JP2005295524A - パケット出力制御装置、パケットシェーパ、パケット中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高優先パケットの総計が出力インターフェイスの帯域を超える場合、ＴＣＰを用いた高優先のフローでも、伝送品質が同時に劣化しないようにし、事前のシグナリング、高いコストを不要とする。
【解決手段】 パケットシェーパ２４は、ＴＣＰパケットをＴＣＰパケットキュー２４５と、ＵＤＰパケットを蓄積するＵＤＰパケットキュー２４６と、パケットキューからパケットをレート設定制御部２４４へ出力するスケジューラ２４７とを備える。これらのキューの合計キュー長に基づく制御を実施することにより、ＴＣＰのようなコネクション型のプロトコルを使用するＡＶ通信において、画質や音質の劣化を抑制できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：サービス品質）を保証するパケット伝送に使用されるパケット出力制御装置（例えば、パケットシェーパやスケジューラなど）及びそれを備えるパケット中継装置に関するものである。

パケットシェーパは、入力部からパケットを入力し出力部からパケットを出力する。ここで、入力部の送信レートは、出力部の送信レートよりも大きい。したがって、入力部からパケットシェーパに入力されたパケットは、常に出力部から出力されるわけではなく、一定の場合、パケットシェーパにより廃棄されてしまう。

パケットにより通信されるデータの種類は様々である。例えば、ｗｅｂ上のホームページの文字データをブラウズしたり、ｆｔｐによりサーバ上のファイルをダウンロードするだけならば、パケットの廃棄が発生しても実害は少ない。

しかしながら、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ／Ｖｉｓｕａｌ）通信に使用されるＡＶパケットには、リアルタイム性が要求される。即ち、ＡＶパケットが廃棄され、所定の送信レートを確保できない場合には、画質や音質が劣化してしまい、好ましくない。したがって、ＡＶパケットがパケットシェーパ等のパケット出力制御装置により廃棄されないための工夫が必要となる。

さて、ＡＶ通信のためのプロトコルとしては、ＵＤＰ等が適当であると考えられる。しかしながら、最近、コネクション型のプロトコル（例えば、ＴＣＰ）の使用が検討されている。

ＴＣＰは、輻輳制御機能をサポートする。具体的には、ＴＣＰによる通信では、送信データに関するＡｃｋパケットを監視する。そして、Ａｃｋパケットが全く到着しない場合や、Ａｃｋパケットが到着するまで長時間を要する場合には、輻輳が発生しているものと判定され、パケットの送信装置における輻輳制御機能が働き、パケットの送信レートが自動的に抑制される。この現象に対して、パケット出力制御装置は、直接的に関与できない。

この現象は、パケットがＡＶパケットである場合にも、同様に発生する。その結果、送信レートが低下し、画質や音質が劣化してしまう。パケットシェーパにおいて、Ａｃｋパケット到着の遅延を引き起こす要素としては、キュー及びその制御技術が考えられる。
特開２００４−３２１５７号公報 「詳解 ネットワークＱｏＳ技術」、戸田巖 著、オーム社、２００１年（２９頁、図３．２（ａ）） "Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ＲｅＳｅｒＶａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ？Ｖｅｒｓｉｏｎ １ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ"、Ｒ．Ｂｒａｎｄｅｎ 他著、ＲＦＣ２２０８、１９９７年

そこで本発明は、コネクション型プロトコルが使用される場合において、パケットの廃棄を極力抑制し、通信品質を維持しやすいパケット出力制御装置及びその関連技術を提供することを目的とする。

第１の発明に係るパケット出力制御装置は、それぞれがパケットを蓄積する複数のキューと、複数のキューからのパケット出力を制御する出力制御部と、フロー毎に設定される廃棄パラメータを保持するフロー管理部と、フロー管理部の廃棄パラメータを参照し、廃棄条件が満たされない限り、入力されたパケットを、複数のキューのいずれかに挿入するキュー管理部とを備え、廃棄条件は、複数のキューの合計キュー長に基づいて定められる。

第２の発明に係るパケット出力制御装置では、出力制御部は、複数のキューのいずれかから出力されるパケットのレートを設定するレート設定制御部を有する。

これらの構成において、廃棄条件を、複数のキューの合計キュー長に基づいて定めているため、パケットの物理的廃棄が発生していない状態において、コネクション型のパケットは遅延無く伝送される。したがって、実際にはパケットの物理的廃棄が発生していないにもかかわらず、コネクション型のプロトコルの機能により、勝手にパケットの送信レートが下げられてしまうという事態を回避できる。その結果、コネクション型のプロトコルによるＡＶ通信においても、画質や音質の劣化を抑制できる。

第３の発明に係るパケット出力制御装置では、廃棄条件は、入力されたパケットのパケット長と、フロー管理部に保持された、このパケットに係るフローの廃棄パラメータに基づいて定められる。

この構成により、フローの優先度に差が付けられるため、相対的に有利になるフローに属するパケットは、廃棄を免れることになり、このフローの通信品質は維持される。その結果、複数の高優先度のフローがあり、高優先度のパケットの総計が、出力インターフェイスの帯域を超えてしまう場合でも、全てのフローの通信品質が、同時に劣化する事態を回避できる。

第４の発明に係るパケット出力制御装置では、複数のキューは、プロトコル別に用意される。

この構成により、プロトコルの特性に合わせて、パケットの優先制御を行える。

第５の発明に係るパケット出力制御装置では、プロトコルには、ＴＣＰが含まれる。

この構成により、コネクション型のプロトコルの代表例である、ＴＣＰに対応できる。

第６の発明に係るパケット出力制御装置では、廃棄条件は、仮想パケットキューを用いて判定される。

この構成において、仮想パケットキューを用いているため、廃棄条件の判定時に合計キュー長の演算を行う必要が無く、処理を高速化できる。

第７の発明に係るパケット出力制御装置では、廃棄条件は、パケットカウンタを用いて判定される。

この構成において、パケットカウンタを用いているため、廃棄条件の判定時に合計キュー長の演算を行う必要が無く、処理を高速化できる。

第８の発明に係るパケット出力制御装置では、レート設定制御部は、複数のキューのうちＴＣＰプロトコル用に用意されたキューにパケットがある場合は、そのパケットを出力し、ＴＣＰプロトコル用に用意されたキューにパケットがない場合は、ＴＣＰプロトコル用に用意されたキューでないキューのパケットを出力する。

この構成により、プロトコルの機能により送信レートを下げられやすいＴＣＰパケットを、ＵＤＰパケットよりも優先的に伝送でき、ＴＣＰパケットによるＡＶ通信の品質を高く保持できる。

第９の発明に係るパケット出力制御装置では、廃棄条件は、入力されたパケットのパケット長と、複数のキューの合計キュー長との和が、廃棄パラメータより大であるとき、このパケットを廃棄することを示す。

この構成により、単純な大小比較のみによって、フロー毎に適切な優先制御を実施できる。

第１０の発明に係るパケット出力制御装置では、キュー管理部は、複数のフローについて、共用される。

この構成により、フローの管理を簡潔且つ容易に実施できる。

第１１の発明に係るパケット出力制御装置では、フロー管理部は、フローの通信開始時刻による先着順に従い、より早く通信が開始されたフローが有利になるように、廃棄パラメータを設定する。

この構成により、通信開始時刻が早いフローは、有利に扱われることになり、新参のフローにより、古参のフローの品質が劣化することがなく、合理的な通信制御を行える。

本発明によれば、（入力インターフェイスのレートの総和）が（出力インターフェイスのレート）を上回る状況にあるパケット中継装置において、次の効果がある。

複数の映像フローがあり、高優先のパケットの総計が出力インターフェイスのレートを超えてしまう場合、全映像の画質が同時に劣化することを防止でき、かつ、事前のシグナリングを必要とせず、システム全体としてのコストを抑制できる。さらに、ＴＣＰパケットのキュー遅延を可能な限り低減できるので、ＴＣＰを用いた映像フローでもキュー遅延によるレート低下がもたらす映像品質劣化を防ぐことができる。さらに、ＡＤＳＬや無線やＶＰＮにおいて、利用可能な通信レートを最大限に利用しながら、複数の映像サービスを提供できる。

特に、本発明は、複数のキューの合計長に基づく制御を実施しているため、ＴＣＰのようなコネクション型のプロトコルを使用したＡＶ通信において、画質や音質の劣化を抑制できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、このパケット中継装置２０は、次の要素を有する。まず、２つの入出力インターフェイス２１、２２は、パケットの入出力を行う。

ルーティング・スイッチング処理部２３は、これらの入出力インターフェイス２１、２２のうち、一の入出力インターフェイス２１から他の入出力インターフェイス２２へ、パケットを転送する。

パケットシェーパ２４は、ルーティング・スイッチング処理部２３と、他の入出力インターフェイス２２との間に介装され、ルーティング・スイッチング処理部２３が出力するパケットを、シェーピングして、他の入出力インターフェイス２２へ出力する。

パケット中継装置２０あるいはパケットシェーパ２４は、いずれも、複数の筐体に実装される単独の装置の組み合わせ、１つの筐体に実装される単独の装置、１つの筐体内に装着される基板上の回路、１つの基板上に実装される単体の集積回路の全部又は一部のうち、いずれの形態においても構成できる。このような形態のうちのいずれをとるかにかかわらず、本発明の骨子を採用したパケット中継装置２０あるいはパケットシェーパ２４は、本発明に包含される。

また、このパケットシェーパ２４は、図２に示すように、次の要素を有する。まず、ＴＣＰパケットキュー２４５は、一定のキュー長を持ち、ＴＣＰパケットを一時蓄積する。ＵＤＰパケットキュー２４６も同様に一定のキュー長を持ち、ＵＤＰパケットを一時蓄積する。これらのキュー２４５、２４６は、プロトコル別に用意される複数のキューに相当する。

フロー管理部２４１は、フロー毎に設定される廃棄パラメータを保持する。図３に示すように、フロー管理部２４１は、フロー管理テーブル３０と、このテーブル３０から所定のデータを検索したり、このテーブル３０に所定のデータを登録したりする、フロー検索登録部３１とを有する。このテーブル３０は、各フローについて共用されており、フロー毎に廃棄閾値を、保持する。

ここで、フローは、例えば、送信元ＩＰアドレス、送信元ポート番号、送信先ＩＰアドレス、送信先ポート番号及びプロトコルを等しくするパケットの集合として定義される。

また、本形態では、これらのテーブルは、フローＮｏ．、ヘッダ情報、廃棄閾値の、３つのフィールドを持ち、フロー毎にデータを管理する。

この廃棄閾値は、廃棄パラメータに相当する値である。廃棄パラメータとしては、他に、キュー長に乗ずる係数などが考えられる。

図２に示すように、フロー管理部２４１は、キュー管理部２４２から入力したパケットのヘッダ情報（フロー情報に相当）を入力する。

すると、フロー検索登録部３１がフロー管理テーブル３０の検索を行い、そのヘッダ情報に対応するフローがフロー管理テーブル３０にあれば、このヘッダ情報に対応するフローの、廃棄閾値を、キュー管理部２４２へ出力し、フロー管理テーブル３０になければ、新たにヘッダ情報をフロー管理テーブル３０に登録した上で、廃棄閾値をキュー管理部２４２へ出力する。

キュー管理部２４２は、パケットを入力して、フロー管理部２４１の廃棄パラメータを参照し、このパケットに係る廃棄条件が満たされない限り、ＴＰＣパケットを、ＴＣＰパケットキュー２４５に、ＵＤＰパケットをＵＤＰパケットキュー２４６に挿入する。この廃棄条件は、パケットのパケット長と、ＴＣＰパケットキュー２４５とＵＤＰパケットキュー２４６の合計キュー長と、このパケットに係るフローの廃棄パラメータとに基づいて定められる。

スケジューラ２４７は、ＰＱ（Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｑｕｅｕｉｎｇ）方式にしたがい、ＴＣＰパケットをＵＤＰパケットよりも優先して出力する。即ち、スケジューラ２４７は、ＴＣＰパケットキュー２４５にパケットがある場合はＴＣＰパケットキュー２４５から、ＴＣＰパケットキュー２４５にパケットがない場合はＵＤＰパケットキュー２４６から、パケットをレート設定制御部２４４へ出力する。レート設定制御部２４４は、スケジューラ２４７から出力されるパケットの送信レートを設定し、設定された送信レートとなるように、スケジューラ２４７から入力したパケットを外部へ出力する。

実施の形態１では、キュー管理部２４２は、仮想パケットキュー２４８を用いてＴＣＰパケットキュー２４５のキュー長とＵＤＰパケットキュー２４６のキュー長との合計キュー長を管理する。なお、仮想パケットキュー２４８は、この合計キュー長の現在値を保持する機能を有するものであって、仮想パケットキュー２４８にパケットが実際に挿入されるわけではない。

キュー管理部２４２がパケットをＴＣＰパケットキュー２４５又はＵＤＰパケットキュー２４６のいずれかに挿入する際、キュー管理部２４２は、仮想パケットキュー２４８が保持する合計キュー長を、挿入されるパケット長だけ加算する。また、スケジューラ２４７がＴＣＰパケットキュー２４５又はＵＤＰパケットキュー２４６のいずれかからパケットをレート設定制御部２４４へ出力する際、スケジューラ２４７は、仮想パケットキュー２４８が保持する合計キュー長を、出力されるパケット長だけ減算する。このような加減算が実行されることにより、仮想パケットキュー２４８の合計キュー長は、ＴＣＰパケットキュー２４５の合計キュー長とＵＤＰパケットキュー２４６のキュー長との合計キュー長を常に示す。

キュー管理部２４２は、仮想パケットキュー２４８が保持する合計キュー長と、フロー管理部２４１から受け取った廃棄閾値とを用いて、次の廃棄条件により、パケットを２つのパケットキュー２４５、２４６のいずれかに挿入するか、あるいは、廃棄するかの判定を行う。

すなわち、（現在の合計キュー長＋パケット長）＞廃棄閾値の場合は該パケットを廃棄し、（現在の合計キュー長＋パケット長）≦廃棄閾値の場合は、該パケットを該当するパケットキューに挿入する。

また、フロー管理部２４１は、図３に例示しているように、早く開始されたフローから順に大きな廃棄閾値を付与する。

例えば、フローＸ、フローＹ、フローＺの順で、３つのフローの通信が、開始された場合、フロー管理部２４１では、これらのフローに対する廃棄閾値Ｔｘ、Ｔｙ、ＴｚがＴｘ＞Ｔｙ＞Ｔｚになるように値を割り当てある。

因みに、図３の例では、フローＮｏ．１が最も先に通信を開始しており、以下、フローＮｏ．２、フローＮｏ．３の順になっている。

このため、この順で、廃棄閾値が、「６００００」、「５５０００」、「５００００」というように、順に小さくなっている。

また、フロー管理部２４１は、一定時間以上パケットが到着しないフローに関しては、フロー管理テーブル３０からそのエントリを削除する。

こうすることにより、先に始まったフローほど廃棄されにくくなり、先に始まったフローから優先的にキューに挿入され、パケットキューから出力される。

これにより、出力インターフェイス２２のレートが入力インターフェイス２１のレートよりも大きい場合に、出力インターフェイス２２において輻輳が発生した場合でも、先に始まったフローで、かつ、出力インターフェイス２２のレート内に収まっているフローのパケットに関しては、優先的に２つのキュー２４５、２４６のいずれかに挿入され、出力インターフェイス２２のレートでシェーピングされて出て行くので、パケットの廃棄が発生しない。さらにＴＣＰパケットキュー２４５とＵＤＰパケットキュー２４６に分けて蓄積し、ＴＣＰパケットキュー２４５にパケットがある場合は、ＴＣＰパケットから優先的に出力されるので、ＴＣＰのキュー遅延によるレート低下を抑制することができる。

これにより、ＴＣＰによるＡＶ通信とＵＤＰによるＡＶ通信とが混在する場合でも、事前の予約をすることなく、輻輳時の全フローにわたるパケット廃棄を防止でき、映像通信の場合での全映像の同時劣化を抑制できる。

また、フロー管理部２４１は、一定時間以上通信が継続しているフローの廃棄パラメータを、このフローが不利になるように変更し、累積使用量が一定量を超えたフローの廃棄パラメータを、このフローが不利になるように変更する。

これにより、特定のフローによって、帯域が独占されないようにし、帯域利用の公平性を担保できる。

次に、図２において、仮に、仮想パケットキュー２４８、ＴＣＰパケットキュー２４５、ＵＤＰパケットキュー２４６及びスケジューラ２４７が存在せず、これらの代わりに、単一のキューが設けられ、その単一のキューにフロー１閾値、フロー２閾値及びフロー３閾値（大小関係は上記の通り）が設定される場合を考える。また、レート設定制御部２４４が設定するシェーピングレートが１０Ｍｂｐｓであり、ＴＣＰパケットからなる第１フロー（６Ｍｂｐｓ）が先に流れ始め、次にＵＤＰパケットからなる第２フロー（６Ｍｂｐｓ）が流れ始めるものとする。さらに、フローは先着順で優先制御されるべき、つまり、第１フローが第２フローに優先されるべきものとする。

（１）第１フローのみが流れる期間
このときの合計レートは、６Ｍｂｐｓ（＜シェーピングレート：１０Ｍｂｐｓ）であるから、単一のキューにパケットが溜まることはない。つまり、第１フローの表示品質は良好に保持される。

（２）第１フローと第２フロートが流れる期間
第２フロー（ＵＤＰ）が流れ始めると、合計レートは１２Ｍｂｐｓ（＞シェーピングレート：１０Ｍｂｐｓ）となり、単一のキューのキュー長は増加し、フロー２閾値へ近づく。単一のキューのキュー長が増加すると、ＴＣＰパケットのＡｃｋパケットが送信装置へ返送される時間が長くなり、単一のキューのキュー長がフロー２閾値へ達する前に、ＴＣＰの輻輳制御機能が働いて第１フロー（ＴＣＰ）のレートが自主的に下げられてしまうことがある。その結果、第１フロー（ＴＣＰ）は、先着順では優先されるべきであるにもかかわらず、第１フロー（ＴＣＰ）のＴＣＰパケットにより構成されるＡＶデータの再生品質が劣化してしまう。

次に、以上の状態と同じ状態が、本形態によるパケット出力制御装置（パケットシェーパ）において発生する場合について説明する。

（１）第１フローのみが流れる期間
これは、上述と同様である。

（２）第１フローと第２フロートが流れる期間
第２フロー（ＵＤＰ）が流れ始めると、合計レートは１２Ｍｂｐｓ（＞シェーピングレート：１０Ｍｂｐｓ）となり、仮想パケットキュー２４８の合計キュー長は増加する。しかしながら、ＴＣＰパケットキュー２４５とＵＤＰパケットキュー２４６は、スケジューラ２４７によりスケジューリングされるから、ＵＤＰパケット２４６のキュー長のみが増加する。言い換えれば、ＴＣＰパケットキュー２４５のキュー長は、ほとんど変化しない。その結果、ＴＣＰの輻輳制御機能は働かず、ＴＣＰパケットにより構成されるＡＶデータの再生品質は良好に維持される。

反面、ＵＤＰパケットにより構成されるＡＶデータの再生品質が劣化することになるが、これは先着順の優先制御が正当に実施された結果に他ならないので、致し方ないことである。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるパケットシェーパのブロック図である。実施の形態２では、実施の形態１における仮想パケットキュー２４８に代えて、パケットカウンタ２４９を用いている。

即ち、実施の形態２では、パケットカウンタ２４９がＴＣＰパケットキュー２４５のキュー長とＵＤＰパケットキュー２４６のキュー長との合計キュー長を保持する。但し、パケットカウンタ２４９のキュー長の取り扱いは、パケットカウンタ２４９の最小カウンタ値の単位で実施される。勿論、パケットカウンタ２４９は、この合計キュー長の現在値を保持する機能を有するものであって、パケットカウンタ２４９にパケットが実際に挿入されるわけではない。

キュー管理部２４２がパケットをＴＣＰパケットキュー２４５又はＵＤＰパケットキュー２４６のいずれかに挿入する際、キュー管理部２４２は、パケットカウンタ２４９が保持する合計キュー長を、「１」だけ加算する。また、スケジューラ２４７がＴＣＰパケットキュー２４５又はＵＤＰパケットキュー２４６のいずれかからパケットをレート設定制御部２４４へ出力する際、スケジューラ２４７は、パケットカウンタ２４９が保持する合計キュー長を、「１」だけ減算する。

このような加減算が実行されることにより、パケットカウンタ２４９の合計キュー長は、ＴＣＰパケットキュー２４５の合計キュー長とＵＤＰパケットキュー２４６のキュー長との合計キュー長を常に示す。その他の点は、実施の形態１と同様である。

（実施の形態３）ＡＤＳＬの場合
図５は、本発明の実施の形態３におけるパケット中継装置のブロック図である。実施の形態３は、実施の形態１または２をＡＤＳＬに適用したものである。以下、実施の形態１または２と同様の内容については、説明を省略する。

さて、図５に示すように、本形態のパケット中継装置４０は、他の入出力インターフェイス２２の最大出力レートを計測するレート計測部４１を有する。

そして、パケットシェーパ２４のレート設定制御部２４４は、レート計測部４１が計測した最大出力レートに基いて、動的にレートを変更するようになっている。ＡＤＳＬの場合、宅内側の入出力インターフェイスは、１００Ｍｂｐｓであるが、ＡＤＳＬの上りのレートは、高々５００ｋｂｐｓ程度であり、宅内から宅外への通信を行う場合、ＡＤＳＬモデム５０のところで輻輳が発生する。よって、パケットシェーパ２４のレートを、５００ｋｂｐｓに設定すればよい。

こうすると、ＡＤＳＬモデム５０の付近での輻輳（無差別なパケット廃棄）は発生せず、実施の形態１で説明したように、５００ｋｂｐｓの範囲内におさまる映像の高優先フローに関しては、先着順で保護されるため、例えば、２００ｋｂｐｓの映像フローが３本以上あるような場合でも、最初に始まった２本のフローのパケット（４００ｋｂｐｓ分）は、優先的に保護され、３本目以降の映像フローのパケットが廃棄されるので、全映像が同時に劣化してしまうような事態を回避できる。

ここで、ＡＤＳＬの通信可能レートは、局からユーザ宅までの距離に依存して、ユーザ毎に異なる。よって、実施の形態３では、レート計測部４１を設け、設置後、その宅で利用できる通信可能レートを計測している。そして、計測した通信可能レートを、パケットシェーパ２４のレート設定制御部２４４に設定している。

これにより、ユーザ毎に異なるＡＤＳＬの利用可能な通信レートを、最大限に有効利用しながら、輻輳時の全フローにわたるパケット廃棄を防止できるし、映像通信の場合、全映像が同時に劣化する事態を回避できる。

ここで、レート計測部４１による計測要領は、例えば次のように行えばよい。即ち、局側の通信装置に対し、ｆｔｐというファイル転送コマンドを用いて、ファイル転送を行い、その時の、転送時間より、通信レートを測定する。

（実施の形態４）無線インターフェイス付きＨＧＷの場合
図６は、本発明の実施の形態４におけるパケット中継装置のブロック図である。実施の形態４は、実施の形態１または２を無線インターフェイス付きホームゲートウエイ（ＨＧＷ）に適用したものである。以下、実施の形態１または２と同様の内容については、説明を省略する。

図６に示すように、本形態のパケット中継装置６０は、他の入出力インターフェイス（無線インターフェイス６１）の最大出力レートを計測する、レート計測部としての、無線レートフィードバック部６２を有する。

そして、パケットシェーパ２４のレート設定制御部２４４は、無線レートフィードバック部６２が計測した最大出力レートに基いて、動的にレートを変更するようになっている。

さて、図６に示す例において、有線の入出力インターフェイス２１は、１００Ｍｂｐｓであるが、無線のインターフェイスは８０２．１１ａの場合、５４Ｍｂｐｓであり、宅内から宅外への通信を行う場合に、輻輳が発生しうる。

よって、パケットシェーパ２４のレートを、５４Ｍｂｐｓに設定するとよい。こうすると、無線インターフェイス６１の付近での輻輳（無差別なパケット廃棄）は発生しない。

また、実施の形態１で説明したように、５４Ｍｂｐｓの範囲内におさまる映像の高優先フローに関しては、先着順で保護されるので、例えば、６Ｍｂｐｓの映像フローが１０本以上あるような場合でも、最初に始まった９本のフローのパケット（５４Ｍｂｐｓ分）は、優先的に保護され、１０本目以降の映像フローのパケットが廃棄されるため、全映像が同時に劣化する事態を回避できる。

また、無線の場合は、相手端末の位置や障害物の有無により、通信可能なレートが変動する。例えば、８０２．１１ａにおいては、通信に失敗すると伝送レートを１段階ずつ下げてデータを再送する。

よって、本形態では、レート計測部として、無線レートフィードバック部６２を設け、動的に変る現在の伝送レートを、パケットシェーパ２４のレート設定制御部２４４に設定している。

これにより、無線のように、利用可能な通信レートが変動する場合も、変動する通信路の能力を最大限に有効利用しながら、輻輳時の全フローにわたるパケット廃棄を防止でき、映像通信の場合、全映像が同時に劣化する事態を回避できる。

（実施の形態５）ＶＰＮルータの場合
図７は、本発明の実施の形態５におけるパケット中継装置を用いたシステム図である。本形態は、実施の形態３または４に類似の構成をなす、パケット中継装置７０、８０であって、ネットワーク９０を経由し、相対向して接続されるものに適用した例に関する。より具体的には、パケット中継装置７０、８０は、ＶＰＮルータとして使用される。

本形態のパケット中継装置７０、８０におけるレート計測部７１、８１は、通信相手のパケット中継装置８０、７０とパケットの送受信を行い、通信相手のパケット中継装置との間の最大レートを計測する。

さて、通常のＶＰＮの場合、セキュリティは、暗号化等によって保証されるが、通信レートは、一般に保証されない。

よって、本形態では、パケット中継装置７０にレート計測部７１を設け、対向のパケット中継装置８０（ＶＰＮルータ）のレート計測部８１と、レート計測用のパケットのやり取りを行い、その時のパケット転送レートにより、現在、利用できる通信可能レートを計測し、それぞれのパケットシェーパ２４のレート設定制御部２４４に設定するようにした。

これにより、ＶＰＮで利用可能な通信レートを、最大限に有効利用しながら、輻輳時の全フローにわたるパケット廃棄を防止でき、映像通信の場合、全映像が同時に劣化する事態を回避できる。

（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６におけるパケット出力制御装置（スケジューラ）のブロック図である。本形態は、実施の形態１のスケジューラ版に相当する。図８に示すように、このパケット出力制御装置１００は、図２のほとんどの構成要素を含むが、レート設定制御部２４４を含まない。

キュー管理部２４２の前段に、入力されたパケットを、クラス１パケット（優先対象：例えば、ＡＶパケット等）とクラス２パケット（非優先対象：例えば、ベストエフォートパケット等）とに分類するクラシファイア１０１が設けられる。クラシファイア１０１により分類されたクラス１パケットは、キュー管理部２４２に入力され、その後、図２のレート設定制御部２４４の直前まで、実施の形態１と同様の処理を受け、出力スケジューラ１０３へ入力される。

また、クラス２パケットを蓄積するために、その他キュー１０２が設けられている。クラシファイア１０１により分類されたクラス２パケットは、その他キュー１０２に入力される。

出力スケジューラ１０３は、図２から追加された要素であり、所定の方式によりスケジューラ２４７又はその他キュー１０２からパケットを取り出して外部へ出力する。出力スケジューラ１０３のスケジュール方式は任意であるが、通常、出力スケジューラ１０３は、その他キュー１０２よりもスケジューラ２４７からのパケットを優先して外部へ出力する。

本形態のように、スケジューラ型のパケット出力制御装置１００においても、ＴＣＰパケットキュー２４５からのパケット出力が滞ると、ＴＣＰがサポートする輻輳制御機能が働いて、ＴＣＰパケットの送信レートが自主的に下げられてしまい、ＴＣＰパケットにより構成されるＡＶデータの再生品質が劣化する点は、実施の形態１において述べたとおりである。

以上の説明から明らかなように、本発明は、スケジューラ型のパケット出力制御装置においても有用であり、シェーパ型のパケット出力制御装置と同等の効果が得られる。

本発明に係るパケットシェーパは、例えばＡＶパケットを中継するネットワーク等において好適に利用できる。

本発明の実施の形態１におけるパケット中継装置（パケットシェーパ）のブロック図 本発明の実施の形態１におけるパケット出力制御装置（パケットシェーパ）のブロック図 本発明の実施の形態１におけるフロー管理部のブロック図 本発明の実施の形態２におけるパケット出力制御装置（パケットシェーパ）のブロック図 本発明の実施の形態３におけるパケット中継装置のブロック図 本発明の実施の形態４におけるパケット中継装置を用いたシステム図 本発明の実施の形態５におけるパケット中継装置を用いたシステム図 本発明の実施の形態６におけるパケット出力制御装置（スケジューラ）のブロック図

符号の説明

２１、２２ 入出力インターフェイス
２３ ルーティング・スイッチング処理部
２４、４０、６０、７０、８０ パケットシェーパ
３０ フロー管理テーブル
３１ フロー検索登録部
４１、７１、８１ レート計測部
５０ ＡＤＳＬモデム
６１ 無線インターフェイス
６２ 無線レートフィードバック部
９０ ネットワーク
２４１ フロー管理部
２４２ キュー管理部
２４３ パケットキュー
２４４ レート設定制御部
２４５ ＴＣＰパケットキュー
２４６ ＵＤＰパケットキュー
２４８ 仮想パケットキュー
２４９ パケットカウンタ

Claims (18)

1. それぞれがパケットを蓄積する複数のキューと、
   前記複数のキューからのパケット出力を制御する出力制御部と、
   フロー毎に設定される廃棄パラメータを保持するフロー管理部と、
   前記フロー管理部の廃棄パラメータを参照し、廃棄条件が満たされない限り、入力されたパケットを、前記複数のキューのいずれかに挿入するキュー管理部とを備え、
   前記廃棄条件は、前記複数のキューの合計キュー長に基づいて定められる、パケット出力制御装置。
2. 前記出力制御部は、前記複数のキューのいずれかから出力されるパケットのレートを設定するレート設定制御部を有する、請求項１記載パケット出力制御装置。
3. 前記廃棄条件は、入力されたパケットのパケット長と、前記フロー管理部に保持された、このパケットに係るフローの廃棄パラメータに基づいて定められる請求項２記載のパケット出力制御装置。
4. 前記複数のキューは、プロトコル別に用意される請求項２記載のパケット出力制御装置。
5. プロトコルには、ＴＣＰが含まれる請求項４記載のパケット出力制御装置。
6. 前記廃棄条件は、仮想パケットキューを用いて判定される請求項２記載のパケット出力制御装置。
7. 前記廃棄条件は、パケットカウンタを用いて判定される請求項２記載のパケット出力制御装置。
8. 前記レート設定制御部は、前記複数のキューのうちＴＣＰプロトコル用に用意されたキューにパケットがある場合は、そのパケットを出力し、ＴＣＰプロトコル用に用意されたキューにパケットがない場合は、ＴＣＰプロトコル用に用意されたキューでないキューのパケットを出力する請求項５記載のパケット出力制御装置。
9. 前記廃棄条件は、入力されたパケットのパケット長と、前記複数のキューの合計キュー長との和が、廃棄パラメータより大であるとき、このパケットを廃棄することを示す、請求項２記載のパケット出力制御装置。
10. 前記キュー管理部は、複数のフローについて、共用される、請求項２記載のパケット出力制御装置。
11. 前記フロー管理部は、フローの通信開始時刻による先着順に従い、より早く通信が開始されたフローが有利になるように、廃棄パラメータを設定する、請求項２記載のパケット出力制御装置。
12. 前記フロー管理部は、フローの通信開始時刻による後着順に従い、より遅く通信が開始されたフローが有利になるように、廃棄パラメータを設定する、請求項２記載のパケット出力制御装置。
13. 前記フロー管理部は、一定時間以上通信が継続しているフローの廃棄パラメータを、このフローが不利になるように変更する請求項２記載のパケット出力制御装置。
14. 前記フロー管理部は、累積使用量が一定量を超えたフローの廃棄パラメータを、このフローが不利になるように変更する請求項２記載のパケット出力制御装置。
15. パケットの入出力を行う、複数の入出力インターフェイスと、
    前記複数の入出力インターフェイスのうち、一の入出力インターフェイスから他の入出力インターフェイスへ、パケットを転送するルーティング・スイッチング処理部と、
    前記ルーティング・スイッチング処理部と、他の入出力インターフェイスとの間に介装され、前記ルーティング・スイッチング処理部が出力するパケットを、シェーピングして、他の入出力インターフェイスへ出力するパケット出力制御装置とを備え、
    前記パケット出力制御装置は、
    それぞれがパケットを蓄積する複数のキューと、
    前記複数のキューからのパケット出力を制御する出力制御部と、
    フロー毎に設定される廃棄パラメータを保持するフロー管理部と、
    前記フロー管理部の廃棄パラメータを参照し、廃棄条件が満たされない限り、入力されたパケットを、前記複数のキューのいずれかに挿入するキュー管理部とを備え、
    前記廃棄条件は、前記複数のキューの合計キュー長に基づいて定められる、パケット出力制御装置。
16. 他の入出力インターフェイスの最大出力レートを計測するレート計測部を備え、
    前記パケット出力制御装置の前記出力制御部は、前記複数のキューのいずれかから出力されるパケットのレートを設定するレート設定制御部を有し、
    前記レート設定制御部は、前記レート計測部が計測した最大出力レートに基いて、動的にレートを変更する、請求項１５記載のパケット中継装置。
17. 前記レート計測部は、通信相手のパケット中継装置とパケットの送受信を行い、通信相手のパケット中継装置との間の最大レートを計測する、請求項１６記載のパケット中継装置。
18. 前記複数のキューとは異なるその他キューをさらに備え、前記出力制御部は、前記複数のキューのいずれかからのパケット出力と前記その他キューからのパケット出力とを、所定の方式でスケジューリングしながら出力するスケジューラを有する、請求項１記載のパケット出力制御装置。

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