteschlange einzureihen, und Nichtprioritätswarteschlangen 101, um Nichtprioritätspakete, die zu senden sind, wenn ein Netz nicht belegt ist oder eine Bandbreite außerhalb der garantierten Band breite verfügbar ist, in eine Warteschlange einzureihen. Diese Warteschlangen sind gemäß ähnlichen Regeln wie für die Prioritätswarteschlangen in 1 mit den Bezugszeichen 101-1 und 101-2 bezeichnet.
Der Rechner 13 für geplante Sendezeiten umfasst einen Rechner 130 für Sofort-Auslesezeiten zum Berechnen einer geplanten Sendezeit 1300, die dazu verwendet wird, das entsprechende Paket vom Zeitpunkt des Paketempfangs oder der Paketsendung sofort zu senden, einen Rechner 131 für Auslesezeiten garantierter Bandbreite zum Berechnen einer geplanten Sendezeit 1310, die dazu verwendet wird, ein solches Sendeintervall aufrechtzuerhalten, dass die garantierte Bandbreite nicht überschritten wird, eine Wähleinrichtung 132 zum Auswählen des Schreibens einer der zwei geplanten Sendezeiten 1300 und 1310 in den Speicher 12 für geplante Sendezeiten oder zum Nichtschreiben beider in den Speicher 12 für geplante Sendezeit, und einen Rechner 133 für Auslesezeiten maximaler Bandbreite zum Berechnen einer geplanten Sendezeit, die dazu verwendet wird, ein solches Sendeintervall aufrechtzuerhalten, dass die maximale vertraglich vereinbarte Bandbreite nicht überschritten wird.
Genauer beschrieben berechnet der Rechner 130 für Sofort-Auslesezeiten die geplante Sendezeit 1300 unter Verwendung der von dem Zeitgeber 16 gemeldeten gegenwärtigen Zeit 1600 wie folgt:
geplante Sendezeit 1300 = gegenwärtige Zeit + 1
Das heißt, wenn keine Pakete von anderen Warteschlangen zu senden sind, wird das entsprechende Paket sofort gesendet. Ferner berechnen der Rechner 131 für Auslesezeiten garantierter Bandbreite und der Rechner 133 für Auslesezeiten maximaler Bandbreite die ge plante Sendezeit 1310 gemäß einem solchen Algorithmus, dass Pakete selbst dann im Durchschnitt mit einer vertraglich vereinbarten Bandbreite gesendet werden können, wenn geplante Sendezeiten für mehrere VC miteinander konkurrieren, was Schwankungen verursacht. Falls z. B. der in "The ATM Forum TM4.0" beschriebene Leaky-Bucket-Algorithmus oder dergleichen verwendet wird, werden die oben erwähnten Schwankungen absorbiert und können Pakete im Durchschnitt mit der vertraglich vereinbarten Bandbreite gesendet werden.
In 6 bzw. 7 sind ein Speicherformat des Speichers 12 für geplante Sendezeiten und ein ausführlicher Blockschaltplan davon gezeigt.
Wie in 6 gezeigt ist, sind in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten für jede Warteschlange eine geplante Sendezeit 30, ein Zeitgültigkeitsmerker 31, der angibt, dass die geplante Sendezeit 30 gültig ist, und ein Paketgültigkeitsmerker 32, der angibt, dass in der Warteschlange ein auf das Senden wartendes Paket gespeichert ist, gespeichert.
Wie in 7 gezeigt ist, umfasst der Speicher 12 für geplante Sendezeiten ferner einen Arbeitsspeicher 122 zum Speichern von Informationen über die geplante Sendezeit, eine Arbeitspeichersteuereinheit (einen Speicher für geplante Sendezeiten) 120 zum Erzeugen eines Steuersignals für den Arbeitspeicher 122 und zum Senden der aus dem Arbeitspeicher 122 ausgelesenen Daten an jeden Schaltungsblock und eine Zeitgültigkeitsmerker-Erneuerungsschaltung 121 zum Bestimmen, ob die in dem Arbeitspeicher 122 gespeicherte geplante Sendezeit 30 ein effektiver Wert ist oder nicht und zum Aktualisieren des Zeitgültigkeitsmerkers 31.
Es wird nun die Bedeutung des Zeitgültigkeitsmerkers beschrieben. Der Zeitgeber 16 zum Bestimmen einer Formungszeit ist normalerweise als ein Zähler mit einer endlichen Anzahl von Bits konstruiert. In diesem Fall gibt er aber für jede Konstante oder für jeden festen Zyklus, der gemäß der Anzahl der Bits des Zählers bestimmt wird, dieselbe Zeit an. Das heißt, selbst wenn in dem Arbeitsspeicher 122 eine gegebene geplante Sendezeit gespeichert ist, kann nicht bestimmt werden, ob die gegebene Zeit die richtige geplante Sendezeit oder eine falsche Zeit (lange in der Vergangenheit) angibt, bei der der Zähler über einen Zyklus oder über eine Periode heraufgezählt worden ist. Der Zeitgültigkeitsmerker 31 wird dazu verwendet, zwischen den zwei zu unterscheiden. Der Zeitgültigkeitsmerker 31 ist ein Merker, der auf '1' gesetzt wird, wenn die geplante Sendezeit 30 die richtige Zeit angibt, und der auf '0' gesetzt wird, wenn die geplante Sendezeit 30 die falsche Zeit angibt, zu der der Zähler über einen Zyklus heraufgezählt worden ist.
Es werden die Operationen der Formungseinheit 1 erläutert, die ausgeführt werden, wenn über den Bus 9 ein Paket von der Paketsendeeinheit 4 empfangen wird, um das Paket an die entsprechende Ausgangsleitung zu senden. Die Sortierschaltung 17 führt die Sortierung übrigens ähnlich dem im Stand der Technik 1 gezeigten Sortierverfahren aus.
(1) Paketempfangsoperation:
Die Paketempfangsoperation gibt jetzt die Operation zu der Zeit an, zu der die Formungseinheit 1 über den Bus 9 ein Paket von der Paketsendeeinheit 4 empfängt.
Wenn die Formungseinheit 1 ein Paket darin empfängt, bestimmt die Warteschlangenentscheidungsschaltung 11 zunächst, ob das empfangene Paket in seine entsprechende Prioritätswarteschlange 100 oder Nichtprioritätswarteschlange 101 eingereiht werden soll. Im Fall eines IP-Pakets wird die Bestimmung der Warteschlange z. B. unter Verwendung von Informationen, die den Informationen in den in 4 schraffiert gezeigten Feldern entsprechen, wie etwa dem Diensttyp, der Paketlänge, dem Protokolltyp, der SIP (Quell-IP-Adresse) der DIP (Ziel-IP-Adresse) usw. ausgeführt, die in einem Kopf jedes empfangenen Pakets liegen.
Wenn die Warteschlange für die Warteschlangeneinreihung des empfangenen Pakets bestimmt worden ist, wird das empfangene Paket in die Warteschlange in dem Paketpuffer 10 eingereiht. Gleichzeitig mit der Warteschlangeneinreihung des empfangenen Pakets wird an den Rechner 13 für geplante Sendezeiten ein Signal 1100 gesendet, das die Warteschlange angibt, in die das empfangene Paket eingereiht worden ist. Der Rechner 13 für geplante Sendezeiten liest aus dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten die geplante Sendezeit 30, den Zeitgültigkeitsmerker 31 und den Paketgültigkeitsmerker 32 in Bezug auf die Warteschlange aus, in die das empfangene Paket eingereiht worden ist.
In 5 sind Betriebsregeln für die in dem Rechner 13 für geplante Sendezeiten vorgesehene Wähleinrichtung 132 gezeigt und in 9 ist ein Ablaufplan beim Empfang gezeigt.
Wenn der Paketgültigkeitsmerker = 1 ist (siehe Schritt 50 in 9), heißt das, dass wenigstens ein Paket bereits in die Warteschlange eingereiht worden ist und eine geplante Sendezeit für das erste auf das Senden wartende Paket davon berechnet worden ist. Somit wird die geplante Sendezeit nicht aktualisiert. Wenn der Paketgültigkeitsmerker = 0 ist und wenn der Zeitgültigkeitsmerker = 0 ist (siehe Schritt 51 in 9), soll das empfangene Paket in eine unbesetzte Warteschlange eingereiht werden und soll die geplante Sendezeit aktualisiert werden, da die gespeicherte geplante Sendezeit ungültig wird, da bereits eine ausreichende Zeit verstrichen ist. Wenn der Paketgültigkeitsmerker = 0 ist und der Zeitgültigkeitsmerker = 1 ist, gibt die gespeicherte geplante Sendezeit eine gültige Zeit an.
Wenn die gespeicherte geplante Sendezeit im Vergleich zu der gegenwärtigen Zeit in der Zukunft liegt (siehe Schritt 52 in 9), wird die geplante Sendezeit nie aktualisiert, um zu verhindern, dass ein Formungsintervall verschmälert wird. Wenn die gespeicherte geplante Sendezeit dieselbe Zeit wie die gegenwärtige Zeit ist oder im Vergleich zu der gegenwärtigen Zeit in der Vergangenheit liegt, ist bereits ein Intervall, das das Formungsintervall übersteigt, gebildet worden. In diesem Fall kann die geplante Sendezeit aktualisiert werden, da das Formungsintervall selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn ein Paket bereits ausgelesen worden ist.
Alle Erneuerungen der geplanten Sendezeiten beim Paketempfang sind für die Ausführung des sofortigen Paketauslesens bestimmt.
Somit wird die durch den Rechner 130 für Sofort-Auslesezeiten berechnete geplante Sendezeit 1300, wenn die geplante Sendezeit aktualisiert wird, in einem Gebiet oder Bereich 30 für geplante Sendezeiten in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten überschrieben (siehe Schritt 53 in 9). Da die entsprechende Warteschlange das Paket darin empfangen hat, wird der Paketgültigkeitsmerker 32 immer auf 1 gesetzt. Die für jeden Anwender gesetzte geplante Sendezeit wird gemäß ähnlichen Regeln wie oben ebenfalls geändert.
Obgleich die geplante Sendezeit für diejenige Warteschlange, von der ein Paket mit der höchsten Priorität gesendet werden soll, wie oben beschrieben ebenfalls in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten gespeichert ist, besteht eine Möglichkeit, dass die Warteschlange mit der höchsten Priorität geändert worden ist, da die geplante Sendezeit 30 und der Paketgültigkeitsmerker 32 gemäß dem Paketempfang aktualisiert worden sind. Somit führt die Sortierschaltung 17 auf der Grundlage der aktualisierten Informationen eine Sortierung aus, um eine Warteschlange mit der höchsten Priorität auszuwählen.
(2) Paketsendeoperation:
Die Paketsendeoperation gibt nun die Operation des Sendens eines Pakets von der Formungseinheit 1 an ihre entsprechende Ausgangsleitung an. Die Paketsendung wird asynchron zu dem Paketempfang ausgeführt.
Die Paketausleseschaltung 14 in 1 liest für jeden Anwender, für den die Paketsendung mit der höchsten Priorität ausgeführt werden soll, die geplante Sendezeit 30, den Zeitgültigkeitsmerker 31 und den Paketgültigkeitsmerker 32 aus, die alle in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten gespeichert worden sind. Es wird beurteilt, dass ein Anwender nur dann Pakete senden kann, wenn der Paketgültigkeitsmerker (32) = 1 ist, wenn der Zeitgültigkeitsmerker (31) = 1 ist und wenn die geplante Sendezeit (30) ≤ gegenwärtige Zeit ist, d. h., wenn die geplante Sendezeit in der Vergangenheit oder in der Gegenwart liegt. Da selbst das Paket für die mit der höchsten Priorität zu sendende Warteschlange in einem nicht sendefähigen Zustand ist, ist es anderenfalls nicht möglich, Pakete von allen Warteschlangen zu senden.
Bei der Sendung eines mit der höchsten Priorität zu sendenden Anwenderpakets liest die Paketausleseschaltung 14 nachfolgend eine geplante Sendezeit 30, einen Zeitgültigkeitsmerker 31 und einen Paketgültigkeitsmerker 32 für ein mit der höchsten Priorität für den entsprechenden Anwender zu sendendes Anwenderpaket aus. Das Paket wird nur dann ausgelesen, wenn der Paketgültigkeitsmerker 32 = 1 ist, wenn der Zeitgültigkeitsmerker 31 = 1 ist und wenn die geplante Sendezeit 30 ≤ gegenwärtige Zeit ist. Anderenfalls wird kein Paket von irgendeiner Warteschlange gesendet. Wenn eine Prioritätswarteschlange und eine Nichtprioritätswarteschlange für denselben Anwender beide in einem lesbaren Zustand sind, wird durch die ideale Prioritätssteuerung zwangsläufig ein Paket für die Prioritätswarteschlange gesendet.
Ein durch die Paketausleseschaltung 14 aus dem Paketpuffer 10 gelesenes Paket wird an die Prioritätsinformations-Ergänzungsschaltung 15 übertragen, wo die Prioritätsinformationen zu dem Paket ergänzt werden. Die Prioritätsinformationen repräsentieren im Fall eines IP-Pakets ein Diensttypfeld (den Diensttyp in 4) und im Fall einer ATM-Zelle ein CLP-Bit. Die Prioritätsinformations-Ergänzungsschaltung 15 teilt einem von der Prioritätswarteschlange 100 ausgelesenen Paket eine hohe Priorität zu und teilt einem von der Nichtprioritätswarteschlange 101 ausgelesenen Paket eine niedrige Priorität zu und sendet das Paket an seine entsprechende Ausgangsleitung.
Wenn das Paket gesendet wird, wird die geplante Sendezeit 30 für das nächste in dieselbe Warteschlange eingereihte Paket aktualisiert. Bei der Paketsendung wird an den Rechner 13 für geplante Sendezeiten ein Signal 1400 gesendet, das den Typ der Warteschlange der gesendeten Zelle angibt.
5 zeigt die Betriebsregeln für die in dem Rechner 13 für geplante Sendezeiten vorgesehene Wähleinrichtung 132 und 10 zeigt einen Ablaufplan beim Senden.
Wenn das gesendete Paket einem aus einer Prioritätswarteschlange ausgelesenen Paket entspricht, wählt die Wähleinrichtung 132 das Ergebnis der Berechnung 1310 durch den Rechner 131 für Auslesezeiten garantierter Bandbreite aus, um eine garantierte Bandbreite aufrechtzuerhalten (siehe Schritt 54-1 in 10). Da ein sofortiges Auslesen ausgeführt werden kann, wenn ein von einer Nichtprioritätswarteschlange ausgelesenes Paket gesendet wird, wählt die Wähleinrichtung 132 das Ergebnis der Berechnung 1300 durch den Rechner 130 für Sofort-Auslesezeiten aus (siehe Schritt 54-2 in 10). Die gewählte geplante Sendezeit wird in ihrem entsprechenden geplanten Bereich 30 für geplante Sendezeiten des Speichers 12 für geplante Sendezeiten überschrieben. Gleichzeitig wird in ihrem entsprechenden Bereich für geplante Sendezeiten ebenfalls eine von An wender zu Anwender geplante Sendezeit aktualisiert und überschrieben.
Wenn eine Warteschlange wegen der Sendung des Pakets leer wird (Warteschlangenlänge = 0), wird in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten der Paketgültigkeitsmerker = 0 gespeichert. Wenn die Warteschlange nicht geleert wird (die Warteschlangenlänge > 0 ist), selbst wenn das Paket gesendet wird, wird der Paketgültigkeitsmerker 32 (= 1) in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten nicht aktualisiert und wird der Zeitgültigkeitsmerker in einem Zustand "1" aufrechterhalten.
(3) Zeitgültigkeitsmerker-Aktualisierungsoperation:
In der vorliegenden Erfindung wird ein Zeitgeber verwendet, der eine wie in 8 gezeigte Struktur besitzt.
Ein gegebener Zeitwert in einem Zeitgeber 89 mit einer endlichen Anzahl von Bits gibt die gegenwärtige Zeit 80 an. Dieser Wert wird mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit heraufgezählt und nimmt in Uhrzeigerrichtung zu. Die Heraufzählgeschwindigkeit hängt von einer Bandbreite einer Sendezielleitung ab. Ein Bereich, in dem die gegenwärtige Zeit 80 bereits verstrichen ist, entspricht einem Vergangenheitsbereich 81 und ein Bereich, den die gegenwärtige Zeit 80 noch nicht ereicht hat, entspricht einem Zukunftsbereich 82. An einem Berührungsbereich des Vergangenheitsbereichs 81 und des Zukunftsbereichs 82 ist ein unsicherer Bereich 83 vorgesehen, der nicht der gegenwärtigen Zeit 80 entspricht. Der unsichere Bereich 83 ist ein Bereich, der weder der Vergangenheits- noch der Zukunftsbereich ist und wird von der gegenwärtigen Zeit aus gezählt immer in einem vorgegebenen Abstand (Zeitabstand) gehalten.
Falls der unsichere Bereich 83 nicht vorgesehen ist, entsteht eine Unzweckmäßigkeit der Art, dass eine geplante Sendezeit, die zu einer bestimmten Zeit in der Vergangenheit gehalten wird, allein durch einen Zeitzuwachs zu einer zukünftigen Zeit führen würde, sodass keine richtige Formung ausgeführt werden kann. Die in dem Arbeitsspeicher 122 gespeicherte geplante Sendezeit 30 führt zu einer Zeit in dem Vergangenheitsbereich 81, ohne aktualisiert zu werden. In der vorliegenden Erfindung wird der Zeitgültigkeitsmerker auf '0' gebracht, wenn die Zeit weiter zunimmt und die geplante Sendezeit 30 dadurch eine Zeit in dem unsicheren Bereich 83 erreicht.
Anhand eines in 11 gezeigten Ablaufplans wird der Betrieb der in dem Speicher 12 für geplante Sendezeiten vorgesehenen Zeitgültigkeitsmerker-Erneuerungsschaltung 121 erläutert.
Die Zeitgültigkeitsmerker-Erneuerungsschaltung 121 liest zunächst eine geplante Sendezeit 30, einen Zeitgültigkeitsmerker 31 und einen Paketgültigkeitsmerker 32 aus, die für jede Warteschlange von dem Arbeitsspeicher 122 gesetzt worden sind (siehe Schritt 55 in 11).
Wenn der ausgelesene Zeitgültigkeitsmerker (31) = 0 ist, werden alle Informationen nicht aktualisiert, da bereits beurteilt worden ist, dass die geplante Sendezeit 30 ungültig ist (siehe Schritt 56 in 11). Wenn der Zeitgültigkeitsmerker (31) = 1 ist und die geplante Sendezeit 30 in dem unsicheren Bereich 93 nicht vorhanden ist, werden alle Informationen nicht aktualisiert, da die geplante Sendezeit 30 noch gültig ist (siehe Schritt 57 in 11).
Wenn der Zeitgültigkeitsmerker (31) = 1 ist, die geplante Sendezeit 30 in dem unsicheren Bereich 93 liegt und der Paketgültigkeitsmerker (32) = 1 ist, gibt es immer noch ein auf das Senden wartendes Paket, sodass der Zeitgültigkeitsmerker nie auf 0 gebracht wird. In diesem Fall wird die geplante Sendezeit auf eine von der gegenwärtigen Zeit in dem Vergangenheitsbereich am weitesten entfernte Zeit erhöht (siehe 94 in 9) und in den Arbeitsspeicher 122 zurückgeschrieben. Der Zeitgültigkeitsmerker und der Paketgültigkeitsmerker bleiben beide auf 1 gehalten und werden ohne ihre Erneuerung in den Arbeitsspeicher 122 zurückgeschrieben (siehe Schritte 58-1 und 59 in 11). Wenn der Zeitgültigkeitsmerker (31) = 1 ist, die geplante Sendezeit 30 in dem unsicheren Bereich 93 liegt und der Paketgültigkeitsmerker (32) = 0 ist, ist kein auf die Sendung wartendes Paket vorhanden. Somit werden die geplante Sendezeit und der Paketgültigkeitsmerker ohne ihre Aktualisierung in den Arbeitsspeicher 122 zurückgeschrieben und wird der Zeitgültigkeitsmerker auf 0 erhöht und in den Arbeitsspeicher 122 zurückgeschrieben (siehe Schritte 58-2 und 59 in 11).
Nachfolgend wird eine Beschreibung hinsichtlich der Zeitgebung der Zeitaktualisierung gegeben.
Falls eine bestimmte Warteschlange in dem unsicheren Bereich 93 ohne Aktualisierung gelassen wird, tritt die geplante Sendezeit in den Zukunftsbereich mit dem Zeitgültigkeitsmerker = 1 ein. In diesem Fall kann auf ähnliche Weise wie bei der Nichtbereitstellung des unsicheren Bereichs 83 keine richtige Formung ausgeführt werden. Somit ist es notwendig, an allen Warteschlangen in dem unsicheren Bereich die oben beschriebene Zeitgültigkeitsmerker-Aktualisierungs operation einmal oder mehrmals auszuführen. Dies kann leicht dadurch realisiert werden, dass die geplante Sendezeit in einem Zyklus aktualisiert wird, der kleiner oder gleich einer Zeitbreite des unsicheren Bereichs ist.
Obgleich 1 das Beispiel gezeigt hat, in dem sowohl die Prioritätswarteschlange 100 als auch die Nichtprioritätswarteschlange 101 für jeden Anwender eine nach der anderen vorhanden ist, können für jeden Anwender mehrere Prioritätswarteschlangen und mehrere Nichtprioritätswarteschlangen vorgesehen sein. Falls die Anzahl der Warteschlangen zunimmt, kann eine feinere Prioritätssteuerung der Art ausgeführt werden, dass selbst im Fall des gleichen E-Mail-Verkehrs z. B. eine E-Mail für einen Anwender A gegenüber einer E-Mail für einen Anwender B bevorzugt übertragen wird.
Wenn für jeden Anwender mehrere Prioritätswarteschlangen vorbereitet werden, müssen die Parameter für einen Leaky-Bucket-Algorithmus in der Weise gesetzt werden, dass eine garantierte Bandbreite zur Summe der Sendebandbreiten der mehreren Prioritätswarteschlangen führt. Ferner können dann, wenn mehrere Nichtprioritätswarteschlangen vorbereitet werden, als Steuerverfahren zum Steuern der Priorität zwischen den Nichtprioritätswarteschlangen z. B. eine ideale Prioritätssteuerung, in der alle Pakete in einer Warteschlange hoher Ebene gegenüber den anderen immer bevorzugt sind, oder eine gewichtete Round-Robin-Steuerung, in der die Pakete für eine Warteschlange hoher Ebene und für eine Warteschlange niedriger Ebene in einem vorgegebenen Verhältnis (z. B. 2:1) gesendet werden, angewendet werden.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der Formungseinheit wird die Formung an den Prioritätspaketen in der minimalen garantierten Bandbreite ausgeführt. Somit besteht dann, wenn die Eingangsbandbreite größer als die minimale garantierte Bandbreite ist, eine Möglichkeit, dass einige der Warteschlangen einen Überlaufstatus erhalten und übergelaufene Pakete verworfen werden könnten. Um diesen Status zu verhindern, kann die Funktion hinzugefügt werden, Pakete maximal zu senden, ohne die minimale garantierte Bandbreite aufrechtzuerhalten, wenn die Warteschlange wahrscheinlich überläuft.
Das Ergebnis der Berechnung durch den Rechner 131 für Auslesezeiten garantierter Bandbreite wird in der in 1 gezeigten Formungseinheit als eine geplante Sendezeit für das nächste Paket angewendet, wenn das Prioritätspaket gesendet wird. In diesem Fall kann die obige Funktion leicht durch Bezugnahme auf eine Warteschlangenlänge einer Prioritätswarteschlange und Ändern einer Auswahlbedingung gemäß der Warteschlangenlänge realisiert werden. Das heißt, die Bedingung der Wähleinrichtung 132 kann einfach in der Weise geändert werden, dass dann, wenn die Warteschlangenlänge der Prioritätswarteschlange größer als eine voreingestellte Schwelle ist, das Ergebnis der Berechnung durch den Rechner 131 für Auslesezeiten garantierter Bandbreite als eine geplante Sendezeit für das nächste Paket angewendet wird, und dann, wenn die Warteschlangenlänge der Prioritätswarteschlange größer als die Schwelle ist, das Ergebnis der Berechnung durch den Rechner 130 für Sofort-Auslesezeiten als eine geplante Sendezeit für das nächste Paket angewendet wird. Prioritätspakete, die einer Bandbreite entsprechen, die die garantierte Bandbreite übersteigt, werden durch die UPC auf der Netzseite nicht verworfen, falls sie mit niedriger Priorität gesendet werden.
Falls die Eingangsbandbreite für die Prioritätspakete klein ist, fällt eine Sendebandbreite für mit hoher Priorität zu sendende Pakete unter die garantierte Bandbreite. In diesem Fall kann die hauptsächlich für die Abrechnung bestimmte garantierte Bandbreite nicht effektiv genutzt werden. Um die garantierte Bandbreite effektiv zu nutzen, kann die Paketausleseschaltung 14 Pakete aus einer Nichtprioritätswarteschlange auslesen, wobei die Prioritätsinformations-Ergänzungsschaltung 15 diesen Nichtprioritätspaketen selbst dann hohe Priorität zuteilt, wenn in einer Prioritätswarteschlange kein auf das Senden wartendes Paket vorhanden ist, wenn die geplante Sendezeit für die Prioritätswarteschlange erreicht ist.
12 zeigt die Art, in der Pakete von der mit der oben beschriebenen Formungseinheit 1 versehenen Paketweiterleitungsvorrichtung 98 an das öffentliche Netz 99-1 gesendet werden.
Eine obere Hälfte von 12 gibt Zeitintervalle gesendeter Pakete an, wobei die horizontale Achse als eine Zeitachse gesetzt ist. Eine untere Hälfte von 12 gibt Änderungen der Sendebandbreite bei allen einzelnen Zeiten an.
Ein Anwender sendet Pakete mit einer Bandbreite zwischen der minimalen garantierten Bandbreite und der maximalen vertraglich vereinbarten Bandbreite (Bereich 1). Wenn die Anzahl der Anwender, die Pakete gleichzeitig senden, zunimmt, wird die Sendebandbreite für jeden Anwender verringert, fällt aber nicht unter die minimal garantierte Bandbreite (Bereich 2). Ferner nimmt die Sendebandbreite für jeden Anwender bis zu der maximalen vertraglich vereinbarten Bandbreite zu (Bereich 3), wenn die Anzahl der Anwender abnimmt. In jedem Fall werden Pakete hoher Priorität gesendet, was eine konstante oder feste Bandbreite sicherstellt, ohne von der Anzahl der Anwender abzuhängen. Pakete niedriger Priorität werden bei unbesetzter oder verfügbarer Bandbreite nur dann gesendet, wenn es eine Zuteilung für eine Bandbreite eines Kommunikationswegs oder -kanals gibt.
Als eine zweite Ausführungsform wird eine Formungseinheit für GFR beschrieben, die eine ATM-Zelle nutzt. 13 zeigt einen Blockschaltplan der Formungseinheit für GFR.
Die ATM-Zelle ist ein Paket mit einer festen Länge von 53 Bytes. Ein Paket für eine obere Schicht umfasst eine Gruppe von einer oder von mehreren Zellen. Wenn verschiedene Pakete in derselben VC miteinander gemischt werden, ist es für die Seite des empfangenden Endgeräts nicht möglich, die Begrenzung zwischen den Paketen zu identifizieren. Somit ist eine Zellenausleseschaltung 74 mit der Funktion zum ununterbrochenen Auslesen von Zellen, die zu demselben Paket der oberen Schicht gehören, und zum Senden desselben vorgesehen. Ferner bestimmt eine Warteschlangenentscheidungsschaltung 71 durch Bezugnahme auf VPI, VCI und CLP in einem Kopf jeder empfangenen ATM-Zelle eine Warteschlange für die Warteschlangeneinreihung jeder empfangenen ATM-Zelle.
Die letzte Zelle des Pakets der oberen Schicht kann durch einen Nutzinformationstyp (3 Bits) in einem Zellenkopf identifiziert werden. Wenn der Typ der Nutzinformationen als "000" oder "010" gegeben ist, gibt er die vorderste oder erste Zelle oder eine Zwischenzelle an. Wenn der Nutzinformationstyp als "001" oder "011" gegeben ist, gibt er die letzte Zelle an. Die anderen Werte geben an, dass die Zelle eine Managementzelle wie etwa eine OAM-Zelle oder eine RM-Zelle ist.
Der Betrieb für das Empfangen der ATM Zelle unterscheidet sich in den folgenden Punkten von dem für das Empfangen eines IP-Pakets.
Wenn ein Paket für eine obere ATM-Schicht empfangen wird, teilt eine SAR (Segmentierung und Wiederzusammensetzen) 78 zunächst das Paket in Datenblöcke, die jeweils 48 Bytes aufweisen, zu denen 5-Byte-ATM-Köpfe hinzugefügt werden, um ATM-Zellen zu bilden. Diese ATM-Zellen werden an die Warteschlangenentscheidungsschaltung 71 übertragen. Wenn die vorderste Zelle oder die Zwischenzelle des Pakets der oberen Schicht empfangen wird, aktualisiert die Warteschlangenentscheidungsschaltung 71 eine geplante Sendezeit, einen Zeitgültigkeitsmerker und einen Paketgültigkeitsmerker nicht. Die Warteschlangenentscheidungsschaltung 71 führt nur dann eine Aktualisierung der geplanten Sendezeit, des Zeitgültigkeitsmerkers und des Paketgültigkeitsmerkers aus, wenn die letzte Zelle des Pakets der oberen Schicht empfangen wird. Die Verarbeitung beim Empfang der letzten Zelle ist gleich den Regeln für das IP-Paket (siehe 14).
Nachfolgend wird ein unterschiedlicher Punkt zwischen der Sendung bei der Zelle und der Sendung beim IP-Paket erläutert.
Da eine Bandbreitengarantie an einem Paket der oberen Schicht ausgeführt werden muss, ist es notwendig, ununterbrochen Zellen auszulesen, wenn wie oben beschrieben die vorderste Zelle oder eine Zwischenzelle des Pakets der obersten Schicht gesendet wird. Dementsprechend liefert die Zellenausleseschaltung 74 in diesem Fall un abhängig davon, ob die Warteschlange, die eine Zelle gesendet hat, zu einer Prioritätswarteschlange oder zu einer Nichtprioritätswarteschlange gehört, in der Weise Anweisungen 7400, dass eine Wähleinrichtung 732 in einem Rechner 73 für geplante Sendezeiten das Ergebnis der Berechnung 7300 durch einen Rechner 730 für Sofortauslesezeiten als eine geplante Sendezeit auswählt. Wenn andererseits die letzte Zelle des Pakets der oberen Schicht gesendet wird, wird eine geplante Sendezeit gemäß den gleichen Regeln wie bei der IP-Paketsendung (siehe 14) ausgewählt.
Gemäß der IP-Paketformungseinheit 1 der vorliegenden Erfindung kann eine Formungseinheit für GFR wie oben beschrieben leicht dadurch konstruiert werden, dass zu der Bedingung für die Wähleinrichtung in dem Rechner für geplante Sendezeiten einfach die Bedingung, die auf der letzten Zelle und auf der ersten Zelle oder auf der Zwischenzelle beruht, hinzugefügt wird.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Formungseinheit geschaffen, in der wichtige Pakete als Pakete hoher Priorität mit einer garantierten Bandbreite gesendet werden können, und in der dann, wenn zwischen den wichtigen Paketen eine unbesetzte oder verfügbare Zeit vorhanden ist, unwichtige Pakete dicht als Pakete niedriger Priorität gesendet werden können. Somit können gemäß der vorliegenden Erfindung Pakete mit der maximalen Bandbreite übertragen werden, wenn ein Netz nicht belegt ist. Selbst dann, wenn das Netz belegt ist, können die wichtigen Pakete mit der garantierten Bandbreite übertragen werden, um dadurch die Bandbreite für einen Kommunikationsweg oder -kanal effektiv zu verwenden. Ferner können unwichtige Pakete als Pakete hoher Priorität gesendet werden, wenn die Verkehrsmenge für die wichtigen Pakete klein ist, sodass die garantierte Bandbreite maximal genutzt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine Formungseinheit für den GFR-Dienst geschaffen, die die UPC in Einheiten eines Pakets der oberen Schicht in einem ATM-Netz ausführt, wodurch Pakete der oberen Schicht mit der maximalen Bandbreite gesendet werden können, wenn ein Netz nicht belegt ist, und Prioritätspakete der oberen Schicht selbst dann mit einer garantierten Bandbreite gesendet werden können, wenn das Netz belegt ist.

Claims

Paketweiterleitungsvorrichtung (98, 401, 402), die mit einem Paketweiterleitungsnetz verbunden ist und umfasst: – eine Paketsendeeinheit (4) zum Bestimmen eines Sendeziels durch Bezugnahme auf Zielinformationen, die in einem Kopf jedes empfangenen Pakets beschrieben sind; und – mehrere Leitungsschnittstellen (2-1, 2-2, 2-3), wovon jede dem Typ der verbundenen Leitung entspricht; wobei wenigstens eine der Leitungsschnittstellen (2-1, 2-2, 2-3) eine Verkehrsformungseinheit (1) besitzt, wobei die Verkehrsformungseinheit (1) umfasst: – Prioritätswarteschlangen (100), wovon wenigstens eine für jeden Anwender vorbereitet ist, um darin Pakete zu speichern, die in einer garantierten Bandbreite gesendet werden sollen und die von der Paketsendeeinheit (4) empfangen werden; – Nichtprioritätswarteschlangen (101), wovon wenigstens eine für jeden Anwender vorbereitet ist, um darin Pakete zu speichern, die mit einer von der garantierten Bandbreite verschiedenen Bandbreite gesendet werden sollen und die von der Paketsendeeinheit (4) empfangen werden; – eine Warteschlangenentscheidungsschaltung (11), die die Funktion des Bestimmens eines Anwenders und der Priorität durch Bezugnahme auf anwenderabhängige Informationen bzw. auf Informationen über die Priorität, die beide im Kopf jedes der von der Sendeeinheit (4) empfangenen Pakete enthalten sind, und des Einreihens des Pakets entweder in die Prioritätswarteschlange (100) oder in die Nichtprioritätswarteschlange (101), die dem Anwender zugeordnet sind, besitzt; – eine Sortierschaltung (17) zum Auswählen einer Warteschlange (100, 101), von der ein Paket mit der höchsten Dringlichkeit gesendet werden sollte, durch Bezugnahme auf die geplanten Sendezeiten für jede der Warteschlangen (100, 101), die in dem Speicher (12) für geplante Sendezeiten gespeichert sind, und – eine Paketausleseschaltung (14) zum Auslesen von Paketen aus den Warteschlangen (100, 101) in Übereinstimmung mit der geplanten Sendezeit für jede der Warteschlangen (100, 101), die in dem Speicher (12) für geplante Sendezeiten gespeichert ist, und zum Senden dieser Pakete an eine mit der Leitungsschnittstelle (2-1, 2-2, 2-3) verbundene Leitung; gekennzeichnet durch – einen Rechner (13) für geplante Sendezeiten zum Berechnen einer geplanten Sendezeit für ein vorderstes der Pakete, die auf das Senden warten, in jeder der Warteschlangen (100, 101); – einen Speicher (12) für geplante Sendezeiten zum Speichern der geplanten Sendezeit für jede der Warteschlangen (100, 101) und einer geplanten Sendezeit für eine der Warteschlangen (100, 101), von der ein Paket mit der höchsten Priorität gesendet werden sollte, wobei jede der geplanten Sendezeiten durch den Rechner (13) für geplante Sendezeiten berechnet worden ist; und – eine Prioritätsinformation-Ergänzungsschaltung (15), zum Zuteilen von Prioritätsinformationen zu dem durch die Paketausleseschaltung (14) ausgelesenen Packet in Abhängigkeit von der Warteschlange (100, 101), aus der das Paket ausgelesen wird, wobei die Prioritätsinformation-Ergänzungsschaltung (15) Prioritätsinformationen, die eine hohe Priorität angeben, in einen Kopf eines ausgelesenen Pakets schreibt, wenn zu der geplanten Sendezeit für die Prioritätswarteschlange (100) in der Prioritätswarteschlange (100) kein Paket vorhanden ist, und das Paket von der Nichtprioritätswarteschlange (100) gesendet wird.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Prioritätswarteschlange (100) in mehreren Formen in Bezug auf denselben Anwender vorhanden ist und den mehreren Warteschlangen unterschiedliche Prioritäten zugewiesen sind und die Paketausleseschaltung (14) ein Paket aus einer Warteschlange mit höchster Priorität unter den Warteschlangen, in denen wenigstens ein auf das Senden wartendes Paket vorhanden ist, ausliest und das hiervon ausgelesene Paket sendet.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Nichtprioritätswarteschlange (101) in mehreren Formen in Bezug auf denselben Anwender vorhanden ist und den mehreren Warteschlangen unterschiedliche Prioritäten zugewiesen sind und die Paketausleseschaltung (14) ein Paket aus einer Warteschlange mit höchster Priorität unter den Warteschlangen, in denen wenigstens ein auf das Senden wartendes Paket vorhanden ist, ausliest und das hiervon ausgelesene Paket sendet.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Prioritätsinformation-Ergänzungsschaltung (15) die Priorität der War teschlange, von der das Paket ausgelesen wird, auf die niedrigste Priorität abändert.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rechner (13) für geplante Sendezeiten mit einer ersten Schaltung (130) zum Berechnen einer geplanten Sendezeit, mit der Pakete kontinuierlich ausgelesen werden können, mit einer zweiten Schaltung (131) zum Berechnen einer geplanten Sendezeit, mit der die garantierte Bandbreite aufrechterhalten werden kann, und mit einer Wähleinrichtung (132) zum Wählen der Ergebnisse der Berechnungen entweder durch die erste (130) oder durch die zweite (131) Schaltung als eine geplante Sendezeit versehen ist.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Wähleinrichtung (132) die Funktion des Auswählens des Ergebnisses der Berechnung durch die erste Schaltung (130) zum Berechnen der geplanten Sendezeit, mit der Pakete kontinuierlich ausgelesen werden können, wenn die Leitungsschnittstelle (2-1, 2-2, 2-3) ein Paket empfängt, des Wählens des Ergebnisses der Berechnung durch die zweite Schaltung (132) zum Berechnen der geplanten Sendezeit, mit der die garantierte Bandbreite aufrechterhalten werden kann, wenn die Leitungsschnittstelle (2-1, 2-2, 2-3) ein Paket von der Prioritätswarteschlange (100) sendet, und des Wählens des Ergebnisses der Berechnung durch die erste Schaltung (130) zum Berechnen der geplanten Sendezeit, mit jedes Paket kontinuierlich ausgelesen werden kann, wenn die Leitungsschnittstelle (2-1, 2-2, 2-3) ein Paket von der Nichtprioritätswarteschlange (101) sendet, besitzt.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der im Voraus eine Schwelle für jede der Prioritätswarteschlangen (100) gesetzt wird und die Wähleinrichtung (132) das Ergebnis der Berechnung durch die zweite Schaltung (131) zum Berechnen der geplanten Sendezeit, mit der die garantierte Bandbreite aufrechterhalten werden kann, auswählt, wenn die Anzahl von in der Prioritätswarteschlange (100) gespeicherten Paketen die Schwelle nicht übersteigt, und das Ergebnis der Berechnung durch die erste Schaltung (130) zum Berechnen der geplanten Sendezeit, mit der jedes Paket kontinuierlich ausgelesen werden kann, auswählt, wenn die Anzahl von in der Prioritätswarteschlange (100) gespeicherten Paketen die Schwelle übersteigt.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Prioritätsinformation-Ergänzungsschaltung (15) Prioritätsinformationen, die eine hohe Priorität angeben, in einen Kopf eines ausgelesenen Pakets schreibt, wenn das Paket durch die Paketausleseschaltung (14) aus der Prioritätswarteschlange (100) ausgelesen wird, und die Prioritätsinformation-Ergänzungsschaltung (15) Prioritätsinformationen, die eine niedrige Priorität angeben, in einen Kopf eines ausgelesenen Pakets schreibt, wenn das Paket durch die Paketausleseschaltung (14) aus der Nichtprioritätswarteschlange (101) ausgelesen wird.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Prioritätsinformation-Ergänzungsschaltung (15) den Wert eines TOS-Bereichs in einen Kopf eines IP-Pakets als die Prioritätsinformationen neu schreibt.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Prioritätsinformation-Ergänzungsschaltung (15) den Wert eines CLP- Bits in einen Kopf einer ATM-Zelle als die Prioritätsinformationen neu schreibt.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rechner (13, 73) für die geplante Sendezeit eine geplante Sendezeit für ein vorderstes Paket unter den in jeder der Prioritätswarteschlangen (100) gespeicherten Paketen setzt, um eine garantierte Bandbreite beizubehalten, eine sofortige Sendezeit als eine geplante Sendezeit eines vordersten Pakets unter den in jeder der Nichtprioritätswarteschlangen (101) gespeicherten Paketen setzt und eine geplante Sendezeit, die einer Sendebandbreite entspricht, die die Prioritätswarteschlange (100) und die Nichtprioritätswarteschlange (101) integriert, setzt.
Paketweiterleitungsvorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Rechner (13, 73) für die geplante Sendezeit auf eine Warteschlangenlänge der Prioritätswarteschlange (100) bei Berechnung einer geplanten Sendezeit für die Prioritätswarteschlange (100) Bezug nimmt und eine sofortige Sendezeit als die geplante Sendezeit ohne Beibehaltung einer garantierten Bandbreite setzt, wenn Pakete, die eine vorgegebene Menge übersteigen, gespeichert werden.
Verfahren zum Setzen der Priorität von Paketen, das durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 ausgeführt wird und die folgenden Schritte umfasst: – Berechnen einer geplanten Sendezeit für ein vorderstes der Pakete, die in jeder der Warteschlangen (100, 101) auf das Senden warten; – Speichern der geplanten Sendezeit für jede der Warteschlangen (100, 101) und einer geplanten Sendezeit für eine der Warte schlangen (100, 101), von der ein Paket mit der höchsten Priorität gesendet werden soll; – Auslesen eines Pakets aus einer Nichtprioritätswarteschlange (101), wenn kein auf das Senden wartendes Paket in einer Prioritätswarteschlange (100) vorhanden ist, obwohl die geplante Sendezeit zum Senden eines Pakets von der Prioritätswarteschlange (100) erreicht ist; und – Schreiben von Prioritätsinformationen, die eine hohe Priorität angeben, in einen Kopf eines ausgelesenen Pakets, wenn zu der geplanten Sendezeit für die Prioritätswarteschlange in der Prioritätswarteschlange kein Paket vorhanden ist und das Paket von der Nichtprioritätswarteschlange (101) gesendet wird.