JP2010213098A - 優先制御装置および優先制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信端末に機能を付加することなく、高優先度のトラヒックを優先することができる優先制御装置を得ること。
【解決手段】自身に接続される受信端末宛てのＴＣＰデータを受信端末に送信する優先制御装置１であって、優先度情報と受信したＴＣＰデータに基づいて、そのＴＣＰデータが高優先度トラヒックであるか低優先度トラヒックであるかを判別するＴＣＰデータ弁別部１６と、受信品質を求める無線Ｉ／Ｆ部１７と、受信品質に基づいて低優先度トラヒックに操作を実施するかの判定を行うパケット操作判定部１３と、操作を実施すると判定した場合に、低優先度トラヒックのデータに対して帯域制限処理を実施するＴＣＰデータ操作部１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信のトラヒックの優先制御を実施する優先制御装置および優先制御方法に関する。

従来のインターネット／イントラネットはベストエフォート型のサービスが主であり、プロトコルとしてＴＣＰ（Transmission Control Protocol）が頻繁に用いられている。ＴＣＰでは、信頼性のある通信を実現するため、データの破壊やパケットの紛失、重複、順序入れ替えの検出、再送制御を行うため、確認応答（ＡＣＫ：ACKnowledgement）とシーケンス番号の付与とを用いる。しかし、１パケットごとに確認応答を行うと、パケットの往復時間（ＲＴＴ）が長くなった場合通信性能が悪くなる。そこでＴＣＰでは輻輳ウィンドウサイズと受信可能ウィンドウサイズを有しており、その時の輻輳ウィンドウサイズと受信可能ウィンドウサイズのうち小さい方を選択して、一度にその数だけパケットを送ることで、パケットの往復時間が長くなっても性能が低下しないよう制御を行う。

しかし、ネットワークの帯域はネットワーク自体の特性や他の通信の状態により様々に変化するため、突然大量のパケットを送信するとパケットの紛失が発生する可能性がある。そこで、ＴＣＰでは帯域が未知のネットワークで効率良く最大のスループットを実現するため、スロースタートと輻輳回避、と呼ばれるアルゴリズムに従って輻輳ウィンドウサイズの制御を行う（たとえば、下記非特許文献１参照）。このアルゴリズムでは、パケットの紛失事象を検出すると、輻輳ウィンドウサイズの削減を行い、通信帯域を制限する制御を行う。

一方、現在ではネットワーク環境の多様化、ネットワークを用いたアプリケーションの多様化により、従来のベストエフォート型のサービスにも優先制御が必要となりつつある。たとえばネットワークの混雑時にも緊急・重要な通信で帯域を確保したい要求がある。ところが、従来のＴＣＰでは通信要求条件に依らず、パケット紛失事象を検出すると通信帯域を一律に制限する制御を行うため、緊急・重要な通信の帯域を確保できない場合がある。そこで、たとえば、下記特許文献１では、通信の優先制御を実現する方法が記載されている。この方法では、非優先トラヒックについては従来のＴＣＰ通り、パケットの紛失を検出すると輻輳ウィンドウサイズの削減を行うが、高優先トラヒックについては、その優先度に応じて複数回のパケットの紛失、重複確認応答を検出するまで輻輳ウィンドウサイズの削減を行わない。このようにして高優先トラヒックの帯域確保を実現する。

特開平１１−２６１６３２号公報

ＩＥＴＦ ＲＦＣ７９３ "ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＣＯＮＴＲＯＬ ＰＲＯＴＯＣＯＬ"， ＳＥＰ １９８１

しかしながら、上記従来のＴＣＰの技術によれば、信頼性のある通信を実現するため、シーケンス番号を用いた確認を行い、効率の良い通信を実現するためウィンドウ制御を行い、一度に複数のパケットを送信する。また、帯域が未知のネットワークで効率よく最大のスループットを実現するため、スロースタートフェーズ、輻輳回避フェーズを用いることでウィンドウサイズの制御を行い、パケットの紛失を検出すると、ウィンドウサイズを削減する。そのため、優先度の高い重要・緊急な通信が発生しても、ネットワークが混雑しているときにパケットが紛失すると、他の通信がネットワークを占有していまい、優先度の高い通信の帯域が制限されてしまう、という問題点があった。

また、上記特許文献１に記載の方法では、上述のような課題を解決するため、受信端末にてＴＣＰの処理に機能を付加することで、受信端末が、高優先トラヒックについては、その優先度に比例した回数だけパケットの紛失を検出してもウィンドウサイズの減少を発生させないフロー制御を行い、高優先トラヒックの帯域の確保を実現している。しかし、この制御を行うには受信端末のＴＣＰの処理に機能の付加が必要である。そのため、受信端末に対して機能の付加ができない場合に、この方法による優先制御ができない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受信端末に機能を付加することなく、高優先度のトラヒックを優先することができる優先制御装置および優先制御方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、無線信号として受信した自身に接続される受信端末宛てのＴＣＰデータを、前記受信端末に送信する優先制御装置であって、ＴＣＰデータに含まれる所定の情報と高優先度トラヒックであるかまたは低優先度トラヒックであるかを示す優先度情報との対応を保持し、前記対応と前記ＴＣＰデータに基づいて、そのＴＣＰデータが高優先度トラヒックのデータであるか低優先度トラヒックのデータであるかを判別するＴＣＰデータ判別手段と、前記無線信号に基づいて受信品質を求める無線処理手段と、前記受信品質に基づいて低優先度トラヒックの帯域制限を行うための所定の操作を実施するか否かの判定を行う操作判定手段と、前記操作を実施すると判定した場合に、前記操作として前記低優先度トラヒックのデータに対して所定の帯域制限処理を実施するＴＣＰデータ操作手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、本実施の形態では、受信端末とネットワーク接続し、外部と無線接続する優先制御装置が、外部から送信された受信端末宛てのＴＣＰデータ高優先トラヒックと低優先トラヒックに弁別し、高優先トラヒックのＴＣＰデータの紛失を検出した場合に、低優先トラヒックのＴＣＰデータの帯域を制限するための所定の操作を行うようにしたので、受信端末に機能を付加することなく、高優先度のトラヒックを優先することができる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる優先制御装置の機能構成例を示す図である。 図２は、通信システムの構成例を示す図である。 図３は、高優先トラヒックに帯域の制限が生じる例を示す図である。 図４は、ＴＣＰの輻輳ウィンドウサイズの推移を表す図である。 図５は、優先制御装置の動作の一例を示すシーケンス図である。 図６は、優先制御装置のパケット操作判定部が実施する処理の一例を示すフローチャートである。 図７は、パケット操作としてＴＣＰデータの遅延を実施した例を示すシーケンス図である。 図８は、パケット操作としてＡＣＫ内の受信可能ウィンドウサイズを小さくする操作を行った例を示すシーケンス図である。 図９は、パケット操作として低優先トラヒックのＴＣＰデータを一定の割合で破棄する例のシーケンス図である。

以下に、本発明にかかる優先制御装置および優先制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかる優先制御装置の機能構成例を示す図である。図１に示すように本実施の形態の優先制御装置１は、ＡＣＫ弁別部１１，ＡＣＫ操作部１２，パケット操作判定部１３，パケット紛失判断部１４，ＴＣＰデータ操作部１５，ＴＣＰデータ弁別部１６，無線Ｉ／Ｆ（InterFace）部１７で構成される。また、図では、優先制御装置１とネットワーク接続し、優先制御装置１経由で外部からパケットを受信する受信端末２を優先制御装置１とともに示している。

図２は、本実施の形態の通信システムの構成例を示す図である。図２に示すように、本実施の形態の通信システムは、優先制御装置１，受信端末２，無線システム３，ＧＷ（Gateway）４，ＩＰ（Internet Protocol）網５と、送信端末６を備える。ここでは、受信端末２と優先制御装置１はＬＡＮにより接続されていることとする。送信端末６および受信端末２は、ＴＣＰを備えており、送信端末６から送信されたＴＣＰデータはＩＰ網５を通過し、ＧＷ４を介して無線システム３に送信される。そして、無線システム３に到達したＴＣＰデータは、無線システム３を介して優先制御装置１に送信され、優先制御装置１経由で受信端末２に到達する。受信端末２は、ＴＣＰデータを受信すると、そのＴＣＰデータに対するＡＣＫを、優先制御装置１，無線システム３，ＧＷ４，ＩＰ網５経由で送信端末６に送信する。

図２のような通信システムの例として、たとえば、車や列車などの移動体を含む通信がある。たとえば、車や列車などの移動体上にＬＡＮ（Local Area Network）が存在し、受信端末２は、そのＬＡＮに接続しているとする。そして、移動体上にＬＡＮに接続する無線通信装置を介して、移動体の外部の無線システム３と接続し、無線システムはＧＷ４を介してＩＰ網５と接続しているとする。このような構成で、受信端末２が、ＩＰ網５に接続する送信端末６からデータを受信する場合に相当する。本実施の形態では、優先制御装置１が上記の無線通信装置としての機能も有している。いいかえると、本実施の形態では、上記の無線通信装置が、本実施の形態の優先制御装置１として機能する。

図２に示したような通信システムでは、無線区間が存在するため、有線ネットワークと比較して帯域が狭く、また、帯域や伝送損失の変動が有線ネットワークと比較して多く起き、伝送品質が低いと言える。一般に、無線ネットワークはパケットの紛失が有線ネットワークと比較して多く起きるため、高優先トラヒックのパケットに紛失が起こると帯域の制限が生じる。

図３は、高優先トラヒックに帯域の制限が生じる例を示す図である。ここでは、高優先トラヒックＴ１のパケット送信と低優先トラヒックＴ２のパケット送信が行われているとする。上部に示したように、無線システム３と優先制御装置１の間の無線区間で、高優先トラヒックＴ１のパケットにロス（紛失）が生じたとする。この場合、ＴＣＰではパケットの紛失が生じると帯域制限を行うため、高優先トラヒックＴ１の帯域が制限され、下部に示したような状態となる。なお、図３では、高優先トラヒックＴ１，低優先トラヒックＴ２の矢印の太さはそれぞれに割り当てられた帯域を示している。

具体的には、ＴＣＰの場合たとえば、以下のように帯域が制限される。ＴＣＰでは、スロースタートと輻輳回避、の手法によりウィンドウサイズを制御する。輻輳ウィンドウサイズがスロースタート閾値に達するまでは輻輳ウィンドウサイズは指数的に増加していく。この期間をスロースタートフェーズという。また、タイムアウトが発生すると、スロースタート閾値はその時の輻輳ウィンドウサイズと受信可能ウィンドウサイズの小さい方の値の、半分の値となり、輻輳ウィンドウサイズは初期値の１に戻る。輻輳ウィンドウサイズがスロースタート閾値を上回ると、指数的に増加していた輻輳ウィンドウサイズが線形の増加に変化する。これを輻輳回避フェーズという。

図４は、ＴＣＰの輻輳ウィンドウサイズの推移を表す図である。輻輳ウィンドウサイズが、スロースタート閾値Ａより小さい間は、スロースタートフェーズＰ１であり、また、タイムアウトが発生すると、スロースタート閾値Ａはその時の輻輳ウィンドウサイズと受信可能ウィンドウサイズの小さい方の値の、半分の値となる。そして、輻輳ウィンドウサイズがスロースタート閾値Ａを超えた時点で輻輳回避フェーズＰ２に移行し、輻輳ウィンドウサイズの増加が線形となる。したがって、ＴＣＰでは、図３のようにパケットのロスによりタイムアウトが発生すると、輻輳回避フェーズに以降するため、ウィンドウサイズの増加に制約ができ、帯域が制限されることになる。

そこで、本発明では無線Ｉ／Ｆ部１７を内蔵した優先制御装置１を設置することで、高優先トラヒックの帯域の確保を行う。図５は、本実施の形態の優先制御装置１の動作の一例を示すシーケンス図である。また、図６は、優先制御装置１のパケット操作判定部１３が実施する処理の一例を示すフローチャートである。以下、図１、５および６を用いて本実施の形態の動作を説明する。

まず、送信端末６から送信されるパケットの処理について説明する。図５に示すように、優先制御装置１の無線Ｉ／Ｆ部１７は、ＩＰ網５，ＧＷ４，無線システム３経由で送信端末１から送信されたパケットを無線信号として受信し、受信信号に所定の受信処理を行いＴＣＰデータとしてＴＣＰデータ弁別部１６に渡す（ステップＳ１１）。

ＴＣＰ弁別部１６は、受け取ったＴＣＰデータに基づいてそのトラヒックが高優先であるか低優先であるかを判断し、高優先トラヒックと低優先トラヒックに弁別する（ステップＳ１２）。この判断は、たとえば、ＴＣＰデータに含まれるＩＰアドレスやポート番号など所定の情報と優先度との対応をあらかじめ保持しておき、その対応とＴＣＰデータとその対応とに基づいて実施する。

ＴＣＰ弁別部１６は、高優先トラヒックと判断したＴＣＰデータをパケット紛失判断部１４へ渡し（ステップＳ１３）、低優先トラヒックと判断したＴＣＰデータをＴＣＰデータ操作部１５へ渡す（ステップＳ１４）。

パケット紛失判断部１４は、ＴＣＰ弁別部１６から受け取ったＴＣＰデータを解析し、ＴＣＰデータに含まれるシーケンス番号を記録する。そして、受信端末２から送信されるＡＣＫに含まれるシーケンス番号を記録されているシーケンス番号と比較することで、パケットの紛失の検出を行う（ステップＳ１５）。なお、ＡＣＫに含まれるシーケンス番号は、たとえば、ＡＣＫ弁別部１１が抽出してパケット紛失判断部１４に通知するようにすればよい。パケット紛失判断部１４は、ＴＣＰデータを受信端末２へ出力し（ステップＳ１６）、また、パケットの紛失を検出した場合には、パケットを紛失したことを通知するパケット紛失情報をパケット操作判定部１３に出力する（ステップＳ１７）。

一方、無線Ｉ／Ｆ部１７は、受信信号に基づいて受信レートおよび受信強度を求め、求めた結果をパケット操作判定部１３に渡す（ステップＳ１８）。なお、ここでは受信レートおよび受信強度を求めるようにしたが、これに限らず、無線区間の品質（帯域）を知るための情報であればこれに限らず他の情報を用いてもよい。パケット操作判定部１３は、無線Ｉ／Ｆ部１７から受け取った受信レートおよび受信強度と、パケット紛失判断部１４から受け取ったパケット紛失情報と、に基づいてパケット操作を行うか否かを判定し、パケット操作をすると判定した場合にはパケット操作指示をＴＣＰデータ操作部１５およびＡＣＫ操作部１２に出力する（ステップＳ１９，ステップＳ２０）。

具体的には、パケット操作判定部１３は、たとえば、以下の（１）〜（３）のうち１つ以上に該当する場合に、パケット操作を行うと判定する。
（１）高優先トラヒックのパケットの紛失が検出された。
（２）受信強度が閾値より下回る。
（３）受信レートが閾値より下回る。

ＴＣＰデータ操作部１５は、パケット操作指示を受け取ると、ＴＣＰデータ弁別部１６から受け取った低優先トラヒックのＴＣＰデータについて、パケット操作として以下の（Ａ），（Ｂ）のいずれかまたは両方を実施する（ステップＳ２１）。
（Ａ）ＴＣＰデータを意図的に所定の時間遅らせて送信
（Ｂ）ＴＣＰデータを一定の割合で破棄

上記（Ａ）は、たとえば、所定の時間ＴＣＰデータを保持しておくことにより送信を遅延させることができる。また、上記の（Ａ）では、遅らせる時間を段階的に増やしていくようにしてもよく、上記の（Ｂ）では、破棄する割合を段階的に増やすようにしてもよい。

以上のパケット操作により低優先トラヒックの帯域を制限することで、高優先トラヒックの帯域の確保をする。ＴＣＰデータ操作部１５は、操作実施後のＴＣＰデータを受信端末２に出力する（ステップＳ２２）。また、ＴＣＰデータ操作部１５は、パケット操作判定部１３からパケット操作指示を受けていない場合には、低優先トラヒックのＴＣＰデータをそのまま（パケット操作をせずに）無線Ｉ／Ｆ部１７に出力する。

一方、ＡＣＫ弁別部１１は、受信端末２から送信端末６宛てに送信されるＡＣＫを受け取り（ステップＳ２３）、そのＡＣＫに基づいて高優先であるか低優先であるかを判断し、ＡＣＫを高優先トラヒックと低優先トラヒックに弁別する（ステップＳ２４）。弁別方法は、ＴＣＰデータの弁別方法と同様である。

ＡＣＫ弁別部１１は、高優先トラヒックと判断したＡＣＫを無線Ｉ／Ｆ部１７へ渡し（ステップＳ２５）、低優先トラヒックと判断したＡＣＫをＡＣＫ操作部１２へ渡す（ステップＳ２６）。

ＡＣＫ操作部１２は、パケット操作判定部１３からパケット操作指示を受け取っている場合は、低優先トラヒックと判断されたＡＣＫに対して、以下の（ア）、（イ）、（ウ）の１つ以上を実施することにより操作を行い（ステップＳ２７）、低優先トラヒックの帯域を制限することで高優先トラヒックの帯域の確保を行う。
（ア）低優先トラヒックのＡＣＫを意図的に所定の時間遅らせて送信する。
（イ）低優先トラヒックのＡＣＫ内の受信可能ウィンドウサイズをより小さい値に書き換える。
（ウ）低優先トラヒックのＡＣＫを一定の割合で破棄する。

上記（ア）は、たとえば、所定の時間ＡＣＫを保持しておくことにより送信を遅延させることができる。また、上記の（ア）では、遅らせる時間を段階的に増やしていくようにしてもよく、上記の（イ）では、受信可能ウィンドウサイズを段階的に小さくしていくようにしてもよく、上記の（ウ）では、破棄する割合を段階的に増やすようにしてもよい。

そして、ＡＣＫ操作部１２は、操作実施後のＡＣＫを無線Ｉ／Ｆ部１７に出力する（ステップＳ２８）。また、ＡＣＫ操作部１２は、パケット操作判定部１３からパケット操作指示を受けていない場合には、低優先トラヒックのＡＣＫをそのまま（パケット操作をせずに）無線Ｉ／Ｆ部１７に出力する。無線Ｉ／Ｆ部１７は、ＡＣＫ弁別部１１から受け取った高優先トラヒックのＡＣＫおよびＡＣＫ操作部１２から受け取った低優先トラヒックのＡＣＫに所定の送信処理を実施し、無線信号として送信する。

つぎに、図６を用いてパケット操作判定部１３の処理を説明する。まず、パケット操作を実施中であるか否かを判断し（ステップＳ３１）、パケット操作を行っていない場合（ステップＳ３１ Ｎｏ）は、パケット操作を行うか否かを判定する（ステップＳ３２）。ステップＳ３１の判定は、上述のステップＳ１９の処理で説明した方法で行う。パケット操作を行うと判定した場合（ステップＳ３２ Ｙｅｓ）は、ＡＣＫ操作部１２およびＴＣＰデータ操作部１５にパケット操作を行うよう指示する（ステップＳ３３）。パケット操作を行わないと判定した場合（ステップＳ３２ Ｎｏ）は、処理を終了する。

また、ステップＳ３１でパケット操作を行っていると判断した場合（ステップＳ３１ Ｙｅｓ）には、パケット操作を終了するか否かを判断し（ステップＳ３４）、パケット操作を終了すると判断した場合（ステップＳ３４ Ｙｅｓ）には、ＡＣＫ操作部１２およびＴＣＰデータ操作部１５にパケット操作を終了するよう指示する（ステップＳ３５）。パケット操作を終了しないと判断した場合（ステップＳ３４ Ｎｏ）には、ステップＳ３３に進む。なお、パケット操作を終了するかの判断は、たとえば、受信レートおよび受信強度と、パケット紛失情報に基づいて以下の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の１つ以上があてはまる場合に、パケット操作を終了すると判断する。
（ａ）パケットの紛失の停止
（ｂ）閾値を下回っていた受信レートの回復
（ｃ）閾値を下回っていた受信強度の回復
また、高優先トラヒックの通信が終了した場合にも終了とする。

なお、以上の説明では、ＴＣＰデータ操作部１５とＡＣＫ操作部１２の両方がパケット操作を行う例について説明したが、いずれか一方がパケット操作を行うようにしてもよい。

つづいて、本実施の形態を実施例について説明する。図７は、本実施の形態のパケット操作としてＴＣＰデータの遅延を実施した例を示すシーケンス図である。図の上部に横方向の実線で示した矢印の処理は、パケット操作を行わない従来のＴＣＰの処理を示し、図の下部に横方向の点線で示した矢印の処理は、本実施の形態の処理を示す。従来の処理では、ＴＣＰデータ＃１が送信端末６から優先制御装置１へ送信され（ステップＳ４１）、優先制御装置１がＴＣＰデータ＃１を受信端末２へ送信する（ステップＳ４２）。受信端末２は、ＴＣＰデータ＃１に対するＡＣＫ＃１を優先制御装置１へ送信し（ステップＳ４３）、優先制御装置１がＡＣＫ＃１を送信端末６へ送信する（ステップＳ４４）。送信端末６は、ＡＣＫ＃１を受信すると、ＴＣＰデータ＃２を送信する（ステップＳ４５）。従来の処理の、送信端末６がＴＣＰデータ＃１を送信してからＴＣＰデータ＃２を送信するまでの時間を送信間隔Ｓ１とする。

一方、本発明では、ステップＳ４１と同様にＴＣＰデータ＃１が送信端末６から優先制御装置１へ送信される（ステップＳ４６）が、優先制御装置１は、ＴＣＰデータ＃１の送信を遅延させて（ステップＳ４７）、受信端末２へ送信する（ステップＳ４８）。なお、ここでは、ＴＣＰデータ＃１は低優先トラヒックとしＴＣＰデータ操作部１５が上記（Ａ）の操作を行ったとする。受信端末２は、ＴＣＰデータ＃１に対するＡＣＫ＃１を優先制御装置１へ送信し（ステップＳ４９）、優先制御装置１がＡＣＫ＃１を送信端末６へ送信する（ステップＳ５０）。送信端末６は、ＡＣＫ＃１を受信すると、ＴＣＰデータ＃２を送信する（ステップＳ５１）。本実施の形態では、送信端末６がＴＣＰデータ＃１を送信してからＴＣＰデータ＃２を送信するまでの時間である送信間隔Ｓ２は、送信間隔Ｓ１に比べ長くなる。

本実施の形態では、優先制御装置１が低優先トラヒックについてＴＣＰデータを遅延させるためＲＴＴ（Round Trip Time）が従来の処理より長くなり、送信間隔Ｓ２が送信間隔Ｓ１より長くなる。これにより低優先トラヒックの帯域の制限を行うことができ、結果的に高優先トラヒックの帯域が確保できる。

図８は、本実施の形態のパケット操作としてＡＣＫ内の受信可能ウィンドウサイズを小さくする操作を行った例を示すシーケンス図である。図の上部に横方向の実線で示した矢印の処理は、パケット操作を行わない従来のＴＣＰの処理を示し、図の下部に横方向の点線で示した矢印の処理は、本実施の形態の処理を示す。また、矢印の太さはウィンドウサイズを示し、太いほどウィンドウサイズが大きいことを表す。従来の処理では、図７のステップＳ４１〜ステップＳ４５と同様に、ステップＳ６１〜ステップＳ６５が実施される。この際、ステップＳ６５では、ステップＳ６１より輻輳ウィンドウサイズを増加させてＴＣＰデータ＃２を送信する。

一方、本発明では、ステップＳ６１と同様にＴＣＰデータ＃１が送信端末６から優先制御装置１へ送信され（ステップＳ６６）、ステップＳ６２と同様に優先制御装置１が受信端末２へＴＣＰデータ＃１を送信する（ステップＳ６７）。そして、ステップＳ６３と同様に、受信端末２は、ＴＣＰデータ＃１に対するＡＣＫ＃１を優先制御装置１へ送信し（ステップＳ６８）、優先制御装置１は、受信したＡＣＫ＃１の受信可能ウィンドウサイズを小さく書き換え、書き換え後のＡＣＫ＃１を送信端末６へ送信する（ステップＳ６９）。

送信端末６は、送信ウィンドウサイズとして、受信可能ウィンドウサイズと輻輳ウィンドウサイズの小さい方を採用するため、ＡＣＫ＃１に含まれる受信可能ウィンドウサイズが十分小さい値に書き換えられていると、送信ウィンドウサイズを小さくする。したがって、送信端末６は、送信ウィンドウサイズをステップＳ６６の送信時より小さくしてＴＣＰデータ＃２を送信する（ステップＳ７０）。これにより低優先トラヒックの帯域の制限を行うことができ、高優先トラヒックの帯域を確保できる。

図９は、パケット操作として低優先トラヒックのＴＣＰデータを一定の割合で破棄する例のシーケンス図である。図の上部に横方向の実線で示した矢印の処理は、パケット操作を行わない従来のＴＣＰの処理を示し、図の下部に横方向の点線で示した矢印の処理は、本実施の形態の処理を示す。また、矢印の太さはウィンドウサイズを示し、太いほどウィンドウサイズが大きいことを表す。従来の処理では、図８のステップＳ６１〜ステップＳ６５と同様に、ステップＳ７１〜ステップＳ７５が実施される。

一方、本発明では、ステップＳ７１と同様にＴＣＰデータ＃１が送信端末６から優先制御装置１へ送信される（ステップＳ７６）が、優先制御装置１がＴＣＰデータ＃１を破棄したとする（ステップＳ７７）。ＴＣＰデータ＃１は、受信端末２に到達しないため、ＡＣＫ＃１が返らないため送信端末６は、輻輳ウィンドウサイズをリセット（１にリセット）し、スロースタートフェーズにはいりＴＣＰデータ＃１を再送する（ステップＳ７８）。これにより、低優先トラヒックが一度に送るパケットの数を減少させ、低優先トラヒックの帯域の制限を行うことができ、高優先トラヒックの帯域を確保できる。

また、優先制御装置１がＴＣＰデータ＃１を破棄せずに、受信端末２へ送信し、受信端末２から受信したＡＣＫ＃１を破棄した場合にも、送信端末６は、ステップＳ７８と同様に、輻輳ウィンドウサイズをリセットしてＴＣＰデータ＃１を再送することになる。

以上のように、本実施の形態では、受信端末２とネットワーク接続し、また、外部と無線接続する優先制御装置が、外部から送信された受信端末２宛てのＴＣＰデータを中継することとし、優先制御装置では、ＴＣＰデータ弁別部１６がＴＣＰデータを高優先トラヒックと低優先トラヒックに弁別する。また、優先制御装置では、ＡＣＫ操作部１２が、受信端末２から送信されるＡＣＫを高優先トラヒックと低優先トラヒックに弁別する。そして、パケット紛失判別部１４が高優先トラヒックのＴＣＰデータの紛失を検出し、パケット操作判定部１３が、ＴＣＰデータの紛失情報と受信レートおよび受信強度に基づいてパケット操作を行うか否かを判定し、判定結果に基づいてＴＣＰ操作部１５，ＡＣＫ操作部１２が、それぞれ低優先トラヒックのＴＣＰデータ，低優先トラヒックのＡＣＫに帯域を制限するための所定の操作を行うようにした。そのため、高優先トラヒックのパケット紛失が生じた場合でも、低優先トラヒックの帯域の制限を行うことができ、高優先トラヒックの帯域を確保できる。

以上のように、本発明にかかる優先制御装置および優先制御方法は、無線通信のトラヒックの優先制御を実施する通信システムに有用であり、特に、ＴＣＰの輻輳制御を行う通信システムに適している。

１ 優先制御装置
２ 受信端末
３ 無線システム
４ ＧＷ
５ ＩＰ網
６ 送信端末
１１ ＡＣＫ弁別部
１２ ＡＣＫ操作部
１３ パケット操作判定部
１４ パケット紛失判断部
１５ ＴＣＰデータ操作部
１６ ＴＣＰデータ弁別部
１７ 無線Ｉ／Ｆ部
Ａ スロースタート閾値
Ｐ１ スロースタートフェーズ
Ｐ２ 輻輳回避フェーズ
Ｔ１ 高優先トラヒック
Ｔ２ 低優先トラヒック
Ｓ１，Ｓ２ 送信間隔

Claims (21)

1. 無線信号として受信した自身に接続される受信端末宛てのＴＣＰデータを、前記受信端末に送信する優先制御装置であって、
   ＴＣＰデータに含まれる所定の情報と高優先度トラヒックであるかまたは低優先度トラヒックであるかを示す優先度情報との対応を保持し、前記対応と前記ＴＣＰデータに基づいて、そのＴＣＰデータが高優先度トラヒックのデータであるか低優先度トラヒックのデータであるかを判別するＴＣＰデータ判別手段と、
   前記無線信号に基づいて受信品質を求める無線処理手段と、
   前記受信品質に基づいて低優先度トラヒックの帯域制限を行うための所定の操作を実施するか否かの判定を行う操作判定手段と、
   前記操作を実施すると判定した場合に、前記操作として前記低優先度トラヒックのデータに対して所定の帯域制限処理を実施するＴＣＰデータ操作手段と、
   を備えることを特徴とする優先制御装置。
2. 前記受信品質を受信レートとし、
   前記操作判定手段は、前記受信レートが所定の判定しきい値を下回る場合に、前記操作を実施すると判定することを特徴とする請求項１に記載の優先制御装置。
3. 前記操作判定手段は、前記受信レートが所定の終了しきい値以上となった場合に、前記操作を実施しないと判定することを特徴とする請求項２に記載の優先制御装置。
4. 前記受信品質を受信強度とし、
   前記操作判定手段は、前記受信強度が所定の判定しきい値を下回る場合に、前記操作を実施すると判定することを特徴とする請求項１、２または３に記載の優先制御装置。
5. 前記操作判定手段は、前記受信強度が所定の終了しきい値以上となった場合に、前記操作を実施しないと判定することを特徴とする請求項４に記載の優先制御装置。
6. 前記ＴＣＰデータに基づいて、ＴＣＰデータの紛失を検出する紛失判断手段、
   をさらに備え、
   前記操作判定手段は、さらに前記紛失判断手段の検出結果に基づいて前記判定を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の優先制御装置。
7. 無線信号として受信した自身に接続される受信端末宛てのＴＣＰデータを、前記受信端末に送信する優先制御装置であって、
   前記ＴＣＰデータに含まれる所定の情報と高優先度トラヒックであるか低優先度トラヒックであるかを示す優先度情報との対応を保持し、前記対応と前記ＴＣＰデータに基づいて、そのＴＣＰデータが高優先度トラヒックのデータであるか低優先度トラヒックのデータであるかを判別するＴＣＰデータ判別手段と、
   前記ＴＣＰデータに基づいて、ＴＣＰデータの紛失を検出する紛失判断手段と、
   前記紛失判断手段の検出結果に基づいて低優先度トラヒックの帯域制限を行うための所定の操作を実施するか否かを判定する操作判定手段と、
   前記操作を実施すると判定した場合に、前記操作として前記低優先度トラヒックのデータに対して所定の帯域制限処理を実施するＴＣＰデータ操作手段と、
   を備えることを特徴とする優先制御装置。
8. 前記操作判定手段は、前記紛失判断手段の検出結果が、紛失ありであった場合に前記操作を実施すると判定し、また、所定の時間の間紛失なしであった場合に、前記操作を実施しないと判定することを特徴とする請求項６または７に記載の優先制御装置。
9. ＴＣＰデータに対応する応答であるＡＣＫに含まれる所定の情報と高優先度トラヒックであるかまたは低優先度トラヒックであるかを示す優先度情報との対応をＡＣＫ対応情報として保持し、前記受信端末から送信される前記ＴＣＰデータに対する応答であるＡＣＫと前記ＡＣＫ対応情報とに基づいて、そのＡＣＫが高優先度トラヒックであるか低優先度トラヒックであるかを判別するＡＣＫ判別手段と、
   前記操作を実施すると判定した場合に、前記操作として低優先度トラヒックのＡＣＫに対して所定のＡＣＫ帯域制限処理を実施するＡＣＫ操作手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の優先制御装置。
10. 前記ＡＣＫ操作手段は、前記ＡＣＫ帯域制限処理として、低優先度トラヒックのＡＣＫの送信を所定の遅延時間分だけ遅延させることを特徴とする請求項９に記載の優先制御装置。
11. 前記遅延時間を段階的に増加させることを特徴とする請求項１０に記載の優先制御装置。
12. 前記ＡＣＫ操作手段は、前記ＡＣＫ帯域制限処理として、低優先度トラヒックのＡＣＫからウィンドウサイズを抽出し、そのＡＣＫに対して抽出した値より小さい値にウィンドウサイズを書き換え、書き換え後のＡＣＫを送信することを特徴とする請求項９、１０または１１に記載の優先制御装置。
13. 前記ウィンドウサイズを段階的に小さくすることを特徴とする請求項１２に記載の優先制御装置。
14. 前記ＡＣＫ操作手段は、前記ＡＣＫ帯域制限処理として、低優先度トラヒックのＡＣＫを所定の割合で廃棄することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１つに記載の優先制御装置。
15. 前記割合を段階的に増加させることを特徴とする請求項１４に記載の優先制御装置。
16. 前記ＴＣＰデータ操作手段は、前記帯域制限処理として、低優先度トラヒックのデータの送信を所定の遅延時間だけ遅延させることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の優先制御装置。
17. 前記遅延時間を段階的に増加させることを特徴とする請求項１６に記載の優先制御装置。
18. 前記ＴＣＰデータ操作手段は、前記帯域制限処理として、低優先度トラヒックのデータを所定の割合で廃棄することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１つに記載の優先制御装置。
19. 前記割合を段階的に増加させることを特徴とする請求項１８に記載の優先制御装置。
20. 無線信号として受信した自身に接続される受信端末宛てのＴＣＰデータを、前記受信端末に送信する優先制御装置における優先制御方法であって、
    ＴＣＰデータに含まれる所定の情報と高優先度トラヒックであるかまたは低優先度トラヒックであるかを示す優先度情報との対応を保持する優先度情報保持ステップと、
    前記対応と前記ＴＣＰデータに基づいて、そのＴＣＰデータが高優先度トラヒックのデータであるか低優先度トラヒックのデータであるかを判別するＴＣＰデータ判別ステップと、
    前記無線信号に基づいて受信品質を求める無線処理ステップと、
    前記受信品質に基づいて低優先度トラヒックの帯域制限を行うための所定の操作を実施するか否かの判定を行う操作判定ステップと、
    前記操作を実施すると判定した場合に、前記操作として前記低優先度トラヒックのデータに対して所定の帯域制限処理を実施するＴＣＰデータ操作ステップと、
    を含むことを特徴とする優先制御方法。
21. 無線信号として受信した自身に接続される受信端末宛てのＴＣＰデータを、前記受信端末に送信する優先制御装置における優先制御方法であって、
    前記ＴＣＰデータに含まれる所定の情報と高優先度トラヒックであるか低優先度トラヒックであるかを示す優先度情報との対応を保持する優先度情報保持ステップと、
    前記対応と前記ＴＣＰデータに基づいて、そのＴＣＰデータが高優先度トラヒックのデータであるか低優先度トラヒックのデータであるかを判別するＴＣＰデータ判別ステップと、
    前記ＴＣＰデータに基づいて、ＴＣＰデータの紛失を検出する紛失判断ステップと、
    前記紛失判断ステップの検出結果に基づいて低優先度トラヒックの帯域制限を行うための所定の操作を実施するか否かを判定する操作判定ステップと、
    前記操作を実施すると判定した場合に、前記操作として前記低優先度トラヒックのデータに対して所定の帯域制限処理を実施するＴＣＰデータ操作ステップと、
    を含むことを特徴とする優先制御方法。

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