JP2015149658A - 通信システム、通信方法、ｔｃｐヘッダ監視装置および回線割当装置 - Google Patents

Abstract

【課題】端末局に設定する割当回線速度の制御遅延を解消し、さらにＴＣＰウィンドウサイズに対してパケット量が少ない場合でも割当回線速度と実速度の誤差を縮小する。【解決手段】ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、該ノード局装置を介する該端末局装置間の通信に用いる割当回線速度に対応する通信回線を割り当てる回線割当装置とにより構成される通信システムにおいて、端末局装置と回線割当装置との間のラウンドトリップ時間をＲＴＴとし、回線割当装置は、端末局装置でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻からＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値ＷRTTを算出し、該予測値ＷRTTに該ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、端末局装置に設定する割当回線速度を決定する構成である。【選択図】 図５

Description

本発明は、端末局と端末局がノード局を介してＴＣＰ（Transmission Control Protocol)を用いた通信を行う無線または有線の通信システムに関する。特に、ノード局のリソース（周波数帯域、時間、符号）を有効利用するために、端末局への回線割当を行う通信システム、通信方法、ＴＣＰヘッダ監視装置および回線割当装置に関する。
ここで、ノード局としては、無線の通信システムとして衛星通信システムにおける衛星中継局や移動通信システムにおけるセルラ基地局、有線の通信システムにおけるゲートウェイなどがある。

端末局と端末局がノード局を介して通信を行う無線または有線の通信システムでは、全通信回線の周波数帯域幅の総和は、ノード局が利用可能な全周波数帯域幅に制限される。

端末局へ割り当てる回線の速度（以下、「割当回線速度」という）が常に一定である固定回線割当方式では、図１０に示すように、通信回線に一定時間に流れるパケットの量（以下、「実速度」という）が割当回線速度を大きく下回ることがある。この場合には、通信回線に必要以上の周波数帯域幅が割り当てられていることになり、無駄な割り当てとなる。

一方、割当回線速度を実速度に応じて変動させる動的回線割当方式は、図１１に示すように、区間（時刻０[s] から時刻Ｔ[s] ）の実速度の平均値を算出し、次の区間（時刻Ｔ[s] から時刻Ｔ’[s] ）の割当回線速度として設定する（非特許文献１）。

この動的回線割当方式では、図１２に示すように、１つ前の区間における平均実速度を測定するための制御遅延が発生する。さらに、端末局に回線が割り当てられるまでには、端末局が測定した平均実速度を回線割当装置に通知し、回線割当装置が算出した割当回線速度を端末局に通知するまでのＲＴＴ（ラウンドトリップ時間）に相当する制御遅延が生じる。したがって、端末局の実速度が変動している場合には、これらの制御遅延により割当回線速度と実速度との間の誤差が大きくなり、端末局に必要以上の割当回線速度が割り当てられ、ノード局の周波数帯域が無駄になることがある。

この制御遅延を短縮して割当回線速度と実速度の間の差分を減らすことで、ノード局の周波数帯域を有効利用する手法として、現時刻のＴＣＰウィンドウサイズから予測したＲＴＴ経過後のＴＣＰウィンドウサイズを用いて割当回線速度を決定する方法が考えられている（非特許文献２，３）。

荒谷、鹿間、「移動体通信システムにおけるデータパケットの回線割り当て制御方式の検討」、信学技報、ＮＳ2006-170、pp.67-70、2007年３月 加納、中平、杉山、「ＴＣＰウィンドウサイズを用いたトラヒック追従型帯域幅割当法の提案」、2013年信学会総合大会、B-3-17 加納、中平、杉山、「変動トラフィックを用いたＴＣＰウィンドウサイズ追従型帯域幅割当法の性能検証」、2013年信学会ソサイエティ大会、B-3-25

現時刻のＴＣＰウィンドウサイズから予測したＲＴＴ経過後のＴＣＰウィンドウサイズを用いて割当回線速度を決定する方法により、実速度の測定に要する制御遅延および割当に要する制御遅延が発生する問題が解決される。しかし、パケット伝送の終盤では、伝送するべきパケットが少ない一方で、ＴＣＰウィンドウサイズはパケット量の大小で変動しないため、図１３に示すように割当回線速度と実速度の間に差分が生じ、ノード局の周波数帯域が無駄になる課題が残る。

本発明は、端末局に設定する割当回線速度の制御遅延を解消し、さらにＴＣＰウィンドウサイズに対してパケット量が少ない場合でも割当回線速度と実速度の誤差を縮小し、ノード局のリソースを有効利用することができる通信システム、通信方法、ＴＣＰヘッダ監視装置および回線割当装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、該ノード局装置を介する該端末局装置間の通信に用いる割当回線速度に対応する通信回線を割り当てる回線割当装置とにより構成される通信システムにおいて、端末局装置と回線割当装置との間のラウンドトリップ時間をＲＴＴとし、回線割当装置は、端末局装置でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻からＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、該予測値Ｗ_RTT に該ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、端末局装置に設定する割当回線速度を決定する構成である。

第１の発明の通信システムにおいて、端末局装置に入力するデータからＴＣＰヘッダを取り出し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新されたときに、その更新された時刻におけるＴＣＰウィンドウサイズＷとパケット量Ｔを取得して比率α（Ｔ／Ｗ）を算出し、該ＴＣＰウィンドウサイズＷと該比率α（Ｔ／Ｗ）を回線割当装置に通知するＴＣＰヘッダ監視装置を備える。

第１の発明の通信システムにおいて、ＴＣＰウィンドウサイズＷは、ＭＳＳ(Maximum Segument Size) から、受信側が一度に受け取り可能な最大のデータサイズＲＷＩＮ（Received Window size) まで規則的に変動し、ＲＷＩＮに達した以降は一定値で保たれるときに、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加するときにＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも小さいスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも大きい輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少するときにＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算する。

第２の発明は、ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、該ノード局装置を介する該端末局装置間の通信に用いる割当回線速度に対応する通信回線を割り当てる回線割当装置とにより構成される通信システムの通信方法において、端末局装置と回線割当装置との間のラウンドトリップ時間をＲＴＴとし、回線割当装置は、端末局装置でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻からＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、該予測値Ｗ_RTT に該ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、端末局装置に設定する割当回線速度を決定する。

第２の発明の通信方法において、ＴＣＰウィンドウサイズＷは、ＭＳＳ(Maximum Segument Size) から、受信側が一度に受け取り可能な最大のデータサイズＲＷＩＮ（Received Window size) まで規則的に変動し、ＲＷＩＮに達した以降は一定値で保たれるときに、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加するときにＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも小さいスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも大きい輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少するときにＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算する。

第３の発明は、第１の発明の通信システムでＴＣＰヘッダを監視するＴＣＰヘッダ監視装置において、端末局装置に入力するデータからＴＣＰヘッダを取り出し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新されたときに、その更新された時刻におけるＴＣＰウィンドウサイズＷとパケット量Ｔを取得し、比率α（Ｔ／Ｗ）を算出する手段と、ＴＣＰウィンドウサイズＷと比率α（Ｔ／Ｗ）を回線割当装置に通知する手段とを備える。

第４の発明は、第１の発明の通信システムの回線割当装置において、端末局装置でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻からＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、該予測値Ｗ_RTT に該ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、端末局装置に設定する割当回線速度を決定し、端末局装置に通知する構成である。

第４の発明の回線割当装置において、ＴＣＰウィンドウサイズＷは、ＭＳＳ(Maximum Segument Size) から、受信側が一度に受け取り可能な最大のデータサイズＲＷＩＮ（Received Window size) まで規則的に変動し、ＲＷＩＮに達した以降は一定値で保たれるときに、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加するときにＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも小さいスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも大きい輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少するときにＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ
に従って計算し、ＴＣＰウィンドウサイズＷが輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算する。

本発明は、ＴＣＰウィンドウサイズの変動の規則性を利用し、更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷからＲＴＴ後におけるＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、この予測値Ｗ_RTT にＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて割当回線速度を決定する。これにより、ＲＴＴの間に実速度が変動しても、割当回線速度の割り当てに要する制御遅延による誤差およびＴＣＰウィンドウサイズに対してパケット量Ｔが少ない場合の誤差を含めて、割当回線速度と実速度の誤差を低減することができ、ノード局装置のリソースを有効利用する回線割当が可能となる。

本発明の通信システムの構成例を示す図である。 ＴＣＰヘッダ監視装置１０の構成例を示す図である。 ＴＣＰヘッダ監視装置１０の処理手順例を示すフローチャートである。 回線割当装置２０の構成例を示す図である。 回線割当装置２０の処理手順例を示すフローチャートである。 ＴＣＰウィンドウサイズの変動を説明する図である。 ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出する手順を示すフローチャートである。 ＡＣＫ信号の数を用いてＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出する手順を示すフローチャートである。 従来法および発明技術における実速度との誤差を示す図である。 固定回線割当方式の例を示す図である。 動的回線割当方式の例を示す図である。 動的回線割当方式における制御遅延を説明する図である。 割当回線速度と実速度の間の差分を説明する図である。

図１は、本発明の通信システムの構成例を示す。
図１(1) は衛星通信システムであり、端末局Ａと端末局Ｂがノード局である衛星中継局を介して接続される。図１(2) は移動通信システムであり、端末局Ａと端末局Ｂがノード局であるセルラ基地局を介して接続される。図１(3) は有線通信システムであり、端末局Ａと端末局Ｂがノード局であるゲートウェイを介して接続される。実線矢印は無線または有線の通信回線を示し、点線矢印は無線または有線の制御回線を示す。

本発明の通信システムの特徴は次の通りである。端末局Ａ，ＢでＴＣＰヘッダを常に監視し、端末局Ａ，Ｂの通信に用いているＴＣＰウィンドウサイズＷと、シーケンス番号からパケット量Ｔを取得するＴＣＰヘッダ監視装置１０を備え、更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷと、ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を制御回線を介して、回線割当を実行する回線割当装置２０に伝達する。回線割当装置２０は、ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻のＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、その予測値Ｗ_RTT に比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、端末局Ａ，Ｂの割当回線速度Ｖ（＝Ｗ_RTT ×α／ＲＴＴ）を決定し、この割当回線速度に対応する回線を制御回線を介して端末局Ａ，Ｂに伝達する。端末局Ａ，Ｂは、回線割当装置２０から指示された回線に変更する。

ここで、ＴＣＰヘッダ監視装置１０は、端末局Ａ，Ｂにそれぞれソフトウェアとして内蔵される構成でもよいし、外付け装置として接続される構成でもよい。回線割当装置２０は、各通信システムのノード局（衛星中継局、セルラ基地局、ゲートウェイ）に無線または有線の制御回線を介して接続される。

図２は、ＴＣＰヘッダ監視装置１０の構成例を示す。
図２において、ＴＣＰヘッダ監視装置１０は、データ入力部１１、ＴＣＰヘッダ取り出し部１２、ＴＣＰウィンドウサイズ保存部１３、パケット量算出部１４、ＴＣＰウィンドウサイズ比較部１５、比率算出部１６、制御回線送受信部１７により構成される。

図３は、ＴＣＰヘッダ監視装置１０の処理手順例を示す。
図２および図３において、ＴＣＰヘッダ監視装置１０は、ＴＣＰヘッダ取り出し部１２でデータ入力部１１に入力したデータからＴＣＰヘッダを取り出し、ＴＣＰウィンドウサイズＷとシーケンス番号を取得する。ここで得たＴＣＰウィンドウサイズＷはＴＣＰウィンドウサイズ保存部１３に保存される。保存される値は、新たなＴＣＰウィンドウサイズを得る毎にアップデートされる。パケット量算出部１４では、シーケンス番号から次式に基づいてパケット量Ｔを算出する。
Ｔ＝（送達未確認の最大シーケンス番号−送達未確認の最小シーケンス番号）＋１
なお、シーケンス番号とは、ＴＣＰヘッダの情報であり、パケット量１byteごとに付加される番号である。送達未確認のシーケンス番号とは、ＡＣＫ信号が未受信のパケットに付加されたシーケンス番号である。

ＴＣＰウィンドウサイズ比較部１５は、新たに取得したＴＣＰウィンドウサイズＷとＴＣＰウィンドウサイズ保存部１３にて保存されているＴＣＰウィンドウサイズＷ’を比較し、これらの値が異なる場合に、今回更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷを比率算出部１６を介して制御回線送受信部１７に通知する。比率算出部１６は、ＴＣＰウィンドウサイズ比較部１５から更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷを入力し、パケット量算出部１４からパケット量Ｔを入力し、ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を算出し、制御回線送受信部１７に通知する。

制御回線送受信部１７は、端末局から回線割当装置２０へ送信される制御信号（回線要求信号）にＴＣＰウィンドウサイズＷおよびパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）の情報を付加する。また、この制御信号には、送信元の端末局の端末局ＩＤと、その通信相手の端末局の端末局ＩＤも、併せて付加される。

図４は、回線割当装置２０の構成例を示す。
図４において、回線割当装置２０は、制御回線送受信部２１、アクセス制御部２２、回線速度割当部２３、回線管理部２４、端末局管理部２５、パラメータ保存部２６により構成される。

図５は、回線割当装置２０の処理手順例を示す。
図４および図５において、制御回線送受信部２１が制御信号（回線要求信号）を受信すると、アクセス制御部２２が送信元およびその通信相手の端末局（端末局Ａ，Ｂ）の端末局ＩＤと、ＴＣＰウィンドウサイズＷとパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）の情報を抽出し、回線速度割当部２３に通知する。回線速度割当部２３は、パラメータ保存部２６からＲＴＴやパケット長、回線速度等の情報を得て、本発明の回線割当法を用いて、ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻のＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を計算し、その予測値Ｗ_RTT にパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づき、端末局Ａ，Ｂの割当回線速度Ｖを
Ｖ[bps] ＝Ｗ_RTT [bit] ×（Ｔ／Ｗ）／ＲＴＴ[s]
の計算により決定し、回線管理部２４の未使用帯域情報から割当回線速度Ｖに対応する割当回線Ｗ_alloc を決定する。決定した割当回線Ｗ_alloc は、端末局管理部２５の情報に基づき、端末局ＩＤを持つ送信元およびその通信相手の端末局に通知され、回線管理部２４の内容はアップデートされる。

以下、端末局でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻のＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出する処理について説明する。

ＴＣＰウィンドウサイズＷは、図６に示すように、ＭＳＳ(Maximum Segument Size) から、受信側が一度に受け取り可能な最大のデータサイズ（以下、ＲＷＩＮ（Received Window size) という）まで、ＡＣＫ信号を受け取るごとに規則的に変動し、ＲＷＩＮに達した以降は一定値で保たれる。ＭＳＳおよびＲＷＩＮは共に定数である。ここで、ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも小さい区間をスロースタート区間とし、ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも大きい区間を輻輳回避区間とする。

図７は、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出する手順を示す。
図７において、回線割当装置２０は、ＴＣＰヘッダ監視装置１０から通知されるＴＣＰウィンドウサイズＷと、１つ前に通知されたＴＣＰウィンドウサイズＷ’とを比較し、ＴＣＰウィンドウサイズＷの増減を判断する（Ｓ１）。すなわち、Ｗ＞Ｗ’の場合はＴＣＰウィンドウサイズが増加とし、Ｗ＜Ｗ’の場合はＴＣＰウィンドウサイズが減少と判断する。なお、ＴＣＰヘッダ監視装置１０において、更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷを回線割当装置２０に送信する際に、更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷの増減情報も付加し、回線割当装置２０で当該増減情報を抽出してＴＣＰウィンドウサイズＷの増減を判断してもよい。

ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加したとき（Ｓ１：Yes ）、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ
に従って計算され、ＴＣＰウィンドウサイズＷが輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算される。

ここでは、まずスロースタート区間の式を用いて予測値Ｗ_RTT を計算し（Ｓ２）、この予測値Ｗ_RTT がスロースタート閾値Ｗ_thを上回った場合に輻輳回避区間に変わったと判断し（Ｓ３：Yes ）、輻輳回避区間の式を用いて予測値Ｗ_RTT を再計算する（Ｓ４）。

ただし、ＴＣＰウィンドウサイズはＲＷＩＮよりも大きな値にはならないため、Ｓ２またはＳ４で算出した予測値Ｗ_RTT がＲＷＩＮよりも大きくなる場合は（Ｓ５：Yes ）、
Ｗ_RTT ＝ＲＷＩＮ
とする（Ｓ６）。

ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少したとき（Ｓ１：No）、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ
に従って計算され、ＴＣＰウィンドウサイズＷが輻輳回避区間であれば
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
に従って計算される。

ここでは、まず輻輳回避区間の式を用いて予測値Ｗ_RTT を計算し（Ｓ７）、この予測値Ｗ_RTT がスロースタート閾値Ｗ_thを下回った場合にスロースタート区間に変わったと判断し（Ｓ８：Yes ）、スロースタート区間の式を用いて予測値Ｗ_RTT を再計算する（Ｓ９）。

以上のように、ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻のＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT が決定する（Ｓ10）。

図８は、ＡＣＫ信号の数を用いてＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出する手順を示す。この手順では、ＴＣＰウィンドウサイズＷは、ＡＣＫ信号を１つ受信するごとに更新されることから、ＲＴＴの間に受信するＡＣＫ信号の数を用いてＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出するものである。なお、ＡＣＫ信号の数の情報は、ＴＣＰヘッダ監視装置から回線割当装置へ制御回線を介して逐次通知される。

受信側の端末局は、２セグメント受信するごとにＡＣＫ信号を１つ返信する。また、１セグメント受信した後に一定期間次のセグメントを受信しない場合にもＡＣＫ信号を１つ返信する。そのため、３セグメントを送信した端末局では、ＡＣＫ信号を複数回受信することになる。

図８において、端末局が送信する１セグメントの最大の大きさはＭＳＳ[bit] であり、ＭＳＳ×２[bit] の送信に対してＡＣＫ信号を１つ受信する。そのため、セグメントを送信する際のＴＣＰウィンドウサイズＷ[bit] に対して、端末局が受信するＡＣＫ信号の数Ｒは、ＴＣＰウィンドウサイズＷ[bit] をＭＳＳ×２[bit] で除算することで算出される。このとき、小数点以下の値が得られる場合があるが、２セグメント受信しなくてもＡＣＫ信号が１つ返信されることから、小数点以下の値として表れるセグメントに対してもＡＣＫ信号が１つ返信される。したがって、ＡＣＫ信号の数Ｒは天井関数｜＊｜を用いて
Ｒ＝｜Ｗ／（ＭＳＳ×２）｜
により算出する（Ｓ11）。

ただし、端末局におけるＡＣＫ信号の受信間隔はＲＴＴによらず、セグメントの送信間隔と等しいため、ＲＴＴの間に受信するＡＣＫ信号の最大数Ｒ_MAX はＲＴＴにより制限され、
Ｒ_MAX ＝｜ＲＴＴ／（Ｔ_packet×２）｜
Ｔ_packet＝Ｌ／Ｖ
と表される。Ｔ_packetは１パケットの送信に要する時間[s] 、Ｌはパケット長[bit] 、Ｖは回線割当速度[bps] を示す。

ＡＣＫ信号の数Ｒが、ＡＣＫ信号の最大数Ｒ_MAX よりも大きくなる場合（Ｓ12：Yes ）は、
Ｒ＝Ｒ_MAX ＝｜ＲＴＴ／（Ｔ_packet×２）｜
となる（Ｓ13）。

ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加するとき（Ｓ14：Yes ）、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＲＴＴの間に受信するＡＣＫ信号の数Ｒとスロースタート区間の式
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋（ＭＳＳ×Ｒ）
を用いて計算される（Ｓ15）。この予測値Ｗ_RTT がスロースタート閾値Ｗ_thを上回った場合に輻輳回避区間に変わったと判断し（Ｓ16：Yes ）、輻輳回避区間の式を用いて、
Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
をＲ回繰り返すことにより計算される（Ｓ17〜Ｓ20）。

ただし、ＴＣＰウィンドウサイズはＲＷＩＮよりも大きな値にはならないため、算出した予測値Ｗ_RTT がＲＷＩＮよりも大きくなる場合は（Ｓ21：Yes ）、
Ｗ_RTT ＝ＲＷＩＮ
とする（Ｓ22）。

また、ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少するとき（Ｓ14：No）、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、輻輳回避区間の式を用いて
Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
をＲ回繰り返すことにより計算される（Ｓ23〜Ｓ26）。この予測値Ｗ_RTT がスロースタート閾値Ｗ_thを下回った場合にスロースタート区間に変わったと判断し（Ｓ27：Yes ）、スロースタート区間の式
Ｗ_RTT ＝Ｗ−（ＭＳＳ×Ｒ）
を用いて予測値Ｗ_RTT を再計算する（Ｓ28）。

以上のように、ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻のＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT が決定する（Ｓ29）。

ここで、平均実測度を用いた従来法と、ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT とパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を用いた発明技術について、割当回線速度と実速度の差分の絶対値を誤差としてプロットした結果を図９に示す。通信トラヒックはオフィス環境で実際に取得したものを用いており、ＲＴＴは 0.5ｓとした。図９に示すように、発明技術を用いることで割当回線速度と実速度の誤差が20％抑制されることがわかる。

なお、これらのシミュレーションはノード局のリソースとして周波数帯域を端末局に割り当てているが、周波数帯域の他、時間や符号、またはこれらを組み合わせたものを割り当てることも可能である。

また、ノード局を介した通信環境を構築してシミュレーションを実施したが、ノード局を介さず、端末局が回線割当装置と直接通信を行うことも可能である。

１０ ＴＣＰヘッダ監視装置
１１ データ入力部
１２ ＴＣＰヘッダ取り出し部
１３ ＴＣＰウィンドウサイズ保存部
１４ パケット量算出部
１５ ＴＣＰウィンドウサイズ比較部
１６ 比率算出部
１７ 制御回線送受信部
２０ 回線割当装置
２１ 制御回線送受信部
２２ アクセス制御部
２３ 回線速度割当部
２４ 回線管理部
２５ 端末局管理部
２６ パラメータ保存部

Claims (8)

1. ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、該ノード局装置を介する該端末局装置間の通信に用いる割当回線速度に対応する通信回線を割り当てる回線割当装置とにより構成される通信システムにおいて、
   前記端末局装置と前記回線割当装置との間のラウンドトリップ時間をＲＴＴとし、
   前記回線割当装置は、前記端末局装置でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻から前記ＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、該予測値Ｗ_RTT に該ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、前記端末局装置に設定する前記割当回線速度を決定する構成である
   ことを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムにおいて、
   前記端末局装置に入力するデータからＴＣＰヘッダを取り出し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新されたときに、その更新された時刻におけるＴＣＰウィンドウサイズＷとパケット量Ｔを取得して前記比率α（Ｔ／Ｗ）を算出し、該ＴＣＰウィンドウサイズＷと該比率α（Ｔ／Ｗ）を前記回線割当装置に通知するＴＣＰヘッダ監視装置を備えた
   ことを特徴とする通信システム。
3. 請求項１に記載の通信システムにおいて、
   前記ＴＣＰウィンドウサイズＷは、ＭＳＳ(Maximum Segument Size) から、受信側が一度に受け取り可能な最大のデータサイズＲＷＩＮ（Received Window size) まで規則的に変動し、ＲＷＩＮに達した以降は一定値で保たれるときに、
   前記ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加するときに前記ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも小さいスロースタート区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ
   に従って計算し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも大きい輻輳回避区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
   に従って計算し、
   ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少するときにＴＣＰウィンドウサイズＷが前記スロースタート区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ
   に従って計算し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷが前記輻輳回避区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
   に従って計算する
   ことを特徴とする通信システム。
4. ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、該ノード局装置を介する該端末局装置間の通信に用いる割当回線速度に対応する通信回線を割り当てる回線割当装置とにより構成される通信システムの通信方法において、
   前記端末局装置と前記回線割当装置との間のラウンドトリップ時間をＲＴＴとし、
   前記回線割当装置は、前記端末局装置でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻から前記ＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、該予測値Ｗ_RTT に該ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、前記端末局装置に設定する前記割当回線速度を決定する
   ことを特徴とする通信方法。
5. 請求項４に記載の通信方法において、
   前記ＴＣＰウィンドウサイズＷは、ＭＳＳ(Maximum Segument Size) から、受信側が一度に受け取り可能な最大のデータサイズＲＷＩＮ（Received Window size) まで規則的に変動し、ＲＷＩＮに達した以降は一定値で保たれるときに、
   前記ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加するときに前記ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも小さいスロースタート区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ
   に従って計算し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも大きい輻輳回避区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
   に従って計算し、
   ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少するときにＴＣＰウィンドウサイズＷが前記スロースタート区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ
   に従って計算し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷが前記輻輳回避区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
   に従って計算する
   ことを特徴とする通信方法。
6. 請求項１に記載の通信システムで前記ＴＣＰヘッダを監視するＴＣＰヘッダ監視装置において、
   前記端末局装置に入力するデータからＴＣＰヘッダを取り出し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷが更新されたときに、その更新された時刻におけるＴＣＰウィンドウサイズＷとパケット量Ｔを取得し、前記比率α（Ｔ／Ｗ）を算出する手段と、
   前記ＴＣＰウィンドウサイズＷと前記比率α（Ｔ／Ｗ）を前記回線割当装置に通知する手段と
   を備えたことを特徴とするＴＣＰヘッダ監視装置。
7. 請求項１に記載の通信システムの回線割当装置において、
   前記端末局装置でＴＣＰウィンドウサイズＷが更新された時刻から前記ＲＴＴ後のＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT を算出し、該予測値Ｗ_RTT に該ＴＣＰウィンドウサイズＷに対するパケット量Ｔの比率α（Ｔ／Ｗ）を乗算した値に基づいて、前記端末局装置に設定する前記割当回線速度を決定し、前記端末局装置に通知する
   ことを特徴とする回線割当装置。
8. 請求項７に記載の回線割当装置において、
   前記ＴＣＰウィンドウサイズＷは、ＭＳＳ(Maximum Segument Size) から、受信側が一度に受け取り可能な最大のデータサイズＲＷＩＮ（Received Window size) まで規則的に変動し、ＲＷＩＮに達した以降は一定値で保たれるときに、
   前記ＴＣＰウィンドウサイズの予測値Ｗ_RTT は、ＴＣＰウィンドウサイズＷが増加するときに前記ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも小さいスロースタート区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ
   に従って計算し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷがスロースタート閾値Ｗ_thよりも大きい輻輳回避区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ＋ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
   に従って計算し、
   ＴＣＰウィンドウサイズＷが減少するときにＴＣＰウィンドウサイズＷが前記スロースタート区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ
   に従って計算し、前記ＴＣＰウィンドウサイズＷが前記輻輳回避区間であれば
   Ｗ_RTT ＝Ｗ−ＭＳＳ（ＭＳＳ／Ｗ）
   に従って計算する
   ことを特徴とする回線割当装置。

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