JP2004241829A

JP2004241829A - ＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）制御方式選定方法及び装置

Info

Publication number: JP2004241829A
Application number: JP2003026263A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nakamizo; 徹生中溝
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-02-03
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-03
Also published as: JP3891122B2

Abstract

【課題】比較容易に定量的かつ視覚的なＱｏＳ制御の選定指針及びＱｏＳ制御の導入効果を知るための評価尺度の決定を可能とする。
【解決手段】本発明は、網内におけるＱｏＳ制御を導入予定の機器の入力トラヒックパラメータ及び、エンド−エンドのアプリケーション品質を測定し、網内の各アプリケーションに関して、要求条件を満たすトラヒックパラメータの範囲から、全アプリケーションの適用領域の共通領域をトラヒック比の範囲から有効領域として求め、導入予定のＱｏＳ制御方式を変更し、上記の処理を繰り返し、得られたＱｏＳ制御毎の共通部分を選定尺度として比較し、ＱｏＳ制御方式を決定する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）制御方式選定方法及び装置に係り、特に、パケット網において、ＶｏＩＰ（ＶｏｉｃｅｏｖｅｒＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）、映像配信、ＷＷＷ（ＷｏｒｌｄＷｉｄｅＷｅｂ）などのトラヒックの品質を向上させるために用いるＱｏＳ制御の選定判断を行い、その結果から網設計時のＱｏＳ制御導入を容易にするためのＱｏＳ制御方式選定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビ会議、ＶｏＩＰなどリアルタイムアプリケーション品質は、ネットワーク品質の劣化に非常に敏感で、かつＷＷＷ、ＦＴＰ（ＦｉｌｅＴｒａｎｓｆｅｒＰｒｏｔｏｃｏｌ）などバースト性のあるトラヒックと同一パケットネットワーク上に混在している場合、このバーストの影響を受けやすい。また、ＷＷＷやＦＴＰなどもリアルタイムアプリケーションが原因で転送品質に影響を受けやすい。これらの影響を軽減するため、従来、多数のＱｏＳ制御が適用されている。
【０００３】
また、従来は、複数のアプリケーションを対象とするネットワークの設計に関する検討が行われている（例えば、非特許文献１参照。）。
ＱｏＳ制御方式は、ＷＦＱ（ＷｅｉｇｈｔｅｄＦａｉｒＱｕｅｕｅｉｎｇ），ＣＢＱ（ＣｌａｓｓＢａｓｅｄＱｕｅｕｅｉｎｇ）（例えば、非特許文献２参照。），ＷＲＥＤ（ＲａｎｄｏｍＥａｒｌｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）（例えば、非特許文献３参照。）、など様々な方式が考案されている。
【非特許文献１】
ＡｎｔｏｎＲｉｅｄｌ，ＴｈｏｍａｓＢａｕｓｃｈｅｒｔ，ＪｏｃｈｅｎＦｒｉｎｇｓ「ＡＦｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒＭｕｌｔｉ−ＳｅｒｖｉｃｅＩＰＮｅｔｗｏｒｋＰｌａｎｎｉｎｇ」Ｎｅｔｗｏｒｋｓ２００２，Ｊｕｎｅｐｐ．２３−２７，（２００２）
【０００４】
【非特許文献２】
ＰａｕＦｅｒｇｕｓｏｎ，ＦｅｏｆｆＨｕｓｔｏｎ，訳：戸田巌「インターネットＱｏＳ」オーム社２０００年５月ｐｐ．８１−８６，１０６−１０７
【０００５】
【非特許文献３】
ＲＦＣ２４７２５，ＲＦＣ２５９７，ＲＦＣ２５９８
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＱｏＳ制御の方式は多数考案されており、どのＱｏＳ制御方式を用いるかは経験に基づき決定されているため、曖昧でかつ人手がかかるという問題がある。
【０００６】
また、ＱｏＳ制御の導入による、アプリケーションのエンド−エンド品質上の効果を定量的に示す指標がなく、その都度専門家による限定的な条件下での詳細な検討が行われるため、ネットワーク設計及び管理・運用のＱｏＳ制御方式の選定、変更及び入力トラヒック量の決定が困難である。
【０００７】
さらに、複数のアプリケーションを対象としたネットワークの設計に関する検討が行われているが、ＱｏＳ制御の導入指針、決定法に関する検討までは踏み込んでいない。
【０００８】
また、上記のＷＦＱ，ＣＢＱ，ＷＲＥＤ等の方式には、それぞれ有効範囲があり、その動作の特徴には長所と短所が存在する。また、その効果もネットワーク内のトラヒック量や種類などにより変化するため、一意にネットワーク内のアプリケーションの要求品質を満たす適切なＱｏＳ制御を決定できない可能性がある。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、比較容易に定量的かつ視覚的なＱｏＳ制御の選定指針及びＱｏＳ制御の導入効果を知るための評価尺度の決定が可能なＱｏＳ制御方式選定方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の原理を説明するための図である。
【００１１】
本発明は、パケット網において、異なる品質を要求するトラヒックが混在するパケットネットワークにおける複数のＱｏＳ制御方式を選定するためのＱｏＳ制御方式選定方法において、
網内におけるＱｏＳ制御を導入予定の機器の入力トラヒックパラメータ及び、エンド−エンドのアプリケーション品質を測定する第１の過程（ステップ１）と、
網内の各アプリケーションに関して、要求条件を満たすトラヒックパラメータの範囲から、全アプリケーションの適用領域の共通領域をトラヒック比の範囲から有効領域として求める第２の過程（ステップ２）と、
導入予定のＱｏＳ制御方式を変更し、第１の過程と第２の過程を繰り返し、得られたＱｏＳ制御毎の共通部分を選定尺度として比較し、ＱｏＳ制御方式を決定する第３の過程（ステップ３）からなる。
【００１２】
また、本発明の第２の過程は、
第１の過程で測定された測定結果から全トラヒック量との比をアプリケーション毎に求める過程と、
求められたアプリケーション毎の比において、各アプリケーションで制約条件を満たす範囲を決定する過程と、
求められた制約条件を満たす範囲に対して、目的関数が最大となるような有効領域を求める過程と、
求められた各アプリケーションの有効領域の共通部分が最大となる値を求める過程からなる。
【００１３】
図２は、本発明の原理構成図である。
【００１４】
本発明は、パケット網において、異なる品質を要求するトラヒックが混在するパケットネットワークにおける複数のＱｏＳ制御方式を選定するためのＱｏＳ制御方式選定装置であって、
網内におけるＱｏＳ制御を導入予定の機器の入力トラヒックパラメータ及び、エンド−エンドのアプリケーション品質を測定するネットワーク監視手段１０と、
網内の各アプリケーションに関して、要求条件を満たすトラヒックパラメータの範囲から、全アプリケーションの適用領域の共通領域をトラヒック比の範囲から有効領域として求め、得られたＱｏＳ制御毎の共通部分を選定尺度として比較し、ＱｏＳ制御方式を決定する演算手段２０と、
演算手段２０で決定されたＱｏＳ制御方式を出力する出力手段３０と、を有する。
【００１５】
また、本発明の演算手段２０は、
ネットワーク監視手段１０で測定された測定結果から全トラヒック量との比をアプリケーション毎に求める手段と、
求められたアプリケーション毎の比において、各アプリケーションで制約条件を満たす範囲を決定する手段と、
求められた制約条件を満たす範囲に対して、目的関数が最大となるような有効領域を求める手段と、
求められた各アプリケーションの有効領域の共通部分が最大となる値を求める手段と、を含む。
【００１６】
上記のように、本発明では、ＱｏＳ制御の選定指針、ＱｏＳ制御の導入効果を知るための評価尺度を決定することにより、ＱｏＳ制御方式のユーザ収容数における導入効果を定量的に求めることが可能となり、かつ、ＱｏＳ制御を比較することで、ＱｏＳ制御の導入意思決定が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
最初に、本発明のＱｏＳ制御方式を選定するための前提（仮定）について説明する。
【００１９】
仮定１：網内のトラヒックパラメータは測定可能であるとする。
【００２０】
仮定２：エンド−エンドのアプリケーション品質の要求品質は、１つの目的関数と１つ、または、複数の制約条件から構成されるものとする。また、要求品質は、目的関数が大きくなるほど有効とする。
【００２１】
仮定３：網内に流れるアプリケーションの種類、トラヒック量、アプリケーション毎の最大トラヒック量は全て既知である。
【００２２】
仮定４：エンド−エンドのアプリケーション品質を満たす。
【００２３】
図３は、本発明の一実施の形態におけるＱｏＳ制御方式選定装置の構成を示す。
【００２４】
同図に示すＱｏＳ制御方式選定装置は、ネットワーク（ＮＷ）監視部１０、演算部２０及び出力部３０から構成される。
【００２５】
ＮＷ監視部１０は、網ＮにおけるＱｏＳ制御ルータ１００からのＱｏＳ制御対象回線２００への入力トラヒック情報と、ＱｏＳ制御対象回線情報（帯域、プロトコル等）を監視し、当該情報を取得し、演算部２０に渡す。
【００２６】
演算部２０は、入力トラヒック正規化部２１、評価尺度計算部２２、条件・パラメータ入力部２３、領域桂庵部２４から構成される。
【００２７】
入力トラヒック正規化部２１は、入力トラヒック情報に基づいて、アプリケーション毎にＱｏＳ制御対象回線２００の総使用帯域に対する入力トラヒック比を求める。
【００２８】
評価尺度計算部２２は、遅延、パケット損失率など各アプリケーションの品質評価尺度を計算する。
【００２９】
条件・パラメータ入力部２３は、各アプリケーションの要求品質（制約条件）や、ＱｏＳ制御パラメータ（帯域、クラス分け等）の入力を受け付け、領域計算部２４に渡す。
【００３０】
領域計算部２４は、評価尺度計算部２２からのアプリケーションの品質評価尺度と、条件・パラメータ入力部２３から入力された要求品質及びＱｏＳ制御パラメータに基づいて、ＱｏＳ制御毎の適用領域及び、比較するＱｏＳ制御毎に、適用領域比を計算する。詳しくは、求められたアプリケーション毎の比において、各アプリケーションで制約条件を満たす範囲を決定し、求められた制約条件を満たす範囲に対して、目的関数が最大となるような有効領域を求め、各アプリケーションの有効領域の共通部分が最大となる値を求め、各アプリケーションの有効領域の共通部分が最大となる共通部分を選定尺度として比較し、ＱｏＳ制御方式を決定する。
【００３１】
出力部３０は、比較ＱｏＳ制御毎の値を表示する。
【００３２】
以下に、上記の動作を具体的に説明する。
【００３３】
まず、以下の説明における定義を示す。
【００３４】
定義１：網内に流れるトラヒックをＶｏＩＰ、映像（Ｖｉｄｅｏ）、ＷＷＷとする。
【００３５】
定義２：トラヒック量は、ＶｏＩＰフロー数、Ｖｉｄｅｏフロー数、ＷＷＷコネクション数で表す。
【００３６】
定義３：エンド−エンドのアプリケーション品質の尺度として以下を与える。
【００３７】
ＶｏＩＰ：全フローの平均パケット損失率ＰＶｏＩＰ
Ｖｉｄｅｏ：全フローの平均パケット損失率ＰＶｉｄｅｏ
ＷＷＷ：平均受信速度Ｔｈｗｗｗ（ｋｂｐｓ）
定義４：制約条件として、ＰＶｏＩＰ≦０．０３，ＰＶｉｄｅｏ ≦０．０３，Ｔｈｗｗｗ ≧７００を与える。
なお、以下の説明では、アプリケーションをＡＰと記す。
【００３８】
図３に示すように、ＶｏＩＰ、Ｖｉｄｅｏ、ＷＷＷが混在する、あるマルチサービス網Ｎと、各ＡＰのトラヒックを発生する端末（ユーザ）が周りに存在し、これら端末がＡＰを利用する。
【００３９】
このマルチサービス網Ｎ内のＱｏＳ制御ルータ１００でＱｏＳ制御を導入するものとする。このときＱｏＳ制御無しの場合とどちらが有効か、またどの程度有効かを定量的に判断する。
【００４０】
ＮＷ監視部１０への入力として、網Ｎ内の各ＡＰのトラヒック量、即ち、ＱｏＳ制御ルータ１００の入力インタフェースに入るトラヒックの種別及びフロー数（ＷＷＷはセッション数）を与える。また、ＱｏＳ制御対象回線２００の総使用帯域を６Ｍｂｐｓ、導入可否が必要なＱｏＳ制御を、ＤｉｆｆＳｅｒｖ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｓ）ＡＦとし、ＱｏＳ制御を行う場合のキューマネジメントはＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−ｉｎＦｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）で行うものとする。
【００４１】
また、条件・パラメータ入力部２３は、各ＡＰのその他のトラッヒックパラメータとして、以下のようなものを入力し、領域計算部２４に渡す。
【００４２】
ＶｏＩＰ：使用帯域８０ｋｂｐｓ／フロー
Ｖｉｄｅｏ：使用帯域１Ｍｂｐｓ／フロー
ＷＷＷ：大容量コンテンツのダウンロード（使用帯域任意）
以下、ＱｏＳ制御を行わない場合について、まず、選定尺度に関する適用例を述べる。図４は、本発明の一実施の形態におけるＱｏＳ制御方式選定処理のフローチャートである。
【００４３】
ステップ１０１）トラヒック量の正規化：
演算部２０の入力トラヒック正規化部２１において、ＡＰ毎にＱｏＳ制御対象回線の総使用帯域に対する入力トラヒック比ρＶｏＩＰ，ρＶｉｄｅｏを求める。
【００４４】
【数１】

このとき、ｉの入力トラヒックは、ＱｏＳ制御対象回線の総使用帯域分のフロー数が上限となる。従って、
０≦ＶｏＩＰの入力トラヒック（フロー数）≦６Ｍｂｐｓ／８０ｋｂｐｓ＝７５
０≦Ｖｉｅｄｏの入力トラヒック（フロー数）≦６Ｍｂｐｓ／１Ｍｂｐｓ＝６
となる。
【００４５】
なお、ＷＷＷはセッション数で見る必要はなく、回線の使用帯域で判断できるので入力トラヒック比ρｗｗｗは考慮しない。
【００４６】
ステップ１０２）エンド−エンドのＡＰ品質の測定：
【００４７】
【表１】

ステップ１０３）要求品質を満たすρの決定：
領域計算部２４において、各ＡＰにおいて、上記の定義４で示した制約条件を満たすρの最大範囲を決定する。表２にＶｏＩＰの適用領域を、表３にＶｉｄｅｏの適用領域を、表４にＷＷＷの適用領域をそれぞれ示す。
【００４８】
【表２】

【００４９】
【表３】

【００５０】
【表４】

ステップ１０４）各ＡＰの有効領域の決定：
領域計算部２４において、上記のステップ１０３で得られた結果から各ＡＰについて、ρＶｏＩＰ，ρＶｉｄｅｏを軸とした有効領域を決定する。図６はＶｏＩＰの適用領域を、図７はＶｉｄｅｏの適用領域を、図８はＷＷＷの適用領域をそれぞれ示す。
【００５１】
図６〜図８において、塗りつぶされている部分が各ＡＰの要求品質を満たす（ρＶｏＩＰ，ρＶｉｄｅｏ）の集合だと言える。
【００５２】
ステップ１０５）全てのＡＰが要求品質を満たすρの領域Ｒを決定：
領域計算部２４において、上記のステップ１０４で得られた各ＡＰのρの適用領域から、全てのＡＰで要求品質を満たすρの集合Ｒを求める。これは、ＶｏＩＰ、Ｖｉｄｅｏ，ＷＷＷそれぞれの要求品質を満たすρの集合をＳＶｏＩＰ，ＳＶｉｄｅｏ，ＳＷＷＷとおくと、全てのＡＰの要求品質を満たすρの集合Ｒは、
ＳＶｏＩＰ∩ＳＶｉｄｅｏ ∩ＳＷＷＷ
で表すことがでる。つまり、ＱｏＳ制御ルータ１００でＱｏＳ制御を用いなかった場合（ＦＩＦＯ）の網Ｎでのトラヒック条件の有効範囲は、図９の網かけ部分になる。
【００５３】
上記のステップ１０２〜ステップ１０５に従って同様に、網Ｎ内のＱｏＳ制御ルータでＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦを用いた場合、各ＡＰの適用領域及び全てのＡＰの適用領域は、図１０〜図１２、図１３のようになる。但し、ＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦは、パラメータが無限に考えられるが、その中の一組についての結果を示す。
【００５４】
このように、他のＱｏＳ制御についても同様の手法を用いて、各ＱｏＳ制御方式の選定尺度である適用領域Ｒを求める。
【００５５】
次に、ＱｏＳ制御無し時との比較（ＱｏＳ制御導入効果）について述べる。
【００５６】
▲１▼ 前述の図８と図１３より、ＦＩＦＯ，ＤｉｆｆＳｅｒｖそれぞれの適用領域をＲＦＩＦＯ，ＲＤｉｆｆＳｅｒｖとおく。この適用領域Ｒｍ（但し、ｍ：ＦＩＦＯ，ｄＩＦＦＳｅｒｖ）は最大量１の面積Ｕというスカラ量で求めることができるため、ＦＩＦＯ及びＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦそれぞれの即ち、面積ＵＦＩＦＯ，ＵＤｉｆｆＳｅｒｖの比をＦとおくと、
【００５７】
【数２】

となり、これを比較したい２つの制御方式で用いれば、どちらが有効か、また、どの程度有効かが明らかになる。出力部３０において、どの制御方式が有効になるかを示す情報（比較ＱｏＳ制御毎の値）を出力する。
【００５８】
図８、図１３を用いると、
【００５９】
【数３】

となり、網ＮにおいてＦＩＦＯよりＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦを用いた方が、エンド−エンドのＡＰ品質をより広いトラヒックパラメータ範囲で保つことができるため有効である。
【００６０】
また、本発明は、上記の図４に示すフローチャートの処理をプログラムとして構築し、通信回線や記憶媒体からインストールすることにより、ＣＰＵ等の制御手段で実施することも可能である。
【００６１】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【００６２】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、ＱｏＳ制御方式のユーザ収容数における導入効果を定量的に求めることができ、かつＱｏＳ制御を比較することで、ＱｏＳ制御の導入意思決定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の原理構成図である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるＱｏＳ制御方式選定装置の構成図である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるＱｏＳ制御方式選定処理のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態におけるＶｏＩＰの測定結果グラフである。
【図６】本発明の一実施の形態におけるＶｏＩＰの適用領域である。
【図７】本発明の一実施の形態におけるＶｉｄｅｏの適用領域である。
【図８】本発明の一実施の形態におけるＷＷＷの適用領域である。
【図９】本発明の一実施の形態におけるＦＩＦＯにおける適用領域である。
【図１０】本発明の一実施の形態におけるＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦを用いた場合のＶｏＩＰの適用領域である。
【図１１】本発明の一実施の形態におけるＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦを用いた場合のＶｉｄｅｏの適用領域である。
【図１２】本発明の一実施の形態におけるＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦを用いた場合のＷＷＷの適用領域である。
【図１３】本発明の一実施の形態のＤｉｆｆＳｅｒｖＡＦにおける適用領域である。
【符号の説明】
１０測定手段、測定部
１１トラヒック量正規化部
１２ＡＰ品質測定部
２０有効領域決定手段、有効領域決定部
３０制御方式決定手段、制御方式決定部
１００ＱｏＳ制御ルータ
２００ＱｏＳ制御対象回線

Claims

パケット網において、異なる品質を要求するトラヒックが混在するパケットネットワークにおける複数のＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）制御方式を選定するためのＱｏＳ制御方式選定方法において、
網内におけるＱｏＳ制御を導入予定の機器の入力トラヒックパラメータ及び、エンド−エンド（ｅｎｄｔｏｅｎｄ）のアプリケーション品質を測定する第１の過程と、
前記網内の各アプリケーションに関して、要求条件を満たすトラヒックパラメータの範囲から、全アプリケーションの適用領域の共通領域をトラヒック比の範囲から有効領域として求める第２の過程と、
導入予定のＱｏＳ制御方式を変更し、前記第１の過程と前記第２の過程を繰り返し、得られたＱｏＳ制御毎の共通部分を選定尺度として比較し、ＱｏＳ制御方式を決定する第３の過程からなることを特徴とするＱｏＳ制御方式選定方法。
前記第２の過程は、
前記第１の過程で測定された測定結果から全トラヒック量との比をアプリケーション毎に求める過程と、
求められたアプリケーション毎の比において、各アプリケーションで制約条件を満たす範囲を決定する過程と、
求められた前記制約条件を満たす範囲に対して、目的関数が最大となるような有効領域を求める過程と、
求められた各アプリケーションの前記有効領域の共通領域が最大となる値を求める過程からなる請求項１記載のＱｏＳ制御方式選定方法。
パケット網において、異なる品質を要求するトラヒックが混在するパケットネットワークにおける複数のＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）制御方式を選定するためのＱｏＳ制御方式選定装置であって、
網内におけるＱｏＳ制御を導入予定の機器の入力トラヒックパラメータ及び、エンド−エンドのアプリケーション品質を測定するネットワーク監視手段と、
前記網内の各アプリケーションに関して、要求条件を満たすトラヒックパラメータの範囲から、全アプリケーションの適用領域の共通領域をトラヒック比の範囲から有効領域として求め、得られたＱｏＳ制御毎の共通部分を選定尺度として比較し、ＱｏＳ制御方式を決定する演算手段と、
前記演算手段で決定されたＱｏＳ制御方式を出力する出力手段と、を有することを特徴とするＱｏＳ制御方式選定装置。
前記演算手段は、
前記ネットワーク監視手段で測定された測定結果から全トラヒック量との比をアプリケーション毎に求める手段と、
求められたアプリケーション毎の比において、各アプリケーションで制約条件を満たす範囲を決定する手段と、
求められた前記制約条件を満たす範囲に対して、目的関数が最大となるような有効領域を求める手段と、
求められた各アプリケーションの前記有効領域の共通部分が最大となる値を求める手段と、を含む請求項３記載のＱｏＳ制御方式選定装置。