JP2008294902A - リンク帯域推定装置およびリンク帯域推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の経路を利用可能な２つのノード間で、各経路に含まれるボトルネック候補の帯域を計測できるリンク帯域推定装置およびリンク帯域推定方法を得ること。
【解決手段】送信ノード１０１側に第１および第２の送信経路１１１、１１２の一端がそれぞれ接続されており、これらの他端は広帯域ネットワーク１０３を介して被計測リンクとしての第３の通信経路１１３の一端に接続されている。この例では、第３の通信経路１１３の他端側におけるパケットの入力間隔Ｔ₃を測定して、これを第３のパケット１２３と第２のパケット１２２の合計サイズで割ることによって、第３の狭帯域リンク１０６の帯域を推定できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の通信経路を使用して通信を行う際の各通信経路の帯域を推定するリンク帯域推定装置およびリンク帯域推定方法に係わり、特に複数の通信経路を束ねて広域化する際に通信経路のそれぞれの帯域を推定してこれらの帯域の有効活用を図ることのできるリンク帯域推定装置およびリンク帯域推定方法に関する。

たとえば時速１００〜３００ｋｍという高速で移動する列車やバス等の移動車両から無線通信によってインターネットに接続する技術として「Ｍｏｂｉｌｅ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｍｕｘ」（たとえば非特許文献１および特許文献１参照）と呼ばれる技術が注目されている。この技術は、無線ＬＡＮ（Local Area Network）や携帯電話の通信モジュールを複数組み合わせることで広域化と通信の安定性を高めようとするものである。特に、複数の不安定な通信経路を束ねて広帯域化する場合には、各経路の帯域を有効に活用するにはそれぞれの経路の帯域変動を監視する必要がある。

２つのノードの間の経路の帯域を測定する手法として、送信側がパケットペアやパケットトレインと呼ばれる複数のパケットを同時に送信して、受信側でパケットの受信間隔を計測し、その結果から帯域を推定するパケット分散法とよばれる手法が知られている（たとえば非特許文献２参照）。この手法では、経路全体のボトルネックとなるリンクの帯域が計測される。このため、経路が１本の無線リンクを含む場合には、その無線リンクの帯域測定法として機能させることが可能であった。
特開２００５−２１０６７１号公報（第０３１２段落、図１２）。 T. Nakata et al.,"Efficient bundling of heterogeneous radio resources for broadband Internet access from moving vehicles," in proceedings of Global Mobile Congress 2004, Oct. 11-13 2004, Shanghi, China C. Dovrolis, P. Ramanathan and D. Moore, "What do packet dispersion techniques measure?," proceedings of IEEE INFOCOM 2001, pp905-914 (2001).

通信するノードの双方ともモバイル環境にあり、これらが複数の無線リンクによって接続されている場合を考える。このような場合には、双方のノードの間のいかなる経路も、たとえば２つといった複数の無線リンクを経由する必要がある。そこで、パケットが経由する無線リンクの組み合わせにより全経路の合計帯域が変化する。したがって、すべてのボトルネック候補の帯域を測定した上で帯域を最も有効活用できる組み合わせを求めることが望ましい。しかしながら、本発明の関連技術による経路の帯域測定では、２つある無線（狭帯域）区間のうちボトルネックとなっているリンクの同定が不可能であった。

また、無線回線などのボトルネック候補リンクが経路上に複数あるような場合には、このうちの低速な帯域のみを測定することになった。しかもボトルネックとなっているリンクの同定が不可能なので、計測値がいずれのリンクに対応するか区別できない問題があった。更に、ボトルネックとなっていない方の帯域測定ができないという問題もあった。

そこで本発明の目的は、複数の経路を利用可能な２つのノード間で、各経路に含まれるボトルネック候補の帯域を計測できるリンク帯域推定装置およびリンク帯域推定方法を得ることにある。

本発明では、（イ）被計測リンクを共有する複数の通信経路の一部の経路部分で、複数のパケットが連続するようにこれらのパケットを送信するパケット送信手段と、（ロ）前記した複数の通信経路の他の経路部分における前記した複数のパケットの開いた間隔を測定するパケット間隔測定手段と、（ハ）このパケット間隔測定手段の測定値と前記したパケットのデータサイズから被計測リンクの帯域を演算する帯域演算手段とをリンク帯域推定装置に具備させる。

すなわち本発明では、パケット送信手段によって、複数のパケットが複数の通信経路の一部の経路部分で連続するように、すなわちその経路部分で負荷が掛かるような状態でパケットの送信を行わせる。そして、前記した複数の通信経路の他の経路部分でパケットに間隔が生じたら、パケットのデータサイズとの関係で被計測リンクの帯域を演算して推定することにしている。なおデータサイズは、受信ノードにデータサイズ測定手段を設けることや、あらかじめデータサイズを特定しておくことなどにより取得可能である。後者は、実際に外部ノードから入力された、転送すべきパケットのサイズがあらかじめ特定したデータサイズと異なる場合、パケットの分割や、複数データの重合またはダミーデータの挿入などを行うことにより実現される。

また、本発明では、（イ）複数のパケットを、被計測リンクの一端を共有し、この被計測リンクよりも狭い帯域の複数の通信経路に対して連続して送信するパケット送信手段と、（ロ）被計測リンクの他端からパケット送信手段によって送信されたパケットを受信するパケット受信手段と、（ハ）このパケット受信手段の受信したパケットの到着間隔を測定する到着間隔測定手段と、（ニ）この到着間隔測定手段の測定結果から被計測リンクの帯域を演算する帯域演算手段とをリンク帯域推定装置に具備させる。

すなわち本発明では、被計測リンクの一端を共有する複数の通信経路からパケットを連続的に送信し、被計測リンクの他端側でこれらのパケットを受信して、受信した際のパケットの到着間隔を測定するようにし、その測定結果から被計測リンクの帯域を演算する。

また、本発明では、（イ）複数のパケットを、被計測リンクの一端から連続して送信するパケット送信手段と、（ロ）この被計測リンクの他端を共有し、この被計測リンクよりも合計で広くなるが単独では被計測リンクの帯域よりも狭い帯域の複数の通信経路のそれぞれからパケットを受信するパケット受信手段と、（ハ）このパケット受信手段の受信したパケットの到着間隔を測定する到着間隔測定手段と、（ニ）この到着間隔測定手段の測定結果から被計測リンクの帯域を演算する帯域演算手段とをリンク帯域推定装置に具備させる。

すなわち本発明では、比較的帯域の広い被計測リンクの一端からパケットを連続的に送信し、この被計測リンクの他端側に接続された複数の通信経路を経てそれぞれ受信したパケットの到着間隔を測定するようにしている。そして、その測定結果から被計測リンクの帯域を演算する。

また、本発明では、（イ）被計測リンクを共有する複数の通信経路の一部の経路部分で、複数のパケットが連続するようにこれらのパケットを送出するパケット送出ステップと、（ロ）このパケット送出ステップで送出されたパケットが前記した複数の通信経路の一部区間で開いたときそのた間隔を測定するパケット間隔測定ステップと、（ハ）このパケット間隔測定ステップで測定した測定値と前記したパケットのデータサイズから被計測リンクの帯域を演算する帯域演算ステップとをリンク帯域推定方法に具備させる。

すなわち本発明では、被計測リンクの一端を共有する複数の通信経路からパケットを連続的に送信し、被計測リンクの他端側でこれらのパケットを受信して、受信した際のパケットの到着間隔を測定するようにし、その測定結果から被計測リンクの帯域を演算する。

複数の経路を利用可能な２ノード間において、各経路の構成部分の帯域の違いによるパケットの分散の相違に着目して被測定リンクの帯域を測定することにした。これにより、随時、所定の条件の下でパケットの状態を監視するだけで、帯域の推定が可能になる。

以下実施例につき本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例におけるリンク帯域推定システムの構成を表わしたものである。このリンク帯域推定システム１００は、パケットの送信を行う送信ノード１０１と、この送信ノード１０１から送信されたパケットを受信する受信ノード１０２を備えている。送信ノード１０１は、たとえば動画を無線で送信する図示しない第１の通信装置であり、受信ノード１０２はたとえば走行中の車両に備えられた図示しない第２の通信装置である。

送信ノード１０１と受信ノード１０２の間の通信経路上には、広帯域ネットワーク１０３が存在している。送信ノード１０１とこの広帯域ネットワーク１０３の間には、第１の狭帯域リンク１０４と第２の狭帯域リンク１０５が並列接続されている。また、広帯域ネットワーク１０３と受信ノード１０２の間には、第３の狭帯域リンク１０６が接続されている。

このリンク帯域推定システム１００で、送信ノード１０１から受信ノード１０２に至るパケットの送信経路は、この例で２種類存在する。このうちの第１の送信経路１１１は、図で点線で示すように送信ノード１０１から第１の狭帯域リンク１０４を経て広帯域ネットワーク１０３に到達し、ここから第３の狭帯域リンク１０６を経て受信ノード１０２に至る経路である。第２の送信経路１１２は、図で同様に点線で示すように送信ノード１０１から第２の狭帯域リンク１０５を経て広帯域ネットワーク１０３に到達し、ここから第３の狭帯域リンク１０６を経て受信ノード１０２に至る経路である。

このようなリンク帯域推定システム１００で、第１〜第３の狭帯域リンク１０４〜１０６に最大限の負荷が加えられた状態で、広帯域ネットワーク１０３は、帯域制限となるボトルネックを構成しない程度に帯域上の余裕があるものとする。すなわち、ボトルネックが生じる可能性は、第１〜第３の狭帯域リンク１０４〜１０６のいずれかの箇所に限定されるものとする。

送信ノード１０１は第１の送信経路１１１を使用して第１のシーケンス番号Ｓ₁と第２のシーケンス番号Ｓ₂を順に有する第１および第２のパケット１２１、１２２からなる第１のパケット列１３１を送信するものとする。また、この送信ノード１０１は、これと同一開始時刻に、第２の送信経路１１２を使用して第３のシーケンス番号Ｓ₃と第４のシーケンス番号Ｓ₄を順に有する第３および第４のパケット１２３、１２４からなる第２のパケット列１３２を送信するものとする。この例では、説明を単純にするために、第１〜第４のパケット１２１〜１２４は、すべて同一のデータサイズのパケットであるとする。

第１および第２のパケット１２１、１２２は、第１のパケット列１３１として広帯域ネットワーク１０３に到達する。このとき、第１および第２のパケット１２１、１２２が共に広帯域ネットワーク１０３に到達する時間間隔をＴ₁とする。すると、時間間隔Ｔ₁は、第１の狭帯域リンク１０４の帯域で定まる伝送遅延と等しくなる。

この図１では、第１〜第４のパケット１２１〜１２４の幅が、これらの伝送遅延を表わしているものとする。すなわち、第１の狭帯域リンク１０４と第２の狭帯域リンク１０５の伝送遅延は大差ない。また、第３の狭帯域リンク１０６は、第１〜第４のパケット１２１〜１２４の幅が第１および第２の狭帯域リンク１０４、１０５よりも狭くなっているので、第１の狭帯域リンク１０４と第２の狭帯域リンク１０５の伝送遅延よりも伝送遅延の量が小さい。更に、広帯域ネットワーク１０３の伝送遅延量は非常に小さくなっている。

第１のパケット列１３１を構成する第２のパケット１２２は、第１のパケット１２１よりもパケット到着間隔Ｔ₁だけ遅れて広帯域ネットワーク１０３に到達する。広帯域ネットワーク１０３での伝送遅延は小さくなる。そこで第１のパケット１２１と第２のパケット１２２は、このパケット到着間隔Ｔ₁を保つ形で第３の狭帯域リンク１０６の開始点に到達する。

ところで、第２のパケット列１３２を構成する第３および第４のパケット１２３、１２４の伝送遅延量が第１のパケット１２１のそれよりも大きく、かつパケット到着間隔Ｔ₁よりも小さいものとする。この場合、第３の狭帯域リンク１０６の開始点にはまず第１のパケット１２１が到着する。そして、第２のパケット１２２が到着する前に第３のパケットが第３の狭帯域リンク１０６の開始点に到着することになる。したがって、第３の狭帯域リンク１０６の開始点には、第１のパケット１２１、第３のパケット１２３、第２のパケット１２２、第４のパケット１２４の順で到着する。そして、第３の狭帯域リンク１０６の伝送遅延から定まるパケット到着間隔Ｔ₂を伴って、それぞれが合流パケット列１３３として受信ノード１０２に入力されることになる。ここで第１のパケット列１３１を構成する第２のパケット１２２に着目してみると、第１のパケット１２１に対する受信ノード１０２への入力間隔はＴ₃まで拡大する。

説明を単純にするために、第１のシーケンス番号Ｓ₁の第１のパケット１２１と、第３のシーケンス番号Ｓ₃の第３のパケット１２３とが、ほぼ同時に、かつ第１のパケット１２１の方が先に第３の狭帯域リンク１０６に入力したものと仮定する。図示のように入力間隔Ｔ₃の方がパケット到着間隔Ｔ₁よりも大きい場合、第１のパケット１２１と第３のパケット１２３に関する伝送遅延によって、後に続く第２のパケット１２２の遅延が決定されることになる。

その理由を説明する。広帯域ネットワーク１０３の伝送遅延は第１の狭帯域リンク１０４の伝送遅延よりも遅延量が少ない。したがって、第１の狭帯域リンク１０４で生じた第１のパケット１２１に対する第２のパケット１２２の遅延量は、第３の狭帯域リンク１０６に入力するまでに拡大されることがない。このため、受信ノード１０２で第１のシーケンス番号Ｓ₁の第１のパケット１２１に対して第２のシーケンス番号Ｓ₂の第２のパケット１２２の到着間隔がパケット到着間隔Ｔ₁よりも大きくなっている場合、その分は第３の狭帯域リンク１０６で新たに生じた伝送遅延によるものと考えることができる。

したがって、入力間隔Ｔ₃を測定して、これを第３のパケット１２３と第２のパケット１２２の合計サイズで割ることによって、第３の狭帯域リンク１０６の帯域を推定することができる。ここで、入力間隔Ｔ₃がパケット到着間隔Ｔ₁よりも大きくなる条件を考察する際に、第１の狭帯域リンク１０４と第２の狭帯域リンク１０５の帯域が同一であると仮定する。この場合、この条件は、第３の狭帯域リンク１０６の帯域が第１の狭帯域リンク１０４の帯域よりは大きいが第１の狭帯域リンク１０４の帯域の２倍未満である場合に成り立つ。

より一般化した形で説明する。図示しない複数の経路Ｒ₁、Ｒ₂、……Ｒ_Nが、同じく図示しない狭帯域な被測定リンクＬを共有するものとする。前記した複数の経路Ｒ₁、Ｒ₂、……Ｒ_Nは、被測定リンクＬ以外にもボトルネック候補となる図示しないリンクＸが被測定リンクＬよりも送信ノード側に１つあるものとする。このような場合、被測定リンクＬ以外のボトルネック候補のリンクＸの帯域の総計よりも被測定リンクＬの方が狭帯域であれば、本実施例と同様の手法で被測定リンクＬの帯域を測定することができる。

以上説明した第１の実施例によれば、第３の狭帯域リンク１０６の帯域が第１の狭帯域リンク１０４や第２の狭帯域リンク１０５の帯域よりも大きい場合にも、第３の狭帯域リンク１０６の帯域をパケット分散によって測定することができる。従来の単一経路に対してのみパケット列を送信するパケット分散の手法では、第１の送信経路１１１および第２の送信経路１１２のいずれにおいてもボトルネックとならない第３の狭帯域リンク１０６の帯域を測定することはできない。ここで「パケット分散」とは、伝送遅延により生じるパケットの先端から末尾までの時間的な広がりをいう。リンクが無負荷となる領域では、分散が発生しない。

図２は、第１のパケット列のみを送信する場合を示したものである。従来の手法と第１の実施例の手法を比較するために、送信ノード１０１から第１の送信経路１１１に対してのみ第１および第２のパケット１２１、１２２からなる第１のパケット列１３１を送信したものとする。この場合に受信ノード１０２への第１および第２のパケット１２１、１２２の到着間隔は、広帯域ネットワーク１０３へこれらが到着した際の到着間隔と等しく、パケット到着間隔Ｔ₁となる。すなわち、この場合には、受信ノード１０２での第１および第２のパケット１２１、１２２の到着間隔は、第１の送信経路１１１の中で最も帯域の狭い第１の狭帯域リンク１０４の帯域を反映している。このとき、第３の狭帯域リンク１０６の帯域は第１および第２のパケット１２１、１２２の到着間隔に反映されていない。

図３は、この第１の実施例のリンク帯域推定システムに使用される送信ノードの構成の概要を表わしたものである。送信ノード１０１は、ノードとしての通常の通信機能を備えた通信部１５１と、図１に示した第１の狭帯域リンク１０４および第２の狭帯域リンク１０５に送出する第１〜第４のパケット１２１〜１２４を発生させるパケット発生部１５２と、これら第１〜第４のパケット１２１〜１２４の送出タイミング（クロック）を発生させるパケット送出タイミング発生部１５３およびこれら第１〜第４のパケット１２１〜１２４のデータサイズや送出個数等のデータを格納したデータサイズ等格納部１５４を備えている。制御部１５６はこの送信ノード全体を制御する回路部分であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理ユニット）１５７とメモリ１５８を備えている。メモリ１５８は、制御プログラムを格納したり、作業用メモリを構成している。ＣＰＵ１５７が制御プログラムを実行することで、送信ノード１０１を構成する各種の部品の少なくとも一部をソフトウェアで実現することができる。

図４は、この第１の実施例のリンク帯域推定システムに使用される受信ノードの構成の概要を表わしたものである。受信ノード１０２は、ノードとしての通常の通信機能を備えた通信部１６１と、図１に示した第３の狭帯域リンク１０６から受信する第１〜第４のパケット１２１〜１２４を格納するパケット受信バッファ１６２と、これら第１〜第４のパケット１２１〜１２４の受信タイミング（クロック）を発生させるパケット受信タイミング発生部１６３と、これら第１〜第４のパケット１２１〜１２４のデータサイズや送出個数等のデータを格納したデータサイズ等格納部１６４および受信した第１〜第４のパケット１２１〜１２４のタイミングの関係から第３の狭帯域リンク１０６の帯域を推定するための演算を行う帯域推定演算部１６５を備えている。制御部１６６はこの受信ノード全体を制御する回路部分であり、ＣＰＵ１６７とメモリ１６８を備えている。メモリ１６８は、制御プログラムを格納したり、作業用メモリを構成している。ＣＰＵ１６７が制御プログラムを実行することで、受信ノード１０２を構成する各種の部品の少なくとも一部をソフトウェアで実現することができる。

以上説明したように第１の実施例では、測定対象リンクを経路上に含むような複数の経路（この例の場合には第１の送信経路１１１および第２の送信経路１１２。）に、同時にパケット列（この例の場合には、第１のパケット列１３１および第２のパケット列１３２。）を入力するようにしている。そして、各経路に２箇所以上のボトルネックとなる候補のリンクが含まれるような場合、ボトルネック候補リンクの１つを被測定リンクとし、被測定リンクを共有する複数の経路に同時に負荷をかけることにして、経路上のボトルネックでないリンク（この例の場合には第３の狭帯域リンク１０６。）の帯域測定をパケット分散法により可能にすることができる。

以上説明した第１の実施例では、図１に示す受信ノード１０２側に被測定リンクがある場合に、この被測定リンクを共有する複数の経路に同時に負荷を掛けることによって、この被測定リンクの帯域測定を可能とした。第２の実施例では、送信ノード側に被測定リンクがある場合を説明する。

図５は、本発明の第２の実施例におけるリンク帯域推定システムの構成を表わしたものである。このリンク帯域推定システム２００は、パケットの送信を行う送信ノード２０１と、この送信ノード２０１から送信されたパケットを受信する受信ノード２０２を備えている。送信ノード２０１は、たとえば動画を無線で送信する図示しない第１の通信装置であり、受信ノード２０２はたとえば走行中の車両に備えられた図示しない第２の通信装置である。

送信ノード２０１と受信ノード２０２の間の通信経路上には、広帯域ネットワーク２０３が存在している。送信ノード２０１とこの広帯域ネットワーク２０３の間には、第１の狭帯域リンク２０４が接続されている。また、広帯域ネットワーク２０３と受信ノード２０２の間には、第２の狭帯域リンク２０５と第３の狭帯域リンク２０６が並列に接続されている。

この帯域推定システム２００で、送信ノード２０１から受信ノード２０２に至るパケットの送信経路は、２種類存在する。このうちの第１の送信経路２１１は、図で点線で示すように送信ノード２０１から第１の狭帯域リンク２０４を経て広帯域ネットワーク２０３に到達し、ここから第２の狭帯域リンク２０５を経て受信ノード２０２に至る経路である。第２の送信経路２１２は、図で同様に点線で示すように送信ノード２０１から第１の狭帯域リンク２０４を経て広帯域ネットワーク２０３に到達し、ここから第３の狭帯域リンク２０６を経て受信ノード２０２に至る経路である。

このようなリンク帯域推定システム２００で、第１〜第３の狭帯域リンク２０４〜２０６に最大限の負荷が加えられた状態で、広帯域ネットワーク２０３は、帯域制限となるボトルネックを構成しない程度に帯域上の余裕があるものとする。すなわち、ボトルネックが生じる可能性は、第１〜第３の狭帯域リンク２０４〜２０６のいずれかの箇所に限定されるものとする。また、第２の狭帯域リンク２０５と第３の狭帯域リンク２０６の帯域は互いに等しいものとし、これらの単独の帯域は第１の狭帯域リンク２０４の帯域よりも小さいものとする。

送信ノード２０１は、第１〜第４のシーケンス番号Ｓ₁〜Ｓ₄の第１〜第４のパケット２２１〜２２４からなる第１のパケット列２３１を、第１の送信経路２１１および第２の送信経路２１２を使用して送信するものとする。この例では、説明を単純にするために、第１〜第４のパケット２２１〜２２４が、すべて同一のデータサイズのパケットであるとする。

送信ノード２０１から送信された第１のパケット列２３１を構成する第１〜第４のパケット２２１〜２２４は、第２の狭帯域リンク２０５が仮に第１の狭帯域リンク２０４の帯域と等しいかこれよりも広い場合、そのまま第２の狭帯域リンク２０５を順に転送されていく。しかしながら、第２の狭帯域リンク２０５の帯域は第１の狭帯域リンク２０４のそれよりも小さく、第３の狭帯域リンク２０６と等しい。このため、第１のパケット２２１が第２の狭帯域リンク２０５側に転送されると、第２のパケット２２２は第２の狭帯域リンク２０５で転送のために待機することなく、そのまま第３の狭帯域リンク２０６側に転送されることになる。

第１の狭帯域リンク２０４の帯域は、第２および第３の狭帯域リンク２０５、２０６の帯域よりも広いが２倍に満たない。したがって、第１〜第４のパケット２２１〜２２４は、第２の狭帯域リンク２０５と第３の狭帯域リンク２０５に交互に１パケットずつ待機することなく転送される。具体的には、第２の狭帯域リンク２０５にまず第１のパケット２２１が転送され、続いて第３の狭帯域リンク２０６に第２のパケット２２２が転送される。その次には第２の狭帯域リンク２０５に第３のパケット２２３が転送され、最後に第３の狭帯域リンク２０６に第４のパケット２２４が転送されることになる。

これら第１〜第４のパケット２２１〜２２４が第２または第３の狭帯域リンク２０５、２０６で転送を開始されるそれぞれの時間差は、これらの手前の広帯域ネットワーク２０３の帯域が十分広いので、第１の狭帯域リンク２０４をこれら第１〜第４のパケット２２１〜２２４が転送されたときの時間差としての分散Ｔ₂と等しい。ただし、第２および第３の狭帯域リンク２０５、２０６では、パケット２２１〜２２４が１つずつ抜き取られた状態で転送を開始されるので、これらの時間差Ｔ₃′は２つ分のパケットが第１の狭帯域リンク２０４を転送されるときのタイミング差としての時間差Ｔ₃と等しくなる。一般には、これらは次の（１）式の関係にある。

Ｔ₃′≧Ｔ₃＝２Ｔ₂ ……（１）

ところで、第２の狭帯域リンク２０５および第３の狭帯域リンク２０６では、それぞれのパケットごとにパケット到着間隔の分散Ｔ₁が発生する。この分散Ｔ₁は、より広帯域な第１の狭帯域リンク２０１で生じる分散Ｔ₂よりも大きい。第２のパケット列２３２には、第１および第３のパケット２２１、２２３が含まれている。これら第１および第３のパケット２２１、２２３が受信ノード２０２へ到着する到着時間差Ｔ₃′は、（１）式で示した通りである。この（１）式で不等式が成立するのは、分散Ｔ₁が到着時間差Ｔ₃′よりも大きな場合である。

ところが、第１の狭帯域リンク２０４の帯域が第２の狭帯域リンク２０５および第３の狭帯域リンク２０６のそれぞれよりも広く、かつ第２の狭帯域リンク２０５および第３の狭帯域リンク２０６のそれぞれ単独の２倍の帯域には満たないという前記した条件を満たすのは、図５で示したように分散Ｔ₁が到着時間差Ｔ₃′よりも小さな場合である。この場合には、（１）式は次の（２）式に示すように等式の関係になる。

Ｔ₃′＝Ｔ₃＝２Ｔ₂ ……（２）

これは、第３のパケット列２３３を構成する第２および第４のパケット２２２、２２４の到着時間差Ｔ₃′についても同様となる。この場合には、第１の実施例と同様の原理で、受信ノード２０２での第１および第３のパケット２２１、２２３の受信時間差Ｔ₃′を、被測定リンクとしての第１の狭帯域リンク２０４におけるパケット２つ分の分散によるものと仮定することができる。したがって、この場合には第１の狭帯域リンク２０４の帯域Ｂ₁は、第１〜第４のパケット２２１〜２２４のそれぞれのサイズをＰＳとするとき、次の（３）式で推定できることになる。

Ｂ₁＝ＰＳ×２÷Ｔ₃……（３）

このように本発明の第２の実施例では、送信ノード側に被測定リンク（第１の狭帯域リンク２０４）がある場合、この被測定リンクのリンク帯域を、第１の狭帯域リンク２０１で生じる分散Ｔ₂あるいは第２の狭帯域リンク２０５（第３の狭帯域リンク２０６）の到着時間差Ｔ₃′を用いて算出することができる。

なお、第２の実施例のリンク帯域推定システム２００を構成する送信ノード２０１および受信ノード２０２の構成は、図３および図４とほぼ同一となるので、これらの図示および説明は省略する。

以上説明した第１および第２の実施例では、帯域の測定に使用するパケットがすべて送信ノード１０１（２０１）から受信ノード１０２（２０２）に伝送されるものとして説明した。第３の実施例では、受信ノードが複数の通信インターフェースを備えており、帯域測定に用いるパケットの一部は受信ノードから供給するようになっている。

図６は、第３の実施例におけるリンク帯域推定システムの構成を表わしたものである。このリンク帯域推定システム３００は、第１および第２のシーケンス番号Ｓ₁、Ｓ₂の第１および第２のパケット３２１、３２２の送信を行う送信ノード３０１と、この送信ノード３０１から送信されたこれらパケット３２１、３２２を受信する受信ノード３０２を備えている。受信ノード３０２は、所定の測定条件の下で、第３および第４のシーケンス番号Ｓ₃、Ｓ₄の第３および第４のパケット３２３、３２４の送受信も行うようになっている。

送信ノード３０１と受信ノード３０２の間の通信経路上には、広帯域ネットワーク３０３が存在している。送信ノード３０１とこの広帯域ネットワーク３０３の間には、第１の狭帯域リンク３０４が接続されている。また、広帯域ネットワーク３０３と受信ノード３０２の間には、第２の狭帯域リンク３０５と第３の狭帯域リンク３０６が並列に接続されている。

このリンク帯域推定システム３００は、第１の送信経路３１１と第２の送信経路３１２の２つの送信経路を持っている。第１の送信経路３１１は、図で点線で示すように送信ノード３０１から第１の狭帯域リンク３０４を経て広帯域ネットワーク３０３に到達し、ここから第３の狭帯域リンク３０６を経て受信ノード３０２に至る経路である。第２の送信経路３１２は、同じく図で点線で示すように受信ノード３０２から第２の狭帯域リンク３０５を経て広帯域ネットワーク３０３に到達し、ここから第３の狭帯域リンク３０６を経て、再び受信ノード３０２に至るループバック経路である。

第３の実施例のリンク帯域推定システム３００では、第１の実施例の場合と同様に第１の狭帯域リンク３０４を含む第１の送信経路３１１と第２の狭帯域リンク３０５を含む第２の送信経路３１２を介して被測定リンクとしての第３の狭帯域リンク３０６に負荷を与えるようになっている。この第３の実施例でも、第１の送信経路３１１と第２の送信経路３１２に同時に負荷を与えることで、第１の狭帯域リンク３０４と第２の狭帯域リンク３０５よりも広帯域な第３の狭帯域リンク３０６の帯域測定が可能となる。

ここで、送信ノード３０１から第１および第２のシーケンス番号Ｓ₁、Ｓ₂の第１および第２のパケット３２１、３２２からなる第１のパケット列３３１の送信と、受信ノード３０２から第３および第４のシーケンス番号Ｓ₃、Ｓ₄の第３および第４のパケット３２３、３２４からなる第２のパケット列３３２の送信により、第３のパケット列３３３として負荷を第３の狭帯域リンク３０６に同時に掛けるようにする。このために、送信ノード３０１と受信ノード３０２には、これらの間で同期を採るための同期機構３４１が接続されている。同期機構３４１は、第１のパケット列３３１と第２のパケット列３３２の送信を同期する。もちろん、同期機構３４１以外の他の手段を用いて第１のパケット列３３１と第２のパケット列３３２の送信の同期を採るものであってもよい。また、第１のパケット列３３１と第２のパケット列３３２のうちの片方の総データ長を十分に長くとることで、もう片方のパケット列の送信時刻を精密に制御しなくても両パケット列の重複が起こるように構成してもよい。

このようなリンク帯域推定システム３００では、高速のリンクを認識して、これを有効活用することが可能になる。そこで、まずこのような高速活用ができない本発明の関連技術を説明する。

図７は、本発明の関連技術として、２つのノード間で負荷分散に用いる経路設定の最適化を行うことのできるリンク帯域推定システムの構成を表わしたものである。このリンク帯域推定システム４００は、第１〜第６のシーケンス番号Ｓ₁〜Ｓ₆の第１〜第６のパケット４２１〜４２６の送信を行う送信ノード４０１と、この送信ノード４０１から送信されたこれらパケット４２１〜４２６を受信する受信ノード４０２を備えている。送信ノード４０１は、たとえば動画を無線で送信する図示しない第１の通信装置であり、受信ノード４０２はたとえば走行中の車両に備えられた図示しない第２の通信装置である。

送信ノード４０１と受信ノード４０２の間の通信経路上には、広帯域ネットワーク４０３が存在している。送信ノード４０１とこの広帯域ネットワーク４０３の間には、低速モードの第１および第２の狭帯域リンク４０４、４０５と、高速モードの第３の狭帯域リンク４０６が接続されている。また、広帯域ネットワーク４０３と受信ノード４０２の間には、低速モードの第４および第６の狭帯域リンク４０７、４０９と、高速モードの第５の狭帯域リンク４０８が並列に接続されている。低速モードはたとえば６４Ｋｂｐｓ（キロビット／秒）であり、高速モードはたとえば３８４Ｋｂｐｓとなっており、たとえばＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）回線を想定している。

このリンク帯域推定システム４００は、第１〜第３の送信経路４１１〜４１３を有している。このうち第１の送信経路４１１は、図で点線で示すように送信ノード４０１から第１の狭帯域リンク４０４を経て広帯域ネットワーク４０３に到達し、ここから第４の狭帯域リンク４０７を経て受信ノード４０２に至る経路である。第２の送信経路４１２は、同じく図で点線で示すように受信ノード４０２から第２の狭帯域リンク４０５を経て広帯域ネットワーク４０３に到達し、ここから第５の狭帯域リンク４０８を経て、受信ノード４０２に至る経路である。第３の送信経路４１３は、同じく図で点線で示すように送信ノード４０１から第３の狭帯域リンク４０６を経て広帯域ネットワーク４０３に到達し、ここから第６の狭帯域リンク４０９を経て、受信ノード４０２に至る経路である。

送信ノード４０１は、第１の送信経路４１１を使用して、第１のシーケンス番号Ｓ₁と第２のシーケンス番号Ｓ₂を順に有する第１および第２のパケット４２１、４２２からなる第１のパケット列４３１を送信するものとする。また、第２の送信経路４１２を使用して、第３のシーケンス番号Ｓ₃と第４のシーケンス番号Ｓ₄を順に有する第３および第４のパケット４２３、４２４からなる第２のパケット列４３２を送信するものとする。更に送信ノード４０１は、第３の送信経路４１３を使用して、第５のシーケンス番号Ｓ₅と第６のシーケンス番号Ｓ₆を順に有する第５および第６のパケット４２５、４２６からなる第３のパケット列４３３を送信するものとする。

このようなリンク帯域推定システム４００で、第３の狭帯域リンク４０６に着目する。送信ノード４０１から第３の送信経路４１３に第５および第６のパケット４２５、４２６からなる第３のパケット列４３３を送信する。すると、受信ノード４０２は低速モードの第６の狭帯域リンク４０９から第３のパケット列４３３を受信する。そして、パケット受信間隔Ｔ₁から第６の狭帯域リンク４０９の帯域が測定されることになる。

この第３の送信経路４１３の場合には、第６の狭帯域リンク４０９よりも第３の狭帯域リンク４０６の方がより高速となっている。したがって、第６の狭帯域リンク４０９の測定が可能である。これに対して、第２の送信経路４１２の場合には、低速モードにある第２の狭帯域リンク４０５の帯域がボトルネック帯域として測定されるが、その測定結果から第５の狭帯域リンク４０８が第２の狭帯域リンク４０５よりは高速であることを示す情報は得られない。

高速モードとなっている第３の狭帯域リンク４０６および第５の狭帯域リンク４０８の帯域を有効活用するためには、これらのリンクの双方を含む経路が設定される必要がある。しかしながら、第１〜第３の送信経路４１１〜４１３のみを対象に帯域測定をしている限りはそのような経路が設定可能であることを検知することができない。

この状態を脱するには、たとえば定期的に、現在設定されている３本の送信経路４１１〜４１３以外の経路に対して帯域測定を行うことが考えられる。この場合、高速モードである第３の狭帯域リンク４０６および第５の狭帯域リンク４０８を含む経路に対して測定が行われたときに、この経路が高速モードのリンクに等しい帯域を有することが検出される。以降このような経路を高速経路と呼ぶことにする。ただし高速経路が存在するか否かは、すべての送信側および受信側狭帯域リンクの組み合わせを試みないと確認できない。

これに対して、図６に示した第３の実施例におけるリンク帯域推定システム３００では、個々の候補経路の帯域測定を行うのではない。本発明の第３の実施例では、先に説明した第１および第２の実施例で説明した帯域推定の手法を使用して個々のリンクの帯域を測定する。そして、たとえば第１の狭帯域リンク４０４を経て広帯域ネットワーク４０３に到達し、ここから第５の狭帯域リンク４０８を経て、受信ノード４０２に至る経路を第４の送信経路４１４とすると、この第４の送信経路４１４と第２の送信経路４１２の双方に同時に負荷を掛けることで第５の狭帯域リンク４０８が高速であることを測定する。

第４の送信経路４１４と第２の送信経路４１２を使用して測定を行うときに、送信ノード４０１側に接続された残りの第３の送信経路４１３が測定の対象から除外されている。しかしながら、第５の狭帯域リンク４０８が第１および第２の狭帯域リンク４０４、４０５よりも高速であることは確実に検出される。同様に、第２の実施例を適用すると、第３の狭帯域リンク４０６が高速であることが測定される。

以上のような測定をすべての狭帯域リンク４０４〜４０９に対して行うことで、高速経路を設定可能であるかどうかの確認が可能である。従来の手法では、候補経路の各々に対してパケット分散方式を用いた帯域測定を行うと、高速経路が存在するか否かをチェックするのに、最大で送信側の狭帯域リンク数と受信側の狭帯域リンク数の積の数だけの経路の確認が必要である。これに対して本実施例では、最大でも送信側の狭帯域リンク数と受信側の狭帯域リンク数の和の数の経路に対してだけ測定を行えば、高速経路が存在するか否かを確認することができる。したがって、本実施例では、より少ない測定回数で高速経路が存在することの検出が可能であり、帯域の有効活用に必要な処理および通信の量を低減することができる。

なお、第３の実施例のリンク帯域推定システム３００を構成する送信ノード３０１および受信ノード３０２の構成は、図３および図４とほぼ同一となるので、これらの図示および説明は省略する。ただし、リンク帯域推定システム３００の場合には受信ノード３０２が図３に示した送信ノード１０１と実質的に同一の機能も備えている。

なお、以上説明した各実施例では、１つの狭帯域リンクが広帯域ネットワークを介して２つの狭帯域リンクと接続される場合を説明したが、リンクの接続される本数はこれに限るものではない。また、実施例ではパケット送出タイミング発生部１５３およびパケット受信タイミング発生部１６３と実質的に同一の回路のタイミングを同期していることは特に説明を要しない。

更に第２の実施例では起点と終点が同一ノードとなったループバック経路を受信ノード側で構成したが、送信ノード側で構成することも自由である。

本発明の第１の実施例におけるリンク帯域推定システムの構成を表わしたシステム構成図である。 第１の実施例で第１のパケット列のみを送信する場合を示した説明図である。 第１の実施例の送信ノードの回路構成の概要を示したブロック図である。 第１の実施例の受信ノードの回路構成の概要を示したブロック図である。 本発明の第２の実施例におけるリンク帯域推定システムの構成を表わしたシステム構成図である。 本発明の第３の実施例におけるリンク帯域推定システムの構成を表わしたシステム構成図である。 本発明の関連技術として経路設定の最適化を行うリンク帯域推定システムのシステム構成図である。

符号の説明

１００、２００、３００ リンク帯域推定システム
１０１、２０１、３０１ 送信ノード
１０２、２０２、３０２ 受信ノード
１０３、２０３、３０３ 広帯域ネットワーク
１０４、２０４、３０４ 第１の狭帯域リンク
１０５、２０５、３０５ 第２の狭帯域リンク
１０６、２０６、３０６ 第３の狭帯域リンク
１１１、２１１、３１１ 第１の送信経路
１１２、２１２、３１２ 第２の送信経路
１１３、２１３、３１３ 第３の送信経路
１２１、２２１、３２１ 第１のパケット
１２２、２２２、３２２ 第２のパケット
１２３、２２３、３２３ 第３のパケット
１２４、２２４、３２４ 第４のパケット
１５２ パケット発生部
１５３ パケット送出タイミング発生部
１５４、１６４ データサイズ等格納部
１５６、１６６ 制御部
１６２ パケット受信バッファ
１６３ パケット受信タイミング発生部
１６５ 帯域推定演算部
３４１ 同期機構

Claims (8)

1. 被計測リンクを共有する複数の通信経路の一部の経路部分で、複数のパケットが連続するようにこれらのパケットを送信するパケット送信手段と、
   前記複数の通信経路の他の経路部分における前記複数のパケットの開いた間隔を測定するパケット間隔測定手段と、
   このパケット間隔測定手段の測定値と前記パケットのデータサイズから前記被計測リンクの帯域を演算する帯域演算手段
   とを具備することを特徴とするリンク帯域推定装置。
2. 複数のパケットを、被計測リンクの一端を共有し、この被計測リンクよりも狭い帯域の複数の通信経路に対して連続して送信するパケット送信手段と、
   前記被計測リンクの他端から前記パケット送信手段によって送信されたパケットを受信するパケット受信手段と、
   このパケット受信手段の受信したパケットの到着間隔を測定する到着間隔測定手段と、
   この到着間隔測定手段の測定結果から前記被計測リンクの帯域を演算する帯域演算手段
   とを具備することを特徴とするリンク帯域推定装置。
3. 複数のパケットを、被計測リンクの一端から連続して送信するパケット送信手段と、
   この被計測リンクの他端を共有し、この被計測リンクよりも合計で広くなるが単独では被計測リンクの帯域よりも狭い帯域の複数の通信経路のそれぞれからパケットを受信するパケット受信手段と、
   このパケット受信手段の受信したパケットの到着間隔を測定する到着間隔測定手段と、
   この到着間隔測定手段の測定結果から前記被計測リンクの帯域を演算する帯域演算手段
   とを具備することを特徴とするリンク帯域推定装置。
4. 前記被計測リンクが、起点と終点が同一ノードとなったループバック経路の一部を構成していることを特徴とする請求項２または請求項３記載のリンク帯域推定装置。
5. 前記被計測リンクの一端または他端を共有する前記複数の通信経路は互いに同一の帯域の経路となっていることを特徴とする請求項２または請求項３記載のリンク帯域推定装置。
6. 前記パケット送信手段は、送信パケットのデータサイズをあらかじめ特定されたデータサイズに調整する手段を含むことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載のリンク帯域推定装置。
7. 被計測リンクを共有する複数の通信経路の一部の経路部分で、複数のパケットが連続するようにこれらのパケットを送出するパケット送出ステップと、
   このパケット送出ステップで送出されたパケットが前記複数の通信経路の一部区間で開いたときそのた間隔を測定するパケット間隔測定ステップと、
   このパケット間隔測定ステップで測定した測定値と前記パケットのデータサイズから前記被計測リンクの帯域を演算する帯域演算ステップ
   とを具備することを特徴とするリンク帯域推定方法。
8. 前記送出ステップは、送信パケットのデータサイズをあらかじめ特定されたデータサイズに調整するステップを含むことを特徴とする請求項７記載のリンク帯域推定方法。

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