JP2005057472A - 通信方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】インターネットのようなベストエフオート型サービスのネットワークにおいて、ネットワークの負荷集中や輻輳による伝送遅延揺らぎやパケット損失を回避するのに好適に利用可能なデータ通信方法を提供することにある。
【解決手段】ベストエフオート型サービスのインターネット網において、受信ノードが接続する複数の接続ポイントから割り当てられたアドレスを送信ノードに通知し、送信ノードはその複数の接続ポイントを適宜選択してデータを送信することにより、ネットワークの障害や輻輳によるデータの損失や遅延を避け、スループットの向上を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、インターネットのようにベストエフオート型サービスのネットワークにおいて、ネットワークの負荷集中や輻輳による伝送遅延揺らぎやパケット損失を回避するのに好適に利用可能なデータ通信方法及びシステムに関する。

インターネットの経路選択アルゴリズムが選択する経路は、通常、ノード間における最短経路の一つだけであるため、従来のインターネットでは、その一つの経路のみを用いる通信が行なわれている。しかしながら、１経路のみを用いて通信を行なう現在のインターネットでは、通信を行なっているネットワークにおける障害・輻輳によるデータの損失や大幅な遅延が生じた場合、輻輳制御によりその経路へのトラヒックを抑えることになり、所望のスループットが得られないという問題がある。

一方で、こうした従来のインターネットをマルチパスに適応させる試みも行なわれている。例えば、ルーティングアルゴリズムにＯＳＰＦ（Ｏｐｅｎ Ｓｈｏｒｔｅｓｔ Ｐａｔｈ Ｆｉｒｓｔ）を利用している場合には、メトリックが等しい複数経路に対してトラヒックの等価負荷分散をサポートすることが知られており（非特許文献１参照）、ＩＧＲＰ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｇａｔｅｗａｙ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を利用している場合には、メトリックが必ずしも等しくない複数経路に対してトラヒックをメトリックに比例して不等分に分配する機能を実装したルータが知られている。こうした方式では、上記メトリック値に刻々と変化する経路情報が反映されないため、各経路の状態を考慮した最良な分配方式とはいえない。この方式では、状態の悪化した一部の経路に引きずられて、全経路でのスループットが低下するという問題がある。

また、ネットワークの異なる経路上に同一コンテンツを互いに同期して送信可能な配信サーバを複数設け、一方の配信サーバからユーザへのコンテンツ送信経路のトラヒック量が規定以上になった場合、他方の配信サーバに切り替えてコンテンツを送信することにより、所定の伝送レート以上による動画品質を保証した配信システムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、複数の配信サーバから同一のデータを送信できる必要があるため、多くのユーザから送信の要望があるコンテンツ配信に適用が限られる。しかも、この方法は、受信ユーザのアクセス回線付近のネットワークでの輻輳に対しては効果がない。

Ｊ．Ｍｏｙ，"ＯＳＰＦ Ｖｅｒｓｉｏｎ ２"，ＲＦＣ１５８３，１９９４ 特開平１１−０６８７４１号公報

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであって、その目的とするところは、インターネットのようなベストエフオート型サービスのネットワークにおいて、ネットワークの負荷集中や輻輳による伝送遅延揺らぎやパケット損失を回避するのに好適に利用可能なデータ通信方法及びシステムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の通信方法は、ネットワーク上のノード（以下、ノードＡ）が複数の接続ポイントに接続していて、その接続ポイントを経由して外部ネットワークと通信することができ、各接続ポイントを用いて通信する際は各接続ポイントから割り当てられたアドレスを用いる必要がある通信方法において、上記ノードＡが通信相手のノード（以下、ノードＢ）に対してその複数のアドレスを通知するステップと、上記ノードＢが上記ノードＡヘパケットを送信する際、上記アドレスを上記送信パケットの宛先アドレスとして適宜選択して通信を行なうステップとを含むことを特徴とする。

この通信方法によれば、ノードＢはノードＡから通知された複数の接続ポイントを適宜使用してネットワークの障害や輻輳によるデータの損失や遅延を避け、スループットの向上を図ることができる。

本発明の通信方法では、ノードＡが複数の接続ポイントと直接接続して各接続ポイントからアドレスを割り当てられる場合と、ノードＡが複数の接続ポイントと直接接続してないで別のノードを介して接続して、該別のノードが各接続ポイントからアドレスを割り当てられる場合があり、前者の場合には、ノードＡが各接続ポイントから直接アドレスを割り当てられるステップを含み、後者の場合には、ノードＡが別のノードに対して、上記アドレスを複数要求するステップを含む。

本発明の通信方法では、上記ノードＢは上記ノードＡと通信を始める際、ノードＡまでの複数の経路のうち、ある１つもしくは複数の経路を選択し、その経路に該当する上記アドレスを上記送信パケットの宛先アドレスに用いて通信するステップを含むものとするのが好適である。

本発明の通信方法では、更に、上記の経路選択ステップにおいて、上記ノードＢは上記Ａまでの複数の経路の品質を測定・比較し、品質の良い経路を選択するステップを含むものとするのが好適である。

本発明の通信方法では、更に、上記の経路選択ステップにおいて、上記ノードＢは上記ノードＡまでの複数の経路の品質情報を上記ノードＡから取得し、上記複数の経路の上記品質情報に基づいて上記複数の経路へのデータの分配比率を適応的に変更するステップを含むものとするのが好適である。

本発明の通信方法では、更に、上記の分配比率変更ステップにおいて、品質の良い経路に対する分配比率を上げ、品質の悪い経路に対する分配比率を下げるステップを含むものとするのが好適である。

また、本発明の通信システムは、ネットワーク上のノード（以下、ノードＡ）が複数の接続ポイントに接続していて、その接続ポイントを経由して外部ネットワークと通信することができ、各接続ポイントを用いて通信する際は各接続ポイントから割り当てられたアドレスを用いる必要がある通信システムにおいて、上記ノードＡは通信相手のノード（以下ノードＢ）に対してその複数のアドレスを通知する機能を備え、通信相手のノードＢは、上記複数のアドレスを取得する手段と上記アドレスを送信パケットの宛先アドレスとして適宜選択する機能を備えることを特徴とする。

本発明の通信システムでは、上記ノードＡは複数の接続ポイントと直接接続して各接続ポイントからアドレスを割り当てられている場合と、上記ノードＡが別のノードを介して複数の接続ポイントと接続して、該別のノードが各接続ポイントからアドレスを割り当てられる場合があり、後者の場合には、上記ノードＡは該別のノードに対して、上記アドレスを複数要求する機能を備える。

本発明の通信システムでは、上記ノードＢは上記Ａと通信を始める際、ノードＡまでの複数の経路のうち、ある１つもしくは複数の経路を選択し、その経路に該当する上記アドレスを上記送信パケットの宛先アドレスに用いて通信する機能を備えるものとするのが好適である。

本発明の通信システムでは、更に、上記ノードＢは上記Ａまでの複数の経路の品質を測定・比較し、品質の良い経路を選択する機能を備えるものとするのが好適である。

本発明の通信システムでは、更に、上記ノードＢは上記ノードＡまでの複数の経路の品質情報を上記ノードＡから取得し、上記複数の経路の上記品質情報に基づいて上記複数の経路へのデータの分配比率を適応的に変更する機能を備えるものとするのが好適である。

本発明の通信システムでは、更に、上記ノードＢは品質の良い経路に対する分配比率を上げ、品質の悪い経路に対する分配比率を下げる機能を備えるものとするのが好適である。

以下、図面を参照して本発明を最良の実施の形態について説明する。

図１は本発明の第１実施例のネットワーク構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施例では、ノードＢ１１は複数のＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｖｉｄｅｒ）の接続ポイントと直接ＰＰＰ（Ｐｏｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）で接続して、各接続ポイントからグローバルＩＰアドレスが割り当てられる。例えば、ＩＳＰｌからグローバルＩＰアドレス１が、ＩＳＰｎからグローバルＩＰアドレスｎがそれぞれ割り当てられる。一般に、ノードＢｌｌでルーティングが動作していない場合、ノードＢ１１はデフォルトゲートウェイに設定された１つの接続ポイント１を使ってノードＢ１２と通信をおこなう。このとき、ノードＢ１２からノードＢｌｌに向けた通信も同様に接続ポイント１を経由して行なわれるため、接続ポイントを冗長化した効果はない。

そこで、本発明では、図２に示すように、ノードＢｌｌはノードＢ１２と通信を開始する際、各接続ポイントから割り当てられたグローバルＩＰアドレス１〜ｎをノードＢ１２に広告する。ノードＢ１２は広告された複数のＩＰアドレスのいずれを使ってもノードＢｌｌに対してデータを送信することができる。ノードＢ１２は、ノードＢｌｌへ送信するパケットの宛先アドレスとして、ノードＢｌｌから広告された複数のＩＰアドレスのいずれかを適用することで、ノードＢｌｌに到達するまでに経由する接続ポイントを選択することができる。

ノードＢ１２は、ノードＢｌｌにとってデフォルトゲートウェイとして設定された接続ポイント１を使って通信をしても良い。または、始めに各接続ポイント経由でノードＢｌｌと通信する場合の品質をチェックして、品質の最も良い接続ポイントを経由して通信をしても良い。または、複数の接続 ポイントを同時に使って通信をしても良い。

本発明の第２実施例を図３を参照して説明する。図２は本実施例のネットワーク構成を示すブロック図である。
図３に示すように、本実施例では、ノードＢ２１は複数のＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ＳｅｒｖｉｃｅＰｒｏｖｉｄｅｒ）の接続ポイントと直接ＰＰＰ（Ｐｏｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｏｔｏｃｏｌ）で接続していない。別のノードＢ２２が各接続ポイントとＰＰＰ接続し、各接続ポイントからグローバルＩＰアドレスが割り当てられている。ＩＳＰｌからグローバルＩＰアドレス１が、ＩＳＰｎからグローバルＩＰアドレスｎがそれぞれ割り当てられる。ノードＢ２１はプライベートネットワークに接続していて、外部のネットワークと通信する際は、ノードＢ２２においてアドレス変換を行なって接続する。このようにプライベートネットワークに接続されたノードから送信されたＩＰパケットを外部に中継する際に、ＩＰヘッダに記述された送信元ＩＰアドレスやポート番号を中継ノードが持つグローバルＩＰアドレスやポート番号に書き換える機能はＮＡＴ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｄｄｒｅｓｓ Ｔｒａｎｓｌａｔｏｒ）と呼ばれている。ＮＡＴ機能を搭載したノードＢ２２がＵＰｎＰ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｐｌｕｇ ａｎｄ ｐｌａｙ）に対応した機器であれば、ノードＢ２１はＳＯＡＰ（Ｓｉｍｐｌｅ ｏｂｊｅｃｔ ａｃｃｅｓｓ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）などを用いてノードＢ２２で保持している各接続ポイントから割り当てられたグローバルＩＰアドレスを取得することができる。

図４は、ノードＢ２１がノードＢ２２からグローバルＩＰアドレスを複数取得し、通信を行なうノードＢ２３に対してそのアドレスを広告し、ノードＢ２３からノードＢ２１に向けて送信されてくるパケットを受信する処理を示す。
まず、ノードＢ２１はノードＢ２２に対して、グローバルＩＰアドレスの取得を要求し、ノードＢ２２はそれに応えてグローバルＩＰアドレスを通知します。次に、ノードＢ２３が配信サーバなどの場合、ノードＢ２１はノードＢ２３に対して配信を要求します。この要求に対して、ノードＢ２３が許可応答したならば、ノードＢ２１は先に取得したグローバルＩＰアドレスを広告する。ノードＢ２３は使用するポート番号などを応えます。これを受けて、ノードＢ２１はノードＢ２２に対して、上記ポート番号宛のパケットをノードＢ２１に転送するようポートマッピングを行なう。

一般に、ノードＢ２２でルーティングが動いていない場合、ノードＢ２１はデフォルトゲートウェイに設定された１つの接続ポイント１を使ってノードＢ２３と通信をおこなう。このとき、ノードＢ２３からノードＢ２１に向けた通信も同様に接続ポイント１を経由して行なわれるため、接続ポイントを冗長化した効果はない。

しかし、本発明の方法では、ノードＢ２１はノードＢ２３と通信を開始する際、ノードＢ２２から取得した各接続ポイントから割り当てられたグローバルＩＰアドレスト１〜ｎをノードＢ２３に広告するので、ノードＢ２３は広告された複数のアドレスのいずれを使ってもノードＢ２１に対してデータを送信することができる。ノードＢ２３は、ノードＢ２ｌへ送信するパケットの宛先アドレスとして、ノードＢ２ｌから広告された複数のＩＰアドレスのいずれかを適用することで、ノードＢ２ｌに到達するまでに経由する接続ポイントを選択することができる。

ノードＢ２３は、ノードＢ２２にとってデフォルトゲートウェイとして設定された接続ポイント１を使って通信をしても良い。または、始めに各接続ポイント経由でノードＢ２１と通信する場合の品質をチェックして、品質の最も良い接続ポイントを経由して通信をしても良い。または、複数の接続ポイントを同時に使って通信をしても良い。

本発明の第３実施例を図１を参照して説明する。
図１に示すように、ノードＢｌｌは複数のＩＳＰ〈Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｖｉｄｅｒ〉の接続ポイントと直接ＰＰＰ（Ｐｏｎｔ ｔｏ Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）で接続して、各接続ポイントからグローバルＩＰアドレスが割り当てられる。ＩＳＰ１からグローバルＩＰアドレス１が、ＩＳＰｎからグローバルＩＰアドレスｎがそれぞれ割り当てられます。ノードＢｌｌはノードＢ１２と通信を開始する際、各接続ポイントから割り当てられたグローバルＩＰアドレストｎをノードＢ１２に広告する。ノードＢ１２は広告された複数のＩＰアドレスのいずれを使ってもノードＢｌｌに対してデータを送信することができる。ノードＢ１２は、ノードＢｌｌへ送信するパケットの宛先アドレスとして、ノードＢｌｌから広告された複数のＩＰアドレスのいずれかを適用することで、ノードＢｌｌに到達するまでに経由する接続ポイントを選択することができる。

以下の説明では、わかりやすくするために、マルチメディア通信に効果が顕著である実時間型のデータ転送を例にとって、ネットワーク品質を監視する仕組みを備えているＲＴＰ/ＲＴＣＰ（Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ/Ｒｅａｌ−Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｌｔｏｃｏｌ）を利用してノードＢ１２からノードＢ１１へのデータの配信を行っているが、本発明はもちろんこれに限らない。これ以外にも、ネットワーク品質を監視する手段を備えた各種のデータ配信方式も本発明の範疇である。

図５は、図１のネットワーク構成におけるノード間のＲＴＰ/ＲＴＣＰを用いたマルチメディアのデータ配信システムのコネクション構成図である。ＲＴＰは映像や音声データのパケット配信をサポートするために開発されたリアルタイム通信向けのプロトコルであり、リアルタイムアプリケーションにけるパケットの送信機能を有している。

始めに、ノードＢ１２からノードＢｌｌへ１つまたは複数の経路にＲＴＰを使ってパケットを分配して送信し、ノードＢｌｌは受信したパケットに基づいて、例えばパケット損失率、パケットのパケット間隔ジッタ、パケット伝送時間などの１つまたは複数を求め、経路の品質を表す情報（経路の品質情報）としてＲＴＣＰ受信者レポートに書き込んでノードＢ１２に返送する。ノードＢ１２は、受信したＲＴＣＰ受信者レポート中の経路の品質情報に基づいて各接続ポイントヘのパケットの分配比率を変更し、受信者レポートを受けるたびにこれを繰り返すことにより適応的に分配比率を決める。

各経路の品質を測定する手段として、ＲＴＰ／ＲＴＣＰのセッションを各経路に張り、上位アプリケーションにおいて複数経路に分配して送出する全パケットに対し統一されたシーケンス番号を付与し、ノードＢｌｌではこのシーケンス番号を基に複数経路を通して同一送信元から受信したパケットをシーケンス番号順に並び替えを行ない、パケットの欠損を検出する。

また、ノードＢｌｌでは、受信したＲＴＰパケットのタイムスタンプを基にノードＢ１２からノードＢｌｌへの片方向伝送時間のジッタを算出することが可能である。更にノードＢ１２では、ノードＢｌｌからノードＢ１２へ送信されるＲＴＣＰを使用した受信者レポートの受信時刻と受信者レポートに書き込まれている最新送信者レポート時刻及び送信者レポート経過時間とからＲＴＣＰのパケット往復遅延時間ＲＴＴを算出することが可能である。ここで、ノードＢｌｌからノードＢ１２へ配信されるＲＴＣＰ受信者レポートは複数経路へ分配する手段を持ち合わせていないため、同一経路を用いて返送する。

このように、ノードＢ１２では経路のトラヒック状態（品質）を知ることができるため、経路の状態を考慮して各経路への送信パケットの分配比率を適応的に増減することが可能になる。本実施例の特徴とするところは、データは配信される経路品質を随時測定し、この品質情報に基づいて各経路へのパケット分配比率を決定するところにある。

以上、本発明の通信方法及びシステムの手順及び機能について記載したが、これらの手順及び機能はシステムを構成する各ノードに含まれるコンピュータにより実行させることができ、本発明はこれらの手順及び機能を実行させるためのコンピュータプログラム及び該プログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体も本発明の範囲に含むものである。

以上、説明したように、本発明によれば、ベストエフオート型サービスのインターネット網において、受信ノードが接続する複数の接続ポイントから割り当てられたアドレスを送信ノードに通知し、送信ノードはその複数の接続ポイントを適宜選択してデータを送信することで、ネットワークの障害や輻輳によるデータの損失や遅延を避け、スループットの向上を図ることが可能になるという顕著な効果を奏するものである。

本発明の通信方法の第１実施例を実施するネットワークの構成を示す図である。 本発明の通信方法の第１実施例のデータ送信手順を示す図である。 本発明の通信方法の第２実施例を実施するネットワークの構成を示す図である。 本発明の通信方法の第２実施例のデータ送信手順を示す図である。 本発明の通信方法の第３実施例における複数経路へのデータ分配比率の変更処理の手順を示す図である。

符号の説明

ＩＳＰ１〜ＩＳＰ２ インターネットサービスプロバイダ
１〜ｎ 接続ポイント
Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３ ノード

Claims (16)

1. ネットワーク上のノード（以下、ノードＡ）が複数の接続ポイントに接続していて、その接続ポイントを経由して外部ネットワークと通信することができ、各接続ポイントを用いて通信する際は各接続ポイントから割り当てられたアドレスを用いる必要がある通信方法において、上記ノードＡが通信相手のノード（以下、ノードＢ）に対してその複数のアドレスを通知するステップと、上記ノードＢが上記ノードＡヘパケットを送信する際、上記アドレスを上記送信パケットの宛先アドレスとして適宜選択して通信を行なうステップとを含むことを特徴とする通信方法。
2. 請求項１に記載の通信方法において、上記ノードＡが複数の接続ポイントと直接接続して各接続ポイントからアドレスを割り当てられるステップを含むことを特徴とする通信方法。
3. 請求項１に記載の通信方法において、上記ノードＡが別のノードを介して複数の接続ポイントと接続して、該別のノードが各接続ポイントからアドレスを割り当たられる場合には、上記ノードＡが上記別のノードに対して、上記アドレスを複数要求するステップを含むことを特徴とする通信方法。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の通信方法において、上記ノードＢが上記ノードＡと通信を始める際、ノードＡまでの複数の経路のうち、ある１つもしくは複数の経路を選択し、その経路に該当する上記アドレスを上記送信パケットの宛先アドレスに用いるステップを含むことを特徴とする通信方法。
5. 請求項４に記載の通信方法において、上記ノードＢが上記ノードＡまでの複数の経路の品質を測定・比較し、品質の良い経路を選択するステップを含むことを特徴とする通信方法。
6. 請求項１〜３の何れかに記載の通信方法において、上記ノードＢが上記ノードＡまでの複数の経路の品質情報を上記ノードＡから取得し、上記複数の経路の上記品質情報に基づいて上記複数の経路へのデータの分配比率を適応的に変更するステップを含むことを特徴とする通信方法。
7. 請求項６に記載の通信方法において、上記ノードＢが品質の良い経路に対する分配比率を上げ、品質の悪い経路に対する分配比率を下げるステップを含むことを特徴とする通信方法。
8. ネットワーク上のノード（以下、ノードＡ）が複数の接続ポイントに接続していて、その接続ポイントを経由して外部ネットワークと通信することができ、各接続ポイントを用いて通信する際は各接続ポイントから割り当てられたアドレスを用いる必要がある通信システムにおいて、上記ノードＡは通信相手のノード（以下ノードＢ）に対してその複数のアドレスを通知する機能を備え、通信相手のノードＢは、上記複数のアドレスを取得する機能と上記アドレスを送信パケットの宛先アドレスとして適宜選択する機能を備えることを特徴とする通信システム。
9. 請求項８に記載の通信システムにおいて、上記ノードＡは複数の接続ポイントと直接接続して各接続ポイントからアドレスを割り当てられていることを特徴とする通信システム。
10. 請求項８に記載の通信システムにおいて、上記ノードＡが別のノードを介して複数の接続ポイントと接続して、該別のノードが各接続ポイントからアドレスを割り当てられる場合には、上記ノードＡは該別のノードに対して、上記アドレスを複数要求する機能を備えることを特徴とする通信システム。
11. 請求項８〜１０の何れかに記載の通信システムにおいて、上記ノードＢは上記Ａと通信を始める際、ノードＡまでの複数の経路のうち、ある１つもしくは複数の経路を選択し、その経路に該当する上記アドレスを上記送信パケットの宛先アドレスに用いて通信する機能を備えることを特徴とする通信システム。
12. 請求項１１に記載の通信システムにおいて、上記ノードＢは上記Ａまでの複数の経路の品質を測定・比較し、品質の良い経路を選択する機能を備えることを特徴とする通信システム。
13. 請求項８〜１０の何れかに記載の通信システムにおいて、上記ノードＢは上記ノードＡまでの複数の経路の品質情報を上記ノードＡから取得し、上記複数の経路の上記品質情報に基づいて上記複数の経路へのデータの分配比率を適応的に変更する機能を備えることを特徴とする通信システム。
14. 請求項１３に記載の通信システムにおいて、上記ノードＢは品質の良い経路に対する分配比率を上げ、品質の悪い経路に対する分配比率を下げる機能を備えることを特徴とする通信システム。
15. 請求項１〜７の何れかに記載された通信方法の各ノードで実行すべきステップを各ノードに含まれるコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
16. 請求項１５記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。

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