JP2006148823A

JP2006148823A - ＱｏＳ制御システム

Info

Publication number: JP2006148823A
Application number: JP2004339654A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Nanri; 将彦南里
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-08

Abstract

【課題】高品質な通信サービスの提供を行うＱｏＳ制御システムを提供すること。
【解決手段】アプリケーション層インターフェース１１から出力されたユーザＱｏＳ情報は、プロトコル決定器１６及びＱｏＳ算出器１７に入力される。プロトコル決定器１６がサービス提供に必要なプロトコル及びパラメータを決定し、制御回路１９を通してアプリケーション層インターフェース１１以下の各レイヤのインターフェースにサービス提供に必要なプロトコル及びパラメータを通知する。これにより、ＱｏＳコントローラ７は、各階層に対して個別にＱｏＳ制御を行うことができる。このように、各階層は自己の状態を定期的にＱｏＳコントローラ７へ報告することができるので、ＱｏＳコントローラ７は、ある階層の状態が悪化して通信サービスの品質が劣化した場合、当該階層又は他の階層のパラメータを適応的に更新して通信サービスの品質回復を図る。
【選択図】図６

Description

本発明は、通信サービスの品質保証を行うＱｏＳ（Quality of Service：通信品質サービス）制御システムに関し、特に、物理層からアプリケーション層までの全階層を包含して通信サービスの品質保証を行うＱｏＳ制御システムに関する。

従来より、通信分野においては、通信サービスの品質を保証するためにＱｏＳ制御技術が広く用いられている。とりわけ、高品質な通信サービスを提供するためには、データレートの高速化も重要な要素であるが、提供される各種の通信サービスの品質保証技術、すなわち、ＱｏＳ制御技術がさらに重要な要素となる。このようなＱｏＳ制御技術としては、例えば、無線回線の再送制御を適切に行うことによって各種通信サービスの品質を保証する技術などが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、異常のある無線パケットに含まれるＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）セルの情報のうち、廃棄に関するプライオリティの低いものを除いた情報を無線パケットで再送することにより、リアルタイム通信で通信品質を保証している。
特開平９−２１４５０７号公報

しかしながら、従来のＱｏＳ制御の対象範囲は、主にトランスポート層からデータリンク層までに限定されており、下位の物理層や上位のアプリケーション層はＱｏＳ制御の対象外となっている。例えば、音声通話を例に挙げると、通話中に無線伝送路でフェージングが発生していても、回線品質の時間的平均値が比較的良好な場合は、適応変調のシーケンスにて１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）などの高位ＭＣＳ（Modulation and Coding Scheme）が選択される。この場合、フェージングの谷においては、すなわち回線品質が瞬間的に劣悪な環境下においては、音声パケットの再送が発生し、遅延やジッタが発生する原因となる。しかし、アプリケーション層やプレゼンテーション層などの上位レイヤは物理層の状態を把握していないため、これら無線回線の状態を検出することができず、結果的に大量のパケットを送信し続けることになる。その結果、輻輳状態に陥るなどして通話の瞬断や遅延が頻発し、最終的にユーザが感じる通信サービスの品質は劣悪なものとなる。

また、ＱｏＳ情報は提供されるサービスの種類によっても異なる。例えば、音声通話の場合では所要伝送レートは数十ｋｂｐｓ程度で充分であり、また所要のパケットエラーレート（ＰＥＲ）も１０^-２程度と比較的緩やかな条件である反面、遅延やジッタに対する要求条件は非常に厳しいという特徴がある。すなわち、音声通話における通信は一定の遅延やジッタを保証する保証型（Guarantee Type）の通信でなければならない。また、ＦＴＰ（File Transfer Protocol）などに代表されるデータ伝送の場合、伝送レートはベストエフォート型（Best Effort Type）であって、遅延やジッタに対する要求条件は緩やかである反面、パケット誤り率に対してはエラーフリーの厳しい条件が要求される。また、これらのＱｏＳ条件については、有線回線への影響もあるが、無線回線に及ぼす影響は非常に大きい。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、物理層からアプリケーション層までのマルチレイヤを包含してＱｏＳ制御を行うことにより、高品質に通信サービスの提供が行えるようなＱｏＳ制御システムを提供することを目的とする。

本発明のＱｏＳ制御システムは、ＯＳＩ階層の全階層を包含して通信サービスの品質保証を行うＱｏＳ制御システムであって、通信サービスを提供する送信装置、通信サービスを享受する受信装置、及び送信装置と受信装置を接続する中間装置の少なくとも１つの装置に設置されて、通信サービスの品質保証を実現するＱｏＳコントローラを備え、そのＱｏＳコントローラを備えた装置が、通信サービスの種別に応じてユーザに該当する通信サービスを提供するためのユーザＱｏＳを定義している構成を採っている。

また、本発明のＱｏＳ制御システムは、前記発明の構成に加えて、ＱｏＳコントローラは、ユーザＱｏＳ、及びＱｏＳコントローラを備えた装置のハードウェアの性能、種類、形態の少なくとも１つによって、提供される通信サービスの品質保証を実現するための所要ＱｏＳを定義している構成を採っている。

また、本発明のＱｏＳ制御システムは、前記発明の構成に加えて、所要ＱｏＳが、所要伝送レート、許容遅延、許容パケットエラー率、及び許容ジッタの少なくとも１つである構成を採っている。

また、本発明のＱｏＳ制御システムは、前記発明の構成に加えて、ＱｏＳコントローラは、ユーザＱｏＳ、及びＱｏＳコントローラを備えた装置のハードウェアの性能、種類、形態の少なくとも１つによって、提供される通信サービスの品質保証を実現するために必要なプロトコルスタック及びパラメータを定義している構成を採っている。

また、本発明のＱｏＳ制御システムは、前記発明の構成に加えて、プロトコルスタックは、ＱｏＳコントローラを備えた装置のＯＳＩ階層モデルの各階層ごとにＱｏＳ制御を行うように定義されている構成を採っている。

また、本発明のＱｏＳ制御システムは、前記発明の構成に加えて、ＯＳＩ階層モデルの各階層は、定期的に自己の状態をＱｏＳコントローラに通知する構成を採っている。

また、本発明のＱｏＳ制御システムは、前記発明の構成に加えて、ＱｏＳコントローラは、任意の階層の状態悪化に起因した通信サービスの品質劣化を検出したとき、当該階層又は他の階層のパラメータを更新して通信サービスの品質回復を図る構成を採っている。

また、本発明のＱｏＳ制御システムは、前記発明の構成に加えて、ＱｏＳコントローラは、パラメータの更新を行う際に、最下位の物理層のパラメータから優先的に更新を実行し、当該階層におけるパラメータの更新が困難なときに上位の階層のパラメータの更新を試みる構成を採っている。

本発明のＱｏＳ制御システムによれば、通信システムを構成する受信装置、送信装置、中間ノードの少なくとも１つにＱｏＳ制御を行うためのＱｏＳコントローラを設置し、通信サービスの種別に応じたユーザＱｏＳをそのＱｏＳコントローラに定義している。これによって、ＱｏＳコントローラは、ユーザＱｏＳやハードウェアの性能や種類や形態によって、提供する通信サービスの品質保証条件である所要伝送レート、許容遅延、許容パケットエラー率、及び許容ジッタなど設定することができる。

また、本発明のＱｏＳ制御システムによれば、ＱｏＳコントローラが、ユーザＱｏＳやハードウェアの性能や種類や形態によって、通信サービスの提供に必要なプロトコルスタック及びパラメータをＯＳＩ階層の各階層ごとに定義している。したがって、ＱｏＳコントローラを備えた送信装置、受信装置、及び中間ノードは、各階層ごとにＱｏＳ制御を行うことができるので、定期的に各階層ごとの動作状態をＱｏＳコントローラに報告することができる。これによって、ＱｏＳコントローラは、ある階層の状態悪化に起因した通信サービスの品質劣化を検出した場合は、該当する階層又は他の階層のパラメータを適宜に更新して通信サービスの品質回復を図ることができる。すなわち、本発明のＱｏＳ制御システムによれば、通信サービスの品質保証を行うためのＱｏＳコントローラを各ハードウェアに設置して、レイヤごとに通信サービスを行うユーザＱｏＳを定義しているので、全てのレイヤを包含して通信品質を保証することができる。

＜発明の概要＞
本発明のＱｏＳ制御システムは、通信サービスを提供する送信装置、通信サービスを享受する受信装置、及びルータやアクセスポイントなどの中間ノードの、全て又はいずれかの装置に、それぞれ、通信の品質保証を行うためのＱｏＳコントローラを設置する。そして、それぞれのＱｏＳコントローラに対して、ユーザに通信サービスを提供するためのサービス種別ごとのユーザＱｏＳを定義しておく。これによって、ＱｏＳコントローラは、ユーザＱｏＳ及びハードウェアの性能や種類や形態よって、通信サービスの品質を保証する諸条件（例えば、所要伝送レート、許容遅延、許容パケットエラー率、許容ジッタなど）を定義することができる。

さらに、ＱｏＳコントローラは、前記の各ハードウェア（つまり、送信装置、受信装置、及び中間ノード）における物理層からアプリケーション層までのＯＳＩ（Open System Interconnection：国際標準化機構）階層に対して、個別に、通信サービスの提供に必要なプロトコルとパラメータを指定しておく。これによって、ＱｏＳコントローラは、それぞれの階層に対して個別にＱｏＳ制御を行うことができる。したがって、各階層は、自己の状態を定期的にＱｏＳコントローラへ報告することができるので、ＱｏＳコントローラは、ある階層の状態が悪化して通信サービスの品質が劣化した場合は、該当する階層又は他の階層のパラメータを適応的に更新して通信サービスの品質回復を図ることができる。例えば、物理層において、フェージングの影響によって回線状態が劣化した場合は、プレゼンテーション層（アプリケーション層）のパラメータを更新して通信サービスの品質回復を図ることができる。

以下、図面を用いて、本発明におけるＱｏＳ制御システムの実施の形態の幾つかを詳細に説明する。尚、各実施の形態に用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明のＱｏＳ制御システムを実現するためのネットワークの構成図である。図１に示すネットワークの構成では、携帯電話機などのモバイル・ノード（ＭＮ：Mobile Node）１と固定電話機などのコレスポンド・ノード（ＣＮ：Corresponded Node）２がインターネット網３を介して通信を行う様子を例に挙げている。ＭＮ１は無線回線を通してアクセスポイント（ＡＰ：Access Point）４に接続されており、ＡＰ４はルータ（Router）５を通してインターネット網３に接続されている。また、ＣＮ２もルータ（Router）６を通してインターネット網３に接続されている。なお、この実施の形態ではネットワーク構成は無線伝送路に限定されるものではなく、例えば電灯線伝送路による電力線搬送などにも適用することができる。

図２は、図１に示すネットワークにおける各要素のレイヤ構成を示す図である。すなわち、図２は、図１に示すＭＮ１、ＣＮ２、ＡＰ４、及びルータ５、６のレイヤ構成を示している。図２に示すように、ＭＮ１、ＣＮ２、ＡＰ４、及びルータ５、６は、全てＯＳＩ参照モデルを基とした５階層モデル（すなわち、上位より、アプリケーション層、トランスポート層、ネットワーク層、データリンク層、及び物理層）によって構成されている。ただし、ＡＰ４及びルータ５、６は、あくまで中継ノードの役割を果たすものであるため、実際はネットワーク層以下の機能を具備するものとする。

図３は、本発明に適用されるＱｏＳコントローラと各レイヤとの関係を示す図である。図３に示すように、ＱｏＳコントローラ７は、アプリケーション層、トランスポート層、ネットワーク層、データリンク層、及び物理層に接続されていて、各レイヤにおける状態が定期的に監視され、その都度、ＱｏＳコントローラ７に通知される。ＱｏＳコントローラ７は各階層より提供された情報を統合し、これらの情報と、ユーザに提供される通信サービス（以下、ユーザＱｏＳという）により定められた所要ＱｏＳ（すなわち、所要レート、許容遅延、許容パケットエラー率、及び許容ジッタ）とを比較する。そして、ユーザＱｏＳの条件を満たしていない項目がある場合は各階層に適宜指示を出して、通信サービスの品質を適応的に保証する。

図４は、図３に示すＱｏＳコントローラ７が行う各レイヤの監視項目及び制御項目を示す図である。図４に示すように、アプリケーション層は遅延及びジッタの監視・制御を行い、トランスポート層はＴＣＰ（Transmission Control Protocol）再送、パケット到着間隔、パケットロス率、遅延、及びジッタの監視・制御を行う。ネットワーク層は先に入力したデータを先に出力するデータ構造のキュー状態（Queue状態）の監視・制御を行う。データリンク層はデータの再送回数の監視・制御を行う。物理層はＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、遅延スプレッド（Delay Spread）、ドップラー周波数（Doppler Frequency:fd）、ＢＥＲ（Bit Error Rate）/ＰＥＲ（Packet Error Rate）の監視・制御を行う。

図５は、図３に示すＱｏＳコントローラ７が行うレイヤ毎のＱｏＳ制御項目を示す図である。つまり、この図では、それぞれのレイヤの階層ごとに「所要レート」、「遅延」、「パケットエラー」、及び「ジッタ」の内容が示されている。例えば、「所要レート」としては、アプリケーション層では音声／動画のコーデックレートのＱｏＳ制御を行い、トランスポート層ではＴＣＰウインドウサイズのＱｏＳ制御を行い、ネットワーク層ではキュー・プライオリティ（Queuing Priority）及び帯域割り当てのＱｏＳ制御を行う。また、データリンク層ではスケジューラのＱｏＳ制御を行い、物理層ではＭＣＳ及びＳＦのＱｏＳ制御を行う。「遅延」、「パケットエラー」、及び「ジッタ」についても、それぞれの階層ごとに図５の該当項目に示すようなＱｏＳ制御を行う。

図６は、本発明に適用されるＱｏＳコントローラの構成図である。図６に示すように、ＱｏＳコントローラ７は、アプリケーション層インターフェース１１、トランスポート層インターフェース１２、ネットワーク層インターフェース１３、データリンク層インターフェース１４、物理層インターフェース１５、プロトコル決定器１６、ＱｏＳ算出器１７、情報判定器１８、制御回路１９、通信品質保持回路２０、及びハードウェア情報保持回路２１を備えた構成となっている。

次に、図６に示すＱｏＳコントローラ７の各構成要素の機能について説明する。各レイヤのインターフェース１１、１２、１３、１４、１５は、制御回路１９との間で、図４で示したような各層ごとの監視項目及び制御項目についての情報のやり取りを行う機能を有する。なお、アプリケーション層インターフェース１１は、ユーザＱｏＳ情報をプロトコル決定器１６及びＱｏＳ算出器１７へ配信する機能も有している。プロトコル決定器１６は、サービス提供に必要なプロトコル及びパラメータを決定する機能を有する。ＱｏＳ算出器１７は、ユーザＱｏＳ情報に基づいて、所要伝送レートＲ_ｔｈ、許容遅延Ｔ_ｄｌ、許容パケットエラー率Ｐ_ｅｒｒ、及び許容ジッタＴ_ｊなどの所要ＱｏＳを算出する機能を有する。

情報判定器１８は、ＱｏＳ算出器１７の算出結果（つまり、所要伝送レートＲ_ｔｈ、許容遅延Ｔ_ｄｌ、許容パケットエラー率Ｐ_ｅｒｒ、及び許容ジッタＴ_ｊ）の内容をプロトコル決定器１６に通知する機能を有する。また、通信品質保持回路２０は、各レイヤのインターフェース（つまり、アプリケーション層インターフェース１１、トランスポート層インターフェース１２、ネットワーク層インターフェース１３、データリンク層インターフェース１４、及び物理層インターフェース１５）から報告された伝送路品質情報を保持する機能を有する。さらに、ハードウェア情報保持回路２１は、ＱｏＳコントローラ７におけるハードウェアのバッファ量等の情報を保持する機能を有する。制御回路１９は、ユーザＱｏＳ情報に基づいてＱｏＳコントローラ７の各構成要素を制御し、ＱｏＳ制御を行う機能を有する。

次に、図６に示すＱｏＳコントローラ７の動作の流れを説明する。アプリケーション層インターフェース１１から出力されたユーザＱｏＳ情報は、プロトコル決定器１６及びＱｏＳ算出器１７に入力される。また、プロトコル決定器１６においてサービス提供に必要な初期プロトコル及び初期パラメータが決定され、制御回路１９を通して各レイヤのインターフェース（つまり、アプリケーション層インターフェース１１、トランスポート層インターフェース１２、ネットワーク層インターフェース１３、データリンク層インターフェース１４、及び物理層インターフェース１５）に、通信サービスの提供に必要なプロトコル及びパラメータが通知される。

また、ＱｏＳ算出器１７が、ユーザＱｏＳ及びあらかじめＱｏＳ算出器１７の内部に保持されているハードウェアの性能（例えば、バッファ量など）によって、所要伝送レートＲ_ｔｈ、許容遅延Ｔ_ｄｌ、許容パケットエラー率Ｐ_ｅｒｒ、及び許容ジッタＴ_ｊなどの所要ＱｏＳを算出する。そして、これらの算出結果（つまり、所要伝送レートＲ_ｔｈ、許容遅延Ｔ_ｄｌ、許容パケットエラー率Ｐ_ｅｒｒ、及び許容ジッタＴ_ｊ）は、それぞれ情報判定器１８に入力される。

また、通信品質保持回路２０は、各レイヤのインターフェース（つまり、アプリケーション層インターフェース１１、トランスポート層インターフェース１２、ネットワーク層インターフェース１３、データリンク層インターフェース１４、及び物理層インターフェース１５）から報告された伝送路品質情報（例えば、ＳＩＲ、遅延スプレッド、ドップラー周波数など）を保持し、ハードウェア情報保持回路２１は、ＱｏＳコントローラ７におけるハードウェアのバッファ量等の情報を保持する。そして、通信品質保持回路２０やハードウェア情報保持回路２１に保持された情報は、必要に応じてプロトコル決定器１６において使用される。

図７は、図６に示すＱｏＳコントローラ７で実行されるユーザＱｏＳと通信サービスの内容との関係を示す図である。図７に示すようにユーザＱｏＳは５種類に分類され、それぞれの項目ごとに種々の通信サービスの内容が決められている。すなわち、ユーザＱｏＳ“１”のサービスタイプは音声通話であって、具体的なサービス例はＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）である。また、ユーザＱｏＳ“２”のサービスタイプは双方向ストリーミングであって、具体的なサービス例はテレビ電話である。さらに、ユーザＱｏＳ“３”のサービスタイプは単方向ストリーミングであって、具体的なサービス例はインターネットＴＶである。また、ユーザＱｏＳ“４”のサービスタイプはデータ通信であって、具体的なサービス例はファイル転送である。さらに、ユーザＱｏＳ“５”のサービスタイプはリアルタイムデータ通信であって、具体的なサービス例は通信対戦ゲームである。

また、各ユーザＱｏＳの項目ごとの「所要伝送レート」、「許容遅延」、「パケットロス／エラー」、及び「ジッタ」のサービス内容は、それぞれ対応する項目に示すような数値となっている。但し、図７に示す各ＱｏＳの数値は一例であって、実際の数値はＱｏＳコントローラのハードウェアの性能や提供されるサービスにより適宜に決定される。

＜実施の形態２＞
次に、本発明におけるＱｏＳ制御システムの具体的な例を実施の形態２として説明する。すなわち、実施の形態２では、ＶｏＩＰを用いた音声通話によるＶｏＩＰサービス提供時の動作について説明する。なお、以下に述べる実施の形態２は、次に挙げる４項目の内容を前提条件とする。
１．ネットワークの構成は前述の図１に示す通りとする。
２．固定電話（ユーザＡ）と携帯電話（ユーザＢ）との間の通話とする。
３．携帯電話にのみＱｏＳコントローラを具備し、固定電話及びその中間ノード（例えば、アクセスポイント（ＡＰ）やルータなど）にはＱｏＳコントローラは具備されていないものとする。
４．ＱｏＳ制御の対象は物理層、データリンク層及びプレゼンテーション層のみとする。

図８は、本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムにおいて、携帯電話（ユーザＢ）にＶｏＩＰの初期設定を行う様子を示す概念図である。図８に示す実施の形態２におけるＱｏＳ制御システムの構成は、前述の図３及び図６の構成と同じであるので同一の符号を付してあるが、図８では各レイヤのインターフェース名は省略してある。したがって、例えば、図６のアプリケーション層インターフェース１１は図８のアプリケーション層１１と同義語であるものとして読み替える。以下、図８のトランスポート層１２、ネットワーク層１３、データリンク層１４、及び物理層１５についても同様である。

次に、図６を参照しながら、図８に基づいてＶｏＩＰの初期設定の動作について説明する。まず、通信サービスの開始時にアプリケーション層１１からＱｏＳコントローラ７に対して、ＶｏＩＰサービスが開始される旨の「ユーザＱｏＳ指定」が通知される。すると、ＱｏＳコントローラ７は、通知された「ユーザＱｏＳ指定」に含まれる通信サービスの内容より、所要ＱｏＳ（つまり、所要伝送レートＲ_ｔｈ、許容遅延Ｔ_ｄｌ、許容パケットエラー率Ｐ_ｅｒｒ、及び許容ジッタＴ_ｊ）を決定する。なお、実施の形態２の例では、ＱｏＳコントローラ７には、所要伝送レートＲ_ｔｈ≧８３ｋｂｐｓ、許容遅延Ｔ_ｄｌ≦３００ｍｓｅｃ、許容パケットエラー率Ｐ_ｅｒｒ≦０.０５、及び許容ジッタＴ_ｊ≦１００ｍｓｅｃが、所要ＱｏＳとして決定されている。

さらに、上記の所要ＱｏＳが決定されると同時に、プロトコル決定器１６においてサービス提供に必要なプロトコル及びパラメータが決定され、制御回路１９を経て各レイヤ（つまり、アプリケーション層１１、トランスポート層１２、ネットワーク層１３、データリンク層１４、及び物理層１５）に「プロトコル指定」、「パラメータ指定」が指示される。

ここでは、一例として、プレゼンテーション層（つまり、アプリケーション層１１）の音声コーディックにＧ.７１１（コーデックレート＝６４ｋｂｐｓ、所要伝送レートＲ_ｔｈ＝８３ｋｂｐｓ）を適用し、アプリケーション層１１のセッションプロトコルにＳＩＰ(Session Initiation Protocol)、ＲＴＰ(Real-time Transport Protocol)及びＲＴＣＰ(RTP Control Protocol)を適用する。

また、トランスポート層１２にＵＤＰ(User Datagram Protocol)を、ネットワーク層１３にＩＰｖ６(IP version 6)を、それぞれ適用する。さらに、ＶｏＩＰにおいては低エラー率より低レイテンシであることが重要であるため、データリンク層１４におけるパラメータとしては、上り/下り共に、ＨＡＲＱ（High Availability Resolution Queue）の最大再送回数は低い回数（例えば２回）とし、使用チャネル数は“１”とする。また、物理層１５の変調方式にはＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式を適用し、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：四位相偏移変調）の低い低レートＭＣＳ（例えば、ＱＰＳＫＲ＝１／２）を設定すると共に、高ＳＦ（例えば、ＳＦ＝１２８）を設定する。尚、これらのプロトコルやパラメータはあくまでも一例であって、必ずしもこのパラメータ値に限定する必要はない。

図９は、本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われるレイヤごとの制御項目を示す図である。例えば、アプリケーション層１１では、Ｇ．７１１やＧ．７２９のパラメータで音声コーディックが制御される。また、データリンク層１４では、１〜１０のパラメータで無線フレームの最大再送回数が制御され、１〜３のパラメータでチャネル数が制御される。さらに、物理層１５では、ＱＰＳＫＲ＝１／２、ＱＰＳＫＲ＝３／４、１６ＱＡＭＲ＝１／２、１６ＱＡＭＲ＝３／４のパラメータでＭＣＳが制御され、４，８，１６，３２，６４，１２８ビットのパラメータでＳＦが制御される。

次に、各レイヤからＱｏＳコントローラ７に対して行われるＶｏＩＰの状態報告について説明する。図１０は、本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われる各レイヤからのＶｏＩＰの状態報告の様子を示す図である。セッション層（つまり、アプリケーション層１１）においては、ＲＴＣＰによって観測された下り音声パケットの平均遅延時間及びジッタ情報が「遅延・ジッタ報告」としてＱｏＳコントローラ７に報告される。また、ネットワーク層１３から、音声パケットの「キュー・バッファ（Queuing Buffer）状態報告」がＱｏＳコントローラ７に報告される。

さらに、データリンク層１４から、無線回線の平均スループット及びＨＡＲＱによる平均再送回数が「再送回数・スループット報告」としてＱｏＳコントローラ７に報告される。また、物理層１５から、無線伝送路の状態（つまり、ＰＥＲ、ＣＱＩ(Channel Quality Indicator)）が「ＰＥＲ、ＣＱＩ報告」としてＱｏＳコントローラ７に報告される。なお、ＣＱＩは、ＳＩＲ、ディレイ・スプレッド（Delay Spread）、あるいはドップラー周波数などのような、無線リンクにおける回線状態を表すパラメータを指している。

次に、無線回線の平均スループットが４０ｋｂｐｓに落ち込んだ例に基づいて、マルチレイヤのＱｏＳ制御の動作の流れを説明する。なお、以下の説明では、物理層１５、データリンク層１４、及びプレゼンテーション層（アプリケーション層１１）のＱｏＳ制御の動作の流れについて述べる。図１１は、本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われる物理層のＱｏＳ制御の流れを示す図である。また、図１２は、本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われるデータリンク層のＱｏＳ制御の流れを示す図である。さらに、図１３は、本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われるプレゼンテーション層（アプリケーション層）のＱｏＳ制御の流れを示す図である。以下、図６のＱｏＳコントローラの図面を参照しながら、図１１、図１２、及び図１３のそれぞれの図面に基づいて各レイヤのＱｏＳ制御の流れを説明する。

まず、図１１に基づいて、物理層１５におけるＱｏＳ制御の流れを説明する。最初に、データリンク層１４から無線回線のスループットが所要伝送レートを下回った旨（例えば、Ｒ_ｔｈ＝４０ｋｂｐｓ）の通知を受けたＱｏＳコントローラ７内の情報判定器１８は、パラメータ変更要求をプロトコル決定器１６（パラメータ決定器とも云う）に通知する。すると、プロトコル決定器（パラメータ決定器）１６は、通信品質保持回路２０からのＣＱＩ情報に基づいて上位ＭＣＳへの変更（例えば、１６ＱＡＭＲ＝１／２等）が可能であるか否かを検討し、変更可能と判断した場合は、制御回路１９を経て物理層１５に対して「ＭＣＳ変更要求」を送信する。すると、「ＭＣＳ変更要求」を受信した物理層１５は、アクセスポイント（ＡＰ）とのネゴシエーションによって新しいＭＣＳによる通信を確立する。

また、プロトコル決定器（パラメータ決定器）１６が上位ＭＣＳへの変更は不可能であると判断した場合は、プロトコル決定器（パラメータ決定器）１６は、ＣＱＩ情報に基づいてＳＦの変更（例えば、ＳＦ＝６４）を検討し、その変更が可能であると判断した場合は、ＱｏＳコントローラ７から物理層１５に対して「ＳＦ変更要求」を送信する。そして、「ＳＦ変更要求」を受けた物理層１５は、アクセスポイント（ＡＰ）とのネゴシエーションによって新しいＳＦによる通信を確立する。なお、ＳＦの変更が不可能と判断した場合は、物理層１５のＱｏＳ制御を中止し、データリンク層１４のＱｏＳ制御を試みる。

次に、図１２に基づいて、データリンク層１４におけるＱｏＳ制御の流れを説明する。データリンク層１４のＱｏＳ制御において、まず、データリンク層１４から無線回線のスループットが所要伝送レートを下回った旨（例えば、Ｒ_ｔｈ＝４０ｋｂｐｓ）の通知を受けたＱｏＳコントローラ７内の情報判定器１８は、パラメータ変更要求をプロトコル決定器１６に通知する。すると、プロトコル判定器１６は、通信品質保持回路２０に保持されている無線リソースの使用状態を確認する。ここで、無線リソースに余剰チャネルがあった場合は、ＱｏＳコントローラ７は、現在使用中のチャネルに加えて余剰チャネルを新たに割り当てるように、制御回路１９を経てデータリンク層１４に「スケジューリング変更要求」の指示を出す。これによって追加チャネル分のスループットが向上する。ここで、チャネル割り当て変更の指示を受けたデータリンク層１４は、アクセスポイント（ＡＰ）とのネゴシエーションによって新しいチャネルの割り当てによる通信を確立する。

一方、プロトコル判定器１６がチャネル割り当て変更は不可能であると判断した場合は、ＱｏＳコントローラ７は上位層のＱｏＳ制御を試みる。しかしながら、ネットワーク層１３とトランスポート層１２のプロトコルは伝送レートの低下に対するＱｏＳ制御の手段を持たないため、プレゼンテーション層（つまり、アプリケーション層１１）のＱｏＳ制御を試みる。

次に、図１３に基づいて、アプリケーション層１１におけるＱｏＳ制御の流れを説明する。アプリケーション層１１のＱｏＳ制御においては、まず、データリンク層１４から無線回線のスループットが所要伝送レートを下回った旨（例えば、Ｒ_ｔｈ＝４０ｋｂｐｓ）の通知を受けたＱｏＳコントローラ７内の情報判定器１８は、パラメータ変更要求をプロトコル決定器１６に通知する。すると、ＱｏＳコントローラ７の制御回路１９は、低ビットレートの音声コーディックを使用する旨の「音声コーディック変更要求」の指示をアプリケーション層１１に送信する。同時に、ＱｏＳコントローラ７は所要伝送レートＲ_ｔｈの定義を変更する。ここでは、一例としてＧ．７２９（コーデックレート８ｋｂｐｓ、所要伝送レート２７ｋｂｐｓ）を使用する旨の要求をアプリケーション層１１へ出すものとする。

すると、音声コーディックの変更指示を受けたアプリケーション層１１は、その旨を自己のセッションに通知する。アプリケーション層１１内のセッションは、ＳＩＰの再インバイト（Invite）機能を使い、相手側のノードとメディアネゴシエーションを図り、新しい音声コーディックによる通信を確立する。このような制御の結果、無線回線の伝送レートは、先にデータリンク層１４がＱｏＳコントローラ７へ通知した４０ｋｂｐｓのままであるが、音声コーディック自体を変更することによって安定した音声通話サービスの提供が実現される。

なお、固定電話（ユーザＡ）がＧ．７２９などの４０ｋｂｐｓ以下の低レートコーディックを実装していないために、メディアネゴシエーションに失敗した場合は、固定電話（ユーザＡ）と携帯電話（ユーザＢ）の双方が実装し得る最低レートの音声コーディックによってメディアネゴシエーションを図ることができる。また、既に最低レートの音声コーディックであって、コーデックレートをそれ以下に下げられない場合は、ＱｏＳコントローラ７は何も行わないものとする。

＜本発明のまとめ＞
上記の実施の形態１及び実施の形態２で述べたように、本発明のＱｏＳ制御システムは、通信サービスを提供する送信装置、通信サービスを享受する受信装置、及び送信装置と受信装置を接続する中間ノードの全ての装置又は一部の装置に対して、それぞれ、ＱｏＳコントローラを設置し、提供する通信サービスの種別に応じたユーザＱｏＳをそれぞれのＱｏＳコントローラに定義しておく。これにより、ＱｏＳコントローラは、ユーザＱｏＳ及びハードウェアの性能や種類や形態によって、提供する通信サービスの品質保証条件である所要ＱｏＳ（例えば、所要伝送レート、許容遅延、許容パケットエラー率、及び許容ジッタなど）を定義することができる。

また、ＱｏＳコントローラは、ユーザＱｏＳ及びハードウェアの性能や種類や形態によって、通信サービスの提供に必要なプロトコルスタック及びパラメータを定義することができる。したがって、ＱｏＳコントローラを備えた送信装置、受信装置、及び中間ノードは、ＯＳＩ７階層モデルに相当するプロトコルスタックを定義して、それぞれの階層ごとにＱｏＳ制御を行うことができる。これによって、送信装置、受信装置、及び中間ノードは、定期的に、それぞれの階層ごとの動作状態をＱｏＳコントローラに報告することができる。

したがって、ＱｏＳコントローラは、ある階層の状態悪化に起因した通信サービスの品質劣化を検出した場合は、該当する階層又は他の階層のパラメータを適宜に更新して通信サービスの品質回復を図ることができる。例えば、物理層においてフェージングの影響によって回線状態が劣化した場合は、アプリケーション層のパラメータを更新して通信サービスの品質回復を図ることができる。なお、ＱｏＳコントローラは、パラメータを更新するときには物理層のパラメータから優先して更新し、その階層のパラメータの更新が困難な場合には上位の階層のパラメータ更新を試みる。

以上説明したように、本発明に係るＱｏＳ制御システムは、各ハードウェアに通信サービスの品質保証を行うＱｏＳコントローラを設置して、通信サービスを提供するユーザＱｏＳをレイヤごとに設定しているので、全てのレイヤを包含して通信サービスの品質保証を行うことができる。したがって、通信品質レベルの高い通信分野に有効に利用することができる。

本発明のＱｏＳ制御システムを実現するためのネットワークの構成図図１に示すネットワークにおける各要素のレイヤ構成を示す図本発明に適用されるＱｏＳコントローラと各レイヤとの関係を示す図図３に示すＱｏＳコントローラが行う各レイヤの監視項目及び制御項目を示す図図３に示すＱｏＳコントローラが行うレイヤ毎のＱｏＳ制御項目を示す図本発明に適用されるＱｏＳコントローラの構成図図６に示すＱｏＳコントローラで実行されるユーザＱｏＳと通信サービスの内容との関係を示す図本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムにおいて、携帯電話（ユーザＢ）にＶｏＩＰの初期設定を行う様子を示す概念図本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われるレイヤごとの制御項目を示す図本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われる各レイヤからのＶｏＩＰの状態報告の様子を示す図本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われる物理層のＱｏＳ制御の流れを示す図本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われるデータリンク層のＱｏＳ制御の流れを示す図本発明における実施の形態２のＱｏＳ制御システムで行われるプレゼンテーション層（アプリケーション層）のＱｏＳ制御の流れを示す図

符号の説明

１モバイル・ノード（ＭＮ）
２コレスポンド・ノード（ＣＮ）
３インターネット網
４アクセスポイント（ＡＰ）
５、６ルータ
７ＱｏＳコントローラ
１１アプリケーション層インターフェース（アプリケーション層）
１２トランスポート層インターフェース（トランスポート層）
１３ネットワーク層インターフェース（ネットワーク層）
１４データリンク層インターフェース（データリンク層）
１５物理層インターフェース（物理層）
１６プロトコル決定器
１７ＱｏＳ算出器
１８情報判定器
１９制御回路
２０通信品質保持回路
２１ハードウェア情報保持回路

Claims

ＯＳＩ階層の各階層を包含して通信サービスの品質保証を行うＱｏＳ制御システムであって、
前記通信サービスを提供する送信装置、前記通信サービスを享受する受信装置、及び前記送信装置と前記受信装置を接続する中間装置の少なくとも１つの装置に設置されて、前記通信サービスの品質保証を実現するＱｏＳコントローラを備え、
前記ＱｏＳコントローラを備えた装置が、前記通信サービスの種別に応じてユーザに該当する通信サービスを提供するためのユーザＱｏＳを定義していることを特徴とするＱｏＳ制御システム。
前記ＱｏＳコントローラは、前記ユーザＱｏＳ、及び前記ＱｏＳコントローラを備えた装置のハードウェアの性能、種類、形態の少なくとも１つによって、提供される前記通信サービスの品質保証を実現するための所要ＱｏＳを定義していることを特徴とする請求項１に記載のＱｏＳ制御システム。
前記所要ＱｏＳは、所要伝送レート、許容遅延、許容パケットエラー率、及び許容ジッタの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載のＱｏＳ制御システム。
前記ＱｏＳコントローラは、前記ユーザＱｏＳ、及び前記ＱｏＳコントローラを備えた装置のハードウェアの性能、種類、形態の少なくとも１つによって、提供される前記通信サービスの品質保証を実現するために必要なプロトコルスタック及びパラメータを定義していることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＱｏＳ制御システム。
前記プロトコルスタックは、前記ＱｏＳコントローラを備えた装置のＯＳＩ階層モデルの各階層ごとにＱｏＳ制御を行うように定義されていることを特徴とする請求項４に記載のＱｏＳ制御システム。
前記ＯＳＩ階層モデルの各階層は、定期的に自己の状態を前記ＱｏＳコントローラに通知することを特徴とする請求項５に記載のＱｏＳ制御システム。
前記ＱｏＳコントローラは、任意の階層の状態悪化に起因した前記通信サービスの品質劣化を検出したとき、当該階層又は他の階層のパラメータを更新して前記通信サービスの品質回復を図ることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のＱｏＳ制御システム。
前記ＱｏＳコントローラは、前記パラメータの更新を行う際に、最下位の物理層のパラメータから優先的に更新を実行し、当該階層におけるパラメータの更新が困難なときに上位の階層のパラメータの更新を試みることを特徴とする請求項７に記載のＱｏＳ制御システム。