JP2002135277A - 通信プロトコルのタイムアウトを制御する方法 - Google Patents

通信プロトコルのタイムアウトを制御する方法

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JP2002135277A JP2001274241A JP2001274241A JP2002135277A JP 2002135277 A JP2002135277 A JP 2002135277A JP 2001274241 A JP2001274241 A JP 2001274241A JP 2001274241 A JP2001274241 A JP 2001274241A JP 2002135277 A JP2002135277 A JP 2002135277A
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イー、クローチャー ジョセフ
Tejaskumar R Patel
アール、パテル テジャスクマー
James C Stekas
シー、ステカス ジェームス
Tomas S Yang
エス、ヤン トーマス
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Abstract

(57)【要約】 【課題】タイムアウトが発生する回数を最小にすること
により、通信システムのチャネル資源の浪費を回避する
こと。 【解決手段】本発明によれば、タイムアウトの長さは平
均的チャネル遅延量とチャネル遅延の偏差の4倍の和に
基づいて決定する。遅延を通信チャネルに導入してチャ
ネル遅延の偏差を増加させることにより、タイムアウト
に必要とされる時間の長さが増加する。その結果タイム
アウトの長さが劇的に減り、そして無駄な立ち上げり時
間が減りチャネル資源の有効活用が計れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信に関し、特
に、無線通信に関する。
【0002】
【従来の技術】大部分の有線あるいは無線のデータ転送
は、TCP/IPと称する共通プロトコルを用いる。TCPはデ
ータのIPパケットを受信器に送信する送信器に関連し、
この方式ではデータを正確に受信した時には、受領確認
メーッセージ(ACK)送ることにより応答をしている。
失われたりあるいは破壊しているデータパケットは、受
領確認が行われず、正しく受信するまで再送信される。
【0003】全ての送信されたデータを正しく受信こと
を確認することに加えて、ACKスキームはデータの流れ
を測定する機能も有する。TCP転送が開始すると、最初
に送信されたデータレートは低いが、ACKをスロースタ
ート(Slow Start)と称するプロセスで、受領するにつ
れて段々速度が上がってくる。スロースタートプロセス
は、データの一つのパケットを送信器が送信し、受信器
からの受領確認メッセージを待機することで開始する。
最初のACKを受領した後、送信器は2個のデータパケッ
トを送信する。
【0004】ACKの送信に応じて、受領する毎に次の送
信期間で送信されるパケットの数は増加して、最終的に
図1のランプ10として示すように、データレートは指
数関数的に増加する。最終的に伝送パスの最高データレ
ートに達すると(図1のポイント12)、送信器は受信
器がそれを受領確認するのに等しい速度でデータを送信
する。
【0005】最高データレートでの伝送は、受信器へ送
信されたデータの受領確認を送信器が受領できなくなる
ようなエラーが発生する時まで続く。エラーが発生する
と、送信器はネットワークの輻輳に起因してデータが失
われたものと見なして、スロースタートの手順に戻る。
このことを部分14で示す。データ伝送が最高伝送レー
トに徐々に上がって行く速度は、受領確認が送信器にい
かに速く到達するかにかかっており、また通信チャネル
の往復遅延にも依存する。
【0006】例えは、速度の上昇の各ステップは、送信
器がデータパケットを送信し受信器から受領確認を待機
することに関係している。例えば有線通信システムにお
いては、往復遅延はわずか1〜2ミリ秒で、その結果立
ち上がり周期は比較的速い。ところが無線通信システム
においては、往復遅延は100〜200ミリ秒のオーダ
ーである。その結果無線通信システムにおける立ち上が
り周期は、点線のカーブ16で示すように比較的長い。
その結果無線通信システムにおいては、ゆっくりとした
立ち上がり時間は、領域18で示すようなチャネル容量
の無駄となってしまう。
【0007】通常エラーは、同一のシーケンス番号の受
領確認が繰り返されることにより示され、そして受信器
はデータを受信しているがパケットは失われていること
を示している。多くのパケットが失われるような場合を
処理するために、受領確認は行われない。TCPはタイ
ムアウト(時間切れ)の時間を有している。受領確認を
時間切れとなる前に受領しない場合には、タイムアウト
(時間切れ)となる。受領中の送信器は全ての受領確認
の行われなかったパケットは失われたものと見なし、そ
して再送信とスロースタートの手順を開始する。しか
し、このようなタイムアウト(時間切れ)は、有線通信
システムではまれにしか発生しないが、その理由は、伝
送パスは信頼性があり複数のパケットが失われることは
非常にまれだからであす。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】無線通信システムにお
いては、ノイズ、フェージング、複数のユーザへのチャ
ネルの割り当ての条件(状態)が変動することにより、
データ伝送の遅延は、パケットが失われない場合でも、
TCPのタイムアウト(時間切れ)を引き起こすことが
ある。その為無線通信は有線通信システムにおけるより
もはるかにタイムアウト(時間切れ)となる可能性が大
きく、そしてデータ伝送のレートをゆっくりと立ち上げ
ると、タイムアウトによるチャネル容量の大幅な減少に
繋がる。本発明の目的は、無線通信システムにおいて、
タイムアウト(時間切れ)の可能性及び、その結果チャ
ネル容量の無駄を減らす通信方法を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、タイム
アウト(時間切れ)の可能性とその結果チャネル容量の
無駄を減らす方法が提供される。現在のTCP(RENOと
称しインターネットの大部分のコンピューターが用いて
いる仕様)においては、タイムアウト(時間切れ)の長
さは平均的チャネル往復遅延時間とチャネル往復遅延時
間の平均値からの偏差の4倍の和に基づいている。チャ
ネル遅延の平均値からの偏差を増加させる為に、遅延を
通信チャネルに導入している。その結果タイムアウト
(時間切れ)するのに必要な時間の長さが増加する。結
果的にタイムアウトの回数が劇的に減少し、そしてこの
ことが無駄な立ち上げ回数を減らし、そしてチャネル容
量の有効利用が計れる。
【0010】
【発明の実施の形態】図2は、無線伝送チャネルの帯域
幅と時間との関係を表すグラフである。ドロップアウト
30が時々発生している。これらのドロップアウト30
は、フェージング、ノイズあるいは複数のユーザー間で
無線通信チャネルを共有している為に起こる。例えば、
各ドロップアウト30は、別のユーザーが無線通信チャ
ネルにアクセスの許可(アクセス権)を与えられた時の
時間である。帯域幅の無用な立ち上がりの回数を減らす
為に、十分な遅延を無線通信チャネルに与えて、その結
果TCPのタイムアウト(時間切れ)期間がドロップア
ウト30よりも大きくするのが好ましい。
【0011】図3は、無線通信チャネルの機能ブロック
図を示す。基地局40はアプリケーションをホストする
データソース50からTCPでデータを受領する。基地
局40は、このデータをエアーインターフェースを介し
て移動局と通信して、そしてこの移動局60は受信した
データをアプリケーションをホストするデータ受信器7
0にTCPで送る。遅延が基地局40または移動局60
のいずれかで通信チャネルに挿入される。基地局40に
おいては、データはRF部分80を介して送受信され
る。チャネル遅延は、基地局40により送信されたデー
タに挿入されるかあるいは基地局40が受信した受領確
認通知に挿入される。
【0012】遅延は、基地局40が受信したデータにバ
ッファ82を用いて挿入される。バッファ82は、シフ
トレジスタあるいは周期的にアドレスされるメモリであ
る。プロセッサ84は、データがバッファ82を通過す
る際に、データが通過しなければならない段の数を制御
しながら遅延量を制御する。プロセッサ84は、RF部
分80から受信した受領確認メッセージを監視すること
により、チャネル遅延量をモニターする。その結果プロ
セッサ84は、バッファ82により付加された遅延の深
さすなわち遅延量を、データ伝送に応答して受信した受
領確認メッセージの遅延量を見ながら、好ましい遅延量
を得るまで修正される。
【0013】基地局40からデータソース50への受領
確認メッセージを遅延させる為に、バッファ86を用い
ることにより遅延を付加することも可能である。バッフ
ァ86は、シフトレジスタあるいは周期的にアドレス可
能なメモリの様な可変長メモリあるいはステージバッフ
ァである。バッファ86により与えられる遅延量を調整
することにより、プロセッサ84はデータソース50で
観測されるチャネル遅延量を増加させる。バッファ82
またはバッファ86を用いて遅延量が加えられるかにか
かわらず、データソース50は、長い遅延を受けてその
結果TCPのタイムアウト期間が長くなる。
【0014】同様に移動局60もまた遅延を伝送チャネ
ルに加えることができる。データは、移動局60のRF
部分90を介して送受信される。プロセッサ92は現在
稼働しているバッファ94の深さ(遅延量)を制御する
ことにより、チャネル遅延を制御するか、あるいは受領
確認のバッファ96の深さ(遅延量)を制御することも
できる。いずれの場合にもデータ受信器70は、より長
いチャネル遅延を受けてその結果TCPのタイムアウト
期間が長くなる。他の通信プロトコルの期間も同様に制
御でき、データソース50が送信してデータ受信器70
が受信するか、あるいはデータ受信器70が送信してデ
ータソース50が受信するかにかかわらず、上記のアプ
ローチは適応可能である。
【0015】図4は、チャネル遅延と時間との関係を表
す。チャネル遅延は、平均遅延量の周囲にまとまってあ
る。さらにまた、様々なデータ伝送レートと平均伝送レ
ートとの間の平均的な差の絶対値すなわち偏差は小さ
い。式1はTCPで定義されたタイムアウト(T)が
平均チャネル遅延量(tavr)とチャネル遅延の偏差
(tdev)の4倍の和であることを示している。 tavr+4tdev=T 式1
【0016】図5は、TCPタイムアウトの長さを増加
させるために遅延がチャネルに加えられるチャネル遅延
量と時間との関係を表すグラフである。図4のチャネル
と同一のチャネルを仮定すると、チャネル伝送の約50
パーセントは遅延しておらず、その結果線100に沿っ
たチャネル遅延の群が得られ、これはチャネルにさらに
負荷が追加されない時の平均チャネル遅延である。チャ
ネル伝送の残りの約50パーセントが遅延し、線102
に沿ったチャネル遅延の第2の群が得られる。これはよ
り大きな偏差を生成し、その結果線104に示される平
均的チャネル遅延量となる。約50パーセントチャネル
伝送を遅延させることにより、二つのモード即ち自主的
に二つのモード遅延分散が達成できる。
【0017】二つのモードの分散は、平均的遅延時間を
増加させる為即ち偏差が最大となる為に好ましい。式1
を用いると、図5の遅延パターンの新たなタイムアウト
はT となり、これはT (前記のタイムアウト)
よりも何倍か大きい。その結果、平均的チャネル遅延を
わずかに増加させるだけでTCPで使用されるタイムア
ウト(期間)は劇的に増加する。その為、タイムアウト
の長さ(T)は通常のドロップアウトよりも大きくな
るように作られる為に遅延を追加するのが好ましい。
【0018】遅延は、基地局あるいは移動局のいずれか
または両方で追加することが可能であり、さらに伝送パ
スあるいは受領確認、受信パスの一方または両方を用い
て追加することが可能である。同一の通信チャネルを用
いる為に複数のユーザーをスケジューリングすることに
より遅延を制御することも可能である。これは、各ユー
ザーに対し通信チャネルを用いて短期間の遅延量を与え
ることにより行われる。この最初に与えられる短期間の
遅延は、TCPプロトコルが用いるタイムアウトを増加
させる為に通信チャネルにおけるユーザー当たりの遅延
量を同時に増加させながら、タイムアウトが発生しない
程度に十分短いものでなければならない。
【0019】特許請求の範囲の発明の要件の後に括弧で
記載した番号がある場合は、本発明の一実施例の対応関
係を示すものであって、本発明の範囲を限定するものと
解釈すべきではない。
【図面の簡単な説明】
【図1】TCPのデータ伝送におけるデータ伝送レート
対時間の関係を表すグラフ。
【図2】無線チャネルのバンド幅と時間の関係を表すグ
ラフ。
【図3】無線通信チャネルの機能ブロック図。
【図4】チャネル遅延の変動と時間との関係を表すグラ
フ。
【図5】2つのモードを持つチャネル遅延の分布と時間
との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
10 ランプ 12 ポイント 14 部分 16 カーブ 18 領域 30 ドロップアウト 40 基地局 50 データソース 60 移動局 70 データ受信器 80、90 RF部分 84、92 プロセッサ 82,86、94,96 バッファ 100,102,104 ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596077259 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Je rsey 07974−0636U.S.A. (72)発明者 ジョセフ イー、クローチャー アメリカ合衆国、07927 ニュージャージ ー州、セダー ノルズ、ラーチ ロード 4 (72)発明者 テジャスクマー アール、パテル アメリカ合衆国、07034 ニュージャージ ー州、レイク ハイアウォサ、ノース ビ ーバーウィック ロード 197−3 (72)発明者 ジェームス シー、ステカス アメリカ合衆国、07974 ニュージャージ ー州、マレー ヒル、バーリントン ロー ド 52 (72)発明者 トーマス エス、ヤン アメリカ合衆国、07960 ニュージャージ ー州、モーリスタウン、ウェットモア ア ベニュー 44A Fターム(参考) 5K033 AA01 CA06 CB01 CB04 CB06 CC01 DA01 DA19 DB09 DB12 5K034 AA02 EE03 EE11 HH01 HH02 HH65 QQ07

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】通信チャネル上で搬送される複数のメッセ
    ージの一部を遅延させるステップを有することを特徴と
    する通信プロトコルのタイムアウトを制御する方法。
  2. 【請求項2】前記複数のメッセージは、送信すべきメッ
    セージであることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】前記複数のメッセージは、受信すべきメッ
    セージであることを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】前記複数のメッセージは、受領確認メッセ
    ージであることを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】前記メッセージの一部を遅延させて、二つ
    のモードの遅延分散を形成することを特徴とする請求項
    1記載の方法。
  6. 【請求項6】前記通信プロトコルは、TCPであること
    を特徴とする請求項1記載の方法。
JP2001274241A 2000-09-20 2001-09-10 通信プロトコルのタイムアウトを制御する方法 Pending JP2002135277A (ja)

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US09/665724 2000-09-20
US09/665,724 US7154850B1 (en) 2000-09-20 2000-09-20 Wireless data transmission using time out control

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