JP2006303587A - 通信中継装置及びパケット種別判定方法 - Google Patents

通信中継装置及びパケット種別判定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 パケットがいずれのアプリケーションによって生成されたものであるか知ることができなくとも、各通信チャネルで送受信されるパケットの送信順序を、該パケットの遅延の許容度に応じて制御すること。
【解決手段】 複数の通信チャネルにおいてそれぞれ送受信されるパケットを中継する基地局装置2は、前記複数の通信チャネルにかかる送信側からのパケットを順次取得し、前記取得されたパケットを取得された順序で受信側に送出する際、前記複数の通信チャネルのうち、双方向でパケットの送受信を行う通信チャネルの少なくとも一部についてそれぞれ両方向の通信量を取得し、前記取得される両方向の通信量の関係に基づいて、前記パケット順次取得手段におけるパケットの取得の順序を制御することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は通信中継装置及びパケット種別判定方法に関する。
RTP(Realtime Transport Protocol)やHTTP(Hypertext Transfer Protocol)のようなアプリケーションのプロトコルは、OSI参照モデルのトランスポート層以下の階層から独立であるように設計されている(例えばRFC1889やRFC2616)。一方、移動体通信システムのような通信網のプロトコルは、OSI参照モデルのセション層以上の階層から独立であるように設計されている(例えばITU-T X.25)。このように、アプリケーションのプロトコルと通信網のプロトコルとが独立であるようにしているため、任意の通信網において通信ごとに設定される通信チャネルにおいて、任意のアプリケーションによって生成されたパケットを送受信することが可能になっている。
なお特許文献1には、音声パケットと、通信帯域保証データパケットと、通常データパケットと、に分けてパケットをキューイングし、各キューに優先度を付けることにより音声パケットを優先的に通過させることに関する技術が記載されている。
特開2002−185503号公報
特許文献1にも記載されているように、パケット通信を行う通信網に含まれる各通信中継装置は、それぞれのセッションにおいて当該通信中継装置を通過するパケットを、一旦まとめてキューイングする。そして、通信区間が空いたら順次キューからパケットを取り出し、通信区間に送出する。このため、通信区間の混雑度によってパケットの到達に要する時間が異なる場合がある。以下では、パケットの到達に要する時間が所定量を超えて長くなっていることを、遅延が発生しているという。
遅延が発生すると、上記RTPによる通信の継続は困難になる。RTPは、VoIP(Voice over IP)やストリーミングのようにリアルタイムで送受信する必要のある通信データを送受信するためのプロトコルであるからである。一方、上記HTTPでは、多少の遅延が発生しても通信の継続が可能である。HTTPは、テキストデータやバイナリデータなどリアルタイムで送受信する必要性の少ない通信データを送受信するためのプロトコルであるからである。このように、アプリケーションによって遅延に対する許容度(遅延許容度)が異なっている。
しかしながら、上述のようにアプリケーションのプロトコルと通信網のプロトコルとは互いに独立であるため、従来の通信網に含まれる通信中継装置は、ある通信チャネルで送受信されているパケットがいずれのアプリケーションによって生成されたものであるか、知ることはできなかった。このため、パケットの遅延を検知した場合でもアプリケーションによって異なる処理をすることはできなかった。そうすると、遅延許容度の高いパケットを遅延させ、遅延許容度の低いパケットを優先的に送達すれば両方のパケットが送受信可能な場合であっても、遅延の許容度の高いパケットと遅延の許容度の低いパケットとが同じように送達されてしまう結果、遅延の許容度の低いパケットを送受信している通信チャネルが切断されてしまうことがあった。
このような状況は、特に移動体通信システムにおいて顕著である。すなわち、移動体通信システムの無線区間はフェージングなど通信状態が不安定であることが多く、パケットの再送が有線区間に比べ頻繁に行われ、パケットの遅延が発生しやすい。にも関わらず、通信中継装置としての基地局装置は、通信チャネルで送受信されるパケットがいずれのアプリケーションによって生成されたものであるか知ることができないため、各通信チャネルで送受信されるパケットの送信順序を、該パケットの遅延の許容度に応じて制御することはできなかった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、パケットがいずれのアプリケーションによって生成されたものであるか知ることができなくとも、各通信チャネルで送受信されるパケットの送信順序を、該パケットの遅延の許容度に応じて制御することを可能にする通信中継装置及びパケット種別判定方法を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明に係る通信中継装置は、複数の通信チャネルにおいてそれぞれ送受信されるパケットを中継する通信中継装置において、前記複数の通信チャネルにかかる送信側からのパケットを順次取得するパケット順次取得手段と、前記取得されたパケットを、取得された順序で受信側に送出する送出手段と、前記複数の通信チャネルのうち、双方向でパケットの送受信を行う通信チャネルの少なくとも一部について、それぞれ両方向の通信量を取得する通信量取得手段と、前記取得される両方向の通信量の関係に基づいて、前記パケット順次取得手段におけるパケットの取得の順序を制御する取得順序制御手段と、を含むことを特徴とする。
一般に、VoIPにおける音声パケットのように、双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データの通信では、一方方向の通信量と、他方方向の通信量と、が略等しくなる。一方、ストリーミングやテキストデータ及びバイナリデータの送受信では、一方方向の通信量が、他方方向の通信量を大きく上回る。本発明によれば、両方向の通信量を取得し、取得した両方向の通信量の関係に基づいてパケットの取得の順序を制御することができるので、例えば一方方向の通信量と他方方向の通信量の差が所定量以上である場合や、一方方向の通信量と他方方向の通信量の比が所定量以上である場合など、両方向の通信量の関係に応じて、通信量を取得した通信チャネルで送受信されるパケットが双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データにかかるものであるか否かを判断することができ、双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データにかかるパケットを送受信している通信チャネルで送受信されるパケットを、他の通信チャネルで送受信されるパケットに比べて早めに取得して送出するよう、パケットの取得順序を制御することができるようになる。
また、上記通信中継装置において、前記通信量取得手段により取得される両方向の通信量がともに所定量を上回るか否かを判断する判断手段、をさらに含み、前記取得順序制御手段は、前記判断手段によりともに所定量を上回ると判断されるか否かに応じて、前記パケット順次取得手段におけるパケットの取得の順序を制御する、こととしてもよい。
VoIPにおける音声パケットのように、双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データは、通常、通信量が比較的大きくなる。本発明によれば、送受信とも通信量が所定量を上回るか否かに応じてパケットの取得の順序を制御することができるので、たまたま送受信ともに通信量が少ないためにその差が小さい通信チャネルと、双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データにかかるパケットを送受信している通信チャネルと、を区別して取り扱うことができるようになる。
また、通信中継装置において、前記取得順序制御手段は、前記通信量取得手段により取得される両方向の通信量に基づいて、前記各通信チャネルで送受信されるパケットの種別を判別するパケット種別判別手段、を含み、前記取得順序制御手段は、前記パケット種別判別手段により判別されるパケットの種別に基づいて、前記パケット順次取得手段におけるパケットの取得の順序を制御する、こととしてもよい。
また、本発明にかかるパケット種別判定方法は、複数の通信チャネルにおいてそれぞれ送受信されるパケットを中継する通信中継装置において、各通信チャネルで送受信されるパケットの種別を判別するパケット種別判定方法であって、前記複数の通信チャネルにかかる送信側からのパケットを取得するパケット取得ステップと、前記取得されたパケットを受信側に送出する送出ステップと、前記複数の通信チャネルのうち、双方向でパケットの送受信を行う通信チャネルの少なくとも一部について、それぞれ両方向の通信量を取得する通信量取得ステップと、前記取得される通信量に基づいて、前記各通信チャネルで送受信されるパケットの種別を判別するパケット種別判別ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施の形態に係る通信システム1の構成図である。通信システム1は、図1に示すように、移動局装置3と、基地局装置4と、通信ネットワーク5と、通信装置6と、を含んで構成されている。また、移動局装置3と、基地局装置4と、通信ネットワーク5の一部と、は移動体通信システム2を構成している。
基地局装置4は、図2に示すように、制御部10と、記憶部20と、ネットワークインターフェイス部30と、無線通信部40と、を含んで構成されている。
制御部10は、記憶部20に記憶されるプログラムを実行するための処理ユニットを備え、基地局装置4の各部を制御するとともに、通話やデータ通信に関わる処理を実行している。この処理の一部には、通信にかかるデータを一時的に記憶部20のキューに記憶するキューイング処理、及びキューイングしたデータを取り出す順序を制御する取得順序制御処理が含まれている。
記憶部20は、制御部10のワークメモリとして動作する。また、この記憶部20は、制御部10によって行われる各種処理に関わるプログラムやパラメータを保持している。また、記憶部20は、通信にかかるデータを一時記憶するためのキューを備えている。より具体的には、各通信について受信したデータを記憶する通信ごとのキュー(通信キュー)と、制御部10が各キューから取り出したデータを通信区間に送出する際に、一時的にデータを記憶するための通信区間ごとのキュー(通信区間キュー)と、を備えている。
ネットワークインターフェイス部30は、通信ネットワーク5と接続されており、通信ネットワーク5からのパケットを受信して制御部10に出力したり、制御部10の指示に従ってパケットを通信ネットワーク5に対して送信したりする。
無線通信部40は、アンテナを備え、移動局装置3が無線送信するパケットを各アンテナでそれぞれ受信して復調し、制御部10に出力する。また、制御部10から入力される指示に従って、制御部10から入力されるパケットを変調し、アンテナを介して無線区間に送出する。
移動局装置3は、基地局装置4が無線送信するパケットを受信し、また、基地局装置4に対しパケットを無線送信することにより、基地局装置4と通信を行う。移動局装置3の例としては、携帯電話端末、PHS端末、無線LAN端末が挙げられる。
通信ネットワーク5は、通信装置6その他のコンピュータ(不図示)と接続され、通信装置6や各コンピュータと、基地局装置4との間の通信を中継する。具体的には、移動体通信システムの交換機ネットワークであってもよいし、TCP/IP網であってもよい。
通信装置6は、通信ネットワーク5及び基地局装置4を介して移動局装置3と通信可能に構成されている。具体的には、移動局装置3との間でパケットの送受信を行う。
通常、移動局装置3と通信装置6は、それぞれ複数含まれる。各移動局装置3と各通信装置6は、所定のアプリケーションによって通信を行う。例えば、VoIPによる音声通信を行う場合には、移動局装置3及び通信装置6ともにVoIPアプリケーションを起動し、このVoIPアプリケーションが音声パケットを生成して送信を行い、また他方から受信される音声パケットに対して所定の処理(音声化など)を行う。VoIP以外でも、例えばテキストデータの通信を行う場合には、移動局装置3及び通信装置6ともにテキストアプリケーションを起動し、このテキストアプリケーションがデータパケットを生成して送信を行い、また他方から受信されるデータパケットに対して所定の処理(テキスト表示など)を行う。
基地局装置4は、各移動局装置3と各通信装置6の相互間の通信の中継を行う通信中継装置として機能する。より具体的には、制御部10は、各通信に通信チャネルを割り当て、複数の通信チャネルにかかる送信側からのパケットを、各通信についての通信キューにそれぞれキューイングする。そして、後述する取得順序制御処理により決定された順序で、各通信キューからパケットを取得する。制御部10は、取得したパケットを取得した順序で受信側に送出する。このように、基地局装置4は、各移動局装置3と各通信装置6の相互間の通信の中継を行う際、通信ごとの通信チャネルを利用して中継を行っている。
以下、本実施の形態にかかる基地局装置4の処理について詳細に説明する。なお、以下では、通信装置6から移動局装置3へ送信される信号を下り信号、移動局装置3から通信装置6へ送信される信号を上り信号、と称する。
まず、下り信号について説明する。ネットワークインターフェイス部30は、通信ネットワーク5から、通信装置6が送信したパケットを受信する。このとき、受信されるパケットには、そのパケットが送受信される通信チャネルを示す通信チャネル情報が含まれる。ネットワークインターフェイス部30は、受信したパケットを通信チャネル情報とともに制御部10に出力する。
制御部10は各通信の通信開始時に通信チャネルを割り当てる。一方、パケット通信ではタイムスロットや周波数キャリアなど、通信区間ごとの物理チャネルを複数の通信が共有する。つまり、複数の通信にかかるパケットは、単一の物理チャネルを経由して順次基地局装置4に到達し、順次単一の物理チャネルを使用して基地局装置4から通信区間に送出される。なお、基地局装置4に到達したパケットが順次送出される物理チャネルは、上りの場合には通信ネットワーク5と基地局装置4の間に設けられるものであり、下りの場合には無線区間に設けられるものである。このように物理チャネルは共有されるので、基地局装置4は時間や周波数などで通信を識別することができない。このため、基地局装置4は、これらの通信を識別するために通信チャネルを割り当て、通信チャネル情報によって各通信を識別している。
記憶部20の通信キューは、上り下りごと及び通信チャネルごとに設けられている。また、通信区間キューは物理チャネルごとに設けられている。下り信号に関しては、制御部10は、ネットワークインターフェイス部30から入力されたパケットを、各パケットが送受信される通信チャネルに対応する下り通信キューに格納する。制御部10は、各下り通信キューに格納したパケットを、取得順序制御処理により決定された順序で取り出す。そして、無線区間の物理チャネルを選択し、選択した物理チャネルに対応する通信区間キューに、取り出した順序でパケットを格納し、順に無線通信部40に出力する。
無線通信部40は、入力された順で、パケットに対して、選択された物理チャネルに応じた周波数変換や増幅処理を行い、アンテナから無線区間に送出する。
次に、上り信号について説明する。無線通信部40は、移動局装置3が無線送信したパケットを示す無線信号を受信する。このとき、受信される無線信号には、その無線信号が示すパケットが送受信される通信チャネルを示す通信チャネル情報が含まれる。無線通信部40は、受信したパケットを通信チャネル情報とともに制御部10に出力する。
制御部10は無線通信部40から入力されたパケットを、各パケットが送受信される通信チャネルに対応する上り通信キューに格納する。制御部10は、各上り通信キューに格納したパケットを、取得順序制御処理により決定された順序で取り出す。そして、通信ネットワーク5との間に設けられる物理チャネルを選択し、選択した物理チャネルに対応する通信区間キューに、取り出した順序でパケットを格納し、順にネットワークインターフェイス部30に出力する。
ネットワークインターフェイス部30は、入力された順で、パケットに対して、選択された物理チャネルに応じた周波数変換や増幅処理を行い、通信ネットワーク5に送出する。
以下、取得順序制御処理について説明する。上述のように、制御部10は各通信チャネルで送受信されるパケットを、上り下りごと及び通信チャネルごとの通信キューに一旦格納する。次に制御部10は、上りパケット通信量及び下りパケット通信量を通信チャネルごとに取得する。具体的には、通信キューを通過したパケット数を一定期間ごとにカウントすることにより、上りパケット通信量及び下りパケット通信量をカウントする。
ここで、パケット通信量について、図3及び図4を参照しながら説明する。図3はストリーミングやテキストデータ及びバイナリデータなどのデータアプリケーションによる通信の場合の通信装置6と移動局装置3の間で送受信されるIPパケットの例を示すシーケンス図である。図4は、VoIPなどの音声アプリケーションによる通信の場合の通信装置6と移動局装置3の間で送受信されるIPパケットの例を示すシーケンス図である。
図3に示すように、ストリーミングやテキストデータ及びバイナリデータの送受信では、下りパケット通信量が、上りパケット通信量を大きく上回る。また、メール送信など、場合によっては上りパケット通信量が、下りパケット通信量を大きく上回る。すなわち、上りパケット通信量と、下りパケット通信量と、が大きく異なる。
一方、図4に示すように、音声の送受信のように、双方向でリアルタイムに送受信する必要のあるパケットの通信では、上りパケット通信量と、下りパケット通信量と、が略等しくなる。
このように、データアプリケーションと音声アプリケーションとでは、上りパケット通信量と下りパケット通信量の相違量に違いがある。そこで制御部10は、上りパケット通信量と下りパケット通信量を比較することにより、各通信チャネルがデータアプリケーションによる通信なのか、音声アプリケーションによる通信なのか、を判定する。すなわち、各通信チャネルで送受信されるパケットの種別が、データパケットか、音声パケットか、を判定する。
より具体的には、制御部10は、上りパケット通信量と下りパケット通信量の差を通信チャネルごとに算出する。そして、その差が所定値以上である通信チャネルではデータアプリケーションによる通信が行われていると判定し、その差が所定値以内である通信チャネルでは音声アプリケーションによる通信が行われていると判定する。なお、ここでは差を用いて説明するが、例えば比が所定量以上であるか否かに基づいて、各通信チャネルにおいてデータアプリケーションによる通信が行われているか、音声アプリケーションによる通信が行われているか、判定することとしてもよい。
さらに、上記判定により音声アプリケーションによる通信が行われていると判定される通信チャネルであっても、上りパケット通信量と下りパケット通信量がそれぞれ所定値を上回っていない場合にはデータアプリケーションによる通信が行われていると判定することとしてもよい。
制御部10は、各通信チャネルがデータアプリケーションによる通信なのか、音声アプリケーションによる通信なのか、によって、上り通信キュー又は下り通信キューからパケットを取り出す順序を決定する。
この取得順序決定について、下り通信キューに関する具体的な例を挙げて説明する。ここでは、基地局装置4は、通信チャネルAと通信チャネルBにかかる通信の中継を行っているものとする。そして、通信チャネルAでは音声アプリケーションによる通信、通信チャネルBではデータアプリケーションによる通信、がそれぞれ行われているものとする。
このような場合、通信チャネルAにかかる下り通信キューに格納されるパケットは、通信チャネルBにかかる下り通信キューに格納されるパケットに比べ、優先的に取り出される。優先的な処理の例としては、制御部10が各下り通信キューから3回データを取り出すときに、通信チャネルAは2回、通信チャネルBは1回、というように、取り出す回数に差をつけることにより優先的に取り扱うことができる。
以上説明したように、制御部10は取得順序制御処理を行って、パケットを通信キューから取得する順序を制御している。そして、このようにすることにより双方向でリアルタイムに送受信する必要のあるパケットを送受信している通信チャネルであるか否かによって通信チャネルに優先順位を設けることを可能にしている。
以上説明した処理を、基地局装置4の処理のフロー図を参照しながら説明する。図5は、本実施の形態にかかる基地局装置4の処理フロー図である。同図は、各通信チャネルについて行われる処理を示している。
図5に示すように、制御部10は、まず上り方向に送信されるパケットの数を、逐次上りパケット通信量に加算する(S101)。同様に、下り方向に送信されるパケットの数を、逐次下りパケット通信量に加算する(S102)。そして、通信量加算のための計測時間が満了したか否かを判断し(S103)、S101及びS102の処理を計測時間満了まで繰り返す。計測時間が満了すると、上りパケット通信量と下りパケット通信量がともに所定量以上であるか否かを判断する(S104)。いずれかが所定量以上でなければ、当該通信チャネルではDATAセッション(データアプリケーションにより確立されたセッション)が張られ、データアプリケーションによる通信が行われていると判断する(S107)。一方、ともに所定量以上である場合には、上りパケット通信量と下りパケット通信量の差が所定量以下であるか否かを判断し(S105)、所定量以上であると判断した場合には、当該通信チャネルではデータアプリケーションによる通信が行われていると判断する(S107)。一方、所定量以下であると判断した場合には、当該通信チャネルではVoIPセッション(音声アプリケーションにより確立されたセッション)が張られ、音声アプリケーションによる通信が行われていると判断する(S106)。
制御部10は、各通信チャネルに対応付けて、VoIPセッションかDATAセッションかを記憶している。そして、当該通信チャネルについて判断したセッションが、記憶されているものと一致しているか否かを判断する(S108)。記憶しているものと一致していない場合、制御部10は、各優先制御機能に一致していない旨を通知する。各優先制御機能では、通信チャネルがVoIPセッションで音声アプリケーションによる通信が行われているか、DATAセッションでデータアプリケーションによる通信が行われているか、に応じて、上述したようなパケット取得順序の決定を行い、通信チャネルに優先順位を設ける。そして、設けた優先順位に従ってパケットを取得する。
S108における判断結果が、記憶しているものと一致していることを示す場合、或いは記憶しているものと一致していないことを示す場合に各優先制御機能に通知した後、上りパケット通信量と下りパケット通信量をクリアし(S110)、S101からの処理を繰り返すことにより、制御部10は基地局装置4が中継する通信にかかるパケットの取得順序制御処理を、定期的に行う。
以上のようにすることにより、各通信チャネルについて両方向の通信量を取得し、取得した両方向の通信量の関係に基づいてパケットの取得の順序を制御することができるので、例えば一方方向の通信量と他方方向の通信量の差が所定量以上である場合や、一方方向の通信量と他方方向の通信量の比が所定量以上である場合など、両方向の通信量の関係に応じて、通信量を取得した通信チャネルで送受信されるパケットが双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データにかかるものであるか否かを判断することができ、双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データにかかるパケットを送受信している通信チャネルで送受信されるパケットを、他の通信チャネルで送受信されるパケットに比べて早めに取得して送出するよう、パケットの取得順序を制御することができるようになる。
また、送受信とも通信量が所定量を上回るか否かに応じてパケットの取得の順序を制御することができるので、たまたま送受信ともに通信量が少ないためにその差が小さい通信チャネルと、双方向でリアルタイムに送受信する必要のある通信データにかかるパケットを送受信している通信チャネルと、を区別して取り扱うことができるようになる。
本発明の実施の形態に係る通信システムのシステム構成図である。 本発明の実施の形態に係る基地局装置のシステム構成図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムの処理のシーケンス図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムの処理のシーケンス図である。 本発明の実施の形態に係る基地局装置の処理のフロー図である。
符号の説明
1 通信システム、2 移動体通信システム、3 移動局装置、4 基地局装置、5 通信ネットワーク、6 通信装置、10 制御部、20 記憶部、30 ネットワークインターフェイス部、40 無線通信部。

Claims (4)

  1. 複数の通信チャネルにおいてそれぞれ送受信されるパケットを中継する通信中継装置において、
    前記複数の通信チャネルにかかる送信側からのパケットを順次取得するパケット順次取得手段と、
    前記取得されたパケットを、取得された順序で受信側に送出する送出手段と、
    前記複数の通信チャネルのうち、双方向でパケットの送受信を行う通信チャネルの少なくとも一部について、それぞれ両方向の通信量を取得する通信量取得手段と、
    前記取得される両方向の通信量の関係に基づいて、前記パケット順次取得手段におけるパケットの取得の順序を制御する取得順序制御手段と、
    を含むことを特徴とする通信中継装置。
  2. 請求項1に記載の通信中継装置において、
    前記通信量取得手段により取得される両方向の通信量がともに所定量を上回るか否かを判断する判断手段、
    をさらに含み、
    前記取得順序制御手段は、前記判断手段によりともに所定量を上回ると判断されるか否かに応じて、前記パケット順次取得手段におけるパケットの取得の順序を制御する、
    ことを特徴とする通信中継装置。
  3. 請求項1又は2に記載の通信中継装置において、
    前記取得順序制御手段は、前記通信量取得手段により取得される両方向の通信量に基づいて、前記各通信チャネルで送受信されるパケットの種別を判別するパケット種別判別手段、を含み、
    前記取得順序制御手段は、前記パケット種別判別手段により判別されるパケットの種別に基づいて、前記パケット順次取得手段におけるパケットの取得の順序を制御する、
    ことを特徴とする通信中継装置。
  4. 複数の通信チャネルにおいてそれぞれ送受信されるパケットを中継する通信中継装置において、各通信チャネルで送受信されるパケットの種別を判別するパケット種別判定方法であって、
    前記複数の通信チャネルにかかる送信側からのパケットを取得するパケット取得ステップと、
    前記取得されたパケットを受信側に送出する送出ステップと、
    前記複数の通信チャネルのうち、双方向でパケットの送受信を行う通信チャネルの少なくとも一部について、それぞれ両方向の通信量を取得する通信量取得ステップと、
    前記取得される通信量に基づいて、前記各通信チャネルで送受信されるパケットの種別を判別するパケット種別判別ステップと、
    を含むことを特徴とするパケット種別判定方法。
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