JP2000253021A - 帯域割り当て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、リアルタイム性を要する伝送帯域の保
証が必要な通信において、多くの呼を張ろうとした場
合、呼に必要な帯域を割り当てられなかったり呼損が生
じ、リアルタイム性を要する通信に適さない。 【解決手段】 あらかじめ接続呼数と最低保証帯域のシ
ステム構成情報の登録を帯域制御装置に行う。サーバへ
の接続呼数が制限されるため、新たな呼設定時の呼損を
なくし接続遅延をなくすとともに、帯域の最低保証を行
うことでリアルタイム性を要する通信品質の保証が可能
となる。さらに、呼の解放時に生じる残余帯域を通信中
の他の呼に割り当て帯域を増やすことで高速伝送を行
い、伝送路の有効利用を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接続呼数を限定す
ることで最低保証帯域を満たした上で、通信中の呼の帯
域の再割り当てを行う、帯域割り当て方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡＴＭネットワークでは、コネクション
設定方式として相手固定接続によるＰＶＣ(Permanent V
irtual Connection)と通信している時だけコネクション
を動的に設定するＳＶＣ(Switched Virtual Connetion)
がある。ＰＶＣでは固定接続されるため帯域も固定割り
当てになる。一方、ＳＶＣでは自動接続されるため帯域
は動的に割り当てられる。また、帯域保証のためＡＴＭ
スイッチにコネクション受付制御機能があり、ＡＴＭ端
末はコネクション設定時に必要帯域を申告する。ネット
ワークは申告された帯域を満足する資源を確保できるか
否かで、そのコネクションの受付可否を判断する。確保
できればネットワークはコネクションに対して受付を行
う。確保できない場合、第１の方法は、ＡＴＭ端末が申
告帯域を減らして再度コネクション設定を行う方法であ
る。第２の方法は、他のコネクションの帯域を減らして
作った帯域を使ってコネクション設定を行う方法であ
る。第３の方法としては、そのコネクション設定要求を
棄却する方法である。いずれの方法においても、申告が
受け付けられれば申告した帯域が割り当てられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法では、例え
ば放送局内の編集システムにおけるネットワークのよう
なリアルタイム性を要する通信においては、帯域を固定
的に割り当てると通信していない呼にも帯域が割り当て
られるため残余帯域が生じ、伝送路に未使用の帯域があ
っても固定帯域以上使えないので伝送路を有効に利用で
きない。

【０００４】一方、帯域を動的に割り当てる場合は、呼
数の制限がないため多くの呼が張られた時には、サーバ
側の入出力回線の全帯域が各クライアントの帯域の総和
以上であるという条件を満たせなくなると、呼損や必要
な帯域が獲得できない等の損失が生じるため完全な通信
品質の保証ができない。例えば、放送局内の編集システ
ムにおいて帯域を固定的に割り当てる方法を用いると、
多くの残余帯域があるにもかかわらず一定の速度でしか
画像伝送が行えず、画像データは数ＧＢ以上あるので伝
送時間がかかるという課題がある。

【０００５】また、帯域を動的に割り当てる方法を用い
ると、多くの端末が編集するため同時に映像蓄積装置に
呼を張った場合、新たに編集しようとした端末は呼が張
れず編集できなかったり十分な帯域が確保できず転送に
時間がかかったり、必要なデータが時間内に届かずに画
像が乱れたりといった現象が生じる。

【０００６】よって、本発明の目的は最低帯域の保証を
行った上で残余帯域があれば動的に帯域を割り当てるこ
とにより、高速転送と品質保証を行う帯域割り当て方法
を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】複数の入出力回線がある
サーバと、前記入出力回線と網を介して接続されている
複数のクライアント間を、高速なデータ通信を行うシス
テムにおいて、前記サーバ側入出力回線の全帯域が、各
クライアントの最低保証帯域の総和より大きくなるよう
に、最低保証帯域を決めたシステム構成とし、データ通
信を行うに先だって、前記クライアントは前記網内に存
在し、網内リソースの管理を行う帯域制御部に対して、
呼設定要求を行い、前記帯域制御部は、要求のあった呼
に対して、前記サーバの入出力回線の使用状況や網内の
帯域の使用状況を参照し、残余帯域から帯域を割り当
て、もし、前記残余帯域があらかじめ定められた最低保
証帯域に満たない場合は、前記最低保証帯域を確保でき
るように、通信中の他の呼の帯域に対して前記最低保証
帯域を満たした上で帯域の再割り当てを行い残余帯域を
増やし、要求のあった呼に最低保証帯域を呼を切断する
ことなく割り当て、通信中の呼が解放された場合、解放
された呼が使用していた帯域を、前記サーバの入出力回
線の使用状況や網内の帯域の使用状況を参照し、通信中
の他の呼に再割り当てを行う。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【０００９】（構成）図１は本発明の帯域割り当て方法
を適用する映像編集システムの一例を示す。この映像編
集システムは複数の入出力回線を有する映像蓄積サーバ
１０と編集端末４０、５０、６０、７０、８０、伝送回
線の帯域制御を行う帯域制御装置２０を有する。各装置
は非同期転送モード（ＡＴＭ）の交換スイッチ３０、お
よびそれらを結ぶ伝送回線１〜９、によって構成されて
おり、全ての回線は同じ１５０Ｍｂｐｓの帯域がある。
帯域制御装置の中には呼管理テーブル１００、回線管理
テーブル２００、履歴管理テーブル３００がある。呼管
理テーブル１００は図２に示すように、最低保証帯域登
録時にこのテーブルの最低保証帯域１００ｃに各呼の最
低保証帯域が登録されており、呼設定時にはこのテーブ
ルを参照して帯域割り当てを行うことで帯域保証を行
い、申告帯域１００ｅに呼設定要求に含まれている帯域
の申告値を登録する。また、帯域変更時には現在の帯域
を設定帯域１００ｄに登録することで、現在の帯域割り
当て状況を把握するために用いられるテーブルである。
回線管理テーブル２００は、呼設定要求があった場合に
申告帯域以上の残余帯域があるかどうか、又あればどの
回線であるかを調べるためのテーブルであり図３に示す
ように、映像蓄積サーバ側の入出力回線の残余帯域を残
余帯域２００ｂに記憶する。履歴管理テーブル３００
は、呼設定時又は呼解放時に帯域変更を行う呼を選択す
る時に、接続時間等の履歴情報から選択する場合に参照
されるテーブルであり、図４に示すように各呼の開始時
間３００ｃ、終了時間３００ｄ、平均接続時間３００
ｅ、接続回数３００ｆなどを記憶する。

【００１０】（呼数、最低保証帯域の登録）映像蓄積サ
ーバ１０の入出力回線１〜３の全帯域が各編集端末から
映像蓄積サーバに対して張られている呼の最低保証帯域
の総和より大きくなるように、それぞれの呼の保証帯域
と呼数を定め、帯域制御装置２０の呼管理テーブル１０
０に登録する。この際、最低保証帯域が全ての呼につい
て同じとし、どの映像蓄積サーバ側回線に割り当てるか
の組合せは自由であり、呼は任意の回線に割り当てるこ
とができる。このような構成にすることにより、全ての
呼に対してあらかじめ設定されている最低保証帯域は必
ず保証されるようになる。設定される帯域は任意の値を
取る場合、又あらかじめ決められた特定の値を取る場合
もあり、本例では前者の場合とする。

【００１１】例えば、図２の呼管理テーブル１００の例
で説明すると、回線１の各コールの最低保証帯域がそれ
ぞれ５０Ｍｂｐｓで設定されており、回線１の合計保証
帯域は１５０Ｍｂｐｓとなっており、回線の帯域と等し
いので帯域保証が成り立つ。

【００１２】なお、本実施の形態では最低保証帯域が全
ての呼について同じとする方法を用いたが、その他にも
各呼によって最低保証帯域が異なる方法があり、その場
合には呼が割り当てられる回線は制限されるが、基本的
に本発明方式が成り立つのは明らかである。

【００１３】（呼の設定手順）図５は呼設定時の帯域割
り当て方法の説明図である。編集端末４０〜８０はデー
タ通信を行うに先だって、ステップＳ１で呼設定要求を
帯域制御装置２０に送る。呼設定要求には編集端末が必
要とする帯域を申告帯域として有する。帯域制御装置２
０では前記要求を受け、ステップＳ２で回線管理テーブ
ル２００を参照し、ステップＳ３で残余帯域と申告帯域
の比較を行う。その結果残余帯域が申告帯域よりも大き
い回線がある場合は、ステップＳ４で各回線の残余帯域
を比較し、ステップＳ５で編集端末に映像蓄積サーバ側
の最も大きな残余帯域を持つ入出力回線に申告条件で呼
を張るように通知する。

【００１４】例えば、図３の回線管理テーブル２００の
例で説明すると、新たに申告帯域５０Ｍｂｐｓの呼設定
要求があると、回線管理テーブル２００を参照し回線２
がちょうど５０Ｍｂｐｓの残余帯域があるので、この回
線に収容されることになる。よって、回線管理テーブル
２００を更新して回線２の残余帯域が０Ｍｂｐｓにな
り、回線管理テーブルは図３から図６に示すようにな
る。

【００１５】ステップＳ３の判定結果により、全ての回
線において残余帯域が申告帯域よりも小さい場合は、ス
テップＳ６で残余帯域と最低保証帯域を比較する。残余
帯域が設定要求の呼の最低保証帯域以上であれば、ステ
ップＳ７において残余帯域を申告帯域として呼設定をす
るよう通知し、ステップＳ４、Ｓ５と進み帯域設定を行
う。ステップＳ６において残余帯域が設定要求の呼の最
低保証帯域未満であれば、ステップＳ８で呼管理テーブ
ルを参照し、ステップＳ９で通信中の呼において設定帯
域量の最も大きいものを選択し、ステップＳ１０で選択
された呼の設定帯域を削減して残余帯域を作る。この帯
域削減は最大でも最低保証帯域までである。次のステッ
プはＳ６へと戻り、前記のようにして作られた残余帯域
に最低保証帯域を割り当てるものとする。設定要求の編
集端末に最低保証帯域で呼設定をするよう通知し、帯域
が削減された通信中の呼の編集端末には、帯域が削減さ
れたことを通知し、回線管理テーブルを更新する。

【００１６】例えば、全ての回線において残余帯域が申
告帯域よりも小さい場合を例を用いて説明する。新たに
申告帯域７０Ｍｂｐｓの呼設定要求があると回線管理テ
ーブル２００を参照し、残余帯域と申告帯域を比較す
る。図６の回線管理テーブルを参照すると全ての回線の
残余帯域が０で申告帯域より小さいので、回線１に割り
当てることとし、次に最小保証帯域について図２の呼管
理テーブル１００を参照して調べる。通信中の呼におい
て設定帯域量の最も大きな呼はコール１であり、設定帯
域量が１００Ｍｂｐｓ、最低保証帯域が５０Ｍｂｐｓな
ので、最低保証帯域に帯域を削減し５０Ｍｂｐｓの残余
帯域を作り、設定要求の呼に割り当てる。よって呼管理
テーブルは図２から図７に示すようになる。

【００１７】なお、本実施の形態では帯域を削減される
呼の選択方法として、設定帯域量の最も大きな呼を選ぶ
方法を用いたが、その他にも履歴管理テーブルを参照し
て呼の接続開始からの時間により選ぶ方法、巡回スケジ
ューリングアルゴリズムで選ぶ方法、無作為に選ぶ方法
がある。履歴管理テーブルを参照して呼の接続開始から
の時間により選ぶ方法を用いれば、接続開始からの時間
が最も長いものから選ぶと呼設定を終えたばかりの呼が
すぐに帯域を減らされるのを防ぐことができる。逆に、
接続開始からの時間が最も短いものを選ぶ方法を用いれ
ば、接続時間の長い呼の帯域は減らされず、さらにその
呼の接続時間が長くなるのを防ぐことができる。また、
巡回スケジューリングアルゴリズムで選ぶ方法を用いれ
ば、順番に帯域を減らされる呼が選ばれるため、各呼の
選択される頻度を公平にすることができる。無作為に選
ぶ方法を用いれば、ランダムに呼が選ばれるので統計的
にみれば各呼の選択される頻度は公平になる。また、以
上で示した選択方法は様々な組合せが可能であり、上記
実施の形態で説明した組合せは本発明を限定するもので
はない。

【００１８】また、本実施の形態では帯域を削減される
呼の選択方法として、設定帯域量の最も大きな呼を選ぶ
方法を用いたが、その他にも収容している呼数の最も少
ない回線に要求のあった呼を収容し、前記回線の全帯域
を前記回線中の全呼で等分する方法があり、この場合に
は各回線での呼数が公平になり、回線内での各呼の割り
当て帯域が平等になり、回線内で各呼は公平な帯域割り
当てが可能となる。

【００１９】また、本実施の形態では帯域を削減される
呼の選択方法として、設定帯域量の最も大きな呼を選ぶ
方法を用いたが、その他にも収容している呼数の最も少
ない回線に要求のあった呼を収容し、その回線内で申告
帯域の最も小さな呼を、帯域を削減される呼として選ぶ
方法があり、この場合には各回線での呼数が公平にな
り、さらに申告帯域の大きい、より高品質の通信要求が
ある呼の帯域は削減されにくくなる。

【００２０】また、本実施の形態では回線内で帯域を削
減される呼を選択したが、その他にもサーバ側入出力回
線の全帯域を全呼で等分する方法があり、この場合には
各呼が平等に帯域を使用でき各呼は公平な帯域割り当て
が可能となる。

【００２１】（呼の解放手順）図８は呼解放時の帯域割
り当て方法の説明図である。編集端末は呼の解放が完了
すると同時に呼解放通知を帯域制御装置に送る。帯域制
御装置では呼管理テーブルを参照し、同じ回線中にある
通信中の呼に残余帯域をその呼の申告帯域まで割り当
て、帯域が増加する呼の編集端末と交換スイッチに帯域
増加を通知し、回線管理テーブル及び呼管理テーブルを
更新する。

【００２２】例えば、図２の呼管理テーブル１００の例
で説明すると、呼解放通知が帯域制御装置に届き、その
呼がコール１だった場合、呼管理テーブル１００を参照
しコール１が解放されるため１００Ｍｂｐｓの残余帯域
が生じる。次に呼管理テーブル１００の申告帯域１００
ｅを調べ、１００Ｍｂｐｓなので残余帯域の内、５０Ｍ
ｂｐｓを割り当て図９の呼管理テーブルのように１００
Ｍｂｐｓの設定帯域となり、図１０の回線管理テーブル
のように回線１の残余帯域は５０Ｍｂｐｓとなる。帯域
制御装置はコール１の張られている編集端末と交換スイ
ッチに帯域変更を通知する。

【００２３】なお、本実施の形態では帯域を増加させる
呼の選択方法として、同じ回線中の呼を選ぶことにした
が、設定帯域が要求帯域に満たない帯域しか割り当てら
れていない呼を選ぶ方法、巡回スケジューリングアルゴ
リズムで選ぶ方法、無作為に選ぶ方法、呼の使用頻度に
よって選ぶ方法がある。設定帯域が要求帯域に満たない
帯域しか割り当てられていない呼を選ぶ方法を用いれ
ば、もっと帯域が必要な呼に帯域を割り当てることがで
きる。

【００２４】また、巡回スケジューリングアルゴリズム
で選ぶ方法を用いれば、順番に帯域を増やされる呼を選
択することができ、各呼の選ばれる頻度を公平にでき
る。また、無作為に選ぶ方法をもちいれば、ランダムに
呼が選ばれるので統計的にみると各呼の選択される頻度
は公平になる。

【００２５】また、呼の使用頻度によって選ぶ方法を用
いれば、履歴管理テーブルの接続回数３００ｇを参照し
て選択し、使用頻度の多い呼には多くの帯域を割り当て
ることができる。また、以上で示した選択方法は様々な
組合せが可能であり上記の実施の形態で説明した組合せ
は本発明を限定するものではない。

【００２６】また、本実施の形態では帯域を増加させる
呼を同じ回線中の呼から一つ選択したが、その他にも残
余帯域を通信中の各呼に等分に割り当てる方法があり、
残余帯域を公平に割り当てることが可能となる。

【００２７】また、本実施の形態では残余帯域を通信中
の呼の申告帯域まで割り当てたが、その他にも残余帯域
全てを同じ回線の通信中の呼に割り当てる方法があり、
常に残余帯域を全て割り当てるため残余帯域が０にな
り、回線の帯域を有効利用できる。

【００２８】なお、本実施の形態では通信システムを映
像編集システムとしたが、映像蓄積サーバを一般のサー
バに、編集端末を一般のクライアントとした一般的なネ
ットワークとしても同様の効果が得られるのは明らかで
ある。

【００２９】また、本実施の形態における効果を以下の
ようにシミュレーションにより明らかにした。シミュレ
ーションは本実施の形態に基づく方法と、帯域の固定割
り当てによる方式を比較している。映像蓄積サーバ側入
出力回線の回線数は５本とし、１回線の帯域は１００Ｍ
ｂｐｓとする。本実施の形態に記載の、収容している呼
数の最も少ない回線に要求のあった呼を収容し、その回
線の全帯域を回線中の全呼で等分に割り当て、最低保証
帯域２５Ｍｂｐｓから１００Ｍｂｐｓまで動的に割り当
てる本実施の形態における方法と、２５Ｍｂｐｓ固定割
り当ての方法、及び１００Ｍｂｐｓ固定割り当ての方法
の比較を行った。それぞれの方法で呼数は２０本で統一
して行った。トラヒック条件として呼の平均発生間隔を
５分の幾何分布に従うものとし、幾何分布に従う平均伝
送データ量をｘ軸とし、ｙ軸を平均転送終了時間とした
グラフを図１１に、また、ｙ軸を平均接続待ち時間とし
たグラフを図１２に示す。図から本実施の形態における
方法は平均転送終了時間が１００Ｍｂｐｓ固定割り当て
の方法とほぼ同じ高速転送が行えることを示している。
また、平均転送待ち時間では２５Ｍｂｐｓ固定割り当て
の方法と同じで転送待ち時間は発生せず、品質保証が行
えていることを示している。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、サーバへ
の接続呼数と最低保証帯域の登録を帯域制御装置に行う
ことで、新たな呼設定時の呼損をなくし最低帯域を保証
し、接続遅延がなくなるためリアルタイム性のある通信
が可能になる。さらに、残余帯域ができれば帯域を増や
すことで高速伝送を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の通信システムの構成図

【図２】呼管理テーブルの構成図

【図３】回線管理テーブルの構成図

【図４】履歴管理テーブルの構成図

【図５】呼設定時の帯域割り当て方法を示す図

【図６】回線管理テーブル（呼設定後）の構成図

【図７】呼管理テーブル（呼設定後）の構成図

【図８】呼解放時の帯域割り当て方法を示す図

【図９】呼管理テーブル（呼解放後）の構成図

【図１０】回線管理テーブル（呼解放後）の構成図

【図１１】平均転送終了時間の比較図

【図１２】平均接続待ち時間の比較図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の入出力回線があるサーバと前記入出
   力回線と網を介して接続されている複数のクライアント
   間を高速なデータ通信を行うシステムにおいて、 前記サーバ側入出力回線の全帯域が、各クライアントの
   最低保証帯域の総和より大きくなるように最低保証帯域
   を決めたシステム構成とし、 データ通信を行うに先だって、前記クライアントは前記
   網内に存在し網内リソースの管理を行う帯域制御部に対
   して呼設定要求を行い、前記帯域制御部は要求のあった
   呼に対して前記サーバの入出力回線の使用状況や網内の
   帯域の使用状況を参照し、未使用の帯域（以下残余帯域
   とする）から帯域を割り当て、 前記残余帯域があらかじめ定められた最低保証帯域に満
   たない場合は、前記最低保証帯域を確保できるように、
   通信中の他の呼の帯域に対して前記最低保証帯域を満た
   した上で帯域の再割り当てを行い残余帯域を増やし、要
   求のあった呼に最低保証帯域を呼を切断することなく割
   り当て、 通信中の呼が解放された場合、解放された呼が使用して
   いた帯域を、前記サーバの入出力回線の使用状況や網内
   の帯域の使用状況を参照し、通信中の他の呼に再割り当
   てを行うことを特徴とする帯域割り当て方法。
2. 【請求項２】呼設定時および呼解放時における、通信中
   の呼の帯域再割り当てにおいて、サーバ側入出力回線の
   全帯域を全呼に配分することを特徴とする請求項１記載
   の帯域割り当て方法。
3. 【請求項３】呼設定時および呼解放時における、通信中
   の呼の帯域再割り当てにおいて、呼の申告帯域に基づき
   配分することを特徴とする請求項１記載の帯域割り当て
   方法。
4. 【請求項４】呼設定時における、通信中の呼の帯域再割
   り当てにおいて、要求のあった呼を、収容している呼数
   の最も少ない回線に収容し、回線の全帯域を前記回線中
   の全呼で等分することを特徴とする請求項１記載の帯域
   割り当て方法。
5. 【請求項５】呼設定時における、通信中の呼の帯域再割
   り当てにおいて、要求のあった呼を、収容している呼数
   のの最も少ない回線に収容し、呼の申告帯域に基づき配
   分することを特徴とする請求項１記載の帯域割り当て方
   法。
6. 【請求項６】前記高速なデータ通信を行うシステムの構
   成が、複数の入出力回線を持つ映像蓄積装置と、網を介
   して接続されている複数の編集端末や映像装置を用いた
   映像編集システムであることを特徴とする、請求項１〜
   ５のいずれかに記載の帯域割り当て方法。