JP2006211233A

JP2006211233A - Ｉｐ通信装置

Info

Publication number: JP2006211233A
Application number: JP2005019865A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Goto; 哲雄後藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】ルーター資源の複雑な予約制御を行うことなく、ＩＰパケット伝達における時間揺らぎを軽減できるＩＰ通信装置を得ること目的とする。
【解決手段】パケット生成部６は、生成したＩＰパケットを複製して複数のＩＰパケットからなるＩＰパケット群を生成する。生成したＩＰパケット群はパケット送受信回路８から、ほぼ同じ時間タイミングでＩＰネットワーク３へ送信する。ＩＰパケット群内の個々のＩＰパケットはそれぞれＩＰネットワーク３内の経路を通って、受信側通信端末２に到達する。受信側通信端末２内の時間制御部１３は、各ＩＰパケットの到達時間を計測し、それらの到達時間の概ね中心値を統計的な手法を用いて求め、その中心値に位置するＩＰパケットを選択する。
【選択図】図１

Description

この発明は、インターネット通信システムでのＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）制御において、ＩＰパケットの時間揺らぎを軽減するＩＰ通信装置に関するものである。

一般に、インターネット通信システムにおけるＩＰパケットの配送は、通信品質について最善を図るがその品質の保証はされない通信、いわゆるベストエフォート型通信により行われている。このベストエフォート型通信においては、例えばＩＰパケットの到達時間や、到達間隔は保証されていない。しかし、音声通信（ＶＯＩＰ）などに代表されるリアルタイム性が要求されるアプリケーションにおいては、上記のような到達時間や到達間隔などの技術要素が、アプリケーションによるサービスの品質・信頼性に大きな影響を与える。インターネット通信における品質を保証する従来の方式としては、例えば、ＲＦＣ２４７４（非特許文献１）に記載されたＤｉｆｆＳｅｒｖ（ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｓ）方式や、ＲＦＣ２２１０（非特許文献２）に記載されたＩｎｔＳｅｒｖ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｓ）方式が提案され実施されてきた。ＤｉｆｆＳｅｒｖ方式は、ＩＰパケットに優先コードを保持させ、また、通過するルーターにコードを設定して優先的に通過させることによって、特定のＩＰパケットの優先度を上げてパケットの到達時間や到達間隔をリアルタイムに近づける技術方式である。またＩｎｔＳｅｒｖ方式は、通過するルーターに予めＲＳＶＰ（ＲｅｓｏｕｒｃｅＲｅｓｅｒｖａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ）と呼ばれる予約制御を行い、回線を予約することによって、ＩＰパケットの到達時間や到達間隔をリアルタイムに近づける技術方式である。

ＲＦＣ２４７４、ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｓＦｉｅｌｄ（ＤＳＦｉｅｌｄ）ｉｎｔｈｅＩＰｖ４ａｎｄＩＰｖ６ＨｅａｄｅｒｓＲＦＣ２２１０、ＴｈｅＵｓｅｏｆＲＳＶＰｗｉｔｈＩＥＴＦＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｓ

上記のようなパケットの到達時間や到達間隔をリアルタイムに近づけるための制御をＱｏＳ（ＱｕａｌｉｔｙｏｆＳｅｒｖｉｃｅ）制御と呼んでおり、このＱｏＳ制御を行うために、従来は、ＤｉｆｆＳｅｒｖ方式又はＩｎｔＳｅｒｖ方式によりＩＰパケットの伝送が行われていた。しかし、ＤｉｆｆＳｅｒｖ方式によれば優先性を持つＩＰパケットと通常処理のＩＰパケットとの相対的な流れを制御することは行われるが、送信元から送信先への伝達の際に生じるＩＰパケットの到達間隔に揺らぎが生じるという問題点があった。一方、ＩｎｔＳｅｒｖ方式によれば、予め通過するルーターにおける帯域などのリソースが予約制御されるが、ＩＰパケットの伝達経路にある各ルーター間において複雑なＲＳＶＰプロトコルによる予約制御が必要となり、このような予約制御が行える範囲が限定されるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、ルーター資源の複雑な予約制御を行うことなく、ＩＰパケット伝達における時間揺らぎを軽減できるＩＰ通信装置を得ること目的とする。

請求項１の発明に係るＩＰ通信装置は、送信するデータから順次ＩＰパケットを生成し、生成したＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しＩＰネットワークへ送信する送信側通信端末と、上記ＩＰパケット群中のＩＰパケットの到達時間を計測し、到達時間の概ね中心値を計算し、その中心値の到達時間に到達したＩＰパケットを選択する受信側通信端末とを備えたものである。

請求項２の発明に係るＩＰ通信装置は、請求項１の発明に係るＩＰ通信装置において、上記送信側通信端末は、送信するデータから順次生成するＩＰパケットにタイムスタンプ情報を格納し、上記受信側通信端末は、同じタイムスタンプを有するＩＰパケットを一群のＩＰパケットとして認識するものである。

請求項３の発明に係るＩＰ通信装置は、請求項１の発明に係るＩＰ通信装置において、上記送信側通信端末は、送信するテータから順次生成したＩＰパケットをＩＰネットワークへ送信する場合と、生成したＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しＩＰネットワークへ送出する場合とを組み合せたものである。

請求項４の発明に係るＩＰ通信装置は、請求項１の発明に係るＩＰ通信装置において、上記受信側通信端末は、受信した１のＩＰパケットパケット群と、その前後のＮブロック（Ｎは正の整数）のパケットを用いて、中心値を計算するものである。

請求項５の発明に係るＩＰ通信装置は、請求項１の発明に係るＩＰ通信装置において、上記送信側通信端末は、送信するＩＰパケットにＤｉｆｆＳｅｒｖ方式による優先コードを付加したものである。

請求項６の発明に係るＩＰ通信装置は、請求項１の発明に係るＩＰ通信装置において、上記送信側通信端末は、上記ＩＰネットワーク中の少なくとも１のＩｎｔＳｅｒｖ方式による予約制御経路にＩＰパケットを送信するものである。

請求項１に記載の発明によれば、送信側通信端末は、送信するデータから順次ＩＰパケットを生成し、生成したＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しＩＰネットワークへ送信し、受信側通信端末は、上記ＩＰパケット群中のＩＰパケットの到達時間を計測し、到達時間の概ね中心値を計算し、その中心値の到達時間に到達したＩＰパケットを選択するので、受信データの時間揺らぎを抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、さらにＩＰパケットにタイムスタンプ情報を格納して送信するので、異なるＩＰパケット群中のＩＰパケットが重なって受信されても、いずれのＩＰパケット群に属するかを認識することができる。

請求項３に記載の発明によれば、送信するテータから順次生成したＩＰパケットをＩＰネットワークへ送信する場合と、生成したＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しＩＰネットワークへ送出する場合とを組み合せるので、よりリアルタイム性が必要なデータをＩＰパケット群化して受信データの時間揺らぎを抑制し、送信側通信端末から送信するＩＰパケット量を減らして、伝送システムへの負担を小さくすることができる。

請求項４に記載の発明によれば、受信側通信端末は、受信した１のＩＰパケットパケット群と、その前後のＮブロック（Ｎは正の整数）のパケットを用いて、到達時間の中心値を計算するので、中心値計算の統計的な確からしさを増すことができる。

請求項５又は請求項６に記載の発明によれば、送信側通信端末は、ＩＰパケットにＤｉｆｆＳｅｒｖ方式による優先コードを付加して送信し、又は、ＩＰネットワーク中の少なくとも１のＩｎｔＳｅｒｖ方式による予約制御経路にＩＰパケットを送信するので、ＩＰネットワーク上での伝送遅延が小さくなる方向へ安定化し、受信側通信端末での統計処理による中心値計算結果が正確になり、受信データの時間揺らぎを抑制することができる。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置を図１乃至図８に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の構成を表わす構成図である。図２は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置により送受信するＩＰパケット群を表す模式図であり、図３は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の受信側通信端末において受信したＩＰパケットのばらつきを表す模式図である。図１において、１はＩＰパケットを送信する送信側通信端末、２は送信側通信端末１から送信されたＩＰパケットを受信する受信側通信端末であり、３は送信側通信端末１と受信側通信端末２とを接続するＩＰネットワークである。送信側通信端末１において、４は送信するデータを入力する入力端子、５は送信するデータに音声符号化、映像符号化等の符号化を施す符号化部、６はデータをパケット化するパケット生成部、７はパケット生成部６におけるパケット生成を制御するパケット制御部、８はＩＰネットワーク３とインタフェースしてＩＰパケットを送受信するパケット送受信回路である。なお、符号化部５は、送信データが音声や映像信号であっても符号化処理しない場合や、音声や映像信号でないデータについて符号化処理しないようにすることもできる。受信側通信端末２において、９はＩＰネットワーク３とインタフェースしてＩＰパケットを送受信するパケット送受信回路、１０はパケットからデータを読み出すパケット読出部であり、１１は読み出したデータの復号処理を行い、音声、映像等のデータを再生するデータ再生部、１２は音声、映像等のデータを出力する出力端子である。１３はパケット送受信回路９において受信した各ＩＰパケットの到達時間をモニタし、各到達時間をもとに統計処理して、パケット読出部１０に対して選択するＩＰパケットを通知する時間制御部である。

次に、図１に示したＩＰ通信装置の動作について、図２乃び図３を参照して説明する。図２（ａ）は送信側通信端末１において生成された各ＩＰパケットが複製されてＩＰパケット群を形成する模式図であり、図２（ｂ）は受信側通信端末２において、時間的にばらついて受信されるＩＰパケットの模式図である。図３（ａ）は従来装置がＩＰネットワークを介して受信したＩＰパケットのばらつきを表す模式図、図３（ｂ）はＩＰパケット群を受信して統計的処理により揺らぎ量の少ないＩＰパケットを選択して受信したときのＩＰパケットのばらつきを表す模式図である。図１において、入力端子４から入力された音声や映像等のデータは、逐次、符号化部５において音声符号化や映像符号化等されてパケット生成部６へ入力される。パケット生成部６は入力されたデータをＩＰパケットのペイロードサイズに合わせて、ＩＰパケットに格納し、送信するＩＰパケットを順次生成する。さらに、パケット生成部６は、生成したＩＰパケットを図２（ａ）に示すように複製して、複数のＩＰパケット（１）、ＩＰパケット（２）、・・・、ＩＰパケット（ｎ）からなるＩＰパケット群を生成する。このように生成したＩＰパケット群はパケット送受信回路８から、ほぼ同じ時間タイミングでＩＰネットワーク３へ送信する。ＩＰパケット群内の個々のＩＰパケットはそれぞれＩＰネットワーク３内の経路を通って、受信側通信端末２に到達する。このＩＰネットワーク３内の経路は、複数の異なる経路でも良いし、一本の経路でも良い。図２（ｂ）に示すように、ＩＰパケット群内の各ＩＰパケットは異なる到達時間に受信側通信端末２に到達する。時間制御部１３は、これらの到達時間を各ＩＰパケットについて計測し、それらの到達時間の概ね中心値を統計的な手法を用いて求め、その中心値（即ち中心的な到達時間）に位置するＩＰパケットを選択し、パケット読出部１０に対して選択するＩＰパケットを通知する。パケット読出部１０は、時間制御部１３からの通知を受けて、ＩＰパケット群の中からＩＰパケット選択し、データを読み出して出力する。データ再生部１１は、入力されたデータを必要に応じて復号し、音声や映像等のデータ再生を行って出力端子１２へ出力する。図３（ａ）に示すように、従来装置では受信側通信端末で順次受信するＩＰパケットがＩＰネットワークでの伝送経路や時間遅延によって、ばらつきが生じる傾向にあったが、図３（ｂ）に示すように、本発明におけるＩＰパケット群の到達時間による統計的処理によってそれらの到達時間の概ね中心位置でＩＰパケットを選択することにより、個々のＩＰパケットの揺らぎ幅よりも中心値の揺らぎは小さいことが期待できるので、受信側通信端末２において、順次選択されるＩＰパケットの到達時間に生じる揺らぎ量の改善が期待できる。

時間制御部１３は、上記のとおり、受信したＩＰパケット群の個々のＩＰパケットの到達時間を計測し、統計的な処理により、到達時間の概ね中心値を算出するが、典型的な統計的手法は、受信したＩＰパケット群中の全数による平均値算出して中心値とする手法である。また、到達時間が最も早かったものと、遅かったものを除く到達時間の平均を算出して中心値としても良い。また、各到達時間の自乗平均の根を中心値としても良く、この場合は、時間差の標準偏差に基づく処理となる。

また、送信側通信端末１において、生成したＩＰパケット群を送信する形態について、図４により説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の送信側通信端末におけるＩＰパケット群の送信形態の模式図であり、図４（ａ）は複数の経路（方路）への送出、図４（ｂ）は一本の経路への送信を表す。上記のとおり、送信側通信端末１は、パケット送受信回路８により、ほぼ同じ時間タイミングでＩＰパケット群を送信するが、図４（ａ）に示すように複数の経路にほぼ同じ時間タイミングで送信しても良いし、一本の経路へ、無視できる程度の微小時間内にＩＰパケット群を送信しても良い。また、図４（ａ）と図４（ｂ）の両方を組み合わせて、ＩＰパケット群を送信することも可能である。

また、送信するＩＰパケットにタイムスタンプを格納して送信側通信端末１から送信するようにしてもよい。図５は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の送信側通信端末から送信するＩＰパケットの構成の一例を示す構成図、図６は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の受信側通信端末により受信したパケットを示す模式図である。送信側通信端末１内のパケット生成部６はパケット制御部７から指令により、送信するＩＰパケットにタイムスタンプを格納する。タイムスタンプは実時間情報である。一方、受信側通信端末２は、図６に示すようにＩＰパケット群１４とＩＰパケット群１５とを受信したときに、図面ほぼ中央において、異なるＩＰパケット郡に属するＩＰパケットが互いに重なって受信されていても、上記のタイムスタンプを検出することによって、いずれの群に属するＩＰパケットであるかを区別することができる。受信側通信端末２におけるタイムスタンプの読出しはパケット送受信回路９又はパケット読出部１０にて行い、時間制御部１３へ通知し、時間制御部１３は、タイムスタンプ情報に基づいて、統計処理の際にＩＰパケットの属する群を識別する。また、送信側通信端末１内のパケット生成部６はタイムスタンプの代わりに各ＩＰパケット群を識別するシーケンシャルナンバー（ＳＮ）をＩＰパケットに格納してもよい。１つのＩＰパケット群には同じシーケンシャルナンバーを付加し、これを受信側通信端末２において読み出して、統計処理の際にＩＰパケットの属する群を識別する。

また、送信側通信端末１は、送信するデータから順次生成されたＩＰパケットに対して、これら全てのＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しても良いし、送信するデータから順次生成されたＩＰパケットのうち一部のＩＰパケットに限定して複製を生成しＩＰパケット群を生成してもよい。図７は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の送信側通信端末から送信するＩＰパケットを示す模式図である。図７に示すように、送信するテータから順次生成したＩＰパケットをそのままＩＰネットワーク３へ送信する場合（ＩＰパケット１６の場合）と、生成したＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しＩＰネットワーク３へ送出する場合（ＩＰパケット群１７の場合）とを時系列上で適宜組み合せる。例えば、同期ワード、リフレッシュ信号、フレームパルス等の周期的な信号は、よりリアルタイム性を要求されることから、これらの信号についてはＩＰパケットを複製してＩＰパケット群１７を生成しＩＰネットワーク３へ送信する。この他の信号については、ＩＰパケット１６のように群を生成せずにＩＰネットワーク３へ送信することにより、送信するＩＰパケット数が減少するので、伝送システムへの負荷を軽減することができる。送信側通信端末１は、パケット制御部７において、ＩＰパケット群を生成するデータと、ＩＰパケット群を生成しないデータを例えばその信号種別によって区別して認識し、パケット制御部７からの指令によって、パケット生成部６において、送信するデータから順次生成されたＩＰパケットのうち一部のＩＰパケットについて複製してＩＰパケット群を生成する。

また、受信側通信端末２において、到達時間の中心値を統計計算により求めるが、この母集団として、上記の説明では１つのＩＰパケット群としているが、この母集団を形成する範囲を広げてもよい。図８は、この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の受信側通信端末により受信するＩＰパケットを示す模式図である。図８に示すように、受信側通信端末２において受信したＩＰパケットを複数のブロックＡ〜Ｉに分ける。このうちＢ、Ｄ、Ｆ、Ｈブロックは、ＩＰパケット群を受信するブロックである。いま、受信側通信端末２内の時間制御部１３においてＤブロックの統計処理による到達時間中心値の計算を行う場合、Ｄブロックのブロック番号をｂ＝０とし、統計処理の母集団として、ｂ＝±Ｎ（Ｎは正の整数）の範囲をとる（前後Ｎブロックの範囲をとる）。例えば、Ｎ＝２とすれば、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆブロックにより受信するＩＰパケットを母集団とする統計処理によりＩＰパケットの到達時間中心値を計算する。このような処理によって計算量は増えるものの、統計的な確からしさを増すことができる。

また、送信側通信端末１と受信側通信端末２との間でＤｉｆｆＳｅｒｖ方式による通信プロトコルを適用し、送信側通信端末１において送信するにＤｉｆｆＳｅｒｖ方式による優先コードを付加して送信しても良い。ＤｉｆｆＳｅｒｖ方式による優先制御によって、ＩＰネットワークでの通信経路での伝送が優先され、より伝送遅延が小さくなる方向へ安定化が図られるので、受信側通信端末２での上記統計処理（到達時間中心値を計算する統計処理）結果が正確になり、受信データの時間揺らぎを抑制することができる。

また、送信側通信端末１と受信側通信端末２との間でＩｎｔＳｅｒｖ方式による通信プロトコルを適用し、ＩＰネットワーク３中の少なくとも１又は複数のＩｎｔＳｅｒｖ方式による予約制御経路に、送信側通信端末１からＩＰパケットを送信するようにしても良い。この場合にも予約制御経路での伝送によって、ＩＰネットワーク上での伝送遅延が小さくなる方向へ安定化するので、受信側通信端末２での上記統計処理（到達時間中心値を計算する統計処理）結果が正確になり、受信データの時間揺らぎを抑制することができる。

なお、上記した、（１）送信側通信端末におけるＩＰパケットへのタイムスタンプの格納こと、（２）ＩＰパケット群を作成して送信する場合と作成せずにＩＰパケットを送信する場合とを組み合せること、（３）受信側通信端末において受信したＩＰパケットをブロック化し、前後Ｎブロックに属するＩＰパケットを母集団として、到達時間中心値を計算する統計処理を行うこと、（４）ＤｉｆｆＳｅｒｖ方式による優先コードをＩＰパケットに付加して送信すること、（５）ＩｎｔＳｅｒｖ方式による予約制御経路にＩＰパケットを送信すること、の各（１）〜（５）項目を組み合せることによってＩＰ通信装置を構成することができるものである。

この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の構成を表わす構成図である。この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置により送受信するＩＰパケット群を表す模式図である。この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の受信側通信端末において受信したＩＰパケットのばらつきを表す模式図である。この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の送信側通信端末におけるＩＰパケット群の送信形態の模式図である。この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の送信側通信端末から送信するＩＰパケットの構成を示す構成図である。この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の受信側通信端末により受信したパケットを示す模式図である。この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の送信側通信端末から送信するＩＰパケットを示す模式図である。この発明の実施の形態１に係るＩＰ通信装置の受信側通信端末により受信するＩＰパケットを示す模式図である。

符号の説明

１送信側通信端末
２受信側通信端末
３ＩＰネットワーク
６パケット生成部
７パケット制御部
８、９パケット送受信回路
１０パケット読出部
１３時間制御部

Claims

送信するデータから順次ＩＰパケットを生成し、生成したＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しＩＰネットワークへ送信する送信側通信端末と、上記ＩＰパケット群中のＩＰパケットの到達時間を計測し、到達時間の概ね中心値を計算し、その中心値の到達時間に到達したＩＰパケットを選択する受信側通信端末とを備えたことを特徴とするＩＰ通信装置。
上記送信側通信端末は、送信するデータから順次生成するＩＰパケットにタイムスタンプ情報を格納し、上記受信側通信端末は、同じタイムスタンプを有するＩＰパケットを一群のＩＰパケットとして認識することを特徴とする請求項１に記載のＩＰ通信装置。
上記送信側通信端末は、送信するテータから順次生成したＩＰパケットをＩＰネットワークへ送信する場合と、生成したＩＰパケットを複製してＩＰパケット群を生成しＩＰネットワークへ送出する場合とを組み合せたことを特徴とするＩＰ通信装置。
上記受信側通信端末は、受信した１のＩＰパケットパケット群と、その前後のＮブロック（Ｎは正の整数）のパケットを用いて、中心値を計算することを特徴とする請求項１に記載のＩＰ通信装置。
上記送信側通信端末は、送信するＩＰパケットにＤｉｆｆＳｅｒｖ方式による優先コードを付加したことを特徴とする請求項１に記載のＩＰ通信装置。
上記送信側通信端末は、上記ＩＰネットワーク中の少なくとも１のＩｎｔＳｅｒｖ方式による予約制御経路にＩＰパケットを送信することを特徴とする請求項１に記載のＩＰ通信装置。