JP2007243308A - 通信品質制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＣＰのようなデータ転送量が動的に変化する通信プロトコルに対しても、ある時間内における転送データ量の保証を可能にする。
【解決手段】アプリケーションの送信するパケットの転送品質を保証するネットワークにおいて、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４は品質保証要求を受信し、品質保証要求に必要なネットワークリソースであるデータ転送速度ＣＩＲとバーストサイズＣＢＳを算出し、ＣＩＲとＣＢＳが確保可能か否かの判定を行い、可能であれば対象のフローが経由するエッジルータ１０２の設定を更新し、品質保証要求のレスポンスを要求元に送信し、品質保証されたフローは、Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワークで確保されたＣＩＲ、ＣＢＳのトラフィック規定の範囲であれば、パケットの破棄は生じず、規定を超えたパケットについてはエッジルータにおいて破棄される。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信ネットワークにおけるルータのようなパケット中継装置の品質制御技術に関し、特にＴＣＰのようなデータ転送量が動的に変化する通信プロトコルに対して、ある時間内における転送データ量を保証することができる通信品質制御方法および装置に関する。

近年のインターネットに代表される通信ネットワークの発展に伴って、音声や映像をＩＰネットワーク上で転送するＩＰ電話やテレビ会議システムのようなアプリケーションが利用されるようになってきている。このようなアプリケーションは、パケットのロスや遅延の影響によって音声品質、映像品質が劣化するため、ＩＰネットワーク上で通信品質の保証が必要である。通信品質の保証技術としては、品質制御を行うＤｉｆｆｓｅｒｖ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）と帯域管理を行うＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒを組み合わせた方式（以下、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式）がＩＰネットワーク上の品質保証技術の主流となっており、通信品質としてデータ転送速度とバースト量の保証を行っている。

品質保証の仕組みについては、特開２００４−３２０４８９（特許文献１参照）に記載の『ネットワークの品質制御方法』がある。これは、ＩＰの経路制御プロトコルを用いて、バースト特性と統計多重効果の影響を考慮した受付制御を行うもので、利用者がサービス要求を行う際に、サービス要求内容とともに、長時間平均レート、瞬最大レート、バーストパラメータを帯域管理サーバに通知すると、帯域管理サーバは、提供されるアプリケーションのストリームが経由するリンクを特定し、通知されたバーストパラメータを用いて特定されたリンクについてパケットロス率を算出し、算出されたロス率と所定の基準値を比較して、ロス率が基準値以下の場合には当該サービス要求を許可する方法である。

また、特開２００５−７３１０６（特許文献２参照）に記載の『ＱｏＳ制御システムおよびＱｏＳ制御方法』は、ＩＰネットワーク上でセッション制御によるリソース確保型の高品質な通信サービスをスケーラブルで、リソース確保にかかる遅延を最小にしたもので、ユーザ端末Ａからのセッション確立要求メッセージとユーザ端末Ｂからのセッション確立応答メッセージを受信して、ユーザ端末Ａ，Ｂのアドレス情報と確保するリソース情報とをリソース管理部に通知するセッション制御部と、通知された情報に基づき、リソース予約の可否を判定し、判定結果をセッション制御部に通知するリソース管理部とを具備している。

また、特開２００５−１２６５５（特許文献３参照）に記載の『ＳＩＰセッション制御によるＣＤＮにおけるＱｏＳ保証方法とＱｏＳ保証システムおよび端末装置とコンテンツ配信サブシステムとＳＩＰセッション制御サブシステムならびにプログラム』がある。
これは、汎用性と経済性の高いＱｏＳ保証を行うストリーミングコンテンツ等の配信システムであって、端末がサブシステムにセッションの確立を要求すると、サブシステムはコンテンツ配信サブシステムから当該コンテンツの視聴に必要な帯域の情報を取得し、帯域制御サブシステムに当該帯域情報に含まれる帯域値の帯域予約の要求を行い、帯域制御サブシステムで確保された帯域でコンテンツ配信サブシステムから端末装置に当該コンテンツを送信している。

特開２００４−３２０４８９ 特開２００５−７３１０６ 特開２００５−１２６５５

前述のＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式において、音声や映像のようなある一定のパターンでデータを転送するアプリケーションについては、音声品質や映像品質を保証することが可能である。一方、ＴＣＰのようなデータ通信においても通信品質を保証することで、ＴＣＰスループットの向上や保証が考えられるが、ＴＣＰのようなデータ転送量が動的に変化するような通信では、通信プロトコルのレート制御方式に適合した通信品質保証を行わなければ、スループットの保証を行うことは困難である。
また、通信品質の保証を行う場合、通常は保証するフローに対してネットワーク側でデータ転送速度とバーストサイズの上限値が制限されるため、この２つのパラメーターの設計値が悪い場合には、通信品質の保証を行わない場合と比較して、スループットが低下する可能性がある。

（目的）
本発明の目的は、前記問題点を解消し、ＴＣＰのようなデータ転送量が動的に変化する通信プロトコルに対しても、ある時間内における転送データ量を保証することが可能な通信品質制御方法および装置を提供することにある。

本発明は、アプリケーションの送信するパケットの転送品質を保証するネットワークにおいて、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒは品質保証要求を受信し、品質保証要求に必要なネットワークリソースであるデータ転送速度ＣＩＲとバーストサイズＣＢＳを算出し、ＣＩＲとＣＢＳが確保可能か否かの判定を行い、可能であれば対象のフローが経由するエッジルータの設定を更新し、品質保証要求のレスポンスを送信し、品質保証されたフローは、Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワークで確保されたＣＩＲ、ＣＢＳのトラフィック規定の範囲であれば、パケットの破棄は生じず、規定を超えたパケットについてはエッジルータにおいて破棄される。

本発明によるポリサーの算出方法は、アプリケーションの送信するパケットの転送品質を保証するネットワークにおいて、品質保証要求を処理する方法であって、フローの品質保証要求に対して、ネットワークのエッジルータで保証するべき保証品質値を、フローで用いられるプロトコル情報と、ネットワーク内の最大パケット往復遅延時間と、フローの要求するスループット値から算出する。

本発明によるキュー長の算出方法は、上記ポリサーの算出方法により算出されたフローの品質保証値からネットワークのエッジルータで必要な出力キューの長さを算出する。

本発明による往復遅延時間ＲＴＴの算出方法は、上記品質保証値の算出に必要なコンピュータ間のパケット往復遅延時間の情報を、１）ネットワーク設計時に任意のコンピュータ間の最大往復遅延時間を決定する方法、２）通信を行う前にコンピュータ間で往復遅延時間の測定を行う方法、３）ネットワークをいくつかのエリアに分割して管理し、エリア間の最大往復遅延時間をネットワーク設計時に決めるか、定期的な測定によりエリア間の最大往復遅延時間の情報を取得する方法、４）エッジルータもしくはコンピュータが定期的に他のすべてのコンピュータ・エッジルータと遅延時間の測定を行う方法、５）通信時に、データパケットの送信時刻とそれに対応するＡＣＫパケットの受信時刻からコンピュータ間の遅延時間を測定する方法、のいずれかによって取得する。

本発明によれば、ＴＣＰのようなデータ転送量が動的に変化する通信プロトコルに対して、ある時間内における転送データ量を保証することが可能である。

以下、本発明の原理および実施例を、図面により詳細に説明する。
（原理）
（保証品質値の決定）
Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式は、ＴＣＰのようにＩＰアドレスとポート番号によって特定できるようなフローに対して、データ転送速度ＣＩＲとバーストサイズＣＢＳで規定されるネットワークにおける転送品質を保証する仕組みを提供するものである。
本発明は、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式において、ＴＣＰのような転送データ量が動的に変化するプロトコルのスループットを保証するために、データ転送速度ＣＩＲ、バーストサイズＣＢＳの品質保証値を算出するものである。
以下、その算出手順について説明する。ＴＣＰの輻輳回避状態における平均スループットＸは、最大送信パケット数Ｗ、往復遅延時間ＲＴＴ、ペイロード長ＳＺから算出することができ、下記（式１）で表わされる。
Ｘ＝ｆ（Ｗ，ＳＺ，ＲＴＴ） ・・・・・・・・・・・（式１）

Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式で管理されたネットワークでは、品質保証されるフローはデータ転送速度ＣＩＲ、バーストサイズＣＢＳのパラメータによってネットワークへの流入量が制限されるため、送信パケット数Ｗで周期的にパケット廃棄が起こる。このため、最大送信パケット数Ｗから往復遅延時間ＲＴＴにおける平均ウィンドウサイズＷが求まり、これにペイロード長ＳＺを掛けることで、単位時間当たりのバイト数である平均スループットが求まる。例えば、ＴＣＰＮｅｗＲｅｎｏの場合、スロースタート後の輻輳回避状態において、ホスト間の往復遅延時間（ＲＴＴ）毎に送信パケット数を１増やし、パケットロスが起きたとき送信パケット数を半分にするというレート制御方式であるため（後述の図５参照）、送信パケット数がＷのときにネットワーク上でパケット廃棄が起きる場合、スループット関数ｆは下記（式２）のように表される。

３ ＳＺ
ｆ（Ｗ，ＳＺ，ＲＴＴ）＝━━Ｗ・━━ ・・・・・・・（式２）
４ ＲＴＴ

（式１）・（式２）より、スループットＸを満たすための送信パケット数Ｗは、下記（式３）のように求められる。

４ ＲＴＴ
Ｗ＝━━Ｘ・━━━ ・・・・・・・・・・・・・・・・・（式３）
３ ＳＺ

ＴＣＰはＲＴＴ毎に送信可能なパケット数をバースト的に送信するため、（式３）で求めた送信パケット数Ｗがネットワークで保証するべきバーストサイズＣＢＳとなる。（式３）のバーストサイズＣＢＳでは、ＴＣＰペイロード長ＳＺでバースト量を計算しているが、ＩＰパケット長でバースト量を計測するエッジルータでは、ＳＺをＩＰパケット長の値で計算する必要がある（後述の図６参照）。

ＣＢＳ＝Ｗ・ＳＺ ・・・・・・・・・・・・・・・・（式４）

そして、送信パケット数ＷのときがＲＴＴの時間内で最も送信データ量が多くなるときであり、このときの送信データ速度（ＣＢＳ／ＲＴＴ）がネットワークで保証するべき転送速度ＣＩＲとなる。
ＣＢＳ
ＣＩＲ＝━━━ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式５）
ＲＴＴ

（キュー長の決定）
品質保証された各フローが流入量制御後に同一の出力キューに格納される場合、出力キューにおいてキュー溢れが起きないようにする必要がある。品質保証された各フローｉは、最大ＣＢＳ_ｉのバースト的なパケットを送信するため、各フローのバーストが重なった場合でもキュー溢れを起こさないように、出力キューのサイズＬを各フローのバーストサイズの合計値にする必要がある。
n
Ｌ＝ΣＣＢＳ_ｉ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（式６）
i=1

（ＲＴＴの決定）
数式１〜数式５にはホスト間の往復遅延時間であるＲＴＴが含まれている。（式１）で表わされるように、ＴＣＰのスループットはＲＴＴによって変化するため、本発明では、ホスト間の最大往復遅延時間の値を以下の方法によって通信前に取得する。
１）ネットワーク設計時に任意のコンピュータ間の最大往復遅延時間が決められている。
２）通信を行うコンピュータ間で往復遅延時間の測定を行い、品質保証要求に往復遅延時間の情報を付加して、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒに送信する。
３）Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒがネットワークを管理上いくつかのエリアに分割して管理し、エリア間の最大往復遅延時間がネットワーク設計時に決められているか、定期的な測定によりエリア間の最大往復遅延時間の情報を持っている。そして、品質保証要求の受信時に、品質保証を行うコンピュータが属する２つのエリアを管理情報から特定し、往復遅延時間の情報を取得する。
４）エッジルータもしくはコンピュータが定期的に他のコンピュータ・エッジルータと遅延時間の測定を行い、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒが測定データの情報を持っている。そして、品質保証要求の受信時に、品質保証を行うコンピュータ間の往復遅延時間の測定値を取得する。
５）通信時に、データパケットの送信時刻とそれに対応するＡＣＫパケットの受信時刻からコンピュータ間の遅延時間を測定する。

品質保証通信を行うホスト間のＲＴＴが最大往復遅延時間の値よりも小さい場合には、目標スループットＸよりも実際のＴＣＰスループットは高くなる。しかし、転送速度ＣＩＲより速い送信速度ではパケット廃棄が起こるため、実際のＴＣＰスループットはＸ以上、ＣＩＲ以下の範囲となる。

（実施の形態）
（原理動作）
図１は、本発明で想定するＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式のネットワークの構成図である。
端末のコンピュータ１０１−Ａ，１０１−Ｂは、アクセス回線等を通してＤｉｆｆｓｅｒｖネットワークのエッジルータ１０２−Ａに接続され、Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワーク内は、コアルータ１０３−Ａおよび通信相手の接続されているエッジルータ１０２−Ｂをを経由して、通信相手の端末コンピュータ１０１−Ｃとの間でデータの送受信を行う。
Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワーク内では、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４が、各エッジルータ１０２−Ａ，１０２−Ｂを制御する。
データはパケットに分割されてネットワーク上を転送される。

図２は、本発明の一実施例に係るＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒとエッジルータのブロック構成図である。
Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式では、通信品質を保証するフローは、フローの通信前、もしくは通信中にユーザの申告やフローの自動検出等により識別され、送信元端末コンピュータ１０１−Ａ，Ｂや他の装置からＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１に品質保証の要求が送られる。Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１は、品質保証要求を品質保証要求受付部２でこれらの要求を受信し、品質保証要求に必要なネットワークリソースを保証品質決定部３で算出する。

ネットワークリソースとは、データ転送速度ＣＩＲとバーストサイズＣＢＳのことである。算出されたＣＩＲとＣＢＳが確保可能か否かをネットワークリソース管理部４で判定し、可能であれば対象のフローが経由するエッジルータ５の設定を更新し、品質保証要求受付部２が品質保証要求のレスポンスを送信する。品質保証されたフローは、Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワークで確保されたデータ転送速度ＣＩＲ、バーストサイズＣＢＳのトラヒット規定の範囲であれば、パケットの廃棄は生じないことが保証される。ＣＩＲ、ＣＢＳの規定を超えたパケットについては、送信元コンピュータが接続されているエッジルータ５において廃棄される。

このように、図２に示すＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１は、送信元コンピュータや他の装置から品質保証の要求が送られると、該品質保証要求を受信するとともに、品質保証を行った後に、品質保証要求の発信元に品質保証を行ったことを通知する品質保証要求受付部２と、
ネットワークのトポロジとリソースの情報が格納されたネットワークトポロジ情報（ファイル）７の情報とを比較することにより、算出されたＣＢＳ、ＣＩＲ、キュー長の値をネットワークの経路上で前記ＣＢＳ、ＣＩＲ、キュー長のリソースが確保可能か否かの判定を行い、保証品質を決定する保証品質決定部３と、リソース確保が可能であると判定された場合、エッジルータを設定し、要求のあったフローを送受信アドレスから識別するように登録し、前記登録されたフローに対してＣＩＲ，ＣＢＳを保証するように設定を行うネットワークリソース管理部４と、品質保証を行ったフローを登録する品質保証フロー情報（ファイル）６とを設けている。

（ＲＴＴ決定の動作）
図３は、図２における保証品質決定部のブロック構成図である。
保証品質決定部３は、最大往復遅延時間３１，プロトコル情報３２，および最大パケット長３３の各ファイルと、それらのファイルの内容を参照することにより、外部から流入した流入量を決定する流入量決定部３０と、流入量決定部３０からの出力を受け取り、そのキュー長を決定するキュー長決定部３４とから構成される。
保証品質決定部は、ホスト間の最大往復遅延時間の値を以下の方法により取得し、保証品質決定部３の最大往復遅延時間３１に格納する。最大往復遅延時間３１は、前記（式１），（式２），（式３），（式５）におけるＲＴＴとして、使用される。

１．端末コンピュータ１０１−Ａと１０１−Ｃの往復遅延時間がＤｉｆｆｓｅｒｖネットワーク内の最大往復遅延時間であり、この値が最大往復遅延時間３１に格納される。この場合、最大往復遅延時間３１は全ての品質保証通信において共通の値として使われる。

２．通信を行う端末コンピュータ間、例えば端末コンピュータ１０１−Ａと１０１−Ｃにおいて、ｐｉｎｇのようなパケットの送信と受信によって往復遅延時間の測定を行い、端末コンピュータ１０１−Ａの品質保証要求に往復遅延時間の測定情報を付加して、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４に送信する。Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４は、品質保証要求の往復遅延時間情報を最大往復遅延時間３１に格納する。この場合、最大往復遅延時間３１は品質保証要求時毎に値が変わる。

３．Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４がＤｉｆｆｓｅｒｖネットワークを管理する上で、例えばエッジルータ１０２−Ａ，１０２−Ｂをそれぞれ単位としたエリアに分割して管理し、エリア間の最大往復遅延時間がネットワーク設計時に決められているか、例えばエッジルータ１０２−Ａ，１０２−Ｂ間の定期的なｐｉｎｇによる測定によってエリア間の最大往復遅延時間の情報が最大往復遅延時間３１に格納されている。そして、品質保証要求の受信時に、品質保証を行うコンピュータ、例えば端末コンピュータ１０１−Ａと１０１−Ｃが属する２つのエリア、１０２−Ａと１０２−Ｂを管理情報から特定し、往復遅延時間の情報を最大往復遅延時間３１から取得する。この場合、最大往復遅延時間３１はエリア間毎の最大往復遅延時間の情報を持っている。

４．エッジルータ１０２−Ａ・１０２−Ｂ、もしくは端末コンピュータ１０１−Ａ・１０１−Ｂ・１０１−Ｃが定期的に他のコンピュータ・エッジルータとｐｉｎｇによる遅延時間の測定を行い、最大往復遅延時間３１に測定データが格納されている。そして、品質保証要求の受信時に、品質保証を行うコンピュータ間の往復遅延時間の測定値を最大往復遅延時間３１から取得する。この場合、最大往復遅延時間３１はコンピュータ毎の最大往復遅延時間の情報を持っている。

５．通信を行う端末コンピュータ間、例えば端末コンピュータ１０１−Ａと１０１−Ｃにおいて、既に通信を行っているＴＣＰセッションのデータパケットとそれに対応するＡＣＫパケットの送受信時刻の差を往復遅延時間として計算し、端末コンピュータ１０１−Ａの品質保証要求に往復遅延時間の情報を付加して、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４に送信する。Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４は、品質保証要求の往復遅延時間情報を最大往復遅延時間３１に格納する。この場合、最大往復遅延時間３１は、品質保証要求時毎に値が変わる。

図４は、品質保証要求に含まれる情報の説明図である。
図４に示すように、フロー識別情報とは、アドレス情報、フロー識別子等のフローを識別するための情報である。
プロトコル情報とは、ＴＣＰ ＮｅｗＲｅｎｏ，Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ＴＣＰ等のプロトコル名である。
スループット値とは、該当フローで保証したいスループット値のことである。
往復遅延時間とは、品質保証を行うコンピュータ間の往復遅延時間の測定値（コンピュータ間で測定する場合にのみ使用）である。

（ＣＩＲ・ＣＢＳの決定動作）
図５は、ＴＣＰ Ｎｅｗ Ｒｅｎｏの送信パケット数変化の例を示す図である。
品質保証要求は、図５に示す情報を含んだパケットで、フローの送信元コンピュータやサービスを提供しているサーバ等からＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４に送信され、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４の品質保証要求受付部２で受信される。

ＣＩＲとＣＢＳの値は、保証品質決定部３の流入量決定部３０において、品質保証要求受付部２から渡された品質保証要求、最大往復遅延時間３１、プロトコル情報３２、最大パケット長３３の値から、上記（式１）〜（式５）を解くことで算出される。プロトコル情報３２は、プロトコルのレート制御方式から同時送信パケット数を求める式を格納してあるリストであり、上記（式３）に相当するプロトコル毎の同時送信パケット数が格納されている。最大パケット長３３は、Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワークで送信できるパケットの最大長であり、最大往復遅延時間と同様にＤｉｆｆｓｅｒｖネットワーク設計時に値が決められ、格納されているものとする。最大パケット長３３は、上記（式１），（式２），（式３），（式４）におけるＳＺとして使用われる。

前述のように、例えば、ＴＣＰＮｅｗＲｅｎｏの場合、スロースタート後の輻輳回避状態において、ホスト間の往復遅延時間（ＲＴＴ）毎に送信パケット数を１増やし、パケットロスが起きたとき送信パケット数を半分にするというレート制御方式であるため、パケット送信数は、図５に示すように、送信パケット数Ｗとその半分であるＷ／２の間を往復する形（平均３Ｗ／４）で送信される。

図６は、パケット構造（ＴＣＰ）を示す図である。
ここで扱われるパケットは、ＩＰヘッダとＩＰペイロードから構成され、さらにＩＰペイロードは、ＴＣＰッダとＴＣＰペイロードに分けられる。
前述のように、ＴＣＰはＲＴＴ毎に送信可能なパケット数をバースト的に送信するため、上記（式３）で求めた送信パケット数Ｗがネットワークで保証するべきバーストサイズＣＢＳとなる。上記（式３）のバーストサイズＣＢＳでは、ＴＣＰペイロード長ＳＺでバースト量を計算しているが、ＩＰパケット長でバースト量を計測するエッジルータでは、ＳＺをＩＰパケット長の値で計算する必要がある。

（キュー長の決定動作）
品質保証要求によって必要となるキュー長は、キュー長決定部３３によって、流入量決定部３０において算出されたＣＢＳと品質保証フロー情報６から既に品質保証により確保されているＣＢＳの値から、上記（式６）を用いて算出される。

（要求の受付判定動作）
流入量決定部３０とキュー長決定部３３によって算出されたＣＩＲ，ＣＢＳ，キュー長は、ネットワークリソース管理部４によって、Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワーク内の空きリソースとの比較によって判定がされる。リソースの空きがある場合には、エッジルータ５に対して設定の更新がされ、品質保証の対象となるフロー情報を品質保証フロー情報６に追加する。

（実例動作）
次に、実際に動作させた場合の例を説明する。
図１に示すように、２台のエッジルータ１０２−Ａ・１０２−Ｂと２台のコアルータ１０３−Ａ・１０３−ＢからＤｉｆｆｓｅｒｖネットワークが構成されており、１台のＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４がＤｉｆｆｓｅｒｖネットワークの各リンクの帯域と各ルータのキュー長を管理している。
Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワークに接続されているコンピュータ間の最大往復遅延時間は６０ｍｓ、転送可能な最大パケット長は１５００バイトと設計時に決められており、保証品質決定部３の最大往復遅延時間３１と最大パケット長３３にそれぞれ格納されている。

また、品質保証通信で想定されるプロトコルはＴＣＰ ＮｅｗＲｅｎｏであり、上記（式３）の同時送信パケット数の算出式がプロトコル情報３２に格納されている。ここで、端末コンピュータ１０１−Ａが他の端末コンピュータ１０１−Ｃと通信を行う場合、エッジルータ１０２−Ａ、コアルータ１０３−Ａ、エッジルータ１０２−Ｂを経由してパケットの送受信が行われる。このとき、端末コンピュータ１０１−Ａ・１０１−Ｃ間の通信品質を保証したい場合、通信前、もしくは通信中に、端末コンピュータ１０１−Ａや１０１−Ａが利用しているサービスのサーバ等、通信品質の保証を行いたいフローを認識できるいずれかの装置によって、品質保証要求のパケットがＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４に送信される。

図７は、品質保証要求の例を示す図である。また、図８はＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒにおける品質保証処理の動作フローチャートである。
品質保証要求のパケットは、図７に示す情報を持っており、ＴＣＰ ＮｅｗＲｅｎｏを用いて１００Ｍｂｐｓのスループットを要求している。
Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ１０４では、品質保証要求受付部２によって受信された品質要求パケットの内容が保証品質決定部３に渡され（ステップ８１）、保証品質決定部３の流入量決定部３０においてネットワークで必要になるリソースＣＩＲ、ＣＢＳが算出され（ステップ８２）、キュー長決定部３４においてキュー長が算出される（ステップ８３）。各値は、上記（式３）〜（式６）を用いて、以下のように算出される。

流入量決定部３０では、プロトコル情報３２が持っている上記（式３）より、スループットＸから送信パケット数Ｗを算出する。
４ ＲＴＴ ４ ０．０６
Ｗ＝━━Ｘ・━━━＝━━ （１００００００００／８）・━━━━━＝ ６６７
３ ＳＺ ３ １５００

次に、上記（式４）より同時送信パケット数ＷからバーストサイズＣＢＳを算出する。
ＣＢＳ＝Ｗ・ＳＺ＝６６７・１５００＝１０００．５ＫＢ

次に、上記（式５）よりＣＢＳからＣＩＲを算出する。
ＣＩＲ＝ＣＢＳ／ＲＴＴ＝８・１０００５００／０．０６＝１３３．４Ｍｂｐｓ

キュー長決定部３４では、品質保証フロー情報６に格納されている既に品質保証されているフローのＣＢＳの値と、上記流入量決定部３０において算出されたＣＢＳの値を用いて、上記（式６）よりキュー長Ｌを算出する。ここで、他の品質保証を行っているフローはないものとし、流量決定部３０において算出されたＣＢＳの値からキュー長Ｌを算出する。
l
Ｌ＝Σ ＣＢＳ_ｉ＝１０００．５ＫＢ
i=1

以上、算出されたＣＢＳ、ＣＩＲ、キュー長の値をネットワークの経路上で前記ＣＢＳ、ＣＩＲ、キュー長のリソースが確保可能か否かの判定を行う（ステップ８４）。リソース確保の判定は、ネットワークのトポロジとリソースの情報が格納されたネットワークトポロジ情報７の情報と比較して行われる。ネットワークリソース管理部４において、リソース確保が可能であると判定された場合、エッジルータを設定し（ステップ８６）、ここではエッジルータ１０２−Ａと１０２−Ｂに対して、要求のあったフローを送受信アドレスから識別するように登録し、前記登録されたフローに対してデータ転送速度ＣＩＲ１３３．４Ｍｂｐｓ、バーストサイズＣＢＳ１０００．５ＫＢを保証するように設定を行う。

また、出力キュー長Ｌが１０００．５ＫＢよりも小さい場合には、出力キュー長Ｌを１０００．５ＫＢに設定する。ネットワークリソース管理部４は、エッジルータ設定後に、品質保証を行ったフローを品質保証フロー情報６に登録する（ステップ８７）。
最後に、品質保証要求受付部２は、品質保証要求の発信元に品質保証を行ったことを通知する（ステップ８８）。なお、ネットワークに空きリソース有りか否かを判定した結果、無い場合には、品質保証要求の発信元に品質保証失敗の通知を行う（ステップ８５）。

（評価）
図９は、本発明の方式と非最適化方式の評価結果を示す図である。
本発明は、Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式における品質制御機能であって、ＴＣＰのようなデータ転送量が動的に変化する通信プロトコルに対して、ある時間内における転送データ量を保証するものである。

本発明の効果を示すために、上記実施例と同じネットワーク構成でシミュレーションによる評価を行った。評価では、本発明の方式によって算出したデータ転送速度ＣＩＲ１３３．４Ｍｂｐｓ・バーストサイズＣＢＳ１０００．５ＫＢ・出力キュー長１０００．５ＫＢの値を用いて品質保証を行った場合と、前記ＣＩＲ・出力キューは同じであるが、バーストサイズＣＢＳが５００ＫＢでＴＣＰに最適化されていない場合において、目標ＴＣＰスループット１００Ｍｂｐｓに対する達成度合いの比較を行った。
評価における品質保証要求は、端末コンピュータ１０１−Ａと１０１−Ｃ間のＴＣＰ ＮｅｗＲｅｎｏのフローにおいて１００Ｍｂｐｓのスループットを保証する要求である。

図９はでは、前記２つの方式によって品質保証を行ったときの５分間のスループット変化の結果を示している。
図９からも明らかなように、本発明の方式（実線）では、目標スループットに対して最適なデータ転送速度ＣＩＲ１３３Ｍｂｐｓ、バーストサイズＣＢＳ１０００．５ＫＢを保証しているため、平均スループットは１００．７８Ｍｂｐｓであり、目標スループットと一致した。

これに対して、非最適化方式（破線）では、バーストサイズＣＢＳがＴＣＰに最適されていないため、データ転送速度ＣＩＲは１３３Ｍｂｐｓであるが、バーストサイズＣＢＳの制限によりロスが発生し、往復遅延時間６０ｍｓに対して十分な同時パケット送信数Ｗが得られなかった。そのため、平均スループットは５６．７３Ｍｂｐｓと目標スループットの約半分程度となっている。

本発明で想定するＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ品質保証方式のネットワークの構成図である。 本発明の一実施例に係るＢａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒとエッジルータのブロック構成図である。 本発明の一実施例に係る保証品質決定部のブロック構成図である。 品質保証要求に含まれる情報の説明図である。 ＴＣＰ ＮｅｗＲｅｎｏの送信パケット数変化の例を示す図である。 パケット構造（ＴＣＰ）を示す図である。 品質保証要求の例を示す図である。 Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒにおける品質保証処理の動作フローチャートである。 本発明の方式と非最適化方式の評価結果を示す図である。

符号の説明

１ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ
２ 品質保証要求受付部
３ 保証品質決定部
４ ネットワークリソース管理部
５ エッジルータ
６ 品質保証フロー情報
７ ネットワークトポロジ情報
３０ 流入量決定部
３１ 最大往復遅延時間
３２ プロトコル情報
３３ 最大パケット長
３４ キュー長決定部
１０１−Ａ，１０１−Ｂ，１０１−Ｃ 端末コンピュータ
１０２−Ａ，１０２−Ｂ エッジルータ
１０３−Ａ，１０３−Ｂ コアルータ
１０４ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒ

Claims (5)

1. アプリケーションの送信するパケットの転送品質を保証するネットワークの通信品質制御方法において、
   Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒは、該ネットワークに接続されたコンピュータから品質保証要求を受信し、品質保証要求に必要なネットワークリソースであるデータ転送速度（ＣＩＲ）とバーストサイズ（ＣＢＳ）を算出し、
   算出された前記ＣＩＲとＣＢＳが確保可能か否かの判定を行い、
   判定の結果、可能であれば対象のフローが経由するエッジルータの設定を更新し、
   品質保証要求のレスポンスを要求元のコンピュータに送信し、
   品質保証されたフローは、Ｄｉｆｆｓｅｒｖネットワークで確保されたＣＩＲ、ＣＢＳのトラフィック規定の範囲であれば、パケットの破棄は生じず、規定を超えたパケットについてはエッジルータにおいて破棄することを特徴とする通信品質制御方法。
2. 請求項１に記載の通信品質制御方法において、
   前記Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒは、フローの品質保証要求に対して、ネットワークのエッジルータで保証するべき保証品質値を、フローで用いられるプロトコル情報と、ネットワーク内の最大パケット往復遅延時間と、フローの要求するスループット値から算出することを特徴とする通信品質制御方法。
3. 請求項１または２に記載の通信品質制御方法において、
   前記Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒは、キュー長の算出のため、請求項２に記載の算出方法により算出されたフローの品質保証値からネットワークのエッジルータで必要な出力キューの長さを算出することを特徴とする通信品質制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の通信品質制御方法において、
   前記Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ Ｂｒｏｋｅｒは、往復遅延時間ＲＴＴを算出するため、品質保証値の算出に必要なコンピュータ間のパケット往復遅延時間の情報を、１）ネットワーク設計時に任意のコンピュータ間の最大往復遅延時間を決定する手法、２）通信を行う前にコンピュータ間で往復遅延時間の測定を行う手法、３）ネットワークをいくつかのエリアに分割して管理し、エリア間の最大往復遅延時間をネットワーク設計時に決めるか、あるいは、定期的な測定によりエリア間の最大往復遅延時間の情報を取得する手法、４）エッジルータもしくはコンピュータが定期的に他のすべてのコンピュータ・エッジルータと遅延時間の測定を行う手法、５）通信時に、データパケットの送信時刻とそれに対応するＡＣＫパケットの受信時刻からコンピュータ間の遅延時間を測定する手法、のいずれか一つを用いることによって取得することを特徴とする通信品質制御方法。
5. アプリケーションの送信するパケットの転送品質を保証するネットワークの通信品質制御装置において、
   送信元コンピュータや他の装置から品質保証の要求が送られると、該品質保証要求を受信するとともに、品質保証を行った後に、品質保証要求の発信元に品質保証を行ったことを通知する品質保証要求受付手段と、
   ネットワークのトポロジとリソースの情報が格納されたネットワークトポロジ情報ファイルに格納されている情報と比較することにより、算出されたＣＢＳ、ＣＩＲ、キュー長の値をネットワークの経路上で前記ＣＢＳ、ＣＩＲ、キュー長のリソースが確保可能か否かの判定を行い、保証品質を決定する保証品質決定手段と、
   リソース確保が可能であると判定された場合、エッジルータを設定し、要求のあったフローを送受信アドレスから識別するように登録し、前記登録されたフローに対してＣＩＲ，ＣＢＳを保証するように設定を行うネットワークリソース管理手段と、
   品質保証を行ったフローを登録する品質保証フロー情報ファイルと
   を具備することを特徴とする通信品質制御装置。

Images