JP2016111621A - パケット伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信路の伝送速度の変更機能を有し、当該伝送速度の変更に応じたパケット待機制御を行うパケット伝送装置を提供する。
【解決手段】本発明によるパケット伝送装置５１ａは、設定した伝送速度にてパケットを送信するパケット出力部５１４と、パケット出力部５１４から送信するパケットを一時的にバッファに保持し、当該パケットをバッファに格納する際に、パケット出力部５１４からの伝送速度の速度変更を監視してバッファに格納できるパケット数若しくはデータ量についての可変の上限を規定するバッファ閾値を制御するバッファ閾値制御部５１８を有するパケット待機制御部５１３ａと、を備え、バッファ閾値制御部５１８は、所定の規定時間より短い時間間隔で当該伝送速度を変更する際に、当該伝送速度の変更に応じてバッファ閾値を変更するよう制御する手段を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送速度の切り替え可能な通信路を介して、ＩＰ（Internet protocol）パケットやイーサネット（登録商標）パケットなどのパケットを伝送するパケット伝送装置に関し、特に、伝搬状況の変化に応じて伝送速度を切り替える無線通信路などを用いて、通信路の伝送能力を活用して効率よくパケットを伝送するパケット伝送装置に関する。

インターネットプロトコル（ＩＰ）を用いたデータ通信では、ＩＰパケットにデータを格納し、パケット伝送装置と通信路を経由してＩＰパケットを伝送することで、データを伝送する。図７に、離れた地点にある送信端末５０と受信端末５３が、パケット伝送装置５１及びパケット伝送装置５２と通信路１２及び通信路２１を介して、データ通信を行う場合のネットワークの概略構成例を示す。ここで、送信端末５０とパケット伝送装置５１との間は通信路０１及び通信路１０を介して相互接続され、受信端末５３とパケット伝送装置５２との間は、通信路２３及び通信路３２を介して相互接続されるものとする。

通信路１２の伝送能力を有効に活用して効率よくパケットを伝送するには、送信端末５０からパケット伝送装置５１に出力するパケットの出力速度を通信路１２の伝送速度の範囲内で、できるだけ高い速度に制御する必要がある。

ＩＰを用いたデータ通信を行う機器では、確実にデータを伝送するために、廃棄されたパケットにて伝送されていたデータを回復したり、通信路の伝送速度に応じてパケットの出力速度を制御する機能（輻輳制御機能）を備えたデータ通信プロトコルを利用してデータ通信を行っている。これらの機器のデータ通信プロトコルには、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）が広く使われている。

まず、伝送速度が変化しない場合について、送信端末５０のパケットの出力速度が、ＴＣＰの輻輳制御機能により通信路１２の伝送速度の範囲内で、できるだけ高い速度に制御されることを説明する。

図８は、従来のパケット伝送装置の一例を示すブロック図である。図７におけるパケット伝送装置５１，５２はそれぞれ同様の構成とすることができ、代表的にパケット伝送装置５１を説明する。パケット伝送装置５１は、パケット入力部５１１，５１５、パケット転送部５１２、パケット待機制御部５１３，５１６、及びパケット出力部５１４，５１７で構成される。

パケット入力部５１１は、送信端末５０から出力されたパケットを通信路０１経由で受信し、パケット転送部５１２に入力する。パケット入力部５１５は、対向するパケット伝送装置５２から送信されたパケットを通信路２１経由で受信し、パケット転送部５１２に入力する。

パケット転送部５１２は、入力されたパケットの宛先を解析してパケットの出力先を判別し、判別したパケット出力部５１７と接続するパケット待機制御部５１６にパケットを入力する。したがって、パケット転送部５１２は、例えばハブ又はスイッチとして構成され、複数のパケット出力部５１７の各々と接続する複数のパケット待機制御部５１６に対して、パケットの出力先を決定するように構成することができる（図示せず）。

パケット待機制御部５１３及びパケット待機制御部５１６は、それぞれに入力されたパケットを一時的にバッファに保持する機能を有し、それぞれパケット出力部５１４及びパケット出力部５１７から送信するためのパケットを受け取り、それぞれのパケット出力部５１４,５１７が接続する通信路１２，１０から送信可能になるまで、当該パケットをそれぞれのバッファに一時的に保持する。

尚、パケット待機制御部５１３及びパケット待機制御部５１６は、パケットをバッファに格納する際に、バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量が固定の上限（所定のバッファサイズ）に達しているか否かを判定し、このバッファサイズに達していればパケット格納不可と判定し、入力されたパケット若しくは格納中のパケットのいずれかを廃棄する。

パケット出力部５１４は、パケット待機制御部５１３からパケットを取り出し、設定した伝送速度にて通信路１２にパケットを送信する。パケット出力部５１７は、パケット待機制御部５１６からパケットを取り出し、通信路１０にパケットを送信する。

したがって、パケット伝送装置５１は、以前の送信したパケットの伝送のために通信路が使用中であるときや通信路を利用できないなどの理由により、パケットが入力されてもすぐに送信できない場合には、パケットの廃棄を防ぐため、当該パケットをパケット待機制御部５１３，５１６のバッファに格納し、通信路１２，１０へ送信可能になるまで保持する。しかし、従来のパケット伝送装置５１では、バッファが格納できるパケットの数やデータ量に固定の上限があり、この固定の上限（所定のバッファサイズ）を超えたときにはパケットを廃棄する。

次にＴＣＰの輻輳制御について説明する。ＴＣＰは、輻輳ウィンドウ（ｃｗｎｄ）を用いてパケットの出力速度の制御を可能とする技法として知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＴＣＰに基づく受信端末５３は、送信端末５０から出力されたパケットが受信端末５３に入力され、正しく伝送されたことを確認できると、次に受け取るべきデータを参照する位置情報を確認応答（ＡＣＫ）情報として送信端末５０に送信する。送信端末５０は、データを一度に全部出力するのでなく、ＡＣＫ情報により指定された位置からｃｗｎｄまでの範囲のデータを出力するフロー制御を行う。この機構によりパケットの出力速度の最高速度は、輻輳ウィンドウ／往復遅延時間に制限される。尚、往復遅延時間（ＲＴＴ）とは、パケットを送信してから、そのパケットの確認応答パケットを受信するまでの時間である。

ＴＣＰの輻輳制御では、このｃｗｎｄの大きさを調整することで、通信路の伝送速度にパケットの送出速度を追従させる。ＴＣＰの輻輳制御方式には幾つかの方式があるが、パケットロスを検出するまでｃｗｎｄを徐々に拡大し、パケットロスを検出するとｃｗｎｄを急速に減少させるロスベースの輻輳制御技法が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

代表的なロスベースの輻輳制御技法であるＴＣＰ Ｎｅｗ Ｒｅｎｏでは、ｃｗｎｄの増加量はＲＴＴあたり１パケットであり、減少量はｃｗｎｄの１／２となるように制御している。図９に、ＴＣＰ Ｎｅｗ Ｒｅｎｏにおけるｃｗｎｄの時間変化の例を示す。

この輻輳制御の機能により、送信端末５０のパケットの出力速度はｃｗｎｄの増加に応じて徐々に増加する。この出力速度が通信路１２の伝送速度を超えると、パケット伝送装置５１へと入力するパケット速度が、パケット伝送装置５１の送出するパケット速度を上回り、パケット待機制御部５１３におけるバッファのパケット蓄積量が増加するようになり、やがてパケット蓄積量が当該固定の上限（所定のバッファサイズ）に達しパケット廃棄が起こる。送信端末５０では、ＡＣＫ情報からパケットロスを検出するとｃｗｎｄを減少させ、パケット出力速度を減少させる。この繰り返しにより、送信端末５０のパケット出力速度が、ＴＣＰの輻輳制御機能により通信路の伝送速度の近傍に制御される。

このように、ＴＣＰの輻輳制御機能により、送信端末５０のパケットの出力速度が通信路１２の伝送速度の近傍に制御される。

ここで、従来のパケット伝送装置５１で通信路１２の伝送速度を切り変えた場合についても、輻輳制御機能により、自動的にデータ送信速度が調整される。

つまり、伝送速度を増加させると、最初は送信端末５０のパケットの出力速度よりパケット伝送装置５１の送出するパケット速度が上回り、パケット待機制御部５１３におけるバッファのパケット蓄積量が減少する。伝送速度の切り替え時のｃｗｎｄの値が小さく、パケット蓄積量が少ないときに当該切り替えが発生した場合には、バッファが枯渇し送信するパケットが無くなり、次のパケットがパケット伝送装置５１に入力されるまで通信路１２に空きを生じる。この通信路１２に空きを生じ、パケットの送信が間歇的になる現象は、ｃｗｎｄが徐々に拡大し、当該送出するパケット速度が増加し、新たな伝送速度に達し、継続的にパケットがバッファに蓄積されるようになるまで継続する。この現象が継続する間、パケットロスは発生しない。

特開２００５−１５１２０２号公報

前述したように、従来のパケット伝送装置５１で通信路１２の伝送速度を切り変えた場合についても、輻輳制御機能により、自動的にデータ送信速度が調整されることになる。しかし、ｃｗｎｄの拡大はゆっくりと行われることから、伝送速度を速くしても、送信端末５０のパケットの出力速度がすぐには新たな伝送速度まで増加せず、通信路１２の空きを生ずる期間が長くなるという問題がある。したがって、従来のパケット伝送装置５１では、伝送速度が小さい時はｃｗｎｄの最大値が小さいため、この問題が発生し易い問題があった。

逆に、伝送速度が減少すると、受信端末５３へのパケット入力間隔が長くなり、送信端末５０に伝送するＡＣＫ情報の出力間隔も長くなり、自動的に送信端末５０におけるパケットの出力速度が抑えられる。

しかし、送信端末５０へのＡＣＫ情報の間隔が変化するのは、伝送速度が低下してからＲＴＴ経過後である。この間、送信端末５０におけるパケットの出力速度は伝送速度変更前のままである。このため、パケット伝送装置５１の送信待ちパケットが急速に増加する。この結果、従来のパケット伝送装置５１では、パケット待機制御部５１３におけるバッファに格納できる上限を超える状態が継続し大量のパケットロスが発生する場合があった。

また、伝送速度を減少させてから送信端末５０のパケットの出力速度が抑制されるまでのパケットの超過は一時的なものである。このような一時的な通信量の増加に対しては、ネットワークの中間部で通信速度が低い隘路となる部分よりも前に（例えば、パケット待機制御部５１３に相当する箇所）、十分な量のバッファと精密に帯域を制御する回路を組み合わせた平滑化装置を設けることにより通信量を平滑化する技法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、通信路１２における伝送速度を減少してＲＴＴ時間経過するまで、或いはＲＴＴ時間経過した後の送信端末５０のパケットの出力速度は、送信端末５０のパケットの出力速度が抑制されるまでは当該伝送速度を減少した後の通信路１２の伝送速度以下にはならないことから、平滑化しても通信路１２の伝送速度以下にすることができないため、当該平滑化装置を追加しても、大量のパケットロスが発生する問題を解決することができない。

このように、従来のパケット伝送装置５１では、通信路１２の伝送速度を増加させても、ロスベースの輻輳制御技法を用いる送信端末５０のｃｗｎｄがすぐには増加しないことから、伝送速度の切り替え時のｃｗｎｄの値が小さい場合には、パケットの送信が間歇的に行われ通信路１２に空きが発生する状態が長く継続し、通信路１２を有効に活用できないという問題があった。

また、通信路１２の伝送速度を低下させたときに大量のパケットロスを起こすことがあった。大量のパケットロスは、他の通信に影響が波及し、リアルタイム通信でのデータ欠損や、欠損データの再送に伴うレスポンスの低下、通信速度の低下など大きな影響を与える問題があった。

そこで、本発明は上述の問題を鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、通信路１２の伝送速度の増加時にも連続的なパケットの送信を可能とし、通信路１２の伝送速度の低下時にも大量のパケットロスの発生を抑制するために、通信路１２の伝送速度の変更機能を有し、当該伝送速度の変更に応じたパケット待機制御を行うパケット伝送装置を提供することにある。

本発明によるパケット伝送装置は、通信路の伝送速度の変更機能を有するパケット伝送装置であって、設定した伝送速度にてパケットを送信するパケット出力部と、前記パケット出力部から送信するパケットを一時的にバッファに保持し、当該パケットをバッファに格納する際に、前記パケット出力部からの伝送速度の変更を監視して前記バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量についての可変の上限を規定するバッファ閾値を制御するバッファ閾値制御部を有するパケット待機制御部とを備え、前記バッファ閾値制御部は、所定の規定時間より短い時間間隔で当該伝送速度を変更する際に、前記伝送速度の速度変更に応じて前記バッファ閾値を変更するよう制御する手段を有することを特徴とする。

特に、本発明による第１態様のパケット伝送装置は、前記バッファ閾値制御部は、前記所定の規定時間の計測開始時点における伝送速度の値を初期値とする初期伝送速度と当該所定の規定時間との積に予め定めた固定補正係数を乗じた値に対して、前記初期伝送速度と、当該伝送速度の変更を検知した現在の伝送速度との差分について連続的に時間積分した値をバッファ補正値として加算することを特徴とする。

また、本発明による第２態様のパケット伝送装置は、前記バッファ閾値制御部は、前記所定の規定時間の計測開始時点における伝送速度の値を初期値とする初期伝送速度と当該所定の規定時間との積に予め定めた固定補正係数を乗じた値に対して、前記初期伝送速度と、当該伝送速度の変更を検知した現在の伝送速度との差分について予め定めたサンプリング時間の間隔で時間積分した値をバッファ補正値として加算することを特徴とする。

また、本発明による第３態様のパケット伝送装置は、前記バッファ閾値制御部は、前記所定の規定時間の計測開始時点における伝送速度の値を初期値とする初期伝送速度と当該所定の規定時間との積に予め定めた固定補正係数を乗じた値に対して、伝送速度の変更を検知した際に現在設定されているバッファ閾値、該バッファ閾値を設定した際の当該伝送速度である基準速度、伝送速度の変更を検知し速度増加と判定した時刻と前記所定の規定時間を基に定める当該バッファ閾値の変更予定時刻、及び該バッファ閾値の変更予定の有無、の４つのパラメータ値を保持して、当該伝送速度の増加時と減少時を区別して前記バッファ閾値の変更予定時刻を定め、当該伝送速度の変更時、及び前記バッファ閾値の変更予定時刻にてバッファ補正値を決定して加算し当該バッファ閾値を制御することを特徴とする。

また、本発明による第３態様のパケット伝送装置において、前記バッファ閾値制御部は、前記バッファ補正値に基づくバッファ閾値制御として、前記バッファ閾値の変更予定時刻まで当該伝送速度の変更を監視し、前記バッファ閾値の変更予定時刻の経過前に当該伝送速度の速度減少があったときに、現在設定されている基準速度を下回っているときは、当該バッファ閾値を当該基準速度と当該速度変更後の伝送速度との差分に前記所定の規定時間を乗じた値で加算増加して制御するとともに、該基準速度を当該速度変更後の伝送速度で更新して、前記バッファ閾値の変更予定は無とし、前記バッファ閾値の変更予定時刻の経過前に当該伝送速度の速度減少があったときに、現在設定されている基準速度を下回っていないときは、前記バッファ閾値の変更予定時刻まで当該伝送速度の変更を継続して監視し、前記バッファ閾値の変更予定時刻の経過前に当該伝送速度の速度増加があったときに、当該速度増加の時点から前記所定の規定時間経過後のバッファ閾値の変更とするよう前記バッファ閾値の変更予定時刻を設定して予約し、現在設定されている基準速度及びバッファ閾値を変更することなく前記バッファ閾値の変更予定は有とし、前記バッファ閾値の変更予定時刻となる際に、前記バッファ閾値を該現在の伝送速度と前記バッファ閾値の変更予定時刻となる直前の基準速度との差分に前記所定の規定時間を乗算した値で現在設定されているバッファ閾値から減算して制御することを特徴とする。

また、本発明によるパケット伝送装置において、前記バッファ閾値制御部は、当該バッファ閾値の変更時における前記バッファ補正値に、通信路のジッタ量の応じた固定補正値を更に追加する手段を有することを特徴とする。

また、本発明によるパケット伝送装置において、前記所定の規定時間は、当該パケット伝送装置に通信接続する送信端末と該送信端末からのパケットを受信する受信端末との間の往復遅延時間とすることを特徴とする。

また、本発明によるパケット伝送装置において、前記所定の規定時間は、当該パケット伝送装置と対向するパケット伝送装置との往復遅延時間に一定のマージンを追加した値とすることを特徴とする。

本発明によれば、通信路の伝送速度を低下させても、ロスベースの輻輳制御を用いる送信端末のｃｗｎｄの最大値を高く維持することができ、通信路の伝送速度を低速から高速に切り替えたときに、パケットの送信が間歇的となることを防ぐことができ、通信路の伝送能力を有効に活用した効率のよいパケット伝送が実現可能となる。

また、通信路の伝送速度を低下させたときにバッファが溢れ、大量のパケットロスの発生を抑制又は防止することができる。この結果、大量のパケットロスによるリアルタイム通信でのデータ欠損や、欠損データの再送に伴うレスポンスの低下、通信速度の低下など他の通信への影響を防止し、通信路の伝送能力を有効に活用した効率のよいパケット伝送が実現可能となる。特に、本発明によれば、規定時間より短い時間間隔で伝送速度を変更する場合にも、バッファ溢れによるパケットロスを防ぐことができる。

本発明による一実施形態のパケット伝送装置のブロック図である。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態のパケット伝送装置における実施例１のバッファ閾値制御時の伝送速度とバッファ閾値の動作例を示す図である。 本発明による一実施形態のパケット伝送装置における実施例２のバッファ閾値制御のフローチャートである。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態のパケット伝送装置における実施例２のバッファ閾値制御時の伝送速度とバッファ閾値の動作例を示す図である。 本発明による一実施形態のパケット伝送装置における実施例３のバッファ閾値制御のフローチャートである。 （ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態のパケット伝送装置における実施例３のバッファ閾値制御時の伝送速度とバッファ閾値の動作例を示す図である。 送信端末と受信端末が、パケット伝送装置及びパケット伝送装置を介して、データ通信を行う場合のネットワークの概略構成例を示す図である。 従来のパケット伝送装置の一例を示すブロック図である。 ＴＣＰ Ｎｅｗ Ｒｅｎｏにおける輻輳ウィンドウ（ｃｗｎｄ）の時間変化の例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による一実施形態のパケット伝送装置について説明する。図１は、本発明による一実施形態のパケット伝送装置５１ａのブロック図である。

図７に示したように、離れた地点にある送信端末５０と受信端末５３が、パケット伝送装置５１及びパケット伝送装置５２と通信路１２及び通信路２１を介して、データ通信を行うネットワークを想定し、本発明に係るパケット伝送装置５１ａは、従来のパケット伝送装置５１の代わりに設けられるものとして説明する。尚、送信端末５０から受信端末５３の方向のパケットを伝送する通信路０１、通信路１２及び通信路２３の中で伝送速度が最も遅い通信路は通信路１２であるとする。また、各装置は、ＴＣＰを利用してデータ通信を行うものとする。

図１に示す本発明による一実施形態のパケット伝送装置５１ａは、図８に示す従来のパケット伝送装置５１と同様の構成要素には同一の参照番号を付している。即ち、本発明による一実施形態のパケット伝送装置５１ａは、パケット入力部５１１，５１５、パケット転送部５１２、パケット待機制御部５１３ａ，５１６、及びパケット出力部５１４，５１７で構成され、パケット待機制御部５１３ａがバッファ閾値制御部５１８を有する点で、従来のパケット伝送装置５１とは相違する。

パケット入力部５１１は、送信端末５０から出力されたパケットを通信路０１経由で受信し、パケット転送部５１２に入力する。パケット入力部５１５は、対向するパケット伝送装置５２から送信されたパケットを通信路２１経由で受信し、パケット転送部５１２に入力する。

パケット転送部５１２は、入力されたパケットの宛先を解析してパケットの出力先を判別し、判別したパケット出力部５１７と接続するパケット待機制御部５１６にパケットを入力する。したがって、パケット転送部５１２は、例えばハブ又はスイッチとして構成され、複数のパケット出力部５１７の各々と接続する複数のパケット待機制御部５１６に対して、パケットの出力先を決定するように構成することができる（図示せず）。

パケット待機制御部５１３ａ及びパケット待機制御部５１６は、それぞれに入力されたパケットを一時的にバッファに保持する機能を有し、それぞれパケット出力部５１４及びパケット出力部５１７から送信するためのパケットを受け取り、それぞれのパケット出力部５１４,５１７が接続する通信路１２，１０から送信可能になるまで、当該パケットをそれぞれのバッファに一時的に保持する。

ただし、パケット待機制御部５１３ａは、パケットをバッファに格納する際に、バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量が可変の上限（以下、「バッファ閾値」と称する）に達しているか否かを判定し、このバッファ閾値に達していればパケット格納不可と判定し、入力されたパケット若しくは格納中のパケットのいずれかを廃棄する。

一方、パケット待機制御部５１６は、パケットをバッファに格納する際に、バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量が固定の上限（所定のバッファサイズ）に達しているか否かを判定し、このバッファサイズに達していればパケット格納不可と判定し、入力されたパケット若しくは格納中のパケットのいずれかを廃棄する。

パケット出力部５１４は、パケット待機制御部５１３ａからパケットを取り出し、変更可能な設定した伝送速度にて通信路１２にパケットを送信する。パケット出力部５１７は、パケット待機制御部５１６からパケットを取り出し、通信路１０にパケットを送信する。

したがって、パケット伝送装置５１ａは、以前の送信したパケットの伝送のために通信路が使用中であるときや通信路を利用できないなどの理由により、パケットが入力されてもすぐに送信できない場合には、パケットの廃棄を防ぐため、当該パケットをパケット待機制御部５１３ａ，５１６のバッファに格納し、通信路１２，１０へ送信可能になるまで保持する。そして、本発明に係るパケット伝送装置５１ａは、パケット待機制御部５１３ａが有するバッファ閾値制御部５１８の機能により、バッファが格納できるパケットの数やデータ量に可変の上限（バッファ閾値）があり、このバッファ閾値を超えたときにはパケットを廃棄する。

以下、バッファ閾値制御部５１８における実施例１〜３のバッファ閾値制御について順に説明する。尚、バッファ閾値制御部５１８は、初期バッファ閾値にバッファ補正値を加算した値をバッファ閾値としており、このバッファ補正値を異なるやり方で生成制御することで、各実施例のバッファ閾値制御が構成される。所定の初期バッファ閾値は、所定の規定時間（即ち、後述する予め定めた往復遅延時間Ｔｒｔｔであり、例えばＲＴＴ）の計測開始時点における伝送速度の値を初期値とする初期伝送速度と該規定時間との積に固定補正係数αを乗じた値とすることができる。固定補正係数αの値は、“１”としてもよいし、“１未満の値”又は“１を超える値”としてもよく、予め定めた値とする。ここで、「初期バッファ閾値にバッファ補正値を加算する値」とは、バッファ補正値がマイナスの値となるとき、初期バッファ閾値からそのバッファ補正値の絶対値を減算することを意味する点に留意する。一方、本発明の理解を高めるために、特筆して「追加する」と表現するときは、対象値の絶対値を加えるものとし、特筆して「減算する」と表現するときは、対象値の絶対値を減ずるものとして説明する。

（実施例１のバッファ閾値制御）
まず、バッファ閾値制御部５１８による実施例１のバッファ閾値制御について説明する。バッファ閾値制御部５１８による実施例１のバッファ閾値制御では、当該初期伝送速度と、速度変更を検知した現在の伝送速度との差分について連続的に時間積分した値をバッファ補正値とする。

図２（ａ）,（ｂ）は、それぞれパケット伝送装置５１aにおけるバッファ閾値制御部５１８による実施例１のバッファ閾値制御における伝送速度とバッファ閾値の動作例を示している。図２（ａ）に示すように、伝送速度が時刻ｔ０でＳ０からＳ１に減少し、時刻ｔ２にてＳ２に増加する場合、例えば、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ０から規定時間（Ｔｒｔｔ）が経過するまでの時刻ｔにおけるバッファ閾値ｔｈは初期バッファ閾値ｔｈ０に、（Ｓ０−Ｓ１）×（ｔ−ｔ０）をバッファ補正値として加算した値となる。

尚、バッファ閾値は、当該バッファ補正値を加算する他に、更なる固定補正値を「追加」したものとしてもよい。例えば、通信路０１、通信路１２、通信路２３、通信路３２、通信路２１及び通信路１０において、大きなジッタが発生する場合がある。このような場合、ジッタの大きさに応じて固定補正値を当該バッファ補正値に「追加する」のが好適である。

このように実施例１のバッファ閾値制御でバッファ閾値制御部５１８を構成することにより、規定時間（Ｔｒｔｔ）より短い時間間隔で伝送速度を変更する場合にも、バッファ溢れによるパケットロスを防ぐことができる。

（実施例２のバッファ閾値制御）
次に、バッファ閾値制御部５１８による実施例２のバッファ閾値制御について説明する。バッファ閾値制御部５１８による実施例２のバッファ閾値制御では、当該初期伝送速度と、速度変更を検知した現在の伝送速度との差分について予め定めたサンプリング時間の間隔で時間積分した値をバッファ補正値とする。

図３は、バッファ閾値制御部５１８による実施例２のバッファ閾値制御のフローチャートである。本例でもバッファ閾値制御部５１８は、前記初期バッファ閾値にバッファ補正値を加算した値をバッファ閾値としているが、このバッファ補正値は、予め定めたサンプリング時間を基に時間積分した値で構成される。尚、本例においてもバッファ補正値に更なる固定補正値を追加してもよい。

まず、バッファ閾値制御部５１８は、初期化処理として、過去規定時間までの伝送速度の記録を現在の伝送速度と等しい値で初期化し（ステップＳ１）、監視する（伝送速度差）の値を０として保持する（ステップＳ２）。このとき、バッファ閾値制御部５１８は、バッファ閾値として、前述した所定の初期バッファ閾値を設定する。

続いて、バッファ閾値制御部５１８は、予め定めたサンプリング時間の経過を待ち（ステップＳ３）、当該バッファ閾値に、（伝送速度差）×（サンプリング時間）をバッファ補正値として加算する（ステップＳ４）。尚、監視する（伝送速度差）の値は後続のステップで更新されるものである。

続いて、バッファ閾値制御部５１８は、当該サンプリング時間の経過時の新たな伝送速度を取得して現在の伝送速度として記録し（ステップＳ５）、当該（規定時間前の伝送速度）−（新たな伝送速度）を算出して保持する（伝送速度差）の値を更新する（ステップＳ６）。

そして、初期化されるまで、ステップＳ３以降を繰り返し、バッファ閾値制御部５１８は、予め定めたサンプリング時間の経過を待ち、当該バッファ閾値に、（伝送速度差）×（サンプリング時間）をバッファ補正値として加算する。

図４（ａ）,（ｂ）は、それぞれパケット伝送装置５１ａにおけるバッファ閾値制御部５１８による実施例２のバッファ閾値制御における伝送速度とバッファ閾値の動作例を示している。図４（ａ）に示すように、伝送速度が時刻ｔ０でＳ０からＳ１に減少し、時刻ｔ２にてＳ２に増加する場合、例えば、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ０から規定時間（Ｔｒｔｔ）が経過するまでの時刻ｔにおけるバッファ閾値ｔｈは初期バッファ閾値ｔｈ０に、一定のサンプリング時間ｓｔ間隔で（Ｓ０−Ｓ１）×（ｔ−ｔ０）をバッファ補正値として加算した値となる。尚、バッファ補正値がマイナスとなるときは減算となる。

このように実施例２のバッファ閾値制御でバッファ閾値制御部５１８を構成することにより、規定時間（Ｔｒｔｔ）より短い時間間隔で伝送速度を変更する場合にも、バッファ溢れによるパケットロスを防ぐことができる。

（実施例３のバッファ閾値制御）
次に、バッファ閾値制御部５１８による実施例３のバッファ閾値制御について説明する。バッファ閾値制御部５１８による実施例３のバッファ閾値制御では、伝送速度の変更を検知した際に設定されている「現在のバッファ閾値（動作中のバッファ閾値）」、その「現在のバッファ閾値」設定時の伝送速度である「基準速度」、伝送速度の変更を検知し速度増加と判定した時刻（速度増加時刻）と規定時間（例えば、ＲＴＴ）を基に定める「バッファ閾値の変更予定時刻」、及びその「バッファ閾値の変更予定の有無」、の４つのパラメータ値を保持して、実施例１，２のような時間積分による制御とはせず、伝送速度の増加時と減少時を区別してバッファ閾値の変更予定時刻を定め、その伝送速度の変更時やバッファ閾値の変更予定時刻で、前記初期バッファ閾値に加算するためのバッファ補正値を決定してバッファ閾値を制御する。これにより、伝送速度の速度変更に応じたバッファ閾値の変更を行う制御を簡便にしてバッファ溢れによるパケットロスを防ぐようにする。

図５は、バッファ閾値制御部５１８による実施例３のバッファ閾値制御のフローチャートである。本例でもバッファ閾値制御部５１８は、前述した初期バッファ閾値にバッファ補正値を加算した値をバッファ閾値としているが、このバッファ補正値は、上述の４つのパラメータ値を基に自動制御した値で構成される。

まず、バッファ閾値制御部５１８は、初期化処理として、「基準速度」を現在の伝送速度と等しい値（初期伝送速度）で初期化し、「バッファ閾値」として、前述した所定の初期バッファ閾値を設定するとともに、「バッファ閾値の変更予定は無」に設定して保持する（ステップＳ１１）。この初期化処理により、「バッファ閾値の変更予定は無」に設定するため、「バッファ閾値の変更予定時刻」は規定時間（例えば、ＲＴＴ）経過時の時刻に設定する。

基本動作として、バッファ閾値制御部５１８は、「バッファ閾値の変更予定時刻」まで伝送速度の変更を監視し（ステップＳ１２）、「バッファ閾値の変更予定時刻」の経過前に伝送速度の速度減少があったとき（ステップＳ１３：Ｎｏ，ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、速度変更後の伝送速度が現在設定されている基準速度を下回っていれば（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、バッファ閾値を当該基準速度と当該速度変更後の伝送速度との差分に規定時間（例えば、ＲＴＴ）を乗じた値で加算増加して制御し、保持する「現在のバッファ閾値」を更新するとともに、保持する「基準速度」を当該速度変更後の伝送速度で更新し、「バッファ閾値の変更予定は無」とする（ステップＳ１６）。その後、継続して、「バッファ閾値の変更予定時刻」まで伝送速度の変更を監視する（ステップＳ１２）。

一方、「バッファ閾値の変更予定時刻」の経過前に伝送速度の速度増加があったとき（ステップＳ１３：Ｎｏ，ステップＳ１４：Ｎｏ）、その速度増加の時点から規定時間（例えば、ＲＴＴ）経過後にバッファ閾値の変更とするよう「バッファ閾値の変更予定時刻」を設定して予約し、当該基準速度及び当該動作中のバッファ閾値を変更することなく「バッファ閾値の変更予定は有」とする（ステップＳ１７）。これにより、バッファに格納するパケットの減少が収まるまでバッファ閾値の変更を延期する。特に、段階的に速度が増加する場合には、「バッファ閾値の変更予定時刻」が自動的に更新され、最後に速度が増加した時刻（即ち、速度増加時刻）から規定時間後の時刻に設定される。その後、継続して、「バッファ閾値の変更予定時刻」まで伝送速度の変更を監視する（ステップＳ１２）。

尚、ステップＳ１４では伝送速度の速度変更が検知されたときに動作し、伝送速度の速度増加後、再びその速度が減少するような場合も、基準速度より下回っていなければ基準速度を変更することはなく（ステップＳ１５：Ｎｏ）、その後、継続して、「バッファ閾値の変更予定時刻」まで伝送速度の変更を監視する（ステップＳ１２）。

そして、「バッファ閾値の変更予定時刻」となる際に（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、伝送速度が若干遅くなっている可能性を考慮して、バッファ閾値を当該現在の伝送速度と基準速度との差分に規定時間（例えば、ＲＴＴ）を乗算した値を、保持していた「現在のバッファ閾値」から「減算」した値を新たな「バッファ閾値」として制御し、現在の伝送速度の値を「基準速度」として更新するとともに「現在のバッファ閾値」を更新し、「バッファ閾値の変更予定は無」とする（ステップＳ１８）。

本例のように、「最後に速度増加が起こってから規定時間（例えば、ＲＴＴ）経過後」に「現在のバッファ閾値」を更新により「減算する」やり方とすることで、図６に示すようなバッファ閾値制御を実現することができる。

図６（ａ）,（ｂ）は、それぞれパケット伝送装置５１aにおけるバッファ閾値制御部５１８による実施例３のバッファ閾値制御における伝送速度とバッファ閾値の動作例を示している。図６（ａ）に示すように、送信時の伝送速度が段階的に増減し、受信確認したデータの速度に対して規定時間（例えば、ＲＴＴ）分の遅れがあるとする。そして、図６（ａ）に示す送信時の伝送速度の段階的な増減と受信確認したデータの速度との関係から、図６（ｂ）に示すように、バッファに格納したパケット量が変化するとする。

バッファ溢れによるパケットロスを防ぐようにするには、当該バッファ量の変化に応じて、バッファ閾値ｔｈを制御すればよい。そこで、図６（ｂ）に示す「Ｃ１」や「Ｃ２」では、バッファ閾値を当該基準速度と当該速度変更後の伝送速度との差分に規定時間（例えば、ＲＴＴ）を乗じた値で加算増加して制御し、保持する「現在のバッファ閾値」を更新するとともに、保持する「基準速度」を当該速度変更後の伝送速度で更新し、「バッファ閾値の変更予定は無」とする（図５に示すステップＳ１６の処理）。

図６（ｂ）に示す「Ｃ３」では、伝送速度の速度増加により、その速度増加の時点から規定時間（例えば、ＲＴＴ）経過後のバッファ閾値の変更とするよう「バッファ閾値の変更予定時刻」を設定して予約し、当該基準速度を変更することなく「バッファ閾値の変更予定は有」とする（図５に示すステップＳ１７の処理）。

図６（ｂ）に示す「Ｃ４」では、伝送速度の速度増加後、再びその速度が減少するような場合も、基準速度より下回っていなければ基準速度を変更することはない（図５に示すステップＳ１５の処理）。

図６（ｂ）に示す「Ｃ５」では、伝送速度の速度増加により、その速度増加の時点から規定時間（例えば、ＲＴＴ）経過後のバッファ閾値の変更とするよう「バッファ閾値の変更予定時刻」を設定して予約し、当該基準速度及び当該動作中のバッファ閾値を変更することなく「バッファ閾値の変更予定は有」とする（図５に示すステップＳ１７の処理）。

図６（ｂ）に示す「Ｃ６」では、「バッファ閾値の変更予定時刻」となり、バッファ閾値を当該現在の伝送速度と当該バッファ閾値の変更予定時刻となる直前の基準速度との差分に規定時間（例えば、ＲＴＴ）を乗算した値で保持していた「現在のバッファ閾値」から「減算」して制御し、その現在の伝送速度の値を「基準速度」として更新するとともに「現在のバッファ閾値」を更新し、「バッファ閾値の変更予定は無」とする（図５に示すステップＳ１８の処理）。

このように、実施例３のバッファ閾値制御では、伝送速度の変更を検知した際に設定されている「現在のバッファ閾値」、「基準速度」、伝送速度の変更を検知し速度増加と判定した時刻（速度増加時刻）と規定時間（例えば、ＲＴＴ）を基に定める「バッファ閾値の変更予定時刻」、及びその「バッファ閾値の変更予定の有無」、の４つのパラメータ値を保持して、伝送速度の増加時と減少時を区別してバッファ閾値の変更予定時刻を定め、その伝送速度の変更時やバッファ閾値の変更予定時刻でバッファ補正値を決定しバッファ閾値を制御する。これにより、伝送速度の速度変更に応じたバッファ閾値の変更を行う制御を簡便にしてバッファ溢れによるパケットロスを防ぐようにする。

本例においても、バッファ補正値に更なる固定補正値を追加してもよい。例えば、通信路０１、通信路１２、通信路２３、通信路３２、通信路２１および通信路１０において、大きながジッタが発生する場合がある。このような場合、ジッタの大きさに応じて固定補正値を当該バッファ補正値に「追加する」のが好適である。

このように実施例３のバッファ閾値制御でバッファ閾値制御部５１８を構成することにより、規定時間（Ｔｒｔｔ）より短い時間間隔で伝送速度を変更する場合にも、バッファ溢れによるパケットロスを防ぐことができる。

尚、各実施例の「規定時間（Ｔｒｔｔ）」は、実際にデータ通信を行う送信端末５０と受信端末５３との間の往復遅延時間（ＲＴＴ）とすることが一般化する上で望ましいが、通信路１２及び通信路２１の伝送遅延が、他の通信路の伝送遅延より極端に大きい場合には、パケット伝送装置５１ａとパケット伝送装置５２との間の往復遅延時間（ＲＴＴ）に一定のマージンを追加した値とすることで、より正確となる。

このバッファ閾値制御部５１８の機能により、伝送速度を低下させてから送信端末５０のパケットの出力速度が低下するまでの間のパケットを全てバッファに格納することで、大量のパケットロスの発生を防止することができる。

また、バッファ閾値が同じ値であれば、伝送速度が低速であるほどｃｗｎｄの最大値が小さくなるが、低速時のバッファ閾値を増加することで、伝送速度を低下させた時のｃｗｎｄの最大値の減少を防ぎ、高速伝送時のｃｗｎｄを維持することができる。この効果により、通信路１２の伝送速度を低速から高速に切り替えたときに発生するｃｗｎｄの不足によりパケットの送信が間歇的となったとしても、これが長く続くことを防ぐことができる。

以上、特定の実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、パケット通信プロトコルの規定により、パケット転送の際にパケットヘッダなどパケットの一部を更新する必要があれば、パケット転送部５１２がこの処理を行うように構成することができる。

また、パケット入力部５１１で受信したパケットを必ずパケット出力部５１４からそのまま出力する、パケット入力部５１５で受信したパケットを必ずパケット出力部５１７からそのまま出力する用途では、パケット転送部５１２を持たない構成とすることができる。この場合は、パケット入力部５１１は受信したパケットをパケット待機制御部５１３ａに、パケット入力部５１５は受信したパケットをパケット待機制御部５１６に、それぞれ直接入力する。

更に、パケット入力部５１１、パケット待機制御部５１３ａ及びパケット出力部５１４で構成した送信側パケット伝送装置と、パケット入力部５１５、パケット待機制御部５１６及びパケット出力部５１７で構成した受信側パケット伝送装置の２つのパケット伝送装置により、ネットワークを構成してもよい。この構成では、伝送速度を変えられる通信路１２にパケットを送信する送信側パケット伝送装置が本発明の対象となり、受信側パケット伝送装置は従来のパケット伝送装置を用いてもよい。

本発明によれば、通信路の伝送能力を有効に活用した効率のよいパケット伝送が実現可能となるので、通信路の伝送速度の変更機能を有するパケット伝送装置の用途に有用である。

５０ 送信端末
５１ 従来のパケット伝送装置
５１ａ 本発明に係るパケット伝送装置
５２ 従来のパケット伝送装置
５３ 受信端末
５１１，５１５ パケット入力部
５１２ パケット転送部
５１３，５１３ａ，５１６ パケット待機制御部
５１４，５１７ パケット出力部
５１８ バッファ閾値制御部

Claims (8)

1. 通信路の伝送速度の変更機能を有するパケット伝送装置であって、
   設定した伝送速度にてパケットを送信するパケット出力部と、
   前記パケット出力部から送信するパケットを一時的にバッファに保持し、当該パケットをバッファに格納する際に、前記パケット出力部からの伝送速度の変更を監視して前記バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量についての可変の上限を規定するバッファ閾値を制御するバッファ閾値制御部を有するパケット待機制御部とを備え、
   前記バッファ閾値制御部は、所定の規定時間より短い時間間隔で当該伝送速度を変更する際に、前記伝送速度の速度変更に応じて前記バッファ閾値を変更するよう制御する手段を有することを特徴とするパケット伝送装置。
2. 前記バッファ閾値制御部は、前記所定の規定時間の計測開始時点における伝送速度の値を初期値とする初期伝送速度と当該所定の規定時間との積に予め定めた固定補正係数を乗じた値に対して、
   前記初期伝送速度と、当該伝送速度の変更を検知した現在の伝送速度との差分について連続的に時間積分した値をバッファ補正値として加算することを特徴とする、請求項１に記載のパケット伝送装置。
3. 前記バッファ閾値制御部は、前記所定の規定時間の計測開始時点における伝送速度の値を初期値とする初期伝送速度と当該所定の規定時間との積に予め定めた固定補正係数を乗じた値に対して、
   前記初期伝送速度と、当該伝送速度の変更を検知した現在の伝送速度との差分について予め定めたサンプリング時間の間隔で時間積分した値をバッファ補正値として加算することを特徴とする、請求項１に記載のパケット伝送装置。
4. 前記バッファ閾値制御部は、前記所定の規定時間の計測開始時点における伝送速度の値を初期値とする初期伝送速度と当該所定の規定時間との積に予め定めた固定補正係数を乗じた値に対して、
   伝送速度の変更を検知した際に現在設定されているバッファ閾値、該バッファ閾値を設定した際の当該伝送速度である基準速度、伝送速度の変更を検知し速度増加と判定した時刻と前記所定の規定時間を基に定める当該バッファ閾値の変更予定時刻、及び該バッファ閾値の変更予定の有無、の４つのパラメータ値を保持して、当該伝送速度の増加時と減少時を区別して前記バッファ閾値の変更予定時刻を定め、当該伝送速度の変更時、及び前記バッファ閾値の変更予定時刻にてバッファ補正値を決定して加算し当該バッファ閾値を制御することを特徴とする、請求項１に記載のパケット伝送装置。
5. 前記バッファ閾値制御部は、前記バッファ補正値に基づくバッファ閾値制御として、
   前記バッファ閾値の変更予定時刻まで当該伝送速度の変更を監視し、
   前記バッファ閾値の変更予定時刻の経過前に当該伝送速度の速度減少があったときに、現在設定されている基準速度を下回っているときは、当該バッファ閾値を当該基準速度と当該速度変更後の伝送速度との差分に前記所定の規定時間を乗じた値で加算増加して制御するとともに、該基準速度を当該速度変更後の伝送速度で更新して、前記バッファ閾値の変更予定は無とし、
   前記バッファ閾値の変更予定時刻の経過前に当該伝送速度の速度減少があったときに、現在設定されている基準速度を下回っていないときは、前記バッファ閾値の変更予定時刻まで当該伝送速度の変更を継続して監視し、
   前記バッファ閾値の変更予定時刻の経過前に当該伝送速度の速度増加があったときに、当該速度増加の時点から前記所定の規定時間経過後のバッファ閾値の変更とするよう前記バッファ閾値の変更予定時刻を設定して予約し、現在設定されている基準速度及びバッファ閾値を変更することなく前記バッファ閾値の変更予定は有とし、
   前記バッファ閾値の変更予定時刻となる際に、前記バッファ閾値を該現在の伝送速度と前記バッファ閾値の変更予定時刻となる直前の基準速度との差分に前記所定の規定時間を乗算した値で現在設定されているバッファ閾値から減算して制御することを特徴とする、請求項４に記載のパケット伝送装置。
6. 前記バッファ閾値制御部は、当該バッファ閾値の変更時における前記バッファ補正値に、通信路のジッタ量に応じた固定補正値を更に追加する手段を有することを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載のパケット伝送装置。
7. 前記所定の規定時間は、当該パケット伝送装置に通信接続する送信端末と該送信端末からのパケットを受信する受信端末との間の往復遅延時間とすることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパケット伝送装置。
8. 前記所定の規定時間は、当該パケット伝送装置と対向するパケット伝送装置との往復遅延時間に一定のマージンを追加した値とすることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のパケット伝送装置。