JP2004180315A - Ａｃｋフィルタリングを用いる改良されたプロトコル性能 - Google Patents

Abstract

【課題】通信システムにおける性能を改良する方法とシステムを提供する。
【解決手段】本発明における通信システムにおける性能を改良する方法は、送信機（１４）から複数のデータパケット（１８）を受信するステップと；各々がデータパケットの内の１つ以上が受信されたことを示す複数の肯定応答（２０）から成るキューを発生するステップと；このキュー中の最後の肯定応答（２０）だけを送信機（１４）に送出して、これら肯定応答がそれに対してキューイングされたデータパケットのすべてが受信されたことを示すステップと；を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的には通信システムに関し、より詳しくは、プロトコル性能を改良するシステムと方法に関する。

ＤＯＣＳＩＳ１．０は、家庭に対するケーブルを介してのＩＰ接続性を獲得することへの最初のステップであった。それは、データ／インターネット接続性のために必要とされるベストエフォート型のサービスを提供することに焦点を合わせた努力であり、Ｗｅｂサーフィングとファイルのダウンロード動作がもっとも主要なアプリケーションであった。ＤＯＣＳＩＳ１．１は、さまざまなタイプのサービスが、ケーブルアクセスに加えて、良好に働くことが可能であるようにすることにその焦点を合わせるものであった。帯域幅と待ち時間保証は、音声の配送にとっては不可欠であった。ＤＯＣＳＩＳ１．１を定義する作業は、広範囲にわたる努力であった。この作業の最終的な結果は、とりわけ、ツールの集合である仕様の作成であった。これらのツールによって、さまざまなアプリケーションが必要とするさまざまなタイプのサービスの流れが設定可能となる。ＤＯＣＳＩＳ１．１は音声に焦点をあわせたものであるとはいえ、ＤＯＣＳＩＳ１．１のツールは、他のトラフィックシナリオにも重大な価値をもたらすものである。最も一般的なトラフィックシナリオの１つは、インターネットに対するデータの接続性である。最新の繰り返しはＤＯＣＳＩＳ２．０であり、これは、改良されたツールを提供しようとする努力を継続するものである。

図１と４を参照すると、最も一般的なアプリケーション（すなわち、Ｗｅｂサーフィング、ＦＴＰ）は、接続ベースのＴＣＰ上で実行される。サーバ１０からクライアント側ＰＣ１２に向かってケーブルの下流２４をデータ１８が流れるには、肯定応答２０を送り返す必要がある。たとえば、ＦＴＰ「獲得」では、下流方向における一般的なジャケットサイズは１５１８バイトであり、一方、ＡＣＫは６４バイトである。

ＴＣＰは、スライドするウインドウで動作する。いくつかのパケットがサーバ１０から送られると、次に、このサーバはＡＣＫ２０を受信する（一般的に、２パケット毎に１つのＡＣＫがエンドＰＣ１２が受信する）ことを期待する。サーバは、数バイトから成る「ウインドウ」番号を自身がすでに送出したにもかかわらずＡＣＫ２０を受信しない場合、送出を停止して、ＡＣＫ２０を待つ。下流経路２４（２５６ＱＡＭ変調で４０ｍｂｉｔｓ／ｓｅｃ）の高スループットポテンシャルのボトルネックは、上流方向２６でのＡＣＫ２０の送信である。

ＤＯＣＳＩＳ１．１は、さまざまなタイプのサービスを定義している。これらの内、最も一般的に使用されるサービスは、データ送信用のＢｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔと音声用のＣｏｎｓｔａｎｔ Ｂｉｔ Ｒａｔｅである。ベストエフォートサービスとは、その名前が示すとおり、特定のレベルのスループットや待ち時間を保証するものではない。これらのサービスは、システムの負荷と、システムがそれによって作動するように構成されている物理的パラメータとに依存している。ベストエフォートデータのための要求／許可ハンドシェイクによって、送信される秒毎のバーストの数が制限される。これが、上流チャネル２６のボトルネックである。

ＰＣ１２とサーバ１０は双方とも、ＴＣＰの性能に影響する。ＰＣ１２は、自身の受信ウインドウサイズを喧伝している。ＴＣＰ受信ウインドウのサイズが小さいと、サーバ１０は、それぞれがＲＴＴのパケット１８の小さいウインドウを送信するだけである。この結果、下流２４のトラフィックのバーストが短くなり、それに対して、サーバ１０が上流２６からＡＣＫ２０が到着するのを待っている間のこのバースト同士間の遅延が比較的長くなる。

一般的に、そして、本発明のある形態では、通信システムにおける性能を改良する方法とシステムが提供される。本発明によれば：送信機から複数のデータパケットを受信するステップと；各々がデータパケットの内の１つ以上が受信されたことを示す複数の肯定応答から成るキューを発生するステップと；このキュー中の最後の肯定応答だけを送信機に送出して、これら肯定応答がそれに対してキューイングされたデータパケットのすべてが受信されたことを示すステップと；を含む、通信システムにおける性能を改良する方法が提供される。

本発明の別の形態では：送信機から第１のデータパケットを受信するステップと；データパケットが受信されたことを示す肯定応答を発生するステップと；データパケットの送信機に対して肯定応答の送出を求める要求を送出するステップと；送信機から１つ以上の追加のデータパケットを受信するステップと；追加のデータパケットの受信を示す１つ以上の追加の肯定応答を発生するステップと；要求に反応して送信機から許可を受信するステップと；肯定応答がそれに対して許可されたデータパケットのすべてが受信されたことを示すように発生された最後の肯定応答だけを送出するステップと；を含む、通信システムにおける性能を改良する方法が提供される。

本発明のさらに別の形態では：１つ以上の第１のデータパケットを送信機から受信するステップと；第１のデータパケットが受信されたことを示す第１の肯定応答を発生するステップと；送信機に対する第１の肯定応答の送信を第１の所定の遅延時間だけ遅延させるステップと；１つ以上の第２のデータパケットが遅延時間中に受信された場合に第２の肯定応答を発生するステップと；第２の肯定応答が発生されなかった場合に、遅延時間が完了したら又はその後で送信機に対して第１の肯定応答を送出するステップと；遅延時間が満了する以前に第２の肯定応答が発生された場合に、第２の肯定応答を送出して、第１の肯定応答を廃棄するステップと；を含む、通信システムにおける性能を改良する方法が提供される。

他にもシステムと方法が提供される。

本発明による特定の実施形態を、例として、また、以下の図面において同様の参照符号が同様の部品を示す添付図面を参照して、説明する。
さまざまな図と表における対応している数値と記号は、別様の指示がない限り、対応する部品を示す。
本発明は、ケーブルモデムシステムやＴＣＰプロトコルに適用されるとはいえ、他の形態の通信システムやプロトコルにも適用される。

ＤＯＣＳＩＳの上流メディアアクセス制御層に特有の係数は、瞬間的及び長期にわたって、特定のＴＣＰセッションに対して利用可能な上流帯域幅の量を、下流２４方向のデータ流れを損なう程度にまで減少させかねない。その結果、ＴＣＰセッションは、利用可能である下流２４の帯域幅をその全体にわたって使用することはない。そのうえ、ＤＯＣＳＩＳ１．１の連結メカニズムは、バースト中のパケットをセッションから見て送信し、これが、定常的なＡＣＫ２０のストリームの下流２４の送信パターン特徴の平滑さを部分的に抹殺してしまう。これは、効率的なセッション動作には貢献しないＡＣＫ２０を送信することによって上流２６の帯域幅が無駄にされていることを意味する。本発明のある実施形態では、このような問題点は、「ＡＣＫフィルタリング」として知られるパケットスケジューリング技法を、ＤＯＣＳＩＳ上流２６の可変のパケット遅延に適切な仕方で適用することによって解消される。

本発明の一部の実施形態は、図１に示すネットワークなどのＤＯＣＳＩＳ（ケーブル）データネットワークの環境下でのＴＣＰベースのデータ転送に関する。この環境下では、ＰＣ１２又は他のユーザは、ケーブルモデム終端システム１４へのＤＯＣＳＩＳ接続線でケーブルモデム１６に接続されており、一方、これは、公共のインターネット１０などのＴＣＰ／ＩＰデータネットワークに接続されている。ＴＣＰベースのダウンロード（ＨＴＴＰやＦＴＰなどの）は、しばしば、このような環境化で実行される。データパケット１８は、ＤＯＣＳＩＳ下流２４リンク上を流れる。ＴＣＰプロトコル肯定応答２０は、ＤＯＣＳＩＳ上流２６のリンク上を流れる。

図２の図は、ＡＣＫパケット２０が上流２６上に十分迅速に到着しないため下流データチャネル２４を用いていない送信機を示している。

本発明のある実施形態では、ＡＣＫ２０は、ＣＯＳＳＩＳ連結（concatenation）３２内から削除されている。ＤＯＣＳＩＳケーブルモデム１６が、ＤＯＣＳＩＳ連結フレーム３２内の特定のＴＣＰセッションに属す、シリーズを成すＡＣＫ２０を送出する準備をしているような状況下において、本発明のある実施形態では、最終のＡＣＫ３６（すなわち、最高の肯定応答番号を担持しているＡＣＫ）だけが送信されるようにする。連結３２が、２つ以上のセッションに属すＡＣＫ２０を含むことになっていた又はＡＣＫ２０をデータと一緒に含むことになっていた場合、各々の特定のデータセッションの最終のＡＣＫ３６だけを、この実施形態では送信するのが望ましい。図３と４に、先行技術による方式と本発明の実施形態との比較を示す。

特定のＴＣＰセッションに属すＡＣＫ２０のシリーズがＤＯＣＳＩＳトークンバケットレートリミッタの前面でキューイング２８される環境下では、第１のＡＣＫ３８のトークンが利用可能となると最終のＡＣＫ３６だけが送信される。一般的なスケジューリングで、第１のＡＣＫ３８が送信される又はＤＯＣＳＩＳ連結３２中のパケット２０のシリーズが送信される。連結３２中のシリーズ２０全体を送信するのではなくシリーズ２０中の最終のＡＣＫ３６を送信することによって、必要とされる帯域幅の量が減少し、また、他のトラフィック用に利用可能な帯域幅が増す。

図３に示す先行技術による方式では、ＤＯＣＳＩＳ ＭＡＣスケジューラ３０は、ＡＣＫ２０のシリーズをＤＯＣＳＩＳ連結フレーム３２にパッケージングして、この連結フレーム３２をケーブル上流２６に送信する。本発明のある実施形態では、ＤＯＣＳＩＳ ＭＡＣスケジューラ３０は、シリーズ２０の最終のＡＣＫ３６だけを送信する。ＡＣＫ２０は、それがＤＯＣＳＩＳ ＭＡＣ送信における位置付けによって、廃棄されるように選択されても良い。連結３２中のシリーズ２０全体を送信するのではなくシリーズ２０中の最終のＡＣＫ３６を送信することによって、セッションによって必要とされる帯域幅の量が減少し、他のトラフィック用に利用可能な帯域幅が増し、また、より多くのデータの送出を開始することを送信機に対してより即座に可能とする（これによって、スループットが増す）。

一般に、ＡＣＫフィルタリング技法は、ＴＣＰトラフィックのバースト性を増加させるという好ましくない副次効果を持っている。しかしながら、ＤＯＣＳＩＳ連結３２のすでにバースト的であるという性質のため、セッションの流れのバースト性に対する本発明の影響が最小となることが保証される。具体的には、ＤＯＣＳＩＳ上流２６の送信当たりのオーバーヘッドのため、１つのＡＣＫ３６が、それが連結フレーム３２の最終のＡＣＫであった場合と同じ時点に送信機に到着する。本発明の本実施形態は、ＤＯＣＳＩＳ上流２６ＭＡＣのこのすでにバースト的であるという性質を利用し、これで、ＡＣＫ２０を廃棄しても、ネットワーク上にすでに存在するバースト性が増すことはないようにしている。ＤＯＣＳＩＳ連結３２のこのバースト的性質によって、このようにすることによってセッションの流れのバースト性に対する影響が最小化されるように保証している。

本発明のある実施形態では、ＤＯＣＳＩＳ上流２６ＭＡＣアルゴリズムの範囲内にＡＣＫが導入される。特定のＴＣＰセッションに属するＡＣＫパケット４４がＤＯＣＳＩＳ許可（grant）４０を待っている上流２６リンクの前面で（すなわち、ＤＯＣＳＩＳ上流２６の帯域幅要求に次いで）キューイング２８されるようになった状況下では、本発明のある実施形態では、ＤＯＣＳＩＳ許可４０が結局受信されると同じセッションからの最新に受信されたＡＣＫ４６が送信されて、先行するＡＣＫ４４がすべて廃棄される。

言い換えれば、特定のＴＣＰに属すＡＣＫ２０のシリーズが、（大１のキューイング済みＡＣＫ４４用の）ＤＯＣＳＩＳ許可４０を待っている上流２６リンクの前面でキューイング（queued）２８されるようになると、その代わりに最終のＡＣＫ４６が、ＤＯＣＳＩＳ許可４０が受信されてそれより早期のＡＣＫ４４が削除されたら、送信される。この方式では、ＤＯＣＳＩＳ要求／許可メカニズムが送信バーストサイズしか指定せず、このため、同じサイズの別のパケットが導入されるという事実が利用されている。図５と６に、先行技術による方式と本発明のある実施形態とを比較している。

図５に示す先行技術による方式では、ＤＯＣＳＩＳ要求４２と許可４０との間に受信されたＡＣＫ４６がキューイングされる。本発明のある実施形態では、ＤＯＣＳＩＳ要求４２と許可４０との間に受信されたＡＣＫ４６は、第１のＡＣＫ４４（ＴＣＰプロトコルの制限と要件を受ける）の代わりに送信される。

本発明のある実施形態では、ＤＯＣＳＩＳ上流ＭＡＣアルゴリズムの範囲内にＡＣＫ４６が導入される。ＤＯＣＳＩＳ上流２６ＭＡＣ帯域幅要求４２と許可４０との間に、ＡＣＫ４６が導入される。ＤＯＣＳＩＳ要求４２と許可４０との間にＡＣＫパケット４６を導入すると、セッションによって必要とされる帯域幅の量が減少し、他のトラフィックにとって利用可能な帯域幅が増し、また、より多くのデータの送出を開始することを送信機に対してより即座に可能とする（これによって、スループットが増す）。

ＤＯＣＳＩＳ要求４２と許可４０との間にＡＣＫパケット４６を導入するという方式は、ＤＯＣＳＩＳ要求／許可メカニズムが送信バーストサイズしか指定せず、このため、同じサイズの別のパケットが導入されるという事実を利用している。ＤＯＣＳＩＳ要求４２と許可４０との間にＡＣＫパケット４６を導入することによって、また、セッションによって使用される上流２６の帯域幅の量が減少し、パケット待ち時間／往復時間が減少し；これによってＴＣＰセッションの性能とスループットが向上する。

先行技術によるＡＣＫフィルタリングを用いる方式とは異なって、本発明では、ＭＡＣ層によるパケット送信が始まった後でさえもＡＣＫ４４を廃棄することが許容される。これは特に重要であり、それは、ＤＯＣＳＩＳ要求４２と許可４４との間の時間はしばしば２ミリ秒以上であり、これは、最初のＡＣＫ以後でいくつかのＡＣＫをしばしば受信することができる時間量であるからである。

本発明のある実施形態では、ＡＣＫ２０の送信をＤＯＣＳＩＳレート制限にしたがって遅延させ、これで、レート制限されているチャネルでさえもＡＣＫフィルタリングを可能としている。ＡＣＫ２０の送信を、所定の時間期間だけ遅延させることが可能である。この時間内で、多分、同じＴＣＰの流れの別のＡＣＫ２０もまた送信２８のためにキューイングされる。その結果、第１のＡＣＫ４４がフィルタリングされる。「多分フィルタリングされる」ＡＣＫ４４に追加された遅延の持続時間は、ＴＣＰセッションのレートで決まる。セッションレートが高いほど、必要とされる遅延は少なくなる。新しいＡＣＫ４６が遅延時間内に到着しない場合、遅延されたＡＣＫ４４が送信される。ＡＣＫをレート制限された環境下で遅延させることによって、ＡＣＫフィルタリングを利用する。先行技術によるレート制限されたＤＯＣＳＩＳ上流チャネルでは、たとえセッションに冗長性があってもＡＣＫフィルタリングは発生しない。ＡＣＫ遅延をこのようなシナリオで利用することによって、ＡＣＫ２０用に必要とされるチャネル２６におけるトラフィックの量が減少する。

本発明は、セッションの遅速開始フェーズ間でのＡＣＫ廃棄や、バースト性や再送信タイムアウトの防止のための廃棄ＡＣＫの数制限などをしない他の状況下では、ＡＣＫフィルタリングに適用されるのと同じ限定を受ける。

本発明を図示の実施形態を参照して説明したが、本明細書は、限られた意味で解釈されることを意味するものではない。本発明の他のさまざまな実施形態が、本明細書を読めば当業者にはあきらかである。たとえば、上記の実施形態はケーブルモデムシステムという状況で説明した。しかしながら、本発明は他のタイプの通信システムで用いられ得る。更なる例として、ＴＣＰプロトコルとＡＣＫパケットという状況で実施形態が記載されている。しかしながら、本発明は、他の適切なプロトコルや部品に適用され得る。

したがって、添付クレームは、本実施形態のいかなる修正例をも本発明の真の範囲と精神内に入るものとして含むものである。
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。

（１）送信機から複数のデータパケットを受信するステップと；
各々がデータパケットの内の１つ以上が受信されたことを示す複数の肯定応答から成るキューを発生するステップと；
このキュー中の最後の肯定応答だけを送信機に送出して、肯定応答がそれに対してキューイングされたデータパケットのすべてが受信されたことを示すステップと；
を含む、通信システムにおける性能を改良する方法。
（２）送信機から第１のデータパケットを受信するステップと；
データパケットが受信されたことを示す肯定応答を発生するステップと；
データパケットの送信機に対して肯定応答の送出を求める要求を送出するステップと；
送信機から１つ以上の追加のデータパケットを受信するステップと；
追加のデータパケットの受信を示す１つ以上の追加の肯定応答を発生するステップと；
要求に反応して送信機から許可を受信するステップと；
肯定応答がそれに対して許可されたデータパケットのすべてが受信されたことを示すように発生された最後の肯定応答だけを送出するステップと；
を含む、通信システムにおける性能を改良する方法。
（３）１つ以上の第１のデータパケットを送信機から受信するステップと；
第１のデータパケットが受信されたことを示す第１の肯定応答を発生するステップと；
送信機に対する第１の肯定応答の送信を第１の所定の遅延時間だけ遅延させるステップと；
１つ以上の第２のデータパケットが遅延時間中に受信された場合に第２の肯定応答を発生するステップと；
第２の肯定応答が発生されなかった場合に、遅延時間が完了したら又はその後で送信機に対して第１の肯定応答を送出するステップと；
遅延時間が満了する以前に第２の肯定応答が発生された場合に、第２の肯定応答を送出して、第１の肯定応答を廃棄するステップと；
を含む、通信システムにおける性能を改良する方法。
（４）データパケットが下流チャネル上で送信され、最後の肯定応答が上流チャネル上で送出される、第（１）項に記載の方法。
（５）前記通信システムがケーブルモデムシステムであり、前記送信機がケーブルモデム終端システムであり、肯定応答がケーブルモデムによって発生される、第（４）項に記載の方法。
（６）送信機（１４）から複数のデータパケット（１８）を受信するステップと；各々がデータパケットの内の１つ以上が受信されたことを示す複数の肯定応答（２０）から成るキューを発生するステップと；このキュー中の最後の肯定応答（２０）だけを送信機（１４）に送出して、これら肯定応答がそれに対してキューイングされたデータパケットのすべてが受信されたことを示すステップと；を含む、通信システムにおける性能を改良する方法。

本発明が実施される例示のケーブルモデム通信システムのブロック図である。 下流と上流のデータチャネルの図である。 ＡＣＫ送信、すなわち本発明のある実施形態における上流送信のための先行技術による方式の図である。 本発明の実施形態におけるＡＣＫ送信の図である。 ＡＣＫ送信、すなわち本発明のある実施形態における上流送信のための先行技術による方式の図である。 本発明の実施形態におけるＡＣＫ送信の図である。

Claims (1)

1. 送信機から複数のデータパケットを受信するステップと；
   各々がデータパケットの内の１つ以上が受信されたことを示す複数の肯定応答から成るキューを発生するステップと；
   このキュー中の最後の肯定応答だけを送信機に送出して、肯定応答がそれに対してキューイングされたデータパケットのすべてが受信されたことを示すステップと；
   を含む、通信システムにおける性能を改良する方法。

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