JP2010501137A - 放送網のパケット待ち行列損失の非定常解析 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 無線アクセス・ポイントのようなパケット制御演算装置の送信を監視する受信機は、制御演算装置中のバッファあふれによるパケット損失の蓋然性を推定するために監視された送信を分析する。呼損率は通信条件の迅速な変化に追従するために個々のパケットに対して推定できる。損失見込み確率の表示はパケットを生成するために使用される順方向誤り修正(FEC)パラメーターを適応するために使用でき、その結果として、通信チャネルバンド幅の使用を最適化することで受信機へのデータ伝達の信頼度を改善する。
【選択図】図1
Description
(1)雑音のある通信路、
(2)多数の送信装置によって送られたパケットの同時伝送あるいは「衝突」、
(3)パケットが送信される前に、一時的にパケットを記憶するために制御演算装置の中で使用されるバッファーにオーバーフローが生じること。
制御演算装置はバッファーに一時的にパケットを記憶しなければならないが、バッファーが既に満杯の場合、バッファーにあふれが生じる場合がある。
(i)制御演算装置がデータソースからパケットを受信する場合に、1組のパケット中のパケットに対する到着時刻を決定すること、
(ii)データのパケットが制御演算装置中のバッファーから放出される場合の解除時間(release time)を決定すること、
(iii)到着時刻と解除時間からバッファーが到着時刻に満杯となる確率の基準を導くこと、
(iv)またデータソースに、データソースがパケット中の誤り訂正パケットの生成を適応させるように、確率の基準を表わす情報を制御信号に提供すること。
本発明のこの態様の全部又は一部は、制御演算装置、又は少なくともいくらかがバッファーに記憶されたデータのパケットを含んでいる制御演算装置によって送信された出力信号を受信する受信機中で実施される。
1.典型的な通信システム
図1は、本発明の様々の側面が組み入れられる通信システムの一実施例の概要図である。データソース2、4、6は、1個以上の制御演算装置10、12に数組のパケットの配置されたデジタルデータを伝えるソース信号を供給する。制御演算装置10、12は、次には1個以上の受信機20、22、24の受信用にこのデジタルデータを放送する。通信システムは、図示されるものに加えて別のデータソース、制御演算装置、受信機および伝送メディアを含んでいてもよい。
通信システム60での装置は、従来の順方向誤り修正(FEC)処理や、制御演算装置やデータソースのどちらかが受信機が受信を承認しないパケットを再伝送するようなサービス品質処理等の、様々な誤り訂正またはエラー回復技術を具体化している。本発明は、バッファーあふれ損失を低減する為の1個以上のパラメーターに応じて適応できるあらゆる誤り訂正機能に実質的に使用される。順方向誤り修正(FEC)として知られている適切な一機能が上述されている。この機能は2つのFECパラメーター(n、k)に応じて適応させられる。ここで、「FECパケット」の数(n−k)は、1組のパケットを形成するマルチメディア・パケットの数kと、マルチメディア・パケットおよびFECパケットの合計数nを組み合わせたものである。受信機がn個のパケットから少なくとも破損のないk個のパケットを受信できれば、紛失パケットや破損パケットによるどんな損失も修正できる。FECパラメーター(n、k)に関する最適値は、上述したFEC最適化技法を使用するパケット紛失率の推定値から導かれる。
本発明によって教示される技術は、制御演算装置中のバッファーの占有水準を分析し、バッファーあふれによるパケット損失の蓋然性を推定するためにこの解析の結果を使用する。これらの技術は、複数の受信機に対して信号を放送する性能を与える実際的にあらゆるパケットベースの通信網に使用される。下記に述べられる本発明の技術の例示的な具体化は、下記の段落中で説明される若干の仮定に基づく。
(1)「蓄積の事象」(store event)は、データソースからのパケットが制御演算装置10に到着し、バッファー中の空間がそのパケットのためにデータを記憶するために割り付けられる場合に生じる。この事象は1個だけ待ち行列の長さを増加させる。
(2)「解除事象」(release event)は、制御演算装置がその指定受信者にパケットを成功裡に送る場合や、再送の最大値を試行した場合に、そのパケット・データのためにデータを記憶するバッファ空間が別の用途に解放される場合に生じる。この事象は時々以下で、バッファーからパケットを解放するものとして述べられる;この事象は1個だけ待ち行列の長さを減少させる。
(3)「廃棄事象」(discard event)は、データソースからのパケットが制御演算装置10に到着し、バッファーにはそのパケットのためにデータを記憶するのに使える記憶領域がない場合に生じる。バッファーは満杯で、また待ち行列の長さがバッファー占有の最大レベルと等しくなっている。この事象は待ち行列の長さを変更しない。
1.到着時
ここで記述した例示的な具体化では、1組のパケット中のパケットn個はすべて、一組の均等な間隔で配置されたタイムスロット中に、1個のタイムスロット当たり1個のパケットで、データソース2によって生成され、そして、符号τで表示される所定時間間隔内に制御演算装置10に送られる。パケットの各組中の最初のk個のパケットは、マルチメディア・データのストリームでデータのセグメントを運ぶ「マルチメディア・パケット」である。パケットの組中の残りの(n−k)パケットは、紛失したり破損したマルチメディア・データを回復するために使用される冗長データを運ぶ「FECパケット」である。n個のパケットの組に対してタイムスロットで測られる時間間隔は、1つの例示的なシステムで、n・τ=n・21.33ミリ秒である。FECが使用されない場合、FECパケットは組の中になく、n=kである。
パケットの解除時間は、パケットがいつ送信されたかを示すパケットのMACヘッダで運ばれた情報から得られる。パケット向け解除時間は、上述したように、パケットが指定受信者に成功裡に送信された時刻から得られる。
(2) L=q<Tが解除時間t1の直前で成立する。これは解除時間t1の直後にL=q−1で、少なくともT−(q−1)個の競争パケットが、解除時間t1と実際の到着時刻tAの間に到着することを意味する。
(1) L=Tが解除時間t2の直前で成立する。これは解除時間t2の直後にL=T−1で、少なくとも1個の競争パケットが、解除時間t2および実際の到着時刻tAの間に到着することを意味する;あるいは
(2) L=q<Tが解除時間t2の直前で成立する。これは解除時間t2の直後にL=q−1で、少なくともT−(q−1)個の競争パケットが、解除時間t2および実際の到着時刻tAの間に到着することを意味する。
上述した蓋然性は、ある解除時間tm、(m=1、2、…)の直後に、バッファー占有がある水準Bと等しい確率を表わす帰納的関数p(m、B)から導くことができる。m=0の時、帰納的関数p(m、B)は、3個の値を与えられたBと等しいバッファー占有水準の定常状態確率の計算により初期化される。最初の値は、競争パケットがパケットの制御演算装置10に到着する割合pCである。これは、全データソースからの全競合パケットの累積的な到着率である。第2の値は、制御演算装置10がそのバッファーから成功裡にパケットを回復し、指定受信者にそれを成功裡に送信するか、再送信の制限に達するかどちらかの割合pDである。いずれの場合も、パケットはバッファーから解放される。第3の値はTとして表示されたバッファーの最大能力である。バッファー状態がT−nc≦B≦Tの場合だけを考慮に入れる必要があると、考えられる。確率pCおよびpDは上述されたFEC最適化技法を使用して計算される。
上述された情報を使用して、受信機20で行なわれる過程は、バッファーあふれで引き起こされるような、データソース2で生成されたパケットの一定の組に対する制御演算装置10のパケット損失の平均確率PLOSSを計算してもよい。この過程は次の認識に基づく。即ち、tAをパケットの実際の送信時刻であるとして、各mについてtm−1<tA<tmである場合、解除時間tm−1直後のバッファー占有の水準がT−l−1と等しい場合、l(エル)個の以下の競合パケットが時刻tm−1から時刻tAまで間隔中に到着しているなら、パケットはバッファーあふれにより失われていない。パケット損失が実際の送信時刻tAで生じない確率は、これらの2つの条件の確率の積(product)と等しい。バッファー占有の水準が解除時間tm−1の直後にT−l−1と等しい確率は、式p(m−1、T−l−1)で表される。また、上述したように、l(エル)個を超えないパケットが時刻tm−1と時刻tAまでの間隔中に到着する確率は式P[≦l、tA−tm−1]から得られる。
通信チャンネル条件が急激に劣化する時、上述された手法はより高い呼損率を推測する。劣化は確率pDの減少で反映される。確率pDに対する値の減少は、パケットのストリームの隣接したパケットに対する解除事象間の時間の増加と等価である。この間隔は「パケット相互時間」(inter-packet time)と呼ばれる。この手法は、変化が時刻ts−bから時刻ts+bまでの間隔内に生じるような、パケット相互時間での急変動に対して非常に反応的である。この手法は、時刻ts−bの直前に生じるパケット相互時間での変化にあまり反応しない。この欠陥は、次の段落に記述されるような初期の解除時間を考慮に入れるために解析処理を拡張することで克服できる。
方程式7によって、あるいは方程式10中の対応する式の計算を行なうことで、例えば、受信機20は、パケットのストリームの各パケットの見込み呼損率PLOSSを計算できる。1組のnパケット中で失われるパケットの数Nの推定値は、パケットの組中の個々のパケット用の呼損率を以下のように合計して決定できる:
本発明の種々の態様を組込むデバイスは、計算機により実行されるソフトウェアや、より多くの専門の部品を含んでいるデバイスを含む様々な方法で実施される。ここで、この専門の部品は、汎用コンピューターで供給されたものと同様の部品に結合したデジタルシグナルプロセッサー(DSP)回路類のようなものである。図6は、本発明の態様を実施するために使用されるデバイス70の概要のブロック線図である。プロセッサ72は計算手段を備える。RAM73は、プロセッサ72で処理に使用されるシステム・ランダムアクセス記憶装置(RAM)である。ROM74は、デバイス70を操作するためや本発明の種々の態様の実施のために必要とされるプログラムを格納するための読み取り専用メモリ(ROM)のような持続性の記憶のある形式を表わす。I/O制御75は、通信チャネル76、77経由で信号を送受信するためのインタフェース回路を表わす。実施例で示すように、主なシステムコンポーネントはすべてバス71に接続される。バス71は1を超える物理的論理的なバスを表わしてもよい。しかしながら、バス・アーキテクチャは本発明を実施するには要求されない。
Claims (8)
- 第1の数のアプリケーションデータ・パケットと第2の数の誤り訂正パケットを有する1組のパケット中に配置されたデータを伝達するソース信号を供給するデータソースであって、ここに制御情報に応じて前記第1の数あるいは前記第2の数を適応し、ここで前記第1の数は0以上の整数であり、前記第2の数が0以上の整数であって;
前記ソース信号を受信し、前記組のパケットのうち少なくともあるパケットのデータをバッファー中に記憶し、前記バッファーに保存された少なくともあるデータのパケットを含む出力信号を送信するパケット制御演算装置であって、ここにデータが、パケット・データを記憶するために前記バッファー中の空間を割り付けて解除することを含むバッファー待ち行列方式(buffer queuing scheme)を使用して、前記バッファーに保存され、そして、前記バッファーにパケット・データを記憶するのに使える記憶領域がない場合、前記パケット制御演算装置に到着するパケットに関してデータを廃棄し;
前記出力信号中の前記パケットの少なくともいくつかを受信する受信機とを備える通信網中のパケットの供給制御システムに用いられる制御方法であって:
前記パケット制御演算装置が前記データソースからパケットを受信する場合に、前記組中のパケットに対するパケット到着時刻を得る工程と;
そのパケット・データが前記出力信号中で送信された後に、当該パケット・データを記憶する前記バッファー中の空間が解除される場合に、解除時間を得る工程と;
前記到着時刻と前記解除時間から、前記バッファーが前記到着時刻にパケット・データを記憶する記憶領域を有しない確率の基準を導く工程と;
前記確率の基準から前記制御情報を生成する工程と;
を有する通信網中のパケットの供給制御方法。 - 前記受信機中で行なわれる請求項1に記載の通信網中のパケットの供給制御方法であって:
前記到着時刻は、前記ソース信号を生成する前記データソースによって使用される処理のモデルから得られた、推定された到着時刻であり;
前記解除時間は前記出力信号の監視により得られ;
前記確率の基準は、複数の呼損率の平均から導き出され、ここで各呼損率は、前記解除時間と前記推定された到着時刻のまわりに分布した複数の到着時刻の各到着時刻に応じて決定される;
通信網中のパケットの供給制御方法。 - 請求項2に記載の通信網中のパケットの供給制御方法であって、
データの各パケットが受信されたという前記受信機からの通知を前記パケット制御演算装置が受信するまで、前記パケット制御演算装置は、1回以上の送信時刻で前記データの各パケットを送信し;
前記各パケットの最後の送信時刻から前記データの各パケットの解除時間を得る;
通信網中のパケットの供給制御方法。 - 請求項3に記載の通信網中のパケットの供給制御方法であって、
二度以上送信されるパケットを識別するために前記出力信号中で伝達された制御情報を調べ;
前記データの各パケットの最後の送信時刻を決定するために前記制御情報を使用する;
通信網中のパケットの供給制御方法。 - 請求項2又は3に記載の通信網中のパケットの供給制御方法であって、前記各呼損率が:
前記バッファーに対する待ち行列の長さの確率分布を決定し;
前記バッファーについて各到着時刻でパケット・データを記憶する記憶領域がない確率を推定するために前記待ち行列の長さの確率分布を使用する;
工程を含んで決定される通信網中のパケットの供給制御方法。 - 請求項5に記載の通信網中のパケットの供給制御方法であって、
指定された解除時間の直後に、前記バッファーが指定レベルと等しい占有レベルにある確率を計算するために帰納的関数を使用することにより、前記バッファーに各到着時刻でパケット・データを記憶する記憶領域がない前記確率を推定する;
通信網中のパケットの供給制御方法。 - 請求項1乃至6の何れか1項に記載の通信網中のパケットの供給制御方法を遂行する回路を備える装置。
- 請求項1乃至6の何れか1項に記載の通信網中のパケットの供給制御方法を遂行するデバイスによって実行可能な、指示のプログラムを記録する媒体。
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