JP2003143216A - 遠隔通信網を介しｉｐプロトコルを用いるパケットの送信方法 - Google Patents

遠隔通信網を介しｉｐプロトコルを用いるパケットの送信方法

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JP2003143216A
JP2003143216A JP2002303986A JP2002303986A JP2003143216A JP 2003143216 A JP2003143216 A JP 2003143216A JP 2002303986 A JP2002303986 A JP 2002303986A JP 2002303986 A JP2002303986 A JP 2002303986A JP 2003143216 A JP2003143216 A JP 2003143216A
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パトリス・マイデイーニ
Isabelle Rose
イザベル・ローズ
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Alcatel SA
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    • H04L47/28—Flow control; Congestion control in relation to timing considerations

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インターネットタイプのネットワークにおい
てＡＴＭネットワークの複雑な制御手段を用いることな
くサービス品質を提供すること。 【解決手段】 本発明は遠隔通信網を介し、ＩＰプロト
コルを用いるパケットの受信方法に関する。パケットの
受信方法では、少なくとも第1の着信パケットを分析
し、分析結果に基づいて必要な帯域幅および／またはビ
ットレートを計算し、計算結果に応じて受信帯域幅また
はビットレートを調整する。受信器がＴＣＰプロトコル
に頼る場合、帯域幅またはビットレートを受信パケット
の確認間隔（ｔ）を設定することによって調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔通信網にける
インターネットプロトコル（ＩＰ）を用いたデータの送
信方法に関する。本発明は、また前記方法を用いて帯域
幅を管理する端末および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インターネットタイプの遠隔通信網は、
一様ではない種々の部分、特にネットワークの部分によ
って幅広く変化するデータレートを持つ種々の部分から
なる。この多様性とまたその単純性が、ネットワークが
成功する主要な理由である。
【０００３】不幸にして、多様性と単純性は厄介な欠点
をもたらす。特に、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）など
の伝送プロトコルは、ユーザが、すなわちクライアント
のアプリケーションが、サーバからデータをダウンロー
ドすると、ダウンロードするデータは通信チャネルに許
される最大の帯域幅を専有する傾向にあり、上記伝送が
発生すると他のユーザに障害をもたらす。
【０００４】この欠点を解消するために、インターネッ
トを介して送信するパケットに優先度を規定するビット
を与える提案がなされている。しかしながら、各パケッ
トにより高いまたはより低い優先度を与える非同期伝送
モード（ＡＴＭ）で動作するネットワークなど他のネッ
トワークと異なり、パケットの経路指定において優先度
を決めることは、ネットワークに存在しない効果的な制
御や規制要素の存在を意味する。ＡＴＭネットワークで
は、送信する各データパケットが、保証するサービス品
質（ＱＯＳ）によって宛先に到達することが確実である
ことが知られている。すなわちあるパケット、つまり最
高の優先度を持つパケットが、保証した時間内に所定限
度以下の誤り率で、かつ保証したビットレートで宛先に
到達することが確実であり、一方すぐ下の優先度ランク
の他のパケットも、リアルタイムで運ばれるが、ビット
レートは保証されず、より低い優先度の他のデータはリ
アルタイムでは送信されない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従っ
てインターネットタイプのネットワークにおいて、ＡＴ
Ｍネットワークの複雑な制御手段を用いることなく、サ
ービス品質を提供することである。
【０００６】このため、本発明では、端末で、着信ファ
イルの少なくとも第１のパケットを分析し、その分析に
基づいて所要ビットレートまたは連続するパケット間の
最大遅延を計算し、受信ビットレートまたは通過帯域を
計算結果に応じて調整する。一実施形態では、端末は、
ビットレートまたは遅延情報をネットワークノードに送
信し、ファイルの伝送が、要求されたビットレートでま
たは要求された遅延に実質的に等しい遅延で行われるよ
うにする。
【０００７】例えば、端末がＴＣＰプロトコルを用いる
と、ビットレート、すなわち送信速度は、確認速度、す
なわちパケットを受信し確認信号を送る間の時間によっ
て決まり、この確認速度は端末において決定される。Ｔ
ＣＰプロトコルでは、端末への後続するパケットの送信
を起動するのは送信器が受け取る確認信号であることが
知られている。
【０００８】確認を行わないユーザデータグラムプロト
コル（ＵＤＰ）を用いると、速度の設定はパケット間隔
の増減によって行われる。
【０００９】従って、インターネットにおいて送信デー
タレートを設定し、従ってリンクの輻輳を避ける（他の
送信との共存を可能にする）ために、送信するデータに
特別のフォーマットを準備する必要はない。端末とおそ
らくネットワークノードに簡単な分析手段があれば十分
である。
【００１０】ネットワークノードでは、各端末への所要
帯域幅の割り当てを可能とするリソースを割り当てる受
動的というより能動的手段を用いることが可能である。
【００１１】通常、本発明では、インターネット技術の
２つの異なるレイヤ、すなわち、第１にデータを認識し
ないプロトコルによって構成されＴＣＰまたはＵＤＰ伝
送レイヤと、第２にデータを識別し、データレート情報
を付与したり削除したりすることのできるハイパーテキ
スト伝送プロトコル（ＨＴＴＰ）等のアプリケーション
レイヤとを結合すること、例えば、写真に関する共同専
門家グループ（ＪＰＥＧ）タイプ、または動画に関する
専門家グループ（ＭＰＥＧ）タイプのデータと共に、デ
ータレート情報がよく定義された場所に見られることに
も注意すべきである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】従って、本発明は、遠隔
通信網を介し、ＩＰプロトコルを用いてパケットを受信
する方法であって、第１の着信パケットの少なくともコ
ンテンツとコンテンツのタイプとを分析し、必要な帯域
幅および／またはビットレートを前記分析結果に基づい
て計算し、受信帯域幅またはビットレートを前記計算の
結果に応じて調整することを特徴とするパケットの受信
方法を提供する。
【００１３】一実施形態では、受信器が、ＴＣＰプロト
コルを使用し、帯域幅またはビットレートを受信パケッ
トの確認に要する時間を設定することにより調整する。
【００１４】他の実施形態では、受信器が、ＵＤＰプロ
トコルを使用し、帯域幅またはビットレートを２つの連
続するパケットの受信間隔を設定することにより調整す
る。
【００１５】要求された帯域幅を、好ましくは所定の制
限を越えない場合にのみ許容する。
【００１６】割り当てられる帯域幅を、他のユーザから
来る帯域幅の要求によって決まるようにすることができ
る。
【００１７】例えば、受信器に割り当てる帯域幅を、利
用または他のユーザからの帯域幅の要求と、他のユーザ
の帯域幅要求の将来予測との両方によって決まるように
する。
【００１８】帯域幅の割り当てを、ユーザが接続される
ネットワークノードから実施することができる。
【００１９】本発明は、また要求に応じて、ＩＰプロト
コルを用い、インターネットタイプのネットワークを介
してパケットを受信する遠隔通信網の端末であって、要
求されたパケットを受信するのに必要な帯域幅またはビ
ットレートを決定するために、少なくとも第１の受信パ
ケットのコンテンツとコンテンツのタイプとを分析する
分析手段と、受信帯域幅またはビットレートを前記分析
手段により供給される結果に適応させる手段とを有する
ことを特徴とする端末を提供する。
【００２０】例えば、端末がＴＣＰタイプのプロトコル
を使用し、受信器は、１つのパケットまたは１組のパケ
ットを受信した後に、確認を送信器に送り、送信器が送
信を継続し、帯域幅またはビットレートの適応手段が、
確認間隔、すなわち受信と前記受信の確認の送信との間
の経過時間を変化させる手段を含む。
【００２１】他の実施形態では、パケットを、ＵＤＰタ
イプのプロトコルを用い、確認を送信器に送ることなく
受信し、帯域幅またはビットレートの調整手段が、受信
パケット間のスペースを制御する手段を含む。
【００２２】端末は、要求された帯域幅を制限する手段
を含むことができる。
【００２３】端末は、また要求の送信後に、帯域幅の許
可を受ける手段を含むことができる。
【００２４】本発明は、またＩＰプロトコルを用いてデ
ィジタルパケットを伝送するネットワークのノードから
帯域幅の割り当てを管理する装置であって、端末から帯
域幅またはビットレートの要求を受信する手段と、全体
的な帯域幅の利用の可能性に応じて要求された帯域幅を
割り当てるかまたは拒否する手段とを含むことを特徴と
する装置を提供する。
【００２５】例えば、この装置は、要求の将来予測を行
い、かつ各端末に帯域幅を割り当てるときにこの将来予
測を考慮するために、帯域幅の要求を収集し、かつ要求
に基づき統計を確立する手段を有する。
【００２６】本発明の他の特徴と利点は、添付の図面を
参照して行う、以下の種々の実施形態の説明から明らか
になる。
【００２７】
【発明の実施形態】最初に、インターネットタイプの通
信ネットワークは種々のタイプの通信手段を使用するこ
とを想起されたい。一般に、ネットワークは、ノード１
０１、１０ ２、１０３など（図１）を持つバックボーン
を含み、通信はノード間でＡＴＭ標準、すなわちサービ
ス品質をノード間に課す標準を用いて高ビットレートで
行われる。しかしながら、各ノードから端末へは、イン
ターネットで使用するプロトコル、すなわちネットワー
クレイヤのＩＰプロトコル、ＴＣＰやＵＤＰ伝送プロト
コル、およびＨＴＴＰ等のアプリケーションプロトコル
に頼る場合、簡単な方法でサービス品質を課すことは一
般に可能ではない。
【００２８】本発明の好ましい実施形態では、ＴＣＰ伝
送プロトコルを、ネットワークノードと端末間に使用
し、システムが、ＴＣＰプロトコルにおける確認間隔を
調整することにより帯域幅利用をユーザ要求に制限する
ようにする。
【００２９】上記の要求を決定するために、システム
は、受信パケットを分析（この分析には、一般に最初の
パケットで十分であり、分析はコンテンツ（例、ビデ
オ）とコンテンツタイプ（例、ＭＰＥＧフォーマット）
とに関して行う）し、伝送されたコンテンツを適正に再
生するのに必要なビットレートを推測する、またはファ
イルのサイズ、表示の解像度、あるいは１秒あたりのフ
レーム数により情報を構成する２つの連続するパケット
間の最大遅延時間を決定する。
【００３０】本発明の実施形態を詳細に記述する前に、
ＴＣＰプロトコルの原理を図２ａと図３を参照して説明
する。
【００３１】受信器Rが、データパケットを送信器Eに送
信するように指示すると、送信器Eは、単一のパケット
（線１４）の送信を開始する。受信器Rが、このパケッ
トを受信すると、受信器は直ちに確認信号を送信器Eに
返信する、そうすると今度は、送信器Eは２つのパケッ
ト（線１８）を送信する。確認信号が受信器から送信器
に送信された後、送信器Eは、２倍、すなわち４つのパ
ケットを送信する。
【００３２】このようにして、送信パケット数を、最初
は、所定のしきい値、例えば６４に到達するまで一度に
２倍にする。所定のしきい値に達しても、送信の間、送
信するパケット数は増えつづけるが、幾何級数的ではな
く算術級数的に増加し、最大帯域幅に至るまでパケット
数は一度に１ユニットずつ増加する。
【００３３】限界（最大帯域幅）に達すると、次にパケ
ット送信プロセスをやり直すが、所定のしきい値は以前
の値の半分にする。
【００３４】時間に応じたデータレート変わり方は図３
に示され、曲線２０がしきい値Sまで指数的に増加を開
始し、しきい値Sを超えると線形（２２）に増加するこ
とが分かる。最大帯域幅ＢＭに達すると、データレート
はゼロに落ち、それからしきい値S／２に至るまで指数
的に増加（曲線２４）し、その後最大帯域幅に達するま
で線形に上昇する（２６）、等々である。
【００３５】図３は、本発明を使用しないと、ＴＣＰプ
ロトコルは２つの厄介な障害を被ることを示す。すなわ
ち第１に、誤りはなくとも最大帯域幅は定期的に占有さ
れ、他のアプリケーションに障害を与え、第２に最大帯
域幅は最適に使用されない。
【００３６】図４に、本発明の実施形態に従い使用され
るインターネットの一部を示す。
【００３７】この例では、クライアント端末３０はＨＴ
ＴＰナビゲータ３２を有し、ＨＴＴＰナビゲータ３２
は、ソフトウエア分析および調整ツール３４と関連し
て、クライアントのサ−ビス品質情報の再生を可能とす
る。ツール３４については、以下に記述する図５におい
て詳しく示す。
【００３８】ツール３４はノード３６に接続され、この
ノード自体はインターネット、特にサーバ３８に接続さ
れる。
【００３９】以下に、動作について、例を参照して説明
するが、この例ではクライアント端末３０は、ビデオ
を、例えばＭＰＥＧ１標準でダウンロードしようとす
る。この場合、ナビゲータ３２は、ＴＣＰ接続に関連す
るＨＴＴＰ要求を送信することによりダウンロードを起
動する。遠隔のサーバ３８は、ハードディスク（磁気デ
ィスク）、ＤＶＤフォーマットのディスク、ＣＤフォー
マットのディスク、あるいは他の蓄積手段によって構成
される大規模メモリ４１にある要求されたファイルを送
信し、ファイルは、インターネット４０を介してノード
３６に送信され、次いでノード３６から私設ネットワー
ク４２（すなわち、各端末が制御されるかまたは他の支
配下にあるネットワーク）を介して端末３０に届く。
【００４０】ＭＰＥＧ１のパケットヘッダは、待ち時間
なくビデオを表示するのに必要なデータレート、例えば
２．５１メガビット／秒（Ｍｂｉｔ／ｓ）に関する情報
を含む。従って、ツール３４はこの情報を受信した第１
のパケットから抽出し、この情報に基づいて、ＴＣＰ確
認時間、すなわちデータを受信し、確認信号を送信する
間の時間ｔを設定する（図２ｂ）。以上のような方法で
は、ビットレートは必要な値、すなわち２．５１Ｍｂｉ
ｔ／ｓを超えることはない。
【００４１】変形の実施形態では、ＵＤＰプロトコルを
使用し、確認信号は使用しない。この場合、帯域幅調整
は連続する着信パケット間の時間における間隔を制御し
て行う。
【００４２】他の例では、ロードするまたは表示するフ
ァイルはＪＰＥＧタイプである。この場合、ツール３４
は、最初のパケットヘッダから各ファイルのサイズを再
生してパケットを分析し、帯域幅を調整してビットレー
トを決定し、ダウンロードを約３秒以内に実行するべき
と判断する。
【００４３】このようにして、インターネットで４０で
は使用する帯域幅はＢであり、ノード３６の最初の帯域
幅は、図４に示すようにｂ（Ｂより小さい）である。
【００４４】図５に示すように、保証すべき特定のサー
ビス品質を可能にする分析および調整ソフトウエアツー
ル３４は、インタセプタディストリビュータ５０を含
み、これはパケットを処理し、入力５２と出力５４を介
して遠隔のサーバ３８に接続される（図４）。インタセ
プタディストリビュータの役割は、出力５６を用いて第
１の受信パケットを分析器５８に送ることであり、分析
器５８は、第１の受信パケットのヘッダから有用な情報
を抽出し、必要な帯域幅の計算を可能にする。この有用
な情報は、特にファイルサイズ、１秒当たりのフレーム
数、解像度などによって構成される。
【００４５】最初のパケットから抽出したデータをユニ
ット６０に転送し、必要な帯域幅を計算する。ユニット
６０によって決定した帯域幅を、インタセプタディスト
リビュータユニット５０に転送し、ユニット５０は、次
いで必要な帯域幅に応じて確認時間ｔを調整する。
【００４６】さらに、この例では、ツール３４は帯域幅
平滑器６４を含み、これは帯域幅に制限を加え、ある所
定の制限に従うようにする。例えば、平滑器６４は、リ
アルタイムでビットレートを計算し、次いで時間を増減
してビットレートを一定値に保つ。
【００４７】さらに、この例では、インタセプタディス
トリビュータ５０は、ノード３６に位置する帯域幅管理
手段６６に接続され（図４）、手段６６は、ユニット６
０により決定され、おそらくはその後平滑器６４によっ
て修正された、帯域幅の割り当てを許可するかしないか
の役割を有する。この実施形態では、他のユーザの要求
も計算に入れ、各アプリケーション８０には、要求に必
要な帯域幅のみを割り当てる。他に実行中のアプリケー
ションが、利用可能な帯域幅をアプリケーションに必要
な値以下に制限する場合、上記帯域幅を拒否するか削減
することができる。
【００４８】このように、インタセプタディストリビュ
ータ５０は、入出口６８を介して帯域幅割り当て手段７
０に接続され、帯域幅割り当て手段７０は、分析器７２
と統計収集手段７４とから受信したデータに応じて割り
当てる帯域幅を決定する。
【００４９】上記統計収集手段７４は、種々のユーザデ
ータ、特に、ノードに接続された種々のユーザをカバー
する、端末にローカルなデータおよびグローバルなデー
タを収集する。
【００５０】分析器７２は、収集器７４の供給するデー
タを用いて、ユーザの要求する帯域幅を満たすことがで
きるかを判定する。収集器７４は、帯域幅の以前の利用
状況を収集し、各アプリケーションが任意の時間に要求
するかもしれない帯域幅を予測する。
【００５１】このようにして、収集器７４は、ネットワ
ーク装置からの帯域情報とネットワーク装置を介するユ
ーザからの帯域情報とを収集する。
【００５２】分析器７２は、利用可能な帯域幅を決定す
るのみならず、統計データに応じて将来の利用可能性を
も予測する。
【００５３】帯域幅割り当て手段７０は、ユーザに他の
解決方法、例えばより少ない帯域幅を提供し、ネットワ
ークを輻輳させる危険をもたらすことを回避することが
できる。変形実施形態では、ユーザ要求が満たされるま
でに、ユーザはある事前に計算した時間の間、待たされ
ることがありうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の遠隔通信網を示す図である。
【図２ａ】ＴＣＰプロトコルの既知の特徴を示す図であ
る。
【図２ｂ】図２ａに類似の本発明のプロトコルのための
図である。
【図３】ＴＣＰプロトコルの既知の特徴を示す図であ
る。
【図４】本発明によるネットワークの装置の一部を示す
図である。
【図５】図４に示すネットワークの一定の部分のより詳
細な図である。
【符号の説明】
３０ 端末 ３４ 分析調整ツール ６０ ユニット ６４ 帯域幅制限手段 ６６ 帯域幅割り当て管理装置 ７０ 帯域幅割り当て手段 ７２ 分析器 ｂ 受信帯域幅 ｔ 受信確認時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5K030 GA04 HA08 HB02 HC01 LC01 LC05 LE16

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 遠隔通信網を介し、ＩＰプロトコルを用
    いてパケットを受信する方法であって、第１の着信パケ
    ットの少なくともコンテンツ（ビデオ）とコンテンツの
    タイプ（ＭＰＥＧ１）とを分析し、必要な帯域幅および
    ／またはビットレートを前記分析の結果に基づいて計算
    し（６０）、受信帯域幅（ｂ）またはビットレートを前
    記計算の結果に応じて調整する（７０）ことを特徴とす
    るパケットの受信方法。
  2. 【請求項２】 要求された帯域幅を、所定の制限を越え
    ない場合にのみ割り当てることを特徴とする、請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 割り当てる帯域幅を、他のユーザから来
    る帯域幅の要求によって決まる（７２）ようにすること
    を特徴とする、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 受信器に割り当てる帯域幅を、帯域幅に
    関する他のユーザの利用または要求と、前記他のユーザ
    の将来の帯域幅要求の予測との両方によって決まるよう
    にすることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 帯域幅の割り当てを、前記ユーザが接続
    されるネットワークノードから実施することを特徴とす
    る、請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 ＴＣＰプロトコルに頼るユーザに対し、
    帯域幅またはビットレートを、受信パケットの確認期間
    （ｔ）を設定することにより調節することを特徴とす
    る、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 ＵＤＰプロトコルに頼るユーザに対し、
    帯域幅またはビットレートを、２つの連続するパケット
    の受信間隔を設定することにより調節することを特徴と
    する、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 要求に応じて、ＩＰプロトコルを用い、
    インターネットタイプのネットワークを介してパケット
    を受信する遠隔通信網の端末（３０）であって、 要求されたパケットを受信するのに必要な帯域幅または
    ビットレートを決定するために、少なくとも第１の受信
    パケットのコンテンツ（ビデオ）とコンテンツのタイプ
    （ＭＰＥＧ１）とを分析する分析手段（３４）と、受信
    帯域幅またはビットレートを前記分析手段により供給さ
    れる結果に適応させる手段とを有することを特徴とする
    端末。
  9. 【請求項９】 ＴＣＰタイプのプロトコルに頼る端末に
    対し、受信器が、１つのパケットまたは１組のパケット
    を受信した後に、受信の確認を送信器に送り、送信器が
    送信を継続し、帯域幅またはビットレートの適応手段
    が、確認間隔（ｔ）、すなわち受信と確認の送信との間
    の経過時間を変化させる手段を含むことを特徴とする、
    請求項８に記載の端末。
  10. 【請求項１０】 ＵＤＰタイプのプロトコルを用い、確
    認を送信器に送ることなく受信したパケットに対し、帯
    域幅またはビットレートの調整手段が、受信パケット間
    の間隔を制御する手段を含むことを特徴とする、請求項
    ８に記載の端末。
  11. 【請求項１１】 要求された帯域幅を制限する手段（６
    ４）を含むことを特徴とする、請求項８に記載の端末。
  12. 【請求項１２】 前記要求の送信後に帯域幅の許可を受
    ける手段を含むことを特徴とする、請求項８に記載の端
    末。
  13. 【請求項１３】 ＩＰプロトコルを用いてディジタルパ
    ケットを伝送するネットワークのノードから帯域幅の割
    り当てを管理する装置（６６）であって、端末から帯域
    幅またはビットレートの要求を受信する手段（７０）
    と、全体的な帯域幅の利用の可能性に応じて、要求され
    た帯域幅を割り当てるかまたは拒否する手段とを含むこ
    とを特徴とする装置。
  14. 【請求項１４】 要求の将来予測を行い、かつ各端末に
    帯域幅を割り当てるときに前記将来予測を考慮するため
    に、帯域幅の要求を収集し、かつ前記要求に基づいて統
    計を確立する手段を含むことを特徴とする、請求項１３
    に記載の装置。
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