JP2003152752A - データ送受信方法 - Google Patents

データ送受信方法

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JP2003152752A
JP2003152752A JP2002048997A JP2002048997A JP2003152752A JP 2003152752 A JP2003152752 A JP 2003152752A JP 2002048997 A JP2002048997 A JP 2002048997A JP 2002048997 A JP2002048997 A JP 2002048997A JP 2003152752 A JP2003152752 A JP 2003152752A
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JP2002048997A
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Hiroshi Arakawa
Tomoyoshi Ito
Yoshinori Matsui
Yoji Notoya
Tadamasa Toma
Takao Yamaguchi
智祥 伊藤
孝雄 山口
義徳 松井
陽司 能登屋
博 荒川
正真 遠間
Original Assignee
Matsushita Electric Ind Co Ltd
松下電器産業株式会社
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    • H04L2001/0093Point-to-multipoint

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無線区間をもつネットワーク上では、輻輳状
態と伝送誤りの状態とを正しく判断できない。 【解決手段】 送信端末101と受信端末104との間
の伝送路上に設けられた中間ノード102,103のう
ちの全部又は一部の中間ノードにおけるデータの受信及
び/又は送信の状態に基づいて、受信端末104が受信
すべきデータを決定する。これにより、有線区間と無線
区間とが混在した環境下でも、途切れない音声伝送、乱
れない映像伝送を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、無線区間をもつネ
ットワーク上でのデータ送受信方法に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】従来から、インターネットやイントラネ
ットにおいて、映像や音声の同時配信を実現するための
技術として、マルチキャスト伝送が挙げられる。マルチ
キャスト伝送は、従来の送信端末と受信端末とが1対1
で通信する方式ではなく、送信端末が送信したデータを
中継ノードであるルータにおいて、受信端末の台数分だ
け複製を行い、ルータから複製データを複数の受信端末
へ送信する。これによって、複数の受信端末に同時配信
するために、送信端末自身がデータの複製を作成して送
信する必要はなくなる。このように、マルチキャスト伝
送技術を用いることで、伝送帯域や送信端末の負荷を削
減することが可能となる。 【0003】マルチキャスト伝送において、途切れない
音声伝送、乱れない映像伝送を実現するための技術とし
て、品質制御がある。この品質制御を行う要素技術とし
ては、(1) 輻輳状態に応じて送信端末側が送信レートを
制御する方式、(2) 例えばMPEG(Moving Picture C
oding Experts Group)で標準化されている階層符号化
されたAV(Audio Visual)ストリーム又は異なる符号
化レートで符号化されたデータを、受信端末側で輻輳状
態に応じて選択的に受信して再生する方式、(3) 前方誤
り訂正(Forward Error Correction:FEC)方式、再
送方式などの、欠落したパケットを復元する方式が挙げ
られる。 【0004】(1) の方式に関しては、ネットワークに存
在するボトルネックリンクの存在によって、パケットロ
スが発生したり、遅延が発生したりする。また、ネット
ワークを構成する伝送路の使用可能な帯域は、状況に応
じて大きく変動する。そこで、送信端末は、受信端末か
らパケットロス率や遅延時間の値をフィードバック情報
として受信し、送信レートを制御することで、パケット
ロス率や遅延時間の値がある閾値内に収まるように制御
する。ただし、最も細いネットワークの伝送帯域になる
ように送信レートが抑制されてしまう可能性がある。 【0005】(2) に関しては、受信端末で輻輳状態を検
出する。例えば、ルータで輻輳時にIP(Internet Pro
tocol)パケットにECN(Early Congestion Notifica
tion)を付与することで、受信端末に輻輳を通知するこ
とができる。ECNを付与されたIPパケットを受信し
た受信端末は、輻輳状態が抑制されるまで、階層符号化
された映像(複数の周波数成分からなる映像データで構
成される)のうち、優先度の低い映像(例えば、高周波
成分を多く含む映像は優先度を低く、低周波成分を多く
含む映像は優先度を高く設定する)から順に受信を中止
する。あるいは、複数の異なる符号化レートで符号化さ
れたデータを送信端末に保存しておき、受信端末は、輻
輳の検出により、現在よりも低い符号化レートで符号化
されたデータを選択して受信するようにする方法もあ
る。 【0006】同様の方式として、特開2001−045
098号公報に開示された方式もある。この方式によれ
ば、マルチキャスト環境において各受信端末がそれぞれ
の受信環境に適した受信レートおよびエラー耐性を選択
できるように、送信側においてデータの階層符号化を採
用し、かつ各受信端末が必要に応じてFECデータを利
用する。各受信端末は、パケットロス率、送信レート、
受信レートといった送受信状況をモニタし、送信レート
に対する受信レートの比、つまり送受信レート比を計算
し、パケットロス率及び送受信レート比に従って、受信
すべきデータの階層と、FECデータの受信の要否とを
決定する。 【0007】(3) 欠落した映像を復元する方法として
は、欠落したパケットを受信端末で検出し、送信端末へ
要求する方式(再送)と、予め送信データと冗長データ
とを送信し、パケットロスが発生した場合には、冗長デ
ータからパケットロスしたデータを復元する方式(前方
誤り訂正)とが提案されている。なお、ロスの影響をネ
ットワーク全体に及ぼさないために、ロスが発生したサ
ブのネットワーク内で、ルータなどの中継機器を利用し
て局所的に再送や前方誤り訂正を行う方法も考えられて
いる(ローカル・リカバリ)。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題としては、大きく2つ挙げることができる。 【0009】(課題1)無線区間をもつネットワークで
の輻輳制御 マルチキャストの場合、受信端末へ輻輳状態を通知する
方法として、前述したようにECNが使えるが、ECN
では輻輳が発生しているか、していないかの2値の値で
あり、輻輳の程度を表現することができないため、受信
すべきデータを受信端末側で選択するのが容易ではな
い。また、有線区間と無線区間とをもつネットワークの
場合、有線区間では、主に輻輳により伝送品質が劣化
し、無線区間では、伝送誤りにより伝送品質が劣化す
る。このネットワーク形態で、パケットロス率を用いて
輻輳制御を行う場合、受信端末では、輻輳が原因でパケ
ットが欠落したのか、伝送誤りが原因でパケットが欠落
したのか特定できない。更に、従来から送信端末と受信
端末との間の往復伝播遅延時間(Round Trip Time:R
TT)を測定し、その変化で輻輳を検出する方法が採用
されていたが、無線ゲートウェイと受信端末との間の伝
送遅延が輻輳以外でも発生するため(例えば、ハンドオ
ーバーなど)、無線区間をもつネットワークでは輻輳を
正確に判断することは難しい。 【0010】(課題2)有線区間と無線区間とをもつネ
ットワークでの誤り訂正処理 前述したように、有線区間と無線区間とをもつネットワ
ークの場合、有線区間では、主に輻輳により伝送品質が
劣化し、無線区間では、伝送誤りにより伝送品質が劣化
する。しかし、パケットロス率を用いて輻輳制御を行う
場合、受信端末では、輻輳が原因でパケットが欠落した
のか、伝送誤りが原因でパケットが欠落したのか特定で
きない。このため、無線区間で発生する伝送誤りの程度
に応じて、受信端末で冗長データを受信したり、誤り耐
性処理を施したデータを適切に選択したりすることがで
きない。 【0011】上記特開2001−045098号公報に
開示された方式は、上記課題1及び2を解決することを
目的としているが、この方式では、以下の2つの問題点
がある。まず、この方式では、各受信端末において受信
レートをモニタするために、伝送誤りが発生したパケッ
トについてもパケット長を知る必要がある。ところが、
パケット長を示すフィールドにも誤りが発生している可
能性があるため、正確な受信レートを求めることができ
ない。更に、送受信レート比からは、無線区間で実際に
どれだけのパケットロスが発生したかを知ることはでき
ないため、どの程度の誤り耐性強度を付加するべきかを
決定する(すなわち、送受信レート比の閾値を決定す
る)のが困難である。 【0012】本発明の目的は、上記課題1及び2を解決
することで、無線区間をもつネットワーク上でも途切れ
ない音声伝送、乱れない映像伝送を実現することにあ
る。 【0013】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明では、有線区間と無線区間とをもつ
伝送路において、両区間の境界部分にゲートウェイが存
在し、かつ当該ゲートウェイを介して送信端末と受信端
末との間でデータパケットを送受信するデータ送受信方
法であることを前提とし、伝送路上に設けられたゲート
ウェイを含む中間ノードにおけるデータの受信及び/又
は送信の状態に基づき、受信端末が受信すべきデータを
受信端末又は中間ノードが決定することとした。 【0014】また、請求項2の発明では、送信端末と中
間ノードとの間の往復伝播遅延時間、往復伝播遅延時間
の揺らぎ、中間ノードでのパケットロス率、中間ノード
のリンク帯域のうちの少なくとも1つに基づき、前記受
信すべきデータを決定することとした。 【0015】また、請求項3の発明では、中間ノードで
得られたパケットロスの情報と、受信端末で得られたパ
ケットロスの情報とに基づき、前記受信すべきデータと
して、階層符号化されたデータ、誤り耐性処理を施した
データ、冗長データのうちの少なくとも1つを決定する
こととした。 【0016】一方、請求項4の発明では、無線区間をも
つ伝送路において、中間ノードを介して送信端末と受信
端末との間でデータパケットを送受信するデータ送受信
方法であることを前提とし、無線区間の伝送誤りに関す
る情報に基づき、転送すべきデータの誤り耐性強度を中
間ノードが決定することとした。 【0017】また、請求項5の発明では、伝送路の輻輳
状態に関する情報に基づき、与えられた優先度に応じ
て、転送すべきデータを中間ノードが決定することとし
た。 【0018】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明を行う。 【0019】図1は、本発明が対象とするネットワーク
の説明図である。図1において、送信端末101は、符
号化され、蓄積されたAVストリーム、あるいはリアル
タイムで符号化されたAVストリームを、受信端末10
4に対して送信する。ルータ102及び無線ゲートウェ
イ103は中間ノードである。送信端末101と受信端
末104とをつなぐネットワークは有線区間と無線区間
とで構成され、有線区間内のノードはルータ102で相
互接続され、有線区間と無線区間とは無線ゲートウェイ
(一般のルータで構成してもよい)103で相互接続さ
れている。有線区間はISDN(Integrated Services
Digital Network)、ATM(Asynchronous Transfer M
ode)、FTTH(Fiber To The Home)などであり、無
線区間はW−CDMA(Wideband Code Division Multi
ple Access)、無線LAN(Local Area Network)など
である。 【0020】図2は、送信端末101、中間ノード10
2,103、受信端末104の構成図である。図2にお
いて、送信端末101は、映像の符号化を行う映像符号
化部201と、音声の符号化を行う音声符号化部202
と、符号化データに基づき欠落したパケットを修復でき
るように冗長データを生成する冗長データ生成部203
と、ネットワークの状態を管理するネットワーク状態管
理部204と、冗長データ、符号化データ、ネットワー
ク状態などを伝送する伝送部205とから構成される。 【0021】映像符号化部201や音声符号化部202
では、MPEG2,4などで標準化されている階層符号
化を用いてもよいし、標準に従わない階層符号化方式を
用いてもよい。また、映像符号化部201を保持せず、
予め同じコンテンツを異なる符号化レートで符号化して
蓄積しておき、これを符号化データとして送信してもよ
い。 【0022】映像符号化部201に与えられる画質決定
パラメータの例としては、H.263、MPEG1,
2,4などの符号化方式と、CIF(Common Intermedi
ate Format)、QCIF(Quarter CIF)などの画像サ
イズと、符号化レートと、量子化ステップと、フレーム
数とが挙げられる。また、階層符号化を行う場合は、構
成すべきレイヤ数を指示する。更に、符号化データ自身
に誤り訂正情報を付与する場合には指示を行う。MPE
G4の場合であれば、ビデオヘッダを保護する機能とし
てHEC(Header Extension Code)の有無を決定した
り、イントラマクロブロックによる画面の更新機能であ
るAIR(Adaptive Intra Refresh)の有無や、その周
期を決定したりする。 【0023】音声符号化部202に与えるパラメータの
例としては、AMR(Audio/ModemRiser)、G.71
1、MPEGなどの符号化方式と、符号化レートとが挙
げられる。また、映像の符号化と同様に、符号化データ
自身に誤り訂正情報を付与する場合には指示を行う。 【0024】冗長データ生成部203は、符号化データ
をもとに、予め決められた訂正能力の冗長データを生成
する。冗長データの生成方法としては、連続するパケッ
ト間でXOR(排他的論理和)処理を実行する方法が挙
げられる。リードソロモン符号やターボ符号を利用して
もよい。 【0025】ネットワーク状態管理部204は、送信端
末101と中間ノード102,103との間のRTT、
その揺らぎ、中間ノード102,103でのパケットロ
ス、中間ノード102,103のリンク帯域の各々を測
定する手段を提供する。それぞれの測定方法については
後述する。なお、測定はAVデータ転送中に定期的に、
例えば5秒間隔で行う。 【0026】受信端末104は、送信端末101から送
信されてくる符号化データ、冗長データを伝送部205
で受信するように構成されるとともに、冗長データが存
在し、かつパケットロスが発生している場合には、冗長
データからロスしたパケットを復元するロスデータ復元
部206と、映像及び音声のそれぞれの符号化データを
復号する映像復号部207及び音声復号部208と、ネ
ットワーク状態管理部204と、受信するデータを決定
する受信データ決定管理部209(決定方法に関して
は、後述する)とから構成される。受信端末104は複
数存在し、中間ノード102,103はマルチキャスト
機能を備える。 【0027】図3(a)〜(c)は、映像符号化部20
1又は音声符号化部202で生成される符号化データの
説明図である。図中の矢印は、各々データストリームを
表している。 【0028】図3(a)の例では、符号化されたAVデ
ータが基本レイヤと、N個(Nは整数)の拡張レイヤと
で構成されている。具体的には、MPEG2で標準化さ
れているSNR(Signal to Noise Ratio)スケーラビ
リティを用いて符号化する。SNRスケーラビリティ
は、概念的には、普通に符号化したデータ(基本レイ
ヤ)に加え、基本レイヤを符号化する際に欠落した映像
の高周波成分を符号化して、拡張レイヤを構成する。基
本レイヤに拡張レイヤを加算していくことで、画質が向
上する。同様に、ウエーブレット、JPEG(Joint Ph
otographic CodingExperts Group)2000、MPEG
4といった符号化も同様な考え方でSNRのスケーラビ
リティを実現している。なお、基本レイヤと拡張レイヤ
とを実現する方法として、時間スケーラビリティや空間
スケーラビリティを用いてもよい。 【0029】図3(b)の場合、AVの符号化機能自身
で誤り耐性処理を施しておく。例えば、誤り耐性1のデ
ータは、ビデオヘッダの保護処理を有効にしておく、ま
た、誤り耐性2のデータは、伝送エラーの影響を小さく
するためにパケット長をなるべく小さく設定してある。
更に、誤り耐性3のデータは、誤りから回復しやすいよ
うに、イントラフレーム(又は、イントラマクロブロッ
ク)の挿入間隔を短く設定してある。このように、予想
される伝送誤り率に応じて、誤り耐性を強化した複数の
AVデータを用意しておき、受信端末104で検出され
る誤り率に応じて(後述する)受信すべきAVデータを
変更する。 【0030】図3(c)の場合、予想される伝送誤り率
に応じて、複数の冗長データを用意しておく。例えば、
前述したように、連続する2つのパケット間でXOR
(排他的論理和)を用いて冗長データを生成する。伝送
誤り率の状態に応じて、例えば3つや、4つの符号化デ
ータに対して1つの冗長データを作成して(誤り訂正能
力を変更して)、複数の冗長データ1〜Nを生成する。
一般に、誤り訂正能力を低くすると冗長データの量は削
減できる。 【0031】図4は、RTTと、その揺らぎとを測定す
る方法の説明図である。図4によれば、無線ゲートウェ
イ103は、送信端末101に対し、RTTとその揺ら
ぎとを測定するために、観測パケットを送信する。送信
端末101は、観測パケットに応答し、応答パケットを
無線ゲートウェイ103に送信する。観測パケットの送
信から応答パケットの受信までの時間を測定することに
より、RTTを測定する。また、RTTの時間的な変化
を測定することで、その揺らぎ(ジッタ)を測定する。
測定方法としては、インターネットの標準プロトコルで
あるICMP(Internet Control Message Protocol)
パケットを用いてもよいし、メディア伝送プロトコルで
あるRTP(Realtime Transport Protocol)/RTC
P(RTP Control Protocol)を用いてもよい(ステップ
401)。無線ゲートウェイ103は、送信端末101
と無線ゲートウェイ103との間のRTTと、その揺ら
ぎとを受信端末104へマルチキャスト機能を利用して
配信する。配信プロトコルとしては、独自プロトコルで
もよいし、RTCPのような標準プロトコルを拡張して
もよい(ステップ402)。受信端末104では、受信
したRTTや、その揺らぎの情報に基づき、受信すべき
符号化データ(基本レイヤ、拡張レイヤ)を決定する
(ステップ403)。決定アルゴリズムは図5で述べ
る。なお、輻輳状態の場合、無線ゲートウェイ103は
輻輳の状態を知っているので、無線ゲートウェイ103
が受信端末104に対し、受信すべきデータ(例えば、
基本レイヤ、拡張レイヤ1〜Nのいずれかで指示)を指
示してもよい。 【0032】図5は、RTTに基づき輻輳制御を行う方
法の説明図である。ここでは、階層符号化を対象とし、
基本レイヤは必ず受信し、輻輳状態に応じて拡張レイヤ
の受信を選択的に行うものとする。つまり、図3(a)
のAVデータが送信されるものと仮定する。受信端末1
04では、前回のRTTの値と今回のRTTの値から、
RTTの変化(T)を算出する。その算出式は、例え
ば、T=今回のRTT/前回のRTTである(ステップ
501)。ヒステリシス動作を実現するため、輻輳であ
ることを示す閾値をX1とし、輻輳が解消されたことを
示す閾値をX2とし、かつX2<X1とする。TがX1
よりも大きい場合(ステップ502)、輻輳していると
判断し、受信を中止することができる拡張レイヤが存在
すれば、その受信を中止する(ステップ503)。Tが
X2よりも小さい場合(ステップ504)、輻輳が解消
していると判断し、新たに受信することができる拡張レ
イヤが存在すれば、その受信を開始する(ステップ50
5)。なお、輻輳により発生したパケットロス率や、ジ
ッタを用いて輻輳を検出し、同様な制御を行ってもよ
い。加えて、これら以外に、階層符号化されたAVデー
タを使わなくても、複数種類の符号化レートで符号化さ
れたデータを輻輳状態に応じて、適応的に選択してもよ
い。 【0033】図6は、輻輳により発生したパケットロス
率、伝送誤り率を測定する方法の説明図である。図6に
よれば、無線ゲートウェイ103において、送信端末1
01から送信されてきた符号化データを伝送するパケッ
トのシリアル番号の欠落を検出することで、単位時間あ
たりのパケットロス数を測定し、その結果からパケット
ロス率を算出する(ステップ601)。このパケットロ
ス率は、有線区間を対象としているので、輻輳により発
生したパケットロス率である。また、無線ゲートウェイ
103は、符号化データを受信端末104へ伝送すると
ともに、無線ゲートウェイ103で得られたパケットロ
ス率をマルチキャストで受信端末104へ通知する(ス
テップ602)。受信端末104では、当該受信端末1
04での観測により得られたパケットロス率と、無線ゲ
ートウェイ103で得られたパケットロス率との関係か
ら、伝送誤り率を求める(ステップ603)。その算出
方法については、図7で説明する。次に、伝送誤り率か
ら受信すべき冗長データや、誤り耐性を強化した符号化
データを決定する(ステップ604)。 【0034】図7は、伝送誤り率に基づき誤り耐性の制
御を行う方法の説明図である。ここで対象とするAVデ
ータは、冗長データの構成として図3(c)を仮定す
る。基本レイヤは必ず受信するものとし、伝送誤り率に
応じて、訂正能力の異なる冗長データのうちのいずれか
を受信端末104で選択して受信するものとする。 【0035】無線区間で発生した伝送誤り率(E)は、
受信端末104で観測したパケットロス率と無線ゲート
ウェイ103で観測したパケットロス率との関係から算
出することができる。その算出式は、 E=(受信端末104でのパケットロス率)−(無線ゲ
ートウェイ103でのパケットロス率) である(ステップ701)。冗長データを含めてパケッ
トロス率を算出してもよいし、含めずにこれを算出して
もよい。ここでもヒステリシス動作を実現するために、
誤り発生と判断すべき閾値をZ1とし、誤りが解消した
と判断すべき閾値をZ2とし、かつZ2<Z1とする。
E>Z1ならば(ステップ702)、誤りが発生したと
判断し、受信すべき冗長データとして、より訂正能力の
高い冗長データを受信する(ステップ703)。E<Z
2ならば(ステップ704)、誤りが解消したと判断
し、受信すべき冗長データとして、より訂正能力の低い
冗長データを受信する(ステップ705)。なお、同様
に、図3(b)のように符号化データ自身に付与できる
誤り耐性強度の異なるAVデータを、誤り率に応じて選
択的に受信してもよい。 【0036】図8は、無線ゲートウェイ103で使用可
能な帯域を測定し、輻輳制御を行う方法の説明図であ
る。ここでは、階層符号化を対象とし、基本レイヤは必
ず受信し、輻輳状態に応じて拡張レイヤの受信を選択的
に行うものとする。つまり、図3(a)のAVデータが
送信されるものと仮定する。まず無線ゲートウェイ10
3で、IPアドレスやポート番号などを基準に実効帯域
を測定し、使用可能な帯域を調べる(ステップ80
1)。具体的な帯域の測定ツールとしては、従来から一
般にpathchar、pcharなどのツールがUN
IX(R)では存在する(A. B. Downey et al.,"Using
pathchar estimate Internet link characteristics",
ACM SIGCOMM '99)。無線ゲートウェイ103で使用可
能な帯域を測定した後、送信端末101と無線ゲートウ
ェイ103との間の使用可能な帯域を受信端末104へ
通知する(ステップ802)。通知プロトコルとして
は、独自プロトコルを用いればよい。受信端末104で
は、通知された帯域に基づき、受信可能な拡張レイヤを
選択する(ステップ803)。選択の方法としては、測
定された帯域の範囲内で最大の伝送レートとなるような
レイヤを選択する。 【0037】なお、上記の例では、それぞれの受信端末
104が、個別に輻輳状態や伝送誤りの状態に応じて、
受信すべきデータを決定したが、同一のマルチキャスト
グループに所属する(同じ無線ゲートウェイに属する)
受信端末間で、受信すべきデータ(例えば、基本レイ
ヤ、拡張レイヤ1〜N、冗長データ1〜Nで指示)を相
互に通知して決定する方式も導入できる。例えば、受信
端末は、他の受信端末から通知された受信すべきデータ
に関する情報に基づき、最低限のデータを受信するよう
にする。具体的には、受信端末Aと受信端末Bとが存在
し、受信端末Aが、基本レイヤ、冗長データ1、冗長デ
ータ2を受信すべきと判断し、受信端末Bが基本レイ
ヤ、冗長データ1を受信すべきと判断し、相互に通知
後、受信端末A、Bは、基本レイヤと冗長データ1のみ
を受信する。このような受信端末間の協調動作を採用す
れば、輻輳が低減する。 【0038】また、上記の例では、無線ゲートウェイ1
03が有線区間のRTT、伝送帯域を測定して受信端末
104に通知しているが、送信端末101が、有線区間
のRTT、伝送帯域を測定して、受信端末104に通知
することとしてもよい。この際のRTTに基づく輻輳制
御の動作シーケンス例は、図4において、ステップ40
1のRTTとその揺らぎの測定を送信端末101が行い
(すなわち、送信端末101から無線ゲートウェイ10
3に対して観測パケットを送信し、無線ゲートウェイ1
03から送信端末101に対して応答パケットを送信す
る)、ステップ402のRTTとその揺らぎの配信を、
無線ゲートウェイ103からではなく、送信端末101
から行うよう変更したものと同等である。なお、受信端
末104における輻輳制御の動作は図5と同等である。
また、伝送帯域に基づく輻輳制御の動作シーケンスは、
図8において、ステップ801の帯域推定を送信端末1
01が行い、ステップ802の受信端末104への伝送
帯域の通知を送信端末101から行うよう変更したもの
と同等である。この構成によれば、本発明を実施する場
合には、送信端末、受信端末のみに機能を追加するだけ
でよく、無線ゲートウェイ103に、RTTや伝送帯域
を測定するという特殊な実装が不要となり、機能を追加
すべき対象を少なくできる利点がある。無線ゲートウェ
イ103はRTTや伝送帯域を測定する際に応答パケッ
トを送信する必要があるが、これは、通常標準で搭載さ
れているICMPエコーを利用することで、特殊な実装
が不要となるのである。 【0039】さて、図4、図6及び図8の例では、無線
ゲートウェイ103が受信端末104に対して、RT
T、パケットロス率、伝送帯域などのネットワークの輻
輳状態を示す情報を通知している。ところが、複数の無
線ゲートウェイが存在している場合、受信端末104で
は、どの無線ゲートウェイから通知された情報であるか
を区別することが難しい。そこで、まず、受信端末10
4が無線ゲートウェイに接続要求する際に、無線ゲート
ウェイから当該無線ゲートウェイの名称(例えば、IP
アドレス、CNAMEなどのRTPのID)を通知して
もらう。更に、無線ゲートウェイが輻輳に関する情報を
通知する際に、これを当該無線ゲートウェイの名称とと
もに送信することで、受信端末104は、どの無線ゲー
トウェイから送信された情報であるかを判断することが
できる。なお、接続要求時に無線ゲートウェイの名称を
取得する方法としては、データリンクレベルでの接続が
確立する場合、マルチキャストのグループに参加する場
合、アプリケーションレベルでの接続が確立する場合な
どの接続確立時に、無線ゲートウェイの名称を接続情報
として取得すればよい。 【0040】また、上記の例では、無線ゲートウェイ1
03が有線区間のRTT、パケットロス率、伝送帯域を
測定し、その結果を受信端末104に通知して、受信端
末104が受信すべきデータを受信端末104自身が決
定しているが、受信端末104が受信すべきデータを無
線ゲートウェイ103が決定する方法も考えられる。す
なわち、図2の受信データ決定管理部209を受信端末
104から削除し、中間ノード(無線ゲートウェイ)1
03が受信データ決定管理部209を備える構成であっ
ても、本発明の実施が可能となる。この構成における輻
輳制御の動作シーケンス例は、図4において、ステップ
402を省略し、ステップ403を無線ゲートウェイ1
03が行うよう変更したものと同等である。また、輻輳
制御を行う際の受信データ決定管理部209の動作は、
図5において説明した動作と同じである。また、この構
成における誤り耐性制御の動作シーケンス例は、図6に
おいてステップ602を、受信端末104から無線ゲー
トウェイ103へパケットロス率を通知するよう変更
し、ステップ603及び604を無線ゲートウェイ10
3で行うよう変更したものと同等である。また、誤り耐
性制御を行う際の受信データ決定管理部209の動作
は、図7に示すものと同等である。 【0041】図9は、マルチキャスト伝送されたデータ
を選択転送する中間ノード(無線ゲートウェイ)103
の構成図である。図9中の無線ゲートウェイ103は、
輻輳の度合いに応じたパケット伝送制御と、無線区間に
おける伝送誤りの発生頻度に応じたパケット伝送制御と
を司るものであって、中継すべきIPパケットを蓄積す
るパケット蓄積部901と、輻輳を検出する輻輳検出部
902と、無線区間の伝送誤り率やパケットロス率を検
出する伝送誤り検出部903とから構成される。ここで
は、例えば送信端末101で予め各IPパケットに優先
度情報が付与されるものとし、かつ異なる誤り耐性強度
(例えば、いくつの連続パケットを復元するか)を実現
する複数の冗長データ(FECデータ)が送信端末10
1から送信されるものとする。 【0042】パケット蓄積部901は、有限長の1つ以
上のバッファから構成され、必要であれば、2つ以上の
無線網へ選択出力するルーティング機能を有する。ま
た、バッファはFIFO(First-In First-Out)キュー
や、RED(Random Early Drop)、RIO(RED In-Ou
t)、WRED(Weighted RED)といった選択的なパケ
ット廃棄手段を備えることを前提としている。 【0043】輻輳検出部902は、パケット蓄積部90
1でのIPパケットの蓄積量を監視する。例えば、現在
のIPパケットの蓄積量(バッファ占有量)が、パケッ
ト蓄積部901で蓄積できる限界の容量の1/3未満で
あれば輻輳なしと判断し、1/3以上かつ1/2未満で
あれば軽度の輻輳状態であると判断し、1/2以上であ
れば強い輻輳状態であると判断する。この判断結果に基
づき、パケット蓄積部901でのパケット廃棄を指示す
る。具体的に説明すると、輻輳なしと判断した場合には
パケット廃棄を行わないが、軽度の輻輳状態であると判
断した場合には、低優先度のパケットのみを廃棄する。
また、強度の輻輳状態であると判断した場合には、低優
先度と中優先度のパケットを廃棄する。 【0044】伝送誤り検出部903は、受信端末104
で測定された伝送誤り率又はパケットロス率の通知を受
け、無線区間における伝送誤りの発生頻度に応じて、転
送すべき冗長データを決定する。例えば、冗長データの
量としてはほぼ同じであるが、誤り訂正能力が異なる冗
長データや、誤り訂正の保護対象が異なる冗長データを
利用する。具体的には、MPEGの場合、イントラフレ
ーム(Iフレーム)とインターフレーム(Pフレーム)
との両方に弱い強度の誤り訂正能力を付与する冗長デー
タ(弱いFECデータR1)と、イントラフレームのみ
に強い強度の誤り訂正能力を付与する冗長データ(強い
FECデータR2)とを送信端末101からマルチキャ
スト配信する。伝送誤り検出部903は、無線区間の伝
送誤りが低い場合(例えば、誤り率1%未満)には、両
FECデータR1,R2のうち強いFECデータR2を
廃棄して、弱いFECデータR1のみを通過させるよう
に、パケット蓄積部901へ通知を出す。逆に、伝送誤
りが高い場合(例えば、誤り率1%以上)には、両FE
CデータR1,R2のうち弱いFECデータR1を廃棄
して、強いFECデータR2のみを通過させるように、
パケット蓄積部901へ通知を出す。同様の手法を、階
層符号化されたAVデータに対して適用してもよい。 【0045】優先度情報の付与は、図2で説明した送信
端末101の場合、映像符号化部201や音声符号化部
202で行う。イントラフレームを高優先度に、インタ
ーフレームを中優先度に、音声データを低優先度にそれ
ぞれ指定することができる。音声データ中の有音期間の
データを高優先度、無音期間のデータを低優先度として
もよい。なお、文字、音楽といった他のメディアや、異
なるメディア間で優先度付けを行ってもよい。更に、階
層符号化されたAVデータにも適用でき、基本レイヤを
高優先度、拡張レイヤを低優先度としてもよい。加え
て、複数の符号化レートでエンコードされたAVデータ
に、優先度情報を付与して伝送してもよい。例えば、9
6kbpsで符号化されたデータを高優先度に、128
kbpsで符号化されたデータを低優先度に設定する。
この場合、128kbpsのデータを中継していて、無
線ゲートウェイ103が輻輳状態を検出すれば、128
kbpsのデータは廃棄し、96kbpsのデータを受
信端末104へ転送する。輻輳が解消すれば、96kb
psのデータを廃棄し、128kbpsのデータを受信
端末104へ転送する。なお、優先度に関する情報は、
IPパケットの優先度情報を記述するTOS(Type Of
Service)フィールドを用いればよい。 【0046】なお、送信端末101から異なる誤り耐性
強度の冗長データを複数配信するため、無線ゲートウェ
イ103でデータを区別して、転送や廃棄を行わなけれ
ばならない。この区別のためには、IPパケットの優先
度情報を記述するTOSフィールドを用いればよい。例
えば、イントラフレームを1、インターフレームを2、
強いFECデータを3、弱いFECデータを4として、
送信側でTOSフィールドに、送信データごとにラベル
付けを行う。なお、異なる符号化レートで符号化された
AVデータを同時に伝送する場合、符号化レートに対応
する冗長データを用意し、輻輳の検出により、対象とす
る符号化レートのデータが変更された場合、廃棄、転送
する冗長データも、同様に、対象とする符号化レートに
あわせて変更しなければならない。 【0047】更に、伝送誤りに応じて、中継すべきAV
データと冗長データと両者を選択的に廃棄、転送しても
よい。例えば、伝送誤り率が低い場合は、イントラフレ
ームとインターフレームの両者を転送し、冗長データは
廃棄する。一方、伝送誤り率が高い場合は、イントラフ
レームと冗長データを転送し、インターフレームは廃棄
する。この場合、図9中の輻輳検出部902はなくても
よい。 【0048】図10は、無線ゲートウェイ103におい
て伝送制御を行う方法の説明図である。図10によれ
ば、まずパケット蓄積部901でIPパケットの蓄積量
(輻輳の度合い)を調べる(ステップ1001)。輻輳
がなければパケット廃棄を行わず(ステップ1002,
1003)、輻輳の度合いが弱ければ低優先度のパケッ
トのみを廃棄し(ステップ1004,1005)、輻輳
が強い場合には低優先度と中優先度のパケットを廃棄す
る(ステップ1006,1007)。更に、伝送の誤り
率やパケットロス率を調べ(ステップ1008)、誤り
やパケットロス率が低い場合は、強いFECデータR2
を廃棄して、弱いFECデータR1のみを通過させる
(ステップ1009,1010)。誤りやパケットロス
率が高い場合、弱いFECデータR1を廃棄して、強い
FECデータR2のみを通過させる(ステップ101
1,1012)。ステップ1010又は1012で誤り
耐性強度を変更したために輻輳の度合いが変化した場合
には、ステップ1001へ戻った後に、ステップ100
3、1005又は1007における中継データの変更が
あり得る。 【0049】図11は、本発明を応用したマルチキャス
トシステムの概略図である。本システムは、マルチキャ
スト伝送を行うため、多数のユーザに同一のコンテンツ
を配信する場合に有効である。図11では、その例とし
て、地域の情報を複数の携帯電話端末へ配信する場合の
応用例を示している。例えば、横浜駅周辺の情報をもつ
サーバ(送信端末)101は、ルータ102及び横浜駅
周辺局(無線ゲートウェイ103)A〜Cを介して、横
浜駅周辺の携帯電話端末(受信端末104)A〜Dに情
報を配信する。配信する情報としては、公共施設の混雑
情報をライブ映像で伝送したり、店、映画の広告などを
配信したりする。当然、他の地域には、別のサーバから
その地域の情報を配信する。図11に示すとおり、川崎
駅周辺の情報をもつサーバは、ルータ及び川崎駅周辺局
A,Bを介して、川崎駅周辺の携帯電話端末A〜Cに周
辺情報を配信する。このように本発明を応用することに
より、高品質なマルチキャスト伝送が実現可能となる。
この応用例以外にも、多数のユーザに同一のストリーム
配信を行う場合に、本発明は有効である。 【0050】なお、上記の例では送信端末と受信端末と
の間の伝送路が有線区間と無線区間とをもつものとした
が、本発明は、伝送路の全体が無線網のみで構成された
場合にも適用可能である。 【0051】 【発明の効果】以上説明してきたとおり、本発明によれ
ば、無線区間をもつネットワーク上でも途切れない音声
伝送、乱れない映像伝送を実現することができる。

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明が対象とするネットワークの説明図であ
る。 【図2】送信端末、中間ノード、受信端末の構成図であ
る。 【図3】映像符号化部又は音声符号化部で生成される符
号化データの説明図である。 【図4】往復伝播遅延時間、その揺らぎを測定する方法
の説明図である。 【図5】往復伝播遅延時間に基づき輻輳制御を行う方法
の説明図である。 【図6】輻輳により発生したパケットロス率、伝送誤り
率を測定する方法の説明図である。 【図7】伝送誤り率に基づき誤り耐性の制御を行う方法
の説明図である。 【図8】無線ゲートウェイで使用可能な帯域を測定し、
輻輳制御を行う方法の説明図である。 【図9】マルチキャスト伝送されたデータを選択転送す
る無線ゲートウェイの構成図である。 【図10】無線ゲートウェイにおいて伝送制御を行う方
法の説明図である。 【図11】本発明を応用したマルチキャストシステムの
概略図である。 【符号の説明】 101 送信端末 102 ルータ(中間ノード) 103 無線ゲートウェイ(中間ノード) 104 受信端末 201 映像符号化部 202 音声符号化部 203 冗長データ生成部 204 ネットワーク状態管理部 205 伝送部 206 ロスデータ復元部 207 映像復号部 208 音声復号部 209 受信データ決定管理部 901 パケット蓄積部 902 輻輳検出部 903 伝送誤り検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒川 博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松井 義徳 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 能登屋 陽司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 遠間 正真 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5K014 AA01 AA04 FA08 FA11 GA02 5K030 GA11 HA08 HD03 JL01 JL07 LC11 MB05 MB06 5K033 AA05 AA07 BA15 CB08 DA05 DA17 DB18 5K034 AA05 EE03 EE11 FF11 HH01 HH02 HH09 HH12 MM25 MM39

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 有線区間と無線区間とをもつ伝送路にお
    いて、前記両区間の境界部分にゲートウェイが存在し、
    かつ前記ゲートウェイを介して送信端末と受信端末との
    間でデータパケットを送受信するデータ送受信方法であ
    って、 前記伝送路上に設けられた前記ゲートウェイを含む中間
    ノードにおけるデータの受信及び/又は送信の状態に関
    する情報を取得するステップと、 前記中間ノードにおけるデータの受信及び/又は送信の
    状態に関する情報に基づき、前記受信端末が受信すべき
    データを前記受信端末又は前記中間ノードが決定するス
    テップとを備えたことを特徴とするデータ送受信方法。 【請求項2】 請求項1記載のデータ送受信方法におい
    て、 前記送信端末と前記中間ノードとの間の往復伝播遅延時
    間、往復伝播遅延時間の揺らぎ、前記中間ノードでのパ
    ケットロス率、前記中間ノードのリンク帯域のうちの少
    なくとも1つに基づき、前記受信すべきデータを決定す
    るステップを備えたことを特徴とするデータ送受信方
    法。 【請求項3】 請求項1記載のデータ送受信方法におい
    て、 前記中間ノードで得られたパケットロスの情報と、前記
    受信端末で得られたパケットロスの情報とに基づき、前
    記受信すべきデータとして、階層符号化されたデータ、
    誤り耐性処理を施したデータ、冗長データのうちの少な
    くとも1つを決定するステップを備えたことを特徴とす
    るデータ送受信方法。 【請求項4】 無線区間をもつ伝送路において、中間ノ
    ードを介して送信端末と受信端末との間でデータパケッ
    トを送受信するデータ送受信方法であって、 前記無線区間の伝送誤りに関する情報を取得するステッ
    プと、 前記無線区間の伝送誤りに関する情報に基づき、転送す
    べきデータの誤り耐性強度を前記中間ノードが決定する
    ステップとを備えたことを特徴とするデータ送受信方
    法。 【請求項5】 請求項4記載のデータ送受信方法におい
    て、 前記伝送路の輻輳状態に関する情報を取得するステップ
    と、 前記伝送路の輻輳状態に関する情報に基づき、与えられ
    た優先度に応じて、転送すべきデータを前記中間ノード
    が決定するステップとを更に備えたことを特徴とするデ
    ータ送受信方法。
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