JP2009212632A - Communication equipment and communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は通信装置および通信方法に関し、特にフローで実際に使用される実効帯域を割り当て帯域以下に制御する通信装置および通信方法に関する。 The present invention relates to a communication apparatus and a communication method, and more particularly to a communication apparatus and a communication method for controlling an effective band actually used in a flow to be equal to or less than an allocated band.
無線のアクセス方式として、IEEE802.11で規定されている方式を利用した無線LANが普及している。この種の無線LANでは、送信者は、データフレームを送信する毎に、通信相手から応答確認であるACKフレームを受け取る。送信者は、ACKを受信することで送信が成功したかどうかを判断する。また、データフレームの送信においては、ACKの送信時間以外にも、フレームの送信間隔における待ち時間であるDIFS(Distributed Inter Frame Spacing),SIFS(Short Inter Frame Spacing)が発生する。 As a wireless access method, a wireless LAN using a method defined by IEEE802.11 is widely used. In this type of wireless LAN, each time a data frame is transmitted, the sender receives an ACK frame that is a response confirmation from the communication partner. The sender determines whether the transmission is successful by receiving the ACK. Further, in the transmission of the data frame, in addition to the transmission time of the ACK, DIFS (Distributed Inter Frame Spacing) and SIFS (Short Inter Frame Spacing), which are waiting times in the frame transmission interval, occur.
そのため、パケットが無線LANにおいて転送されるのに必要な実質的な時間は、データフレームを送信するのに要する時間をTr(DATA),ACKフレームの送信に要する時間をTr(ACK)とすると、
DIFS + Tr(DATA) + SIFS + Tr(ACK) …(1)
で表すことができる。
Therefore, the substantial time required for the packet to be transferred in the wireless LAN is Tr (DATA), which is the time required to transmit the data frame, and Tr (ACK) is the time required to transmit the ACK frame.
DIFS + Tr (DATA) + SIFS + Tr (ACK)… (1)
Can be expressed as
Tr(ACK),DIFS,SIFSは、データ通信の際に必ず発生するため、オーバーヘッドとして無線通信のスループットに影響を与える。特に、無線区間の通信レートに関わらずほぼ一定の時間が必要であるため、無線の通信レートが高くなるほど、これらオーバーヘッドがスループットに与える影響は大きくなる。まず、ACKは一番低い通信レートで送出されるため、通信レートが変化した場合でも、ACKによる通信時間Tr(ACK)は変わらない。同様に、DIFSおよびSIFSは通信レートに関係なく一定であるため、通信レートが高い場合、オーバーヘッドとして与える影響が大きくなる。また、データフレーム自体の送信においても、データフレームに付随するプリアンブル部は、データフレームより低い最低の通信レートにより送信される。 Tr (ACK), DIFS, and SIFS always occur during data communication, and thus affect the wireless communication throughput as overhead. In particular, since a substantially constant time is required regardless of the communication rate in the wireless section, the higher the wireless communication rate, the greater the influence of these overheads on the throughput. First, since ACK is transmitted at the lowest communication rate, even when the communication rate changes, the communication time Tr (ACK) due to ACK does not change. Similarly, since DIFS and SIFS are constant regardless of the communication rate, when the communication rate is high, the influence on overhead increases. In the transmission of the data frame itself, the preamble portion associated with the data frame is transmitted at the lowest communication rate lower than that of the data frame.
更に、これらオーバーヘッドは、パケットサイズに関わらずフレームの送信毎に発生するため、小さいパケットほど、オーバーヘッドの影響を受けやすくなる。そのため、同じビットレートの場合、パケットサイズが小さいフローの方が送信回数が増えるため、結果として送信するビットあたりの使用する無線資源が大きくなる。つまり、同じビットレートのトラヒックでも、パケットのサイズにより実際に使用する実効帯域が異なる。 Furthermore, since these overheads occur every time a frame is transmitted regardless of the packet size, the smaller packets are more susceptible to the overhead. Therefore, in the case of the same bit rate, the number of transmissions increases for flows with a small packet size, and as a result, the radio resources used per bit to be transmitted increase. In other words, the effective bandwidth actually used differs depending on the packet size even with the same bit rate traffic.
このように、無線LANでは、通信レートやパケットのサイズによって実際に使用する実効帯域が大きく変化するため、有線ネットワークで行われているビットレートに基づく帯域割り当てと帯域制御は、異なるデータサイズを持つ複数のフローが存在する場合、有効に機能しない。 In this way, in wireless LAN, the effective bandwidth actually used varies greatly depending on the communication rate and packet size, so bandwidth allocation and bandwidth control based on the bit rate performed in wired networks have different data sizes. It doesn't work effectively when there are multiple flows.
このような課題を解決する帯域制御技術の一例が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載される技術(以下、本発明の関連技術1と称す)では、新規の通信要求の受付時に、新規要求に必要なトラヒックの占有時間をSIFSやACK等を考慮して算出し、既に受け付けている他の要求に割り当てた占有時間から求まる余剰帯域に基づいて、新規要求の受け付け可否を判断する(アドミッションコントロール)。そして、新規要求を受け付けた場合、新規要求に対して帯域を割り当て、以後、トラヒックを監視する。若し、トラヒックが受け付け時に割り当てた帯域を超過している場合には、一定量のパケットを強制的に廃棄することにより、使用帯域が割り当て帯域以下になるように制御する。
An example of a bandwidth control technique that solves such a problem is described in
他方、無線LANのスループットを向上する技術として、複数のデータパケットを一つのパケットにまとめて送信するアグリゲーション技術が存在する。このアグリゲーション技術により、小さなサイズの複数のパケットを1つの大きなパケットとして送信すれば、送信回数が減るために、オーバーヘッドが抑えられ、スループットが向上する。ただし、アグリゲーション技術の課題として、複数のデータを溜めるため、待ち時間が遅延となる副作用がある。また、アグリゲーションでまとめられたパケットのサイズが大きいほど無線環境でのエラーでフレームが壊れてしまいやすくなるという問題もある。 On the other hand, as a technique for improving the throughput of the wireless LAN, there is an aggregation technique for transmitting a plurality of data packets in one packet. By transmitting a plurality of small-sized packets as one large packet by this aggregation technique, the number of transmissions is reduced, so overhead is suppressed and throughput is improved. However, as a problem of the aggregation technique, there is a side effect in which waiting time is delayed because a plurality of data is accumulated. There is also a problem that the larger the size of the packets collected by aggregation, the more likely the frame is broken due to an error in the wireless environment.
本発明の関連技術1によれば、トラヒックの占有時間から帯域制御を行うため、異なるサイズのパケットを持つ複数のフローが存在しても帯域制御を有効に行うことができる。しかし、実際に使用している帯域が割り当て帯域を超過した場合、使用帯域を低減させるにはパケットを廃棄するしか方法が無いため、無線資源の有効活用の面で課題があった。
According to the
本発明の目的は、実際に使用している実効帯域が割り当て帯域以上となった場合に、パケットをできだけ廃棄することなく、実際に使用している実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることのできる通信方法を提供することにある。 An object of the present invention is to reduce the effective bandwidth that is actually used to less than the allocated bandwidth without discarding packets as much as possible when the effective bandwidth that is actually used exceeds the allocated bandwidth. It is to provide a communication method.
本発明の通信装置は、設定されたアグリゲーション条件に従って、1以上のフローに流す複数のパケットを一つに集約するアグリゲーション処理手段と、前記1以上のフローの実際の使用帯域を計測し、該使用帯域が割り当て帯域を超えている場合、使用帯域を低減するために前記アグリゲーション処理手段にアグリゲーション条件を設定するパケット処理手段とを備える。 The communication apparatus according to the present invention measures an actual use band of the one or more flows, an aggregation processing means for aggregating a plurality of packets to be sent to one or more flows into one according to the set aggregation condition, And a packet processing unit that sets an aggregation condition in the aggregation processing unit in order to reduce a use band when the band exceeds the allocated band.
本発明によれば、実際に使用されている実効帯域が割り当て帯域以上となった場合でも、パケットをできだけ廃棄することなく、実際に使用されている実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができる。その理由は、複数のパケットを一つに集約するアグリゲーションによって、使用されている帯域を割り当て帯域以下に抑えるためである。 According to the present invention, even when the effective bandwidth that is actually used exceeds the allocated bandwidth, the effective bandwidth that is actually used can be suppressed below the allocated bandwidth without discarding the packet as much as possible. . The reason is to suppress the used bandwidth to the allocated bandwidth or less by aggregation that aggregates a plurality of packets into one.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
『第1の実施の形態』
図1を参照すると、本発明を適用したネットワーク構成の一例は、自身のトラヒックに対して帯域割り当てを必要とするパーソナルコンピュータ(PC)等の端末101、102、105、106と、トラヒックに対して帯域割り当てを行い、帯域を確保して管理する中継ノード103、104とで構成される。ここで、端末101は中継ノード103に有線で接続し、端末102と中継ノード103とは無線により接続する。また、中継ノード103と中継ノード104とは無線により接続し、端末105、106はそれぞれ有線により中継ノード104と接続されている。本発明の効果は無線帯域を実効帯域として制御する場合により顕著であるが、本発明が適用されるネットワークは全ての通信装置が無線で接続されている必要はなく、図1に例示するネットワークのように、有線で接続さている通信区間があっても良い。
“First Embodiment”
Referring to FIG. 1, an example of a network configuration to which the present invention is applied is as follows.
図2を参照すると、中継ノード103、104を経由して、端末101が端末106と通信し、端末102が端末105と通信する場合、端末101および端末102は、通信を開始する前に、一つのフロー、または複数のフローからなるトラヒッククラスのために、中継ノード103、104に対して帯域の割り当てを要求する。具体的には、RSVP(Resource Reservation Protocol)などを用いて帯域予約を行う(111、113)。そして、その後に通信を行う(112、114)。
Referring to FIG. 2, when the
中継ノード103、104は、端末101、102からのトラヒックに対してのフロー単位、トラヒッククラス単位での帯域割り当てに際し、フローの一秒あたりのビット量であるビットレート、パケットサイズ等の諸条件から実際に使用される実効帯域を求め、割り当てる帯域を決定する。
The
次に中継ノード103、104は、端末101と端末106との通信および端末102と端末105との通信が開始されると、その通信の平均ビットレートおよび平均パケットサイズなどの通信状況を計測し、その計測結果から実際に使用されている実効帯域を求め、割り当てられている実効帯域と比較する。そして、帯域が割り当てられたフローまたは、帯域が割り当てられたトラヒッククラス全体のトラヒック量の変化や、通信レートの変化により、フローまたは、トラヒッククラス全体が使用する実効帯域がそれぞれに割り当てられた実効帯域以上になる場合、中継ノード103、104は、フローまたは、トラヒッククラスに属するフローの平均パケットサイズ、平均ビットレートから、アグリゲーションを行うことによって現在割り当てられている帯域でも帯域割り当て時のビットレートを維持できるかどうかを調べる。
Next, when the communication between the
若し、或るデータサイズまでアグリゲーションすることにより、フローまたは、トラヒッククラスが使用する実効帯域が割り当て帯域以下となる場合は、中継ノード103、104は、そのデータサイズまでアグリゲーションを行うように設定し、パケット廃棄による帯域制御は実施しない。他方、既にデータサイズがシステムで許容される最大サイズになっていて、アグリゲーションによって帯域を改善する余地が無くなっているか、余地があってもアグリゲーションだけでは、実際に使用されている実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができない場合には、パケット廃棄による帯域制御をも併用することで、フローまたは、トラヒッククラスが使用する実効帯域を割り当て帯域以下に抑制する。
If the effective bandwidth used by a flow or traffic class is less than or equal to the allocated bandwidth due to aggregation up to a certain data size, the
その後、帯域が割り当てられたフローまたは、帯域が割り当てられたトラヒッククラス全体のトラヒック量の変化や、通信レートの変化により、フローまたは、トラヒッククラス全体が使用する実効帯域が、それぞれに割り当てられた実効帯域より所定量あるいは所定割合だけ小さな或る帯域以下まで低下した場合、中継ノード103、104は、パケット廃棄量およびアグリゲーション条件の見直しを行う。見直しを行う理由は、パケット廃棄量を減らすか、0にしても、使用実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができる可能性があるためである。また、アグリゲーション後のパケットサイズをより小さくするか、アグリゲーションをキャンセルしても、使用実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができる可能性があるためである。
After that, the effective bandwidth used by the flow or the entire traffic class is changed to the effective bandwidth allocated to the flow or the entire traffic class due to the change in the traffic volume of the entire traffic class to which the bandwidth is allocated or the communication rate. When the bandwidth drops below a certain bandwidth that is a predetermined amount or a predetermined ratio below the bandwidth, the
次に中継ノード103、104の構成例について詳細に説明する。
Next, a configuration example of the
図3を参照すると、本発明を適用した中継ノード201の一例は、3つの通信部202〜204と、通信部202に対応して設けられたアグリゲーション処理部207および帯域制御部208と、通信部203に対応して設けられたアグリゲーション処理部209および帯域制御部210と、通信部204に対応して設けられたアグリゲーション処理部211および帯域制御部212と、これらの通信部202〜204、アグリゲーション処理部207、209、211および帯域制御部208、210、212に接続されたパケット処理部205と、このパケット処理部205に接続された帯域管理部206とを備える。それぞれは概ね以下のような機能を備えている。
Referring to FIG. 3, an example of the
通信部202〜204は、自中継ノード201と他の通信装置との間で有線または無線により通信を行う。例えば、中継ノード201を図1の中継ノード103として使用する場合、例えば通信部204は端末101と通信し、通信部203は端末102と通信し、通信部202は中継ノード104と通信する。通信部202〜204は、他の通信装置から受信したパケットをパケット処理部205へ伝達し、逆に、パケット処理部205から帯域制御部208、210、212およびアグリゲーション処理部207、209、211を通じて受け取ったパケットを他の通信装置へ送信する。なお、この例の中継ノード201は通信部を3つ備えているが、通信部の数は2つ以下でも、また3つ以上であっても良い。
The
パケット処理部205は、ヘッダの解析や転送先の決定といった通常のパケット転送処理に加えて、アグリゲーションされたデータの分解、フロー毎の平均ビットレートや平均パケットサイズの計測などのトラヒック量の計測、計測結果に基づく実効帯域の算出と割り当て帯域との比較、比較結果に基づくアグリゲーション処理部207、209、211および帯域制御部208、210、212の制御を行う。
In addition to normal packet transfer processing such as header analysis and transfer destination determination, the
アグリゲーション処理部207、209、211は、パケット処理部205から設定されたアグリゲーション条件に従って、パケット処理部205から伝達された複数のパケットを一つのパケットに集約し、対応する帯域制御部208、210、212へ送出する。本実施の形態では、アグリゲーション条件の一つに、待ち時間がある。アグリゲーション処理部207、209、211は、アグリゲーションを行うフローに関してパケット処理部205から送られてくるパケットを、設定された待ち時間だけバッファに蓄積し、待ち時間が経過した時点でバッファに溜まっている複数のパケットを一つのパケットに集約する。その他、パケット数をアグリゲーション条件として設定し、設定されたパケット数だけ溜まったら一つのパケットに集約する等の付加変更が可能である。
The
帯域管理部206は、フロー単位、または、複数のフローからなるトラヒッククラス単位で、帯域割り当てを行う。具体的には、帯域管理部206は、パケットサイズ、ビットレートとその時の自中継ノード201の通信レート(通信能力)から、実際に使用される実効帯域を求め、それを割り当て帯域として管理し、パケット処理部205に対してその情報を提供する。
The
帯域制御部208、210、212は、パケット処理部205および対応するアグリゲーション処理部207、209、211から受け取ったパケットを、対応する通信部202〜204に伝達する。その際、帯域制御部208、210、212は、フロー単位、または、複数のフローからなるトラヒッククラス単位で、パケット処理部205からパケット廃棄量が設定されている場合には、設定された量のパケットを廃棄する処理を行う。
上述した通信部202〜204、パケット処理部205、帯域管理部206、アグリゲーション処理部207、209、211、帯域制御部208、210、212は、例えばコンピュータとその上で動作するプログラムとで実現することができる。プログラムは、磁気ディスク等のコンピュータ可読記録媒体に記録されて提供され、コンピュータの立ち上げ時などにコンピュータに読み取られ、コンピュータの動作を制御することにより、そのコンピュータ上に、通信部202〜204、パケット処理部205、帯域管理部206、アグリゲーション処理部207、209、211、帯域制御部208、210、212を実現する。
The
次に中継ノード201の動作を説明する。
Next, the operation of the
中継ノード201の帯域管理部206は、フロー単位、または、複数のフローからなるトラヒッククラス単位で帯域割り当てを行う。割り当てられた帯域の情報は、帯域管理部206で管理され、パケット処理部205から参照される。帯域管理部206は、帯域を割り当てる際に、パケットサイズ、ビットレートとその時の中継ノード201の通信レート(通信能力)から、実際に使用される実効帯域を求め、それを割り当て帯域として管理する。
The
その後、帯域が割り当てられたフローを通じてパケットの送受信が開始されると、中継ノード201のパケット処理部205は、フロー単位または、複数のフローからなるトラヒッククラス単位で、図4に示す処理を実行する。
Thereafter, when packet transmission / reception is started through the flow to which the bandwidth is allocated, the
まずパケット処理部205は、通信部202〜204から入力されたパケットを分類し、フロー毎の平均パケットサイズおよび平均ビットレートなどのトラヒック量を計測し、その計測結果から、実際に各フローまたは、トラヒッククラスが使用する実効帯域を求める(S101)。次にパケット処理部205は、求めた実効帯域と、帯域管理部206で管理されている当該フローまたはトラヒッククラスの割り当て実効帯域とを比較する(S102)。
First, the
次にパケット処理部205は、実際に使用されている実効帯域が割り当て帯域を超えていれば(S102でNO)、アグリゲーション条件を算出し(S103)、当該フローのパケットのアグリゲーションを行うアグリゲーション処理部207、209、211に設定する(S104)。ここで、アグリゲーション条件の算出ステップS103では、実際の使用実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができるアグリゲーション条件の算出を目標とするが、パケットの最大長の制限などによって実現不可能な場合、最大パケット長になるようなアグリゲーション条件を算出して設定する。次に、アグリゲーションだけでは実際の使用実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができない場合、アグリゲーション後の使用実効帯域と割り当て帯域との差分に応じたパケット廃棄量を算出し(S105)、当該フローの帯域制御を行う帯域制御部208、210、212に設定する(S106)。
Next, when the effective bandwidth actually used exceeds the allocated bandwidth (NO in S102), the
他方、実際に使用されている実効帯域が割り当て帯域を超えていなければ(S102でYES)、パケット処理部205は、実際に使用されている実効帯域が条件見直し閾値以下か否かを判定する(S107)。ここで、条件見直し閾値は、割り当て帯域から所定量小さな帯域、あるいは割り当て帯域の所定割合の帯域に設定される。実際に使用されている実効帯域が条件見直し閾値を超えているか(S107でNO)、超えていなくても当該フローに関してアグリゲーション実行中でなければ(S108でNO)、パケット処理部205はステップS101に戻って上述した処理を繰り返す。
On the other hand, if the effective bandwidth that is actually used does not exceed the allocated bandwidth (YES in S102), the
また、実際に使用されている実効帯域が条件見直し閾値以下であり(S107でYES)、且つ、当該フローに関してアグリゲーションを実行中であれば(S108でYES)、パケット処理部205は、パケット廃棄量およびアグリゲーション条件の見直しを行う(S109、S110)。その理由は、トラヒック量の低下等が生じていれば、アグリゲーションやパケット廃棄を行わなくても実際に使用されている実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができる可能性があるためである。
If the effective bandwidth actually used is equal to or smaller than the condition review threshold value (YES in S107) and aggregation is being executed for the flow (YES in S108), the
まず、ステップS109のパケット廃棄量の見直し処理では、パケット処理部205は、0より大きなパケット廃棄量が現在設定されていれば、その設定されているパケット廃棄量の全てを削減しても実際に使用されている実行帯域が割り当て帯域以下になるかどうかを調べる。現在のパケット廃棄量の全てを削減しても割り当て帯域以下になる場合には、該当する帯域制御部208、210、212に対してパケット廃棄量0の設定を行い、アグリゲーション条件の見直し処理に進む。現在のパケット廃棄量の全てを削減すると、割り当て帯域以上となる場合には、割り当て帯域以下となる最大の削減量を求め、該当する帯域制御部208、210、212に対して現在のパケット廃棄量から前記最大の削減量を差し引いた残りの量をパケット廃棄量として設定する。この場合、アグリゲーション条件の見直し処理はパスする。
First, in the packet discard amount review process in step S109, if a packet discard amount larger than 0 is currently set, the
ステップS110のアグリゲーション条件の見直し処理では、パケット処理部205は、実際の実効帯域を割り当て帯域以下にできる最小のパケットサイズを求め、この求めた最小パケットサイズがアグリゲーション前の平均パケットサイズより小さければ、アグリゲーションの実行をキャンセルする。また、前記最小パケットサイズがアグリゲーション前の平均パケットサイズより大きければ、前記最小パケットサイズがアグリゲーション後のパケットサイズになるようなアグリゲーション条件を算出して設定する。
In the aggregation condition review process in step S110, the
パケット処理部205の処理によってアグリゲーション対象となったフローに属するパケットは、パケット処理部205から該当するアグリゲーション処理部207、209、211に送られ、アグリゲーション条件に従って複数のパケットが一つのパケットに集約して、帯域制御部208、210、212へ送られる。他方、アグリゲーション対象でないフローに属するパケットは、そのままパケット処理部205から該当する帯域制御部208、210、212へ送られる。帯域制御部208、210、212は、フローに属するパケットを対応する通信部202〜204を通じて他の通信装置へ送信するが、パケット処理部205からパケット廃棄量が設定されている場合には、設定された量のパケットを当該フローに属するパケットから廃棄する。
Packets belonging to the flow subject to aggregation by the processing of the
以上のような処理が行われることにより、実際に使用されている実効帯域が割り当て帯域以上となった場合でも、パケットをできるだけ廃棄することなく、実際に使用されている実効帯域を割り当て帯域以下に抑えることができる。 As a result of the above processing, even when the effective bandwidth actually used exceeds the allocated bandwidth, the effective bandwidth actually used is kept below the allocated bandwidth without discarding packets as much as possible. Can be suppressed.
次に、実際に使用されている実効帯域を割り当て帯域以下に抑えるのに最低限必要なアグリゲーション条件の算出方法について説明する。 Next, a description will be given of a method for calculating the minimum aggregation condition necessary to keep the effective bandwidth actually used below the allocated bandwidth.
その説明の前に前提となる考えを示す。 Before the explanation, the premise idea is shown.
パケットサイズがPのデータを送る際に要する時間は以下のように表現できる。
DIFS + DATA_RATE(P) + SIFS + Tr(ACK) …(2)
ここで、DATA_RATE(P)は、無線区間の通信レートがRATE Mbpsの時にパケットサイズPのデータを送るのに必要な時間を表す。また、DIFS,SIFSはフレーム間の待ち時間、Tr(ACK)は、ACKフレームの送信に要する時間をそれぞれ表す。
The time required for sending data with a packet size of P can be expressed as follows.
DIFS + DATA_RATE (P) + SIFS + Tr (ACK)… (2)
Here, DATA_RATE (P) represents the time required to send data of packet size P when the communication rate in the wireless section is RATE Mbps. Further, DIFS and SIFS represent the waiting time between frames, and Tr (ACK) represents the time required for transmitting the ACK frame.
以上により、無線区間の通信レートがRATE Mbps時において、パケットサイズPのフローをパケットサイズがP_Setのときのフローと比較したオーバーヘッドα(P, P_Set)は、以下のようにして求めることができる。
α(P, P_Set) = (DIFS + DATA_RATE(P) + SIFS + Tr(ACK)) / (DIFS + DATA_RATE(P_Set) + SIFS + Tr(ACK)) * (P_Set / P) …(3)
As described above, the overhead α (P, P_Set) that compares the flow of the packet size P with the flow of the packet size P_Set when the communication rate in the wireless section is RATE Mbps can be obtained as follows.
α (P, P_Set) = (DIFS + DATA_RATE (P) + SIFS + Tr (ACK)) / (DIFS + DATA_RATE (P_Set) + SIFS + Tr (ACK)) * (P_Set / P)… (3)
上記のオーバーヘッドα(P, P_Set)は、パケットサイズがP_Setのフローを転送する際にかかるビットあたりの通信時間を1とすると、パケットサイズをPにしたフローではビットあたりにどの程度の通信時間がかかるかを示す値である。 The overhead α (P, P_Set) above is the communication time per bit for a flow with a packet size of P, assuming that the communication time per bit when transferring a flow with a packet size of P_Set is 1. This is a value indicating whether or not this is required.
以上を前提に、パケット処理部205では、以下のような動作を行う。なお、ここでは、説明を簡単にするために、二つのフローの例で説明するが、実際には多数のフローを対象にし、その場合においても以下に示される同様の手順で行われる。
Based on the above, the
今、無線区間の通信レートがRATE Mbpsであるときに、パケットサイズがP_Setとして、BW Mbps分の実効帯域が或る端末(例えば端末102)にトラヒッククラスとして割り当てられ、平均パケットサイズがP_Aで平均ビットレートがB_A bpsのフローAと、平均パケットサイズがP_Bで平均ビットレートがB_B bpsのフローBがそのクラスに属しているとする。このときフローAで使用する実効帯域は、B_A * α(P_A, P_Set)、フローBで使用する実効帯域は、B_B * α(P_B, P_Set)である。 Now, when the communication rate of the wireless section is RATE Mbps, the packet size is P_Set, the effective bandwidth for BW Mbps is assigned to a certain terminal (for example, terminal 102) as a traffic class, and the average packet size is averaged by P_A Assume that a flow A with a bit rate of B_A bps and a flow B with an average packet size of P_B and an average bit rate of B_B bps belong to the class. At this time, the effective bandwidth used in the flow A is B_A * α (P_A, P_Set), and the effective bandwidth used in the flow B is B_B * α (P_B, P_Set).
トラヒックの変動でフローA,B全体で使用する実効帯域が割り当て帯域以上のトラヒックになる場合、次式の関係になる。
BW < B_A * α(P_A, P_Set) + B_B * α(P_B, P_Set) …(4)
When the effective bandwidth used by the entire flows A and B becomes traffic exceeding the allocated bandwidth due to traffic fluctuations, the relationship is as follows.
BW <B_A * α (P_A, P_Set) + B_B * α (P_B, P_Set)… (4)
ここで、P_B << MTU(許容されている最大パケット長)であるとき、アグリゲーションでトラヒッククラスが使用する実効帯域を割り当てられた実効帯域以下に抑えつつ所定のビットレートB_A、B_Bを維持するためには、アグリゲーション後のパケットサイズP_B’を、以下の式を満たす大きさにする必要がある。
α(P_B’, P_Set) ≦ (BW− B_A * α(P_A, P_Set)) / B_B …(5)
Here, when P_B << MTU (maximum permissible packet length), in order to maintain the predetermined bit rates B_A and B_B while keeping the effective bandwidth used by the traffic class in the aggregation below the allocated effective bandwidth Therefore, it is necessary to set the packet size P_B ′ after aggregation to a size satisfying the following expression.
α (P_B ', P_Set) ≤ (BW− B_A * α (P_A, P_Set)) / B_B… (5)
簡単のために、
OH = DIFS + SIFS + Tr(ACK) …(6)
DATA_RATE(P) = P / RATE …(7)
と置くと、α(P_B’, P_Set)は、
α(P_B’, P_Set) = (OH + P_B’ / RATE) / (OH + P_Set / RATE) * (P_Set / P_B’) …(8)
で表せ、これをP_B’について解くと、
P_B’ = P_Set * OH / (OH * α(P_B’, P_Set) + P_Set / RATE * (α(P_B’, P_Set) − 1)) …(9)
となる。α(P_B’, P_Set)の上限値は、前記(5)の不等式より求まるため、その上限値の値を代入することで、P_B’を求めることができる。
For simplicity,
OH = DIFS + SIFS + Tr (ACK)… (6)
DATA_RATE (P) = P / RATE… (7)
Α (P_B ', P_Set) is
α (P_B ', P_Set) = (OH + P_B' / RATE) / (OH + P_Set / RATE) * (P_Set / P_B ')… (8)
And solve for P_B '
P_B '= P_Set * OH / (OH * α (P_B', P_Set) + P_Set / RATE * (α (P_B ', P_Set) − 1))… (9)
It becomes. Since the upper limit value of α (P_B ′, P_Set) is obtained from the inequality (5), P_B ′ can be obtained by substituting the value of the upper limit value.
この求めたP_B’の大きさになるようアグリゲーションを行うことで、トラヒッククラスが使用する実効帯域がトラヒッククラスに対して割り当てられた帯域以下となる。そして、アグリゲーションの待ち時間はP_B’とB_Bから次式により求まる。
待ち時間 = P_B’/B_B …(10)
By performing the aggregation so that the obtained P_B ′ is obtained, the effective bandwidth used by the traffic class becomes equal to or less than the bandwidth allocated to the traffic class. Then, the waiting time for aggregation is obtained from P_B ′ and B_B by the following equation.
Wait time = P_B '/ B_B (10)
仮に、求めたP_B’がMTU以上となる場合は、MTUをP_B’として用い、フローAに対しても同様のことを行う。それでも超過する場合は、帯域制御部210において、超過分が廃棄されるようにパケット廃棄量を設定する。
If the obtained P_B ′ is equal to or greater than the MTU, the same is performed for the flow A using the MTU as the P_B ′. If it still exceeds, the
以上のようにして、パケットサイズを考慮した実効帯域の帯域制御と、トラヒックが使用する実効帯域の状況に応じた動的なアグリゲーションが実現できる。 As described above, it is possible to realize bandwidth control of the effective bandwidth in consideration of the packet size and dynamic aggregation according to the status of the effective bandwidth used by the traffic.
上記のような処理を行う際には、オーバーヘッドα(P, P_Set)の計算が随所で必要になる。これを毎回計算によって求めるようにしても良いが、予め図5のようなグラフで示されるデータを記憶装置に記憶しておき、このデータを参照することで計算を省略することができる。この方法は、少ない計算資源を持つ中継ノードで用いることで、処理負担を低減することができる。なお、図5のグラフは、パケットサイズが1450 byteのときのフローを転送する際にかかるビットあたりの通信時間を1としたときの各パケットサイズでのビットあたりの通信時間(つまりオーバヘッドα)を、無線区間の通信レートが、54 Mbps、36 Mbps、11 Mbpsについて求めてグラフ化したものである。因みに、無線の通信レートが高くなるほどオーバヘッドがスループットに与える影響が大きくなるため、同じパケットサイズであっても通信レートが高いほど、オーバヘッドαの値が大きくなっている。 When performing the above processing, overhead α (P, P_Set) needs to be calculated everywhere. Although this may be obtained by calculation every time, data shown in a graph as shown in FIG. 5 is stored in advance in a storage device, and the calculation can be omitted by referring to this data. This method can reduce the processing load by using a relay node having a small number of computing resources. The graph of FIG. 5 shows the communication time per bit (that is, overhead α) at each packet size when the communication time per bit when transferring the flow when the packet size is 1450 bytes is 1. The communication rates in the wireless section are obtained and graphed for 54 Mbps, 36 Mbps, and 11 Mbps. Incidentally, since the influence of the overhead on the throughput increases as the wireless communication rate increases, the value of the overhead α increases as the communication rate increases even with the same packet size.
以上の方法に対して、実際に式に対して値を入れると以下のようになる。 In contrast to the above method, when a value is actually entered into the formula, the result is as follows.
無線区間を通信レート54Mbpsで通信している無線LANにおいて、10Mbps(パケットサイズ1450byte換算)分の実効帯域を或るトラヒッククラスに割り当てるとする。 Assume that in a wireless LAN communicating at a communication rate of 54 Mbps in a wireless section, an effective bandwidth of 10 Mbps (packet size converted to 1450 bytes) is allocated to a certain traffic class.
ここで、平均パケットサイズが1450byteのフローが7Mbps、平均パケットサイズが200byteのフローが1Mbps流れている場合、パケット処理部205において使用帯域をパケットサイズを考慮して調べると、200byteのフローが4Mbps程度の帯域を占めることとなり、合計11Mbpsとなる。
Here, if the flow with an average packet size of 1450 bytes is 7 Mbps and the flow with an average packet size of 200 bytes is 1 Mbps, the bandwidth used in the
パケット処理部205において、平均パケットサイズが200byteのフローの実効レートが3Mbps以下となるパケットサイズは、少なくとも400byteであれば、実効帯域でも2Mbpsとなることを調べる。最後に、400*8/10^6 = 0.0032から、アグリゲーション処理部におけるアグリゲーションの待ち時間を3.2 msecに設定する。
The
以上の説明では、通信区間の通信レートが変化しない状況の下で、トラヒックの量が割り当て帯域以上となってしまう場合での本発明の適用例だが、通信区間の通信レートが変化した結果、トラヒックの量が割り当て帯域以上となってしまう場合にも、以下で説明するように本発明を適用することができる。 In the above description, in the situation where the communication rate in the communication section does not change, the application example of the present invention in the case where the amount of traffic becomes equal to or greater than the allocated bandwidth, but as a result of the change in the communication rate in the communication section, traffic The present invention can also be applied as described below even when the amount of data exceeds the allocated bandwidth.
無線区間の通信品質に応じて、無線区間の通信レートが変動してしまうことが多々ある。そのような場合、実効帯域による帯域割り当てでは、無線区間の通信レートの変動に応じて、同じ割り当て帯域であっても実現できるビットレートが変動する。通信レートが変化した場合でも、本発明を適用することで、割り当てられた実効帯域内で今まで通信していたビットレートを最大限維持できる。 In many cases, the communication rate of the wireless section varies depending on the communication quality of the wireless section. In such a case, in the bandwidth allocation using the effective bandwidth, the bit rate that can be realized even with the same allocated bandwidth varies according to the variation of the communication rate in the wireless section. Even when the communication rate changes, by applying the present invention, it is possible to maintain the bit rate that has been communicated up to now within the allocated effective bandwidth.
今、無線区間の通信レートがRATE Mbps時であるときに、BW Mbpsの帯域(パケットサイズをP_Setとして)が或るトラヒッククラスに割り当てられ、そのトラヒッククラスに平均パケットサイズがP_Bで平均ビットレートがB_B bpsのフローが属しているとする。 Now, when the communication rate of the wireless section is RATE Mbps, the BW Mbps bandwidth (packet size as P_Set) is assigned to a traffic class, the average packet size is P_B and the average bit rate is Assume that the flow of B_B bps belongs.
ここで、無線環境の変化で無線区間の通信レートがRATE MbpsからRATE’ Mbpsへ変化し、それに応じて割り当てられた実効帯域で実現できるビットレートがBW MbpsからBW’ Mbpsに変化し、フローのビットレートがBW’以上となる場合、パケットサイズが次の式を満たすP_B’となるようにアグリゲーションを行う必要がある。
BW’/BW = (OH+P_B’/RATE’)/ (OH+P_Set/RATE) * (P_Set/P_B’) …(11)
Here, the communication rate of the wireless section changes from RATE Mbps to RATE 'Mbps due to changes in the wireless environment, and the bit rate that can be realized with the effective bandwidth allocated accordingly changes from BW Mbps to BW' Mbps, When the bit rate is equal to or higher than BW ′, it is necessary to perform aggregation so that the packet size becomes P_B ′ that satisfies the following expression.
BW '/ BW = (OH + P_B' / RATE ') / (OH + P_Set / RATE) * (P_Set / P_B')… (11)
そこで、P_B’について解くと、
P_B’ = P_Set * OH / (BW’/ BW ( OH + P_Set / RATE) − P_Set / RATE’) …(12)
となり、求めたP_B’が割り当てられた実効帯域内でビットレートを維持するために必要なアグリゲーション後のパケットサイズとなる。アグリゲーション処理部での待ち時間はP_B’とB_Bから前記式(10)により求まる。
So, solving for P_B ',
P_B '= P_Set * OH / (BW' / BW (OH + P_Set / RATE)-P_Set / RATE ')… (12)
Thus, the obtained packet size after aggregation is necessary to maintain the bit rate within the effective band to which the obtained P_B ′ is allocated. The waiting time in the aggregation processing unit is obtained from the above equation (10) from P_B ′ and B_B.
これにより、通信レートが変化した場合においても、アグリゲーションにより、もともと確保した実効帯域範囲内で帯域割り当て時のビットレートを保つことが可能となる。 As a result, even when the communication rate changes, it is possible to maintain the bit rate at the time of bandwidth allocation within the effective bandwidth range originally secured by aggregation.
ここでは、中継ノード自身の無線区間の通信レートが変動した場合での例だが、他に競合する無線機器により、中継ノードが確保できる実効帯域が変動する場合でも、確保できた実効帯域を元に、先ほどの例に示されるのと同様の処理が適用できる。 Here, it is an example when the communication rate of the relay node's wireless section changes, but even if the effective bandwidth that can be secured by the relay node fluctuates due to other competing wireless devices, based on the secured effective bandwidth The same processing as shown in the previous example can be applied.
次に本実施の形態の効果を説明する。 Next, the effect of this embodiment will be described.
第1の効果は、実際にトラヒックが使用する実効帯域を把握することができるため、ビットレートに基づく帯域制御ではできない、異なるパケットサイズのフローが混在した場合でも、実際に使用する帯域を把握することができることである。これにより、使用する実効帯域を基にした帯域制御が行える。 The first effect is that the effective bandwidth actually used by the traffic can be grasped. Therefore, even when flows of different packet sizes are mixed, which is not possible with the bandwidth control based on the bit rate, the actually used bandwidth is grasped. Be able to. Thereby, bandwidth control based on the effective bandwidth to be used can be performed.
第2の効果は、使用する帯域が割り当てられた帯域以上となる場合でも、アグリゲーションを行うことで使用する実効帯域を割り当て帯域内で最大限のビットレートを維持することができることである。 The second effect is that even when the band to be used is equal to or greater than the allocated band, the effective bit band to be used can be maintained within the allocated band by performing aggregation to maintain the maximum bit rate.
第3の効果は、通信区間の通信レートの変更により、あるトラヒックに割り当てられた帯域内で実現できるスループットが変化した場合でも、その状況に即したスループットを維持する帯域制御ができることである。その理由は、トラヒックと使用できる帯域に応じたアグリゲーションを行うためである。 A third effect is that even when the throughput that can be realized within a band assigned to a certain traffic changes due to a change in the communication rate of the communication section, it is possible to perform bandwidth control that maintains the throughput according to the situation. The reason is that aggregation is performed according to the bandwidth that can be used for traffic.
第4の効果は、各々の中継ノードが置かれた状況に応じて動作し、各中継ノードが自律的に行うため、シグナリングなどの情報交換を行うことなく、状況に応じたアグリゲーションにより全体のスループットを向上することできることである。 The fourth effect is that each relay node operates according to the situation where each relay node is placed, and each relay node performs autonomously. Therefore, the total throughput is achieved by aggregation according to the situation without exchanging information such as signaling. It is possible to improve.
『その他の実施の形態』
図3に示した中継ノード201では、各通信部202〜204毎に一組の帯域制御部およびアグリゲーション処理部を設けているが、帯域制御部およびアグリゲーション処理部を持たない通信部を有する中継ノードに対しても本発明は適用可能である。その場合の構成を図6に示す。この例の中継ノード221は、図3の中継ノード201からアグリゲーション処理部211および帯域制御部212を取り去った構成を有する。中継ノード221において、複数の通信部202〜204から受信したデータはパケット処理部205で処理され、通信部202、203を通じて送られる転送先については、アグリゲーション処理部207、209でアグリゲーションが行われると共に、帯域制御部208、210で帯域制御が行われる。他方、アグリゲーション処理部と帯域制御部を持たない通信部204経由で転送するデータに対しては、そのまま転送される。
"Other embodiments"
In the
第1の実施の形態では、アグリゲーションを用いて実際の実効帯域を割り当て帯域以下に制御する図3の仕組みを図1のネットワークにおける中継ノード103、104に組み込んだが、同様の仕組みを端末102等の端末に組み込むことも可能である。その場合、端末で発生するトラヒックに関しては、端末自身が帯域管理部に対して帯域割り当てを行い、図4で示されるフローチャートの手順で処理される。
In the first embodiment, the mechanism shown in FIG. 3 for controlling the actual effective bandwidth to be equal to or lower than the allocated bandwidth using aggregation is incorporated in the
第1の実施の形態では、図1に示したように2つの中継ノード103、104を備えたネットワークに対して本発明を適用したが、ネットワークに含まれる中継ノードおよび端末の数は任意であり、例えば図7に示すように、3つ以上の中継ノード103、104、107を通じて端末間で通信が行われるネットワークに対しても本発明は適用可能である。
In the first embodiment, the present invention is applied to a network having two
本発明で必要となる、フローまたは、トラヒッククラスに対する帯域の割り当て方法としては、RSVP (Resource Reservation Protocol) などを用いた予約による方式のほかにも、予め、本発明を実施する通信装置および中継ノードに対して割り当て情報を設定しておく方式によっても実現できる。 As a method of allocating a bandwidth to a flow or a traffic class required in the present invention, in addition to a reservation method using RSVP (Resource Reservation Protocol), a communication apparatus and a relay node that implement the present invention in advance. This can also be realized by a method in which allocation information is set for.
101、102、105、106…端末
103、104、107、201、221…中継ノード
202〜204…通信部
205…パケット処理部
206…帯域管理部
207、209、211…アグリゲーション処理部
208、210、212…帯域制御部
101,102,105,106 ... terminal
103, 104, 107, 201, 221 ... Relay node
202 ~ 204 ... Communication Department
205: Packet processor
206… Bandwidth management unit
207, 209, 211 ... Aggregation processor
208, 210, 212 ... Band control unit
Claims (20)
前記1以上のフローの実際の使用帯域を計測し、該使用帯域が割り当て帯域を超えている場合、使用帯域を低減するために前記アグリゲーション処理手段にアグリゲーション条件を設定するパケット処理手段とを備えることを特徴とする通信装置。 Aggregation processing means for aggregating a plurality of packets flowing in one or more flows into one according to the set aggregation condition;
A packet processing unit configured to measure an actual bandwidth used for the one or more flows and to set an aggregation condition in the aggregation processing unit in order to reduce the bandwidth used when the bandwidth used exceeds the allocated bandwidth. A communication device characterized by the above.
前記パケット処理手段は、アグリゲーションによる使用帯域の削減だけでは割り当て帯域以下に抑制できない場合、使用帯域を低減するために前記帯域制御手段に対して一定量または一定割合のパケットの廃棄を行わせることを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。 Bandwidth control means for performing bandwidth control of the one or more flows by discarding packets;
When the packet processing means cannot reduce the used bandwidth to less than the allocated bandwidth by merely reducing the used bandwidth by aggregation, the packet processing means may cause the bandwidth control means to discard a certain amount or a certain ratio of packets in order to reduce the used bandwidth. The communication apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that:
b)前記アグリゲーション処理手段が、設定されたアグリゲーション条件に従って、前記1以上のフローに流す複数のパケットを一つに集約するステップとを含むことを特徴とする通信方法。 a) the packet processing means measuring the actual bandwidth used for one or more flows, and if the bandwidth used exceeds the allocated bandwidth, setting an aggregation condition in the aggregation processing means to reduce the bandwidth used; ,
b) The aggregation processing means includes a step of aggregating a plurality of packets flowing in the one or more flows into one in accordance with a set aggregation condition.
設定されたアグリゲーション条件に従って、1以上のフローに流す複数のパケットを一つに集約するアグリゲーション処理手段と、
前記1以上のフローの実際の使用帯域を計測し、該使用帯域が割り当て帯域を超えている場合、使用帯域を低減するために前記アグリゲーション処理手段にアグリゲーション条件を設定するパケット処理手段として機能させるためのプログラム。 Computer
Aggregation processing means for aggregating a plurality of packets flowing in one or more flows into one according to the set aggregation condition;
In order to measure the actual bandwidth used for the one or more flows and, when the bandwidth used exceeds the allocated bandwidth, to cause the aggregation processing means to function as a packet processing means for setting an aggregation condition in order to reduce the bandwidth used Program.
前記パケット処理手段は、アグリゲーションによる使用帯域の削減だけでは割り当て帯域以下に抑制できない場合、使用帯域を低減するために前記帯域制御手段に対して一定量または一定割合のパケットの廃棄を行わせることを特徴とする請求項15または16に記載のプログラム。 Further causing the computer to function as bandwidth control means for performing bandwidth control of the one or more flows by discarding packets; and
When the packet processing means cannot reduce the used bandwidth to less than the allocated bandwidth by merely reducing the used bandwidth by aggregation, the packet processing means may cause the bandwidth control means to discard a certain amount or a certain ratio of packets in order to reduce the used bandwidth. The program according to claim 15 or 16, characterized in that
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