JP2004120230A - データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステム - Google Patents
データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステム Download PDFInfo
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Abstract
【課題】送受信ノードが複数のセグメントを経由して通信を行うネットワーク型のデータ通信において、上位のアプリケーションサービスが要求するサービス品質特性に応じた通信制御を、ネットワークレイヤで容易に実現・実装することを可能とする、データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムを提供する。
【解決手段】第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信したノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄する。
【選択図】 図１
【解決手段】第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信したノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はデータ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムに関し、特に、送受信ノードが複数のセグメントを経由して通信を行うネットワーク型のデータ通信において、上位のアプリケーションサービスが要求するサービス品質特性に応じた通信制御を、ネットワークレイヤで容易に実現・実装することを可能とする、データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワーク上のデータ通信においては、それを必要とするアプリケーションサービスによって、通信に要求されるサービス品質（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）特性が異なる。例えば、映像や音声を扱うアプリケーションではデータのリアルタイム性が重要であるため、高いサービス品質の通信が要求される。これに対し、電子メールや電子掲示板などのアプリケーションでは原則としてリアルタイム性は必要なく、通信のサービス品質が少々低くても最終的に宛先へデータが到達すればよいということが前提となっている。
【０００３】
ある通信におけるサービス品質特性を決定する要素品目としては、ネットワーク上の伝送路の回線速度、伝送遅延，伝送エラー発生率など様々なものがある。これらのＱｏｓ要素品目を総合的に改善するために広く試みられている方法は帯域制御である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、帯域制御によってネットワークの伝送品質そのものを制御しようとする場合は、ネットワーク上におけるルータなどの経路接続機器を含む全てのノードが一様に帯域制御機能を有している必要があり、実現にはかなりのコストを要する。また、帯域制御を行うということは各アプリケーションサービスがネットワークリソースをできるだけ占有しようとするのが目的であるから、これは帯域を共有することによって大群効果を得ようとするパケット通信方式の利点を損なってしまう。
【０００５】
そこで、次に考えられるのはネットワークの伝送品質はそのままに、アプリケーションサービスを提供するエンドポイントノード間だけでそのサービスに応じたＱｏＳ制御を行う方法である。これに関して広く提案又は実施されているのは、実際に通信を制御している下位のネットワークレイヤから伝送品質情報を取得し、それをもとにサービスの提供方法を調整するといった方法である。例えば、映像や音声などのリアルタイム性を要求するデータを送信する際、ネットワークの伝送品質に見合うようデータを圧縮したり、間引いたりしてリアルタイム性のみを保証するように調整する方法がある。ここで問題となるのは、ネットワークレイヤで如何に伝送品質情報を収集するかということであり、一般的には伝送品質の指標となる様々な要素品目について測定を行い、その統計情報を取得するという方法が用いられる（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−０９４５６６号公報（請求項５−７、図１）
【特許文献２】
特開２０００−２７８３１７号公報（請求項１−３、図１）
【特許文献３】
特開平０２−１２１４２９号公報（特許請求の範囲、第１図、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ネットワークの伝送品質に関する統計情報を取得して上位アプリケーションサービスでのデータ処理を調整する方法では次のような問題点がある。
【０００８】
第一に、ネットワークレイヤでの通信制御において、伝送品質を測定するための処理を実際のユーザデータの送受信処理のほかに追加しなければならないことである。これは処理実装に要するコストが増大するだけでなく、測定のための特殊なデータパケットをネットワーク上で用いる場合は、それによるトラヒック負荷が少なからず生じてしまう。
【０００９】
第二に、ネットワークの伝送品質の要素品目のうち、特に伝送遅延においては時間的なゆらぎが必ずあるため、統計値を基にして伝送品質を判断し、それに応じて上位アプリケーションサービスで送受信データを調整するには複雑な処理が必要になる。これは上位アプリケーションサービスではネットワークレイヤから渡される伝送品質情報をある程度予測したデータ処理を組み込んでおく必要があるが、前記伝送遅延のゆらぎなどにより、予測されるケースの数が多くなってしまい、複雑な処理が必要となってしまうということである。
【００１０】
第三に、前記第二の点に加えて、ネットワークレイヤで測定される統計情報は時間的に変化するため、データ通信中は定期的に測定を実施する必要があり、また時間的に異なる統計情報がネットワークレイヤから渡された場合、アプリケーションサービスはそれぞれデータ処理の方法を変化させなければならない。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、送受信ノードが複数のセグメントを経由して通信を行うネットワーク型のデータ通信において、上位のアプリケーションサービスが要求するサービス品質特性に応じた通信制御を、ネットワークレイヤで容易に実現・実装することを可能とする、データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法は、第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とする。
【００１３】
また、前記第１のノードが前記データパケットを送信すると同時に、前記第１のノードは応答信号の検出許容時間を計測するタイマを起動し、前記タイマがタイムアウトする前に前記第２のノードからの応答信号を受信した場合は、前記データパケットが正常に前記第２のノードに送信されたと判定して前記タイマを停止し、前記タイマがタイムアウトした場合は、前記データパケットが前記第２のノードに受信されなかったと判定して通信異常の処理を行う、ことを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記応答信号の検出許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００１５】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記応答信号の検出許容時間の関数により算出される、ことを特徴とする。
【００１６】
さらに、第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記ヘッダ情報部の前記伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とする。
【００１７】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００１８】
さらに、第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの受信制限時刻を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻が前記ヘッダ情報部の前記受信制限時刻を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とする。
【００１９】
また、前記受信制限時刻は、前記データパケットが要求するサービス品質レベルの関数により算出される伝送遅延許容時間と、前記データパケットの送信時刻とを加えることにより算出される、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムは、通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００２１】
また、前記データパケットを送信するノードは、前記データパケットを送信すると同時に応答信号の検出許容時間を計測するタイマを起動し、前記タイマがタイムアウトする前に前記データパケットを受信するノードからの応答信号を受信した場合は、前記データパケットが正常に前記データパケットを受信するノードに送信されたと判定して前記タイマを停止し、前記タイマがタイムアウトした場合は、前記データパケットが前記データパケットを受信するノードに受信されなかったと判定して通信異常の処理を行う、ことを特徴とする。
【００２２】
さらに、前記応答信号の検出許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００２３】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記応答信号の検出許容時間の関数により算出される、ことを特徴とする。
【００２４】
さらに、通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記ヘッダ情報部の前記伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００２５】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００２６】
さらに、通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの受信制限時刻を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻が前記ヘッダ情報部の前記受信制限時刻を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００２７】
また、前記受信制限時刻は、前記データパケットが要求するサービス品質レベルの関数により算出される伝送遅延許容時間と、前記データパケットの送信時刻とを加えることにより算出される、ことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムを含むデータ通信システムの一実施形態を示すブロック図、図２は同詳細ブロック図であり、以下では図１、図２に示したデータ通信システムを例に、本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムおよびデータ通信におけるＱｏＳ制御方法の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１において、データ通信を可能とする通信網であるところのネットワーク２０は、複数のセグメント３０を含んでおり、また、データの送受信を行う複数のノード１０を含んで構成されている。
【００３１】
そして、本実施形態においては、ネットワーク２０内のノードＡ１０−１は、あるアプリケーションサービスを提供するために、セグメントＸ３０−１、セグメントＹ３０−２、及びセグメントＺ３０−３を跨った先にあるノードＢ１０−２とのデータ通信を行うものとする。すなわち、ノードＡ１０−１からデータ５０がノードＢ１０−２に送信され、ノードＢ１０−２からはデータ５０に対する応答６０がノードＡ１０−１に返送される。通信は、ネットワーク２０内に共存する他のノード１０と伝送帯域を共有するパケット通信方式で行われ、セグメント３０を跨った通信には、それぞれのセグメント３０間を接続するルータなどの経路接続機器（図示せず）が用いられる。
【００３２】
ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２との間のデータ通信は、図２に示すように、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ：開放型システム間相互接続）参照モデルに代表される標準的な階層構造のプロトコルに基づいて行われる。
【００３３】
すなわち、図２において、各ノードＡ１０−１やノードＢ１０−２は、ネットワークレイヤの通信モジュールをモデル化したエンティティ（Ｅｎｔｉｔｙ）であるところのネットワークレイヤエンティティ１２（１２−１、１２−２）を軸とし、ネットワークレイヤの上位にあってアプリケーションサービスなどを提供するエンティティであるところの上位レイヤエンティティ１１（１１−１、１１−２）と、ネットワークレイヤの下位にあってデータリンクレイヤや物理レイヤのエンティティであるところの下位レイヤエンティティ１３（１３−１、１３−２）と、から構成されている。また、セグメントＸ３０−１とセグメントＹ３０−２との経路接続機器（図示せず）には、下位レイヤエンティティ１３−７が実装されており、セグメントＹ３０−２とセグメントＺ３０−３との経路接続機器（図示せず）には、下位レイヤエンティティ１３−８が実装されている。
【００３４】
各セグメント３０（セグメントＸ３０−１、セグメントＹ３０−２、セグメントＺ３０−３）内では、下位レイヤエンティティ１３が下位レイヤでの送達確認と再送制御を行っている。また、これとは別にネットワークレイヤで、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間の論理伝送路における信頼性を高めるために、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間に特化したデータの送達確認を行っている。すなわち、ノードＡ１０−１からノードＢ１０−２に対しデータ５０を送信すると、その応答６０がノードＢ１０−２からノードＡ１０−１に返送されるようになっている。
【００３５】
多くの階層型プロトコルがそうであるように、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間におけるネットワークレイヤレベルと下位レイヤレベルでの送達確認、及び再送制御などはそれぞれ独立して行われる。ただし、本発明においては下位レイヤレベルでの送達確認や再送制御は必要条件ではない。
【００３６】
次に、図３を参照して、各ノード１０（ノードＡ１０−１、ノードＢ１０−２）の構成について説明する。
【００３７】
図３は、ノードの構成の一例を示す詳細ブロック図である。
【００３８】
図３において、ノード１０は、アプリケーションサービス処理部１と、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：サービス品質）管理部２と、ネットワーク処理部３と、時刻同期処理部４と、データリンク処理部５と、データ送信部６と、データ受信部７と、から構成されている。
【００３９】
アプリケーションサービス処理部１は、様々な通信アプリケーションサービス或いはユーザインターフェースの処理を提供するブロックであり、図２の各ノード１０における上位レイヤエンティティ１１に相当する。
【００４０】
ＱｏＳ管理部２とネットワーク処理部３は、図２の各ノード１０におけるネットワークレイヤエンティティ１２に相当する処理ブロックである。ネットワーク処理部３は、アプリケーションサービス処理部１からデータ送信要求を受理して下位レイヤへ渡し、下位レイヤから受信したデータをアプリケーションサービス処理部１へ渡すほか、ネットワーク２０を通じた相手先とのエンドツーエンドの論理伝送路の設定や伝送エラー検出、再送制御などを行う。ＱｏＳ管理部２は、ネットワーク処理部３を補佐する形で、ネットワーク処理部３へ渡される送受信各データのサービス品質レベルを調べ、それに応じた通信のＱｏＳ制御、特にここでは伝送遅延に関する制御を、ネットワーク処理部３と協調して行う。
【００４１】
データリンク処理部５及びデータ送信部６、データ受信部７は、図２の各ノード１０における下位レイヤエンティティ１３に相当し、ノード１０が接続するセグメント３０への実際のデータの送受信、及びセグメント３０内での下位レイヤにおけるデータ送達確認や再送制御などを行う。
【００４２】
これらのレイヤエンティティとは別に時刻同期処理部４があり、ここではネットワーク２０内で自ノードの時刻を他ノードと同期する処理を行い、さらにデータの送受信時におけるデータ送信時刻、及びデータ受信時刻をネットワーク処理部３へ通知して、ＱｏＳ制御に必要な時刻データの提供を行う機能を有する。
【００４３】
次に、図４、図５、図６を参照して、図１、図２、図３に示した本実施形態の動作について説明する。なお、図４、図５、図６の説明において図１、図２、図３に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４４】
図３のノード１０のアプリケーションサービス処理部１で提供されるサービスの内容は様々であり、各サービスはネットワーク２０上の通信において異なるサービス品質（ＱｏＳ）レベルを要求する。一般にサービス品質レベルの指標としては、回線速度、伝送遅延、伝達保証、伝送エラー発生頻度などがあげられるが、本実施形態においては主として伝送遅延のことを指すものとする。
【００４５】
例えば、ノードＡ１０−１におけるユーザが画面を操作してノードＢ１０−２に問い合わせを発行し、その結果をノードＡ１０−１の画面に表示するといったインタラクティブなサービスや、映像・音声などのマルチメディアサービスについては、リアルタイム性が重要になるので高いサービス品質レベルが定義される。これに対し、電子メールなど原則的にリアルタイム性を要求しないものについては、より低いサービス品質レベルでもかまわない。
【００４６】
そこで、図３のノード１０のＱｏＳ管理部２では、ネットワーク２０上で展開される様々なアプリケーションサービスの特性に従って、ネットワークレイヤに要求されるサービス品質レベルＱｋを規定する。サービス品質レベルＱｋは、ｋ＝１、２、…、ＮのＮ段階で規定され、Ｑ１が最も高品質であるものとする。
【００４７】
ここで、サービス品質レベルＱｋの値は、言い換えればノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間のエンドツーエンド通信で許容される伝送遅延時間の許容限界値の指標になる。当然、Ｑ１レベルが最もリアルタイム性を要求する通信に相当する。
【００４８】
さて、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間では、送信したデータ５０の応答６０（本実施形態においては肯定応答（ＡＣＫ）であるものとする）をとることにより、データ伝達確認及び不達時の伝送エラー処理を行って通信の信頼性を保証している。通常は図４に示すように、ノードＡ１０−１はデータ５０の送信後にある規定時間内、即ち応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）内に、受信側であるノードＢ１０−２から、送信したデータ５０に対する応答６０が届くことを期待している。もし、届かない場合は伝送エラーが発生したとみなし、再送制御を行うか、上位レイヤに対してデータの不達及び異常を通知する。
【００４９】
以上述べたサービス品質レベルＱｋと応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を前提に、図４を参照して、本実施形態の正常通信時の動作について説明する。
【００５０】
図４は、本実施形態の正常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【００５１】
ネットワークレイヤでは、通信に先立ってノードＡ１０−１とノードＢ１０−２で時刻合わせを行う時刻同期を行う（図４のＳ１）。ノードＡ１０−１は、送信するデータ５０のヘッダ情報部に、データ５０の送信時刻（ｔｓ）及びデータ５０が要求するサービス品質レベル（Ｑｋ）を付加してデータ５０を送信する（図４のＳ３）。この時同時に、応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を計測する応答検出タイマを起動する（図４のＳ２）。
【００５２】
ノードＢ１０−２はデータ５０を受信すると、データ５０の受信時刻（ｔｒ）とデータ５０のヘッダ情報部の送信時刻（ｔｓ）との時間差を計算し、伝送遅延時間（ΔＴ）を求める（図４のＳ４）。そして、伝送遅延時間（ΔＴ）の値がサービス品質レベル（Ｑｋ）で規定される伝送遅延許容時間（Ｔ２（ｋ））を超えていなければ（図４のＳ５）、応答６０をノードＡ１０−１に対して返送する（図４のＳ６）。
【００５３】
ノードＡ１０−１は、応答６０を受信すると、ステップＳ２で起動したタイマを停止し（図４のＳ７）、データ５０が正常に送信されたので以降ノードＡ１０−１での正常処理を継続する（図４のＳ８）。
【００５４】
次に、図４のステップＳ４において求めた伝送遅延時間（ΔＴ）の値が、伝送遅延許容時間（Ｔ２（ｋ））を超えていた場合の動作について、図５を参照して説明する。
【００５５】
図５は、本実施形態の異常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【００５６】
図５において、ステップＳ１〜Ｓ３までの動作は、図４と同一であるためその説明を省略する。
【００５７】
ノードＢ１０−２がデータ５０を受信すると、データ５０の受信時刻（ｔｒ）とデータ５０のヘッダ情報部の送信時刻（ｔｓ）との時間差を計算し、伝送遅延時間（ΔＴ）を求める（図５のＳ４）。そして、伝送遅延時間（ΔＴ）の値がサービス品質レベル（Ｑｋ）で規定される伝送遅延許容時間（Ｔ２（ｋ））を超えている場合は（図５のＳ１０）、そのデータ５０を破棄し、ノードＡ１０−１に応答６０を返さない。
【００５８】
これにより、ノードＡ１０−１ではステップＳ２で起動した応答検出タイマがタイムアウトするため（図５のＳ１１）、データ５０が伝送途中で損失したとみなし、伝送エラー発生時と同様に、再送制御を行うか或いは上位レイヤに対して異常通知を行う（図５のＳ１２）。
【００５９】
次に、図４、図５を再度参照すると共に図６を参照して、本実施形態の動作について具体的に説明する。
【００６０】
上述したように、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間では、送信したデータ５０の応答６０をとることにより、データ伝達確認及び不達時の伝送エラー処理を行って通信の信頼性を保証している。通常は図４に示すように、ノードＡ１０−１はデータ５０の送信後にある規定時間内、即ち応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）内に、受信側であるノードＢ１０−２から、送信したデータ５０に対する応答６０が届くことを期待している。もし、届かない場合は伝送エラーが発生したとみなし、再送制御を行うか、上位レイヤに対してデータの不達及び異常を通知する。
【００６１】
上述の応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）はネットワーク処理部３に上位レイヤから渡されるデータ５０のサービス品質レベルＱｋによって異なる。つまり、Ｔ１（ｋ）は下記の［数１］で表される。
【００６２】
【数１】
【００６３】
ただし、ＦはＱｋの値をとる任意の関数であり、Ｑｋの値が小さいほどＴ１（ｋ）の値も小さくなるような関数である。例えば、二つの異なるサービス品質レベルＱｋ１、Ｑｋ２において、
【００６４】
【数２】
【００６５】
が成り立つ。
【００６６】
ノードＡ１０−１はデータ５０を送信する際に、Ｔ１（ｋ）時間後にタイムアウトするタイマをかけ（図４、図５のＳ２）、図４のようにタイムアウトする前にノードＢ１０−２からの応答６０を受信すればタイマを停止し（図４のＳ７）、正常処理を継続する（図４のＳ８）。
【００６７】
しかし、図５のようにノードＡ１０−１でデータ５０を送信してからＴ１（ｋ）時間内にノードＢ１０−２からの応答６０を受信しなかった場合は、ノードＡ１０−１からノードＢ１０−２へのデータ伝送途中で、データの損失もしくは何らかの異常が発生したと判断し、再送制御、もしくは上位のアプリケーションサービス処理部１に対するデータの不達及び異常を通知する（図５のＳ１２）。
【００６８】
ところで、図４において、ノードＢ１０−２ではノードＡ１０−１からのデータ５０を受信後、そのデータ５０のサービス品質レベル（Ｑｋ）に応じて、ノードＡ１０−１が期待する応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）内に応答６０が届くようにしなければならない。従って、ノードＢ１０−２ではそのデータ５０がいつ送信されたか、またノードＡ１０−１で期待する応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を知る必要があり、Ｔ１（ｋ）の値をもとにそのデータ５０に対してどの程度の伝送遅延時間（ΔＴ）が許容されるかという、伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を算出する必要がある。このため、次の前提条件が必要となる。
【００６９】
まず、ネットワーク２０上の各ノード１０は、図３の時刻同期処理部４によって、通信を開始する前に他のノード１０との時刻同期処理を完了しておく（図４、図５のＳ１）。時刻同期の方法についてはここでは言及しないが、例えば標準的な標準時刻サービスＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＲＦＣ（Ｒｅｑｕｅｓｔ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｅｎｔｓ）１３０５）プロトコルを、ノードＡ１０−１、ノードＢ１０−２が共に使用することにより、これを達成できる。そして、ノードＡ１０−１のネットワーク処理部３はデータ５０を送信する際に、図６に示されるようにそのデータパケットのヘッダ情報部（５１〜５４）に、時刻同期処理部４から得た送信時刻ｔｓと（図６の５２）、ＱｏＳ管理部２から得たそのデータ５０に要求されるサービス品質レベルＱｋを付加する（図６の５３）。なお、図６の５５には、上位のアプリケーションサービス処理部１からのユーザデータが格納されている。
【００７０】
ノードＢ１０−２のネットワーク処理部３は、下位のデータリンク処理部５を通じてノードＡ１０−１からのデータ５０を受信すると、ヘッダ情報として付加されたデータの送信時刻ｔｓとサービス品質レベルＱｋをデータパケットから取得する。そして、サービス品質レベルＱｋから上記［数１］に従ってノードＡ１０−１がタイマ設定している応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を計算し、さらにそのデータ５０に対して許容されるべき伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を次のように決定する。
【００７１】
【数３】
【００７２】
また、ノードＢ１０−２は自ノード内の時刻同期処理部４を通じて、そのデータの受信時刻ｔｒを取得し、データ伝送に要した時間ΔＴ＝ｔｒ−ｔｓを算出する。このΔＴ値が［数３］で求めた伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）よりも小さい場合は、図４のステップＳ６のように応答６０をノードＡ１０−１に返すが、そうでない場合はネットワーク２０上で何らかの原因により、許容範囲を超えた伝送遅延が発生したと判断し、そのデータ５０を上位のアプリケーションサービス処理部１に渡さずにそのまま破棄し、応答も返さない（図５のＳ１０）。
【００７３】
これは、ノードＡ１０−１のアプリケーションサービス処理部１が期待する制限時間内でノードＢ１０−２のアプリケーションサービス処理部１がデータ５０を処理するにはもはや手遅れであるためである。こうしておいて、ノードＢ１０−２は、ノードＡ１０−１に伝送途中でデータが損失したと判断させ、伝送エラー発生と同等の処理を期待する。
【００７４】
ノードＡ１０−１のネットワーク処理部３では、送信したデータ５０に対する応答６０がノードＢ１０−２から返らないため、データ送信時に仕掛けておいたタイマがタイムアウトし（図５のＳ１１）、データ伝送途中でデータの損失もしくは何らかの伝送エラーが発生したと判断して、再送制御、もしくは上位のアプリケーションサービス処理部１へデータの不達及び異常を通知する（図５のＳ１２）。通知を受けた上位のアプリケーションサービス処理部１では、選択したサービス品質レベルでの通信はサービス内容に適合しないと判断して、例えば別のサービス品質レベルに変更することもできるし、送受信データをそのサービスに見合うように加工することもできる。
【００７５】
図５に示されるように、ノードＢ１０−２が伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）内にデータ５０を受信できないのは例えば、途中のセグメントで下位レイヤによる再送処理などによる伝送遅延が発生したり（図５のセグメントＹ３０−２）、セグメント内のトラヒック負荷による輻輳状態が発生してしていたなどの理由があげられる。いずれにしても、ノードＡ１０−１はデータ５０を送信してから伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）内にノードＢ１０−２がそのデータ５０を受信することを期待しているので、Ｔ２（ｋ）より遅れてノードＢ１０−２に到達したデータ５０に対してはノードＢ１０−２で処理をする必要性がない。従って、ノードＢ１０−２でそのまま破棄し、途中で損失したものと扱ったとしてもノードＡ１０−１では何ら不都合がなく、むしろ応答検出タイマのタイムアウト時に伝送エラーとして同等に扱えるので処理が簡潔になる。
【００７６】
以上、本発明の第１の実施形態について詳細に説明したが、第１の実施形態においては以下に記述するような効果を奏するものとなる。
【００７７】
第一の効果は、上位で提供する様々なアプリケーションサービスのサービス品質特性に応じた通信制御がデータ単位で容易に実現できることにある。その理由は、送受信側ノードで時刻を同期しておくことによって個々のデータのヘッダ情報部に付加された送信時刻とサービス品質レベルから伝送遅延許容時間が受信側でデータ単位に決定でき、伝送遅延許容時間と実際のデータ伝送に要した時間の差異を利用して、そのデータに要求されるサービス品質レベルに応じた処理を受信側ノードのネットワークレイヤで行うことができるからである。
【００７８】
第二の効果は、前記第一の効果において、送信側ノードでの通信制御処理の実装が容易に行えることである。その理由は送信データの肯定応答をとることでデータの伝達保証を行う送信側ノードにおいて、受信側ノードがサービス品質レベルに対して遅延効果の大きいデータを意図的に破棄するため、送信側ノードでは遅延効果が大きいデータも伝送経路途中でのデータ損失と同等に扱えるようになり、既存の伝送エラー検出機能や再送制御機能などをそのまま利用して処理実装に要するコストを削減できるからである。或いはまた、既存のネットワークレイヤ処理を拡張してサービス品質レベルに応じたＱｏＳ制御を後から付加することも容易である。
【００７９】
第三の効果は、特に受信側から送信側ノードへの応答データ伝送途中における不必要な帯域使用や再送制御処理をなくすことができ、結果として途中の各セグメントにおける余計なトラヒック負荷を削減できることである。その理由は、受信側ノードで伝送遅延許容時間を超えたデータを意図的に破棄して応答を返さないため、本来ならその応答を送信側へ届けるために生じていたかもしれない、伝送途中セグメントでの下位レイヤによる再送制御処理などが全く不要になるためである。
【００８０】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。
【００８１】
図７は、第２の実施形態のデータパケットのヘッダ情報部の構成を示す図である。
【００８２】
図７を参照すると、第２の実施形態ではノードＡ１０−１がノードＢ１０−２に送信するデータパケットのヘッダ情報部に（図７の５１〜５４）、図６に示されたサービス品質レベルＱｋ（図６の５３）の代わりに、そのデータ５０に要求されるサービス品質レベルＱｋから［数３］によって求められる伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を付加している点（図７の５３０）で、第１の実施形態と異なっている。
【００８３】
図３において、ノードＡ１０−１のネットワーク処理部３は、上位のアプリケーションサービス処理部１からデータ送信要求を受け付けた際に、そのデータ５０に要求されるサービス品質レベルＱｋをＱｏＳ管理部２に問い合わせる。そして、ＱｏＳ管理部からＱｋの値を得ると、［数１］、［数３］に従って、データ５０がノードＢ１０−２に届くのに許容される伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）の値を計算し、図７のようにヘッダ情報部にＱｋの代わりにＴ２（ｋ）を付加して（図７の５３０）、ノードＢ１０−２へ送信する。
【００８４】
ノードＢ１０−２では受信したデータ５０のヘッダ情報部から、ノードＡ１０−１での送信時刻ｔｓ（図７の５２）と伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）（図７の５３０）の値を取得する。そして自ノード内の時刻同期処理部４からデータ５０の受信時刻ｔｒを取得し、送信時刻ｔｓとの時間差ΔＴ＝ｔｒ−ｔｓを計算する。このΔＴの値がヘッダ情報部から得たＴ２（ｋ）の値よりも小さい場合は、自ノードの上位のアプリケーションサービス処理部１へ受信データを渡し、同時にノードＡ１０−１へ応答６０を送信する。逆にΔＴの値がＴ２（ｋ）の値よりも大きい場合は、データ５０を破棄し、ノードＡ１０−１に応答６０を返さない。
【００８５】
このようにして、ノードＢ１０−２がデータ５０を破棄してノードＡ１０−１に応答６０を返さなかった場合は、図５に示されるように、ノードＡ１０−１においてデータ５０を送信した際に設定した応答検出タイマがタイムアウトし（図５のＳ１１）、ノードＡ１０−１はデータ５０がノードＢ１０−２に到達する前に何らかの伝送エラーが発生したと判断して、上位のアプリケーションサービス処理部１に対してデータ５０の不達及び異常を通知する。
【００８６】
第２の実施形態では、ノードＡ１０−１でデータ５０を送信する際に、そのデータ５０のサービス品質レベルＱｋから伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を計算して、その値をデータパケットのヘッダ情報部に付加するため、ノードＢ１０−２では元々ノードＡ１０−１で要求されたサービス品質レベルＱｋの値を知ることはなく、単にデータ５０の送信時刻ｔｓと受信時刻ｔｒを元にその時間差ΔＴを計算して与えられたＴ２（ｋ）の値と比較するだけである。したがって、ノードＢ１０−２ではデータ受信の際にＱｏＳ管理部２でのＱｋの値を元にした処理が必要なくなり、ネットワーク２０内の全ノード１０が同一のサービス品質レベル定義を共有しなくてもよくなる。つまり、あるノード１０で提供する個々のアプリケーションサービスに応じて送信側ノードが独自にサービス品質レベルＱｋ、及び［数１］、［数３］の定義を決めることができるので、より多様なアプリケーションサービスに適用しやすいという利点がある。
【００８７】
以上、第２の実施形態として送信するデータパケットのヘッダ情報部に伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を付加する場合について説明したが、ネットワーク２０内の全ノード１０は通信開始前に時刻同期が完了しているので、Ｔ２（ｋ）の値の代わりに、受信制限時刻ｔｙ＝ｔｓ＋Ｔ２（ｋ）の値を使用することも可能である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムは、予め通信を行う各ノードが時刻を同期しておくことによって、送受信時刻をもとに各データのサービス品質特性として要求される伝送遅延時間の許容値に応じた通信制御を実現することができるので、送信側では、サービス品質レベルに対して伝送遅延効果の大きいものに対しては伝送エラー発生時と同等の処理ができ、処理実装が簡単になる、という効果を有している。また受信側では、送信側にとって不必要な応答を送信しないため、応答データの伝送の際に生じる可能性のある、下位レイヤでの再送などの不要なデータ送信を抑えることができ、データ伝送路上における不必要なトラヒック負荷を低減させる、という効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムを含むデータ通信システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のデータ通信システムの一例を示す詳細ブロック図である。
【図３】ノードの構成の一例を示す詳細ブロック図である。
【図４】本実施形態の正常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】本実施形態の異常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】本実施形態のデータパケットのヘッダ情報部の構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態のデータパケットのヘッダ情報部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ アプリケーションサービス処理部
２ ＱｏＳ管理部
３ ネットワーク処理部
４ 時刻同期処理部
５ データリンク処理部
６ データ送信部
７ データ受信部
１０ ノード
１０−１ ノードＡ
１０−２ ノードＢ
１１ 上位レイヤエンティティ
１２ ネットワークレイヤエンティティ
１３ 下位レイヤエンティティ
２０ ネットワーク
３０ セグメント
３０−１ セグメントＸ
３０−２ セグメントＹ
３０−３ セグメントＺ
５０ データ
６０ 応答
【発明の属する技術分野】
本発明はデータ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムに関し、特に、送受信ノードが複数のセグメントを経由して通信を行うネットワーク型のデータ通信において、上位のアプリケーションサービスが要求するサービス品質特性に応じた通信制御を、ネットワークレイヤで容易に実現・実装することを可能とする、データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワーク上のデータ通信においては、それを必要とするアプリケーションサービスによって、通信に要求されるサービス品質（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）特性が異なる。例えば、映像や音声を扱うアプリケーションではデータのリアルタイム性が重要であるため、高いサービス品質の通信が要求される。これに対し、電子メールや電子掲示板などのアプリケーションでは原則としてリアルタイム性は必要なく、通信のサービス品質が少々低くても最終的に宛先へデータが到達すればよいということが前提となっている。
【０００３】
ある通信におけるサービス品質特性を決定する要素品目としては、ネットワーク上の伝送路の回線速度、伝送遅延，伝送エラー発生率など様々なものがある。これらのＱｏｓ要素品目を総合的に改善するために広く試みられている方法は帯域制御である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、帯域制御によってネットワークの伝送品質そのものを制御しようとする場合は、ネットワーク上におけるルータなどの経路接続機器を含む全てのノードが一様に帯域制御機能を有している必要があり、実現にはかなりのコストを要する。また、帯域制御を行うということは各アプリケーションサービスがネットワークリソースをできるだけ占有しようとするのが目的であるから、これは帯域を共有することによって大群効果を得ようとするパケット通信方式の利点を損なってしまう。
【０００５】
そこで、次に考えられるのはネットワークの伝送品質はそのままに、アプリケーションサービスを提供するエンドポイントノード間だけでそのサービスに応じたＱｏＳ制御を行う方法である。これに関して広く提案又は実施されているのは、実際に通信を制御している下位のネットワークレイヤから伝送品質情報を取得し、それをもとにサービスの提供方法を調整するといった方法である。例えば、映像や音声などのリアルタイム性を要求するデータを送信する際、ネットワークの伝送品質に見合うようデータを圧縮したり、間引いたりしてリアルタイム性のみを保証するように調整する方法がある。ここで問題となるのは、ネットワークレイヤで如何に伝送品質情報を収集するかということであり、一般的には伝送品質の指標となる様々な要素品目について測定を行い、その統計情報を取得するという方法が用いられる（例えば、特許文献２、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−０９４５６６号公報（請求項５−７、図１）
【特許文献２】
特開２０００−２７８３１７号公報（請求項１−３、図１）
【特許文献３】
特開平０２−１２１４２９号公報（特許請求の範囲、第１図、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ネットワークの伝送品質に関する統計情報を取得して上位アプリケーションサービスでのデータ処理を調整する方法では次のような問題点がある。
【０００８】
第一に、ネットワークレイヤでの通信制御において、伝送品質を測定するための処理を実際のユーザデータの送受信処理のほかに追加しなければならないことである。これは処理実装に要するコストが増大するだけでなく、測定のための特殊なデータパケットをネットワーク上で用いる場合は、それによるトラヒック負荷が少なからず生じてしまう。
【０００９】
第二に、ネットワークの伝送品質の要素品目のうち、特に伝送遅延においては時間的なゆらぎが必ずあるため、統計値を基にして伝送品質を判断し、それに応じて上位アプリケーションサービスで送受信データを調整するには複雑な処理が必要になる。これは上位アプリケーションサービスではネットワークレイヤから渡される伝送品質情報をある程度予測したデータ処理を組み込んでおく必要があるが、前記伝送遅延のゆらぎなどにより、予測されるケースの数が多くなってしまい、複雑な処理が必要となってしまうということである。
【００１０】
第三に、前記第二の点に加えて、ネットワークレイヤで測定される統計情報は時間的に変化するため、データ通信中は定期的に測定を実施する必要があり、また時間的に異なる統計情報がネットワークレイヤから渡された場合、アプリケーションサービスはそれぞれデータ処理の方法を変化させなければならない。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、本発明の目的は、送受信ノードが複数のセグメントを経由して通信を行うネットワーク型のデータ通信において、上位のアプリケーションサービスが要求するサービス品質特性に応じた通信制御を、ネットワークレイヤで容易に実現・実装することを可能とする、データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法は、第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とする。
【００１３】
また、前記第１のノードが前記データパケットを送信すると同時に、前記第１のノードは応答信号の検出許容時間を計測するタイマを起動し、前記タイマがタイムアウトする前に前記第２のノードからの応答信号を受信した場合は、前記データパケットが正常に前記第２のノードに送信されたと判定して前記タイマを停止し、前記タイマがタイムアウトした場合は、前記データパケットが前記第２のノードに受信されなかったと判定して通信異常の処理を行う、ことを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記応答信号の検出許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００１５】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記応答信号の検出許容時間の関数により算出される、ことを特徴とする。
【００１６】
さらに、第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記ヘッダ情報部の前記伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とする。
【００１７】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００１８】
さらに、第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの受信制限時刻を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻が前記ヘッダ情報部の前記受信制限時刻を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とする。
【００１９】
また、前記受信制限時刻は、前記データパケットが要求するサービス品質レベルの関数により算出される伝送遅延許容時間と、前記データパケットの送信時刻とを加えることにより算出される、ことを特徴とする。
【００２０】
本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムは、通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００２１】
また、前記データパケットを送信するノードは、前記データパケットを送信すると同時に応答信号の検出許容時間を計測するタイマを起動し、前記タイマがタイムアウトする前に前記データパケットを受信するノードからの応答信号を受信した場合は、前記データパケットが正常に前記データパケットを受信するノードに送信されたと判定して前記タイマを停止し、前記タイマがタイムアウトした場合は、前記データパケットが前記データパケットを受信するノードに受信されなかったと判定して通信異常の処理を行う、ことを特徴とする。
【００２２】
さらに、前記応答信号の検出許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００２３】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記応答信号の検出許容時間の関数により算出される、ことを特徴とする。
【００２４】
さらに、通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記ヘッダ情報部の前記伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００２５】
また、前記伝送遅延許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする。
【００２６】
さらに、通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの受信制限時刻を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻が前記ヘッダ情報部の前記受信制限時刻を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とする。
【００２７】
また、前記受信制限時刻は、前記データパケットが要求するサービス品質レベルの関数により算出される伝送遅延許容時間と、前記データパケットの送信時刻とを加えることにより算出される、ことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムを含むデータ通信システムの一実施形態を示すブロック図、図２は同詳細ブロック図であり、以下では図１、図２に示したデータ通信システムを例に、本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムおよびデータ通信におけるＱｏＳ制御方法の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１において、データ通信を可能とする通信網であるところのネットワーク２０は、複数のセグメント３０を含んでおり、また、データの送受信を行う複数のノード１０を含んで構成されている。
【００３１】
そして、本実施形態においては、ネットワーク２０内のノードＡ１０−１は、あるアプリケーションサービスを提供するために、セグメントＸ３０−１、セグメントＹ３０−２、及びセグメントＺ３０−３を跨った先にあるノードＢ１０−２とのデータ通信を行うものとする。すなわち、ノードＡ１０−１からデータ５０がノードＢ１０−２に送信され、ノードＢ１０−２からはデータ５０に対する応答６０がノードＡ１０−１に返送される。通信は、ネットワーク２０内に共存する他のノード１０と伝送帯域を共有するパケット通信方式で行われ、セグメント３０を跨った通信には、それぞれのセグメント３０間を接続するルータなどの経路接続機器（図示せず）が用いられる。
【００３２】
ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２との間のデータ通信は、図２に示すように、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ：開放型システム間相互接続）参照モデルに代表される標準的な階層構造のプロトコルに基づいて行われる。
【００３３】
すなわち、図２において、各ノードＡ１０−１やノードＢ１０−２は、ネットワークレイヤの通信モジュールをモデル化したエンティティ（Ｅｎｔｉｔｙ）であるところのネットワークレイヤエンティティ１２（１２−１、１２−２）を軸とし、ネットワークレイヤの上位にあってアプリケーションサービスなどを提供するエンティティであるところの上位レイヤエンティティ１１（１１−１、１１−２）と、ネットワークレイヤの下位にあってデータリンクレイヤや物理レイヤのエンティティであるところの下位レイヤエンティティ１３（１３−１、１３−２）と、から構成されている。また、セグメントＸ３０−１とセグメントＹ３０−２との経路接続機器（図示せず）には、下位レイヤエンティティ１３−７が実装されており、セグメントＹ３０−２とセグメントＺ３０−３との経路接続機器（図示せず）には、下位レイヤエンティティ１３−８が実装されている。
【００３４】
各セグメント３０（セグメントＸ３０−１、セグメントＹ３０−２、セグメントＺ３０−３）内では、下位レイヤエンティティ１３が下位レイヤでの送達確認と再送制御を行っている。また、これとは別にネットワークレイヤで、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間の論理伝送路における信頼性を高めるために、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間に特化したデータの送達確認を行っている。すなわち、ノードＡ１０−１からノードＢ１０−２に対しデータ５０を送信すると、その応答６０がノードＢ１０−２からノードＡ１０−１に返送されるようになっている。
【００３５】
多くの階層型プロトコルがそうであるように、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間におけるネットワークレイヤレベルと下位レイヤレベルでの送達確認、及び再送制御などはそれぞれ独立して行われる。ただし、本発明においては下位レイヤレベルでの送達確認や再送制御は必要条件ではない。
【００３６】
次に、図３を参照して、各ノード１０（ノードＡ１０−１、ノードＢ１０−２）の構成について説明する。
【００３７】
図３は、ノードの構成の一例を示す詳細ブロック図である。
【００３８】
図３において、ノード１０は、アプリケーションサービス処理部１と、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：サービス品質）管理部２と、ネットワーク処理部３と、時刻同期処理部４と、データリンク処理部５と、データ送信部６と、データ受信部７と、から構成されている。
【００３９】
アプリケーションサービス処理部１は、様々な通信アプリケーションサービス或いはユーザインターフェースの処理を提供するブロックであり、図２の各ノード１０における上位レイヤエンティティ１１に相当する。
【００４０】
ＱｏＳ管理部２とネットワーク処理部３は、図２の各ノード１０におけるネットワークレイヤエンティティ１２に相当する処理ブロックである。ネットワーク処理部３は、アプリケーションサービス処理部１からデータ送信要求を受理して下位レイヤへ渡し、下位レイヤから受信したデータをアプリケーションサービス処理部１へ渡すほか、ネットワーク２０を通じた相手先とのエンドツーエンドの論理伝送路の設定や伝送エラー検出、再送制御などを行う。ＱｏＳ管理部２は、ネットワーク処理部３を補佐する形で、ネットワーク処理部３へ渡される送受信各データのサービス品質レベルを調べ、それに応じた通信のＱｏＳ制御、特にここでは伝送遅延に関する制御を、ネットワーク処理部３と協調して行う。
【００４１】
データリンク処理部５及びデータ送信部６、データ受信部７は、図２の各ノード１０における下位レイヤエンティティ１３に相当し、ノード１０が接続するセグメント３０への実際のデータの送受信、及びセグメント３０内での下位レイヤにおけるデータ送達確認や再送制御などを行う。
【００４２】
これらのレイヤエンティティとは別に時刻同期処理部４があり、ここではネットワーク２０内で自ノードの時刻を他ノードと同期する処理を行い、さらにデータの送受信時におけるデータ送信時刻、及びデータ受信時刻をネットワーク処理部３へ通知して、ＱｏＳ制御に必要な時刻データの提供を行う機能を有する。
【００４３】
次に、図４、図５、図６を参照して、図１、図２、図３に示した本実施形態の動作について説明する。なお、図４、図５、図６の説明において図１、図２、図３に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４４】
図３のノード１０のアプリケーションサービス処理部１で提供されるサービスの内容は様々であり、各サービスはネットワーク２０上の通信において異なるサービス品質（ＱｏＳ）レベルを要求する。一般にサービス品質レベルの指標としては、回線速度、伝送遅延、伝達保証、伝送エラー発生頻度などがあげられるが、本実施形態においては主として伝送遅延のことを指すものとする。
【００４５】
例えば、ノードＡ１０−１におけるユーザが画面を操作してノードＢ１０−２に問い合わせを発行し、その結果をノードＡ１０−１の画面に表示するといったインタラクティブなサービスや、映像・音声などのマルチメディアサービスについては、リアルタイム性が重要になるので高いサービス品質レベルが定義される。これに対し、電子メールなど原則的にリアルタイム性を要求しないものについては、より低いサービス品質レベルでもかまわない。
【００４６】
そこで、図３のノード１０のＱｏＳ管理部２では、ネットワーク２０上で展開される様々なアプリケーションサービスの特性に従って、ネットワークレイヤに要求されるサービス品質レベルＱｋを規定する。サービス品質レベルＱｋは、ｋ＝１、２、…、ＮのＮ段階で規定され、Ｑ１が最も高品質であるものとする。
【００４７】
ここで、サービス品質レベルＱｋの値は、言い換えればノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間のエンドツーエンド通信で許容される伝送遅延時間の許容限界値の指標になる。当然、Ｑ１レベルが最もリアルタイム性を要求する通信に相当する。
【００４８】
さて、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間では、送信したデータ５０の応答６０（本実施形態においては肯定応答（ＡＣＫ）であるものとする）をとることにより、データ伝達確認及び不達時の伝送エラー処理を行って通信の信頼性を保証している。通常は図４に示すように、ノードＡ１０−１はデータ５０の送信後にある規定時間内、即ち応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）内に、受信側であるノードＢ１０−２から、送信したデータ５０に対する応答６０が届くことを期待している。もし、届かない場合は伝送エラーが発生したとみなし、再送制御を行うか、上位レイヤに対してデータの不達及び異常を通知する。
【００４９】
以上述べたサービス品質レベルＱｋと応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を前提に、図４を参照して、本実施形態の正常通信時の動作について説明する。
【００５０】
図４は、本実施形態の正常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【００５１】
ネットワークレイヤでは、通信に先立ってノードＡ１０−１とノードＢ１０−２で時刻合わせを行う時刻同期を行う（図４のＳ１）。ノードＡ１０−１は、送信するデータ５０のヘッダ情報部に、データ５０の送信時刻（ｔｓ）及びデータ５０が要求するサービス品質レベル（Ｑｋ）を付加してデータ５０を送信する（図４のＳ３）。この時同時に、応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を計測する応答検出タイマを起動する（図４のＳ２）。
【００５２】
ノードＢ１０−２はデータ５０を受信すると、データ５０の受信時刻（ｔｒ）とデータ５０のヘッダ情報部の送信時刻（ｔｓ）との時間差を計算し、伝送遅延時間（ΔＴ）を求める（図４のＳ４）。そして、伝送遅延時間（ΔＴ）の値がサービス品質レベル（Ｑｋ）で規定される伝送遅延許容時間（Ｔ２（ｋ））を超えていなければ（図４のＳ５）、応答６０をノードＡ１０−１に対して返送する（図４のＳ６）。
【００５３】
ノードＡ１０−１は、応答６０を受信すると、ステップＳ２で起動したタイマを停止し（図４のＳ７）、データ５０が正常に送信されたので以降ノードＡ１０−１での正常処理を継続する（図４のＳ８）。
【００５４】
次に、図４のステップＳ４において求めた伝送遅延時間（ΔＴ）の値が、伝送遅延許容時間（Ｔ２（ｋ））を超えていた場合の動作について、図５を参照して説明する。
【００５５】
図５は、本実施形態の異常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【００５６】
図５において、ステップＳ１〜Ｓ３までの動作は、図４と同一であるためその説明を省略する。
【００５７】
ノードＢ１０−２がデータ５０を受信すると、データ５０の受信時刻（ｔｒ）とデータ５０のヘッダ情報部の送信時刻（ｔｓ）との時間差を計算し、伝送遅延時間（ΔＴ）を求める（図５のＳ４）。そして、伝送遅延時間（ΔＴ）の値がサービス品質レベル（Ｑｋ）で規定される伝送遅延許容時間（Ｔ２（ｋ））を超えている場合は（図５のＳ１０）、そのデータ５０を破棄し、ノードＡ１０−１に応答６０を返さない。
【００５８】
これにより、ノードＡ１０−１ではステップＳ２で起動した応答検出タイマがタイムアウトするため（図５のＳ１１）、データ５０が伝送途中で損失したとみなし、伝送エラー発生時と同様に、再送制御を行うか或いは上位レイヤに対して異常通知を行う（図５のＳ１２）。
【００５９】
次に、図４、図５を再度参照すると共に図６を参照して、本実施形態の動作について具体的に説明する。
【００６０】
上述したように、ノードＡ１０−１とノードＢ１０−２間では、送信したデータ５０の応答６０をとることにより、データ伝達確認及び不達時の伝送エラー処理を行って通信の信頼性を保証している。通常は図４に示すように、ノードＡ１０−１はデータ５０の送信後にある規定時間内、即ち応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）内に、受信側であるノードＢ１０−２から、送信したデータ５０に対する応答６０が届くことを期待している。もし、届かない場合は伝送エラーが発生したとみなし、再送制御を行うか、上位レイヤに対してデータの不達及び異常を通知する。
【００６１】
上述の応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）はネットワーク処理部３に上位レイヤから渡されるデータ５０のサービス品質レベルＱｋによって異なる。つまり、Ｔ１（ｋ）は下記の［数１］で表される。
【００６２】
【数１】
ただし、ＦはＱｋの値をとる任意の関数であり、Ｑｋの値が小さいほどＴ１（ｋ）の値も小さくなるような関数である。例えば、二つの異なるサービス品質レベルＱｋ１、Ｑｋ２において、
【００６４】
【数２】
が成り立つ。
【００６６】
ノードＡ１０−１はデータ５０を送信する際に、Ｔ１（ｋ）時間後にタイムアウトするタイマをかけ（図４、図５のＳ２）、図４のようにタイムアウトする前にノードＢ１０−２からの応答６０を受信すればタイマを停止し（図４のＳ７）、正常処理を継続する（図４のＳ８）。
【００６７】
しかし、図５のようにノードＡ１０−１でデータ５０を送信してからＴ１（ｋ）時間内にノードＢ１０−２からの応答６０を受信しなかった場合は、ノードＡ１０−１からノードＢ１０−２へのデータ伝送途中で、データの損失もしくは何らかの異常が発生したと判断し、再送制御、もしくは上位のアプリケーションサービス処理部１に対するデータの不達及び異常を通知する（図５のＳ１２）。
【００６８】
ところで、図４において、ノードＢ１０−２ではノードＡ１０−１からのデータ５０を受信後、そのデータ５０のサービス品質レベル（Ｑｋ）に応じて、ノードＡ１０−１が期待する応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）内に応答６０が届くようにしなければならない。従って、ノードＢ１０−２ではそのデータ５０がいつ送信されたか、またノードＡ１０−１で期待する応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を知る必要があり、Ｔ１（ｋ）の値をもとにそのデータ５０に対してどの程度の伝送遅延時間（ΔＴ）が許容されるかという、伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を算出する必要がある。このため、次の前提条件が必要となる。
【００６９】
まず、ネットワーク２０上の各ノード１０は、図３の時刻同期処理部４によって、通信を開始する前に他のノード１０との時刻同期処理を完了しておく（図４、図５のＳ１）。時刻同期の方法についてはここでは言及しないが、例えば標準的な標準時刻サービスＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ＲＦＣ（Ｒｅｑｕｅｓｔ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｅｎｔｓ）１３０５）プロトコルを、ノードＡ１０−１、ノードＢ１０−２が共に使用することにより、これを達成できる。そして、ノードＡ１０−１のネットワーク処理部３はデータ５０を送信する際に、図６に示されるようにそのデータパケットのヘッダ情報部（５１〜５４）に、時刻同期処理部４から得た送信時刻ｔｓと（図６の５２）、ＱｏＳ管理部２から得たそのデータ５０に要求されるサービス品質レベルＱｋを付加する（図６の５３）。なお、図６の５５には、上位のアプリケーションサービス処理部１からのユーザデータが格納されている。
【００７０】
ノードＢ１０−２のネットワーク処理部３は、下位のデータリンク処理部５を通じてノードＡ１０−１からのデータ５０を受信すると、ヘッダ情報として付加されたデータの送信時刻ｔｓとサービス品質レベルＱｋをデータパケットから取得する。そして、サービス品質レベルＱｋから上記［数１］に従ってノードＡ１０−１がタイマ設定している応答検出許容時間Ｔ１（ｋ）を計算し、さらにそのデータ５０に対して許容されるべき伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を次のように決定する。
【００７１】
【数３】
また、ノードＢ１０−２は自ノード内の時刻同期処理部４を通じて、そのデータの受信時刻ｔｒを取得し、データ伝送に要した時間ΔＴ＝ｔｒ−ｔｓを算出する。このΔＴ値が［数３］で求めた伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）よりも小さい場合は、図４のステップＳ６のように応答６０をノードＡ１０−１に返すが、そうでない場合はネットワーク２０上で何らかの原因により、許容範囲を超えた伝送遅延が発生したと判断し、そのデータ５０を上位のアプリケーションサービス処理部１に渡さずにそのまま破棄し、応答も返さない（図５のＳ１０）。
【００７３】
これは、ノードＡ１０−１のアプリケーションサービス処理部１が期待する制限時間内でノードＢ１０−２のアプリケーションサービス処理部１がデータ５０を処理するにはもはや手遅れであるためである。こうしておいて、ノードＢ１０−２は、ノードＡ１０−１に伝送途中でデータが損失したと判断させ、伝送エラー発生と同等の処理を期待する。
【００７４】
ノードＡ１０−１のネットワーク処理部３では、送信したデータ５０に対する応答６０がノードＢ１０−２から返らないため、データ送信時に仕掛けておいたタイマがタイムアウトし（図５のＳ１１）、データ伝送途中でデータの損失もしくは何らかの伝送エラーが発生したと判断して、再送制御、もしくは上位のアプリケーションサービス処理部１へデータの不達及び異常を通知する（図５のＳ１２）。通知を受けた上位のアプリケーションサービス処理部１では、選択したサービス品質レベルでの通信はサービス内容に適合しないと判断して、例えば別のサービス品質レベルに変更することもできるし、送受信データをそのサービスに見合うように加工することもできる。
【００７５】
図５に示されるように、ノードＢ１０−２が伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）内にデータ５０を受信できないのは例えば、途中のセグメントで下位レイヤによる再送処理などによる伝送遅延が発生したり（図５のセグメントＹ３０−２）、セグメント内のトラヒック負荷による輻輳状態が発生してしていたなどの理由があげられる。いずれにしても、ノードＡ１０−１はデータ５０を送信してから伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）内にノードＢ１０−２がそのデータ５０を受信することを期待しているので、Ｔ２（ｋ）より遅れてノードＢ１０−２に到達したデータ５０に対してはノードＢ１０−２で処理をする必要性がない。従って、ノードＢ１０−２でそのまま破棄し、途中で損失したものと扱ったとしてもノードＡ１０−１では何ら不都合がなく、むしろ応答検出タイマのタイムアウト時に伝送エラーとして同等に扱えるので処理が簡潔になる。
【００７６】
以上、本発明の第１の実施形態について詳細に説明したが、第１の実施形態においては以下に記述するような効果を奏するものとなる。
【００７７】
第一の効果は、上位で提供する様々なアプリケーションサービスのサービス品質特性に応じた通信制御がデータ単位で容易に実現できることにある。その理由は、送受信側ノードで時刻を同期しておくことによって個々のデータのヘッダ情報部に付加された送信時刻とサービス品質レベルから伝送遅延許容時間が受信側でデータ単位に決定でき、伝送遅延許容時間と実際のデータ伝送に要した時間の差異を利用して、そのデータに要求されるサービス品質レベルに応じた処理を受信側ノードのネットワークレイヤで行うことができるからである。
【００７８】
第二の効果は、前記第一の効果において、送信側ノードでの通信制御処理の実装が容易に行えることである。その理由は送信データの肯定応答をとることでデータの伝達保証を行う送信側ノードにおいて、受信側ノードがサービス品質レベルに対して遅延効果の大きいデータを意図的に破棄するため、送信側ノードでは遅延効果が大きいデータも伝送経路途中でのデータ損失と同等に扱えるようになり、既存の伝送エラー検出機能や再送制御機能などをそのまま利用して処理実装に要するコストを削減できるからである。或いはまた、既存のネットワークレイヤ処理を拡張してサービス品質レベルに応じたＱｏＳ制御を後から付加することも容易である。
【００７９】
第三の効果は、特に受信側から送信側ノードへの応答データ伝送途中における不必要な帯域使用や再送制御処理をなくすことができ、結果として途中の各セグメントにおける余計なトラヒック負荷を削減できることである。その理由は、受信側ノードで伝送遅延許容時間を超えたデータを意図的に破棄して応答を返さないため、本来ならその応答を送信側へ届けるために生じていたかもしれない、伝送途中セグメントでの下位レイヤによる再送制御処理などが全く不要になるためである。
【００８０】
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態について詳細に説明する。
【００８１】
図７は、第２の実施形態のデータパケットのヘッダ情報部の構成を示す図である。
【００８２】
図７を参照すると、第２の実施形態ではノードＡ１０−１がノードＢ１０−２に送信するデータパケットのヘッダ情報部に（図７の５１〜５４）、図６に示されたサービス品質レベルＱｋ（図６の５３）の代わりに、そのデータ５０に要求されるサービス品質レベルＱｋから［数３］によって求められる伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を付加している点（図７の５３０）で、第１の実施形態と異なっている。
【００８３】
図３において、ノードＡ１０−１のネットワーク処理部３は、上位のアプリケーションサービス処理部１からデータ送信要求を受け付けた際に、そのデータ５０に要求されるサービス品質レベルＱｋをＱｏＳ管理部２に問い合わせる。そして、ＱｏＳ管理部からＱｋの値を得ると、［数１］、［数３］に従って、データ５０がノードＢ１０−２に届くのに許容される伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）の値を計算し、図７のようにヘッダ情報部にＱｋの代わりにＴ２（ｋ）を付加して（図７の５３０）、ノードＢ１０−２へ送信する。
【００８４】
ノードＢ１０−２では受信したデータ５０のヘッダ情報部から、ノードＡ１０−１での送信時刻ｔｓ（図７の５２）と伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）（図７の５３０）の値を取得する。そして自ノード内の時刻同期処理部４からデータ５０の受信時刻ｔｒを取得し、送信時刻ｔｓとの時間差ΔＴ＝ｔｒ−ｔｓを計算する。このΔＴの値がヘッダ情報部から得たＴ２（ｋ）の値よりも小さい場合は、自ノードの上位のアプリケーションサービス処理部１へ受信データを渡し、同時にノードＡ１０−１へ応答６０を送信する。逆にΔＴの値がＴ２（ｋ）の値よりも大きい場合は、データ５０を破棄し、ノードＡ１０−１に応答６０を返さない。
【００８５】
このようにして、ノードＢ１０−２がデータ５０を破棄してノードＡ１０−１に応答６０を返さなかった場合は、図５に示されるように、ノードＡ１０−１においてデータ５０を送信した際に設定した応答検出タイマがタイムアウトし（図５のＳ１１）、ノードＡ１０−１はデータ５０がノードＢ１０−２に到達する前に何らかの伝送エラーが発生したと判断して、上位のアプリケーションサービス処理部１に対してデータ５０の不達及び異常を通知する。
【００８６】
第２の実施形態では、ノードＡ１０−１でデータ５０を送信する際に、そのデータ５０のサービス品質レベルＱｋから伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を計算して、その値をデータパケットのヘッダ情報部に付加するため、ノードＢ１０−２では元々ノードＡ１０−１で要求されたサービス品質レベルＱｋの値を知ることはなく、単にデータ５０の送信時刻ｔｓと受信時刻ｔｒを元にその時間差ΔＴを計算して与えられたＴ２（ｋ）の値と比較するだけである。したがって、ノードＢ１０−２ではデータ受信の際にＱｏＳ管理部２でのＱｋの値を元にした処理が必要なくなり、ネットワーク２０内の全ノード１０が同一のサービス品質レベル定義を共有しなくてもよくなる。つまり、あるノード１０で提供する個々のアプリケーションサービスに応じて送信側ノードが独自にサービス品質レベルＱｋ、及び［数１］、［数３］の定義を決めることができるので、より多様なアプリケーションサービスに適用しやすいという利点がある。
【００８７】
以上、第２の実施形態として送信するデータパケットのヘッダ情報部に伝送遅延許容時間Ｔ２（ｋ）を付加する場合について説明したが、ネットワーク２０内の全ノード１０は通信開始前に時刻同期が完了しているので、Ｔ２（ｋ）の値の代わりに、受信制限時刻ｔｙ＝ｔｓ＋Ｔ２（ｋ）の値を使用することも可能である。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステムは、予め通信を行う各ノードが時刻を同期しておくことによって、送受信時刻をもとに各データのサービス品質特性として要求される伝送遅延時間の許容値に応じた通信制御を実現することができるので、送信側では、サービス品質レベルに対して伝送遅延効果の大きいものに対しては伝送エラー発生時と同等の処理ができ、処理実装が簡単になる、という効果を有している。また受信側では、送信側にとって不必要な応答を送信しないため、応答データの伝送の際に生じる可能性のある、下位レイヤでの再送などの不要なデータ送信を抑えることができ、データ伝送路上における不必要なトラヒック負荷を低減させる、という効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデータ通信におけるＱｏＳ制御システムを含むデータ通信システムの一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のデータ通信システムの一例を示す詳細ブロック図である。
【図３】ノードの構成の一例を示す詳細ブロック図である。
【図４】本実施形態の正常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【図５】本実施形態の異常通信時の動作を説明するタイムチャートである。
【図６】本実施形態のデータパケットのヘッダ情報部の構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態のデータパケットのヘッダ情報部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ アプリケーションサービス処理部
２ ＱｏＳ管理部
３ ネットワーク処理部
４ 時刻同期処理部
５ データリンク処理部
６ データ送信部
７ データ受信部
１０ ノード
１０−１ ノードＡ
１０−２ ノードＢ
１１ 上位レイヤエンティティ
１２ ネットワークレイヤエンティティ
１３ 下位レイヤエンティティ
２０ ネットワーク
３０ セグメント
３０−１ セグメントＸ
３０−２ セグメントＹ
３０−３ セグメントＺ
５０ データ
６０ 応答
Claims (16)
- 第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とするデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 前記第１のノードが前記データパケットを送信すると同時に、前記第１のノードは応答信号の検出許容時間を計測するタイマを起動し、前記タイマがタイムアウトする前に前記第２のノードからの応答信号を受信した場合は、前記データパケットが正常に前記第２のノードに送信されたと判定して前記タイマを停止し、前記タイマがタイムアウトした場合は、前記データパケットが前記第２のノードに受信されなかったと判定して通信異常の処理を行う、ことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 前記応答信号の検出許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする請求項２に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 前記伝送遅延許容時間は、前記応答信号の検出許容時間の関数により算出される、ことを特徴とする請求項３に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記ヘッダ情報部の前記伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とするデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 前記伝送遅延許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする請求項５に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 第１のノードからネットワークを介して第２のノードにデータパケットを送信するパケットデータ通信において、通信に先立って前記第１のノードと前記第２のノード間で時刻同期を行っておき、前記第１のノードは送信するデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの受信制限時刻を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信した前記第２のノードは、該データパケットの受信時刻が前記ヘッダ情報部の前記受信制限時刻を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、ことを特徴とするデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 前記受信制限時刻は、前記データパケットが要求するサービス品質レベルの関数により算出される伝送遅延許容時間と、前記データパケットの送信時刻とを加えることにより算出される、ことを特徴とする請求項７に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御方法。
- 通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルを付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記サービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とするデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。 - 前記データパケットを送信するノードは、前記データパケットを送信すると同時に応答信号の検出許容時間を計測するタイマを起動し、前記タイマがタイムアウトする前に前記データパケットを受信するノードからの応答信号を受信した場合は、前記データパケットが正常に前記データパケットを受信するノードに送信されたと判定して前記タイマを停止し、前記タイマがタイムアウトした場合は、前記データパケットが前記データパケットを受信するノードに受信されなかったと判定して通信異常の処理を行う、ことを特徴とする請求項９に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。
- 前記応答信号の検出許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする請求項１０に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。
- 前記伝送遅延許容時間は、前記応答信号の検出許容時間の関数により算出される、ことを特徴とする請求項１１に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。
- 通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの送信時刻及び該データパケットが要求するサービス品質レベルで規定される伝送遅延許容時間を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻と前記ヘッダ情報部の前記送信時刻との時間差を計算し、前記時間差の値が前記ヘッダ情報部の前記伝送遅延許容時間を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とするデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。 - 前記伝送遅延許容時間は、前記データパケットが要求する前記サービス品質レベルの関数により算出される、ことを特徴とする請求項１３に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。
- 通信アプリケーションサービスを提供し上位レイヤとして動作するアプリケーションサービス処理部と、前記アプリケーションサービス処理部からの要求によりデータの送受信を行いネットワークレイヤとして動作するネットワーク処理部と、前記ネットワーク処理部からの要求により前記データをネットワーク上へ送受信し下位レイヤとして動作するデータリンク処理部と、を備えるノード間で、前記データをパケット化して送受信するパケットデータ通信システムにおいて、
前記ノードの各々が、前記ノード間の時刻同期を行うと共に前記ネットワーク処理部へ前記データの送受信時刻を提供する時刻同期処理手段と、前記アプリケーションサービス処理部から送信要求されたデータパケットのヘッダ情報部に前記データパケットの受信制限時刻を付加して前記データパケットを送信し、前記データパケットを受信すると、該データパケットの受信時刻が前記ヘッダ情報部の前記受信制限時刻を超えているか否かを判定し、超えていない場合は前記データパケットを受信して応答信号を返送し、超えている場合は前記データパケットを破棄して応答信号を返送しない、Ｑｏｓ管理手段と、を更に備えることを特徴とするデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。 - 前記受信制限時刻は、前記データパケットが要求するサービス品質レベルの関数により算出される伝送遅延許容時間と、前記データパケットの送信時刻とを加えることにより算出される、ことを特徴とする請求項１５に記載のデータ通信におけるＱｏＳ制御システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002279645A JP2004120230A (ja) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステム |
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| JP2002279645A JP2004120230A (ja) | 2002-09-25 | 2002-09-25 | データ通信におけるＱｏＳ制御方法およびシステム |
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|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JP2004120230A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007258817A (ja) * | 2006-03-20 | 2007-10-04 | Fujitsu Ltd | パケット伝送装置 |
| JP2007324706A (ja) * | 2006-05-30 | 2007-12-13 | Nec Corp | 映像配信品質測定システム、装置および方法 |
| CN103548326A (zh) * | 2011-03-30 | 2014-01-29 | 熵敏通讯公司 | 服务质量（QoS）管理的方法和装置 |
| WO2014103014A1 (ja) * | 2012-12-28 | 2014-07-03 | 株式会社日立製作所 | 中継装置、及び中継方法 |
| JP2018133612A (ja) * | 2017-02-13 | 2018-08-23 | 日本電信電話株式会社 | 通信装置及び通信方法 |
-
2002
- 2002-09-25 JP JP2002279645A patent/JP2004120230A/ja active Pending
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