JP2018125744A - 低遅延通信のジッタ平準化システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低遅延通信において同一の遅延時間を保証することができる低遅延通信のジッタ平準化システム及び方法を提供する。
【解決手段】ＵＥ１とコアネットワーク２０との間に中継装置１００を配置する。中継装置１００は、中継装置１００からＵＥ１までの下りのパケットの伝送時間に対応して設けられ低遅延通信に係る下りのパケットを格納する複数の第１の下りパケットキュー１４０と、低遅延通信に係る下りのパケットを当該パケットの送信先のＵＥ１への伝送時間に対応する第１の下りパケットキュー１４０の何れかに送信する下りパケット分類部１３０と、パケットの遅延要求を満たすように前記第１の下りパケットキュー１４０からパケットを取り出す下りパケットスケジューリング部１７０とを備えた。
【選択図】図６

Description

本発明は、ネットワークを介して接続されているＩＰ（Internet Protocol）パケットの送信元と送信先の間で送受信されるＩＰパケットの遅延時間のジッタを平準化するシステムおよびその方法に関する。

５Ｇ（5th Generation）通信の特徴的なサービスの一つに、低遅延性を活かしたMission Criticalサービスが想定されている。一方で、通信業界全体でＩｏＴ（Internet of Things）の活用が促進される背景もあり、低遅延通信を用いた早期のサービス実現形態として、例えばドローン端末の遠隔制御を既存のＬＴＥ（Long Term Evolution）網（非特許文献１参照）上で実施する検討も開始されている。ドローン端末のモバイル網での制御に要求されるエンドツーエンドでの遅延時間は片道で５０ｍｓ未満と想定されており、アプリケーションやコアネットワークでの遅延を考慮すると、無線アクセス区間での遅延時間は１０ｍｓ程度が要求条件になると考えられる。

この要求条件を満足させるために提案されている手法の一つとして、伝搬遅延の低遅延化に有効と考えられるエッジコンピューティングの概念が挙げられる（図１参照）。図１に示すように、エッジコンピューティングとはこれまでのクラウドコンピューティングとは異なり、インターネット（クラウド）上に集約されたセントラルサーバでの計算処理に加えて、ユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）近傍に多数のエッジサーバを配置し、各エッジサーバでの分散的な計算処理を実施するものである。エッジコンピューティングでは、ＵＥからネットワーク側に伝送されたＩＰパケットの計算処理を物理的にＵＥに近い場所に配置されたエッジサーバで実施する。このため、ネットワークの上位階梯（インターネット、クラウド）を通してＩＰパケットを計算処理するクラウドコンピューティングと比較して、ＩＰパケットの伝搬距離が短くなるため、伝搬遅延を短縮することが可能となる（非特許文献２参照）。

一方で、ネットワークが混雑した際に、トラフィックを複数のクラスに分け、それらに優先度を付けるなどしてクラスごとに決まったＱｏＳ（Quality of Service）制御を実施する仕組みにＤｉｆｆＳｅｒｖがある（非特許文献３、４参照）。

ＤｉｆｆＳｅｒｖでは図２に示すように、ルータに到着したＩＰパケットがクラシファイアによってクラス分けされる。ＬＴＥの場合、ＩＰパケットの優先度や帯域保証、許容遅延や許容損失率がクラスごとに設定されたＱＣＩ（QoS Class Identifier）の値により実施される。通常のＩＰパケットでは、ソースＩＰアドレス、ディステネーションＩＰアドレス、ソースポート、ディステネーションポート、プロトコルの５つの値を使って、ＩＰパケットのクラス分けを実施（ファイアウォールのパケットフィルタと同様）するが、ＤｉｆｆＳｅｒｖのクラス分けでは、ＩＰパケットのＩＰヘッダに含まれるＴＯＳ（Type Of Services）フィールドを定義し、それがＩＰパケットのクラス分けに利用される。

クラシファイアによって転送されるＩＰパケットが、トラフィックのプロファイルに対応するかどうかをメーターにより判定し、ポリサーが規定以上のＩＰパケットの入力がないかを監視、もし規定以上の入力があった場合には超過分のＩＰパケットを破棄する。このＩＰパケットの廃棄には、トークンバケットアルゴリズムが利用される。

続いて、送られてきたＩＰパケットにマーカーがＤｉｆｆＳｅｒｖ（ＤＳ）フィールドを設定する。ＤＳフィールドは、ＤＳＣＰ（DiffServ Code Point）を書き込むためのＩＰパケット内の領域であり、ＤＳＣＰはＤｉｆｆＳｅｒｖにおいてＩＰパケットのクラス分けを行った結果の値を示す。

最後に、スケジューラーによってＩＰパケットが属するクラスに応じたレートでルーティングが実施される。このとき、トラフィックの流れを当該トラフィックのプロファイルに準拠させるため、そのトラフィック内のＩＰパケットの一部、あるいは全てを遅らせる、すなわちシェーピングも行われるため、この役割に着目した場合はシェイパーと呼ばれることもある。シェイパーのバッファーサイズは限られているため、遅延させるＩＰパケットを保持するためのスペースがない場合は、結果的にＩＰパケットが廃棄される場合もある。ＱｏＳ制御に関する既存特許としては、インターネットよりも高い通信品質を保証するように通信路の帯域を管理制御する帯域管理制御システムが挙げられる（特許文献１参照）。

特許第５３１４５１０号

3GPP TS 23.002, 3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group Services and System Aspects Network architecture (Release 10), V10.2.0, 2011-03 Mobile-Edge Computing - Introductory Technical White Paper, ETSI ISG MEC, Issue 1, 2014-09 IETF, "Differentiated Services (Diffserv) and Real-Time Communication", RFC7657 3GPP TS 23.107, 3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group Services and System Aspects; Quality of Service (QoS) concept and architecture (Release 1999), V3.9.0, 2002-09 3GPP TS 36.300, 3rd Generation Partnership Project Technical Specification Group Radio Access Network Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) Overall description Stage 2 (Release 8), V8.3.0, 2007-12

低遅延通信のＩＰパケットを、ＢＥ（Best Effort）通信のＩＰパケットに対して優先制御することで低遅延通信を利用したサービス（映像情報を取り扱うＩｏＴ端末の制御）を実現した場合を想定する。優先制御する低遅延通信は、映像系のＩＰパケットと、端末を制御するための制御系のＩＰパケットとする。サービスの提供形態としては、サーバ側とＵＥ側がコアネットワークと基地局を介して相互接続しており、基地局とＵＥのアクセス環境に無線通信が利用されている形態を想定する（図３参照）。本発明で解決しようとする課題２点を下記に示す。

基地局とその配下のＵＥ間で実施される無線通信において、例えばＬＴＥの場合、基地局とＵＥ間でリファレンス信号を送受信することで、ＳＩＲ（Signal to Interference power Ratio：信号電力対干渉電力比）に応じて最適なＭＣＳ（Modulation and channel Coding Scheme）が判定され、ＩＰパケットに適用される変調方式が決定される適応変調（ＡＭＣ：Adaptive Modulation and Coding）が利用される（非特許文献５参照）。下り通信ではＵＥがＳＩＲに応じて最適なＭＣＳを判定して基地局に通知し、上り通信では基地局がＳＩＲの測定および最適なＭＣＳの判定を実施する。つまり、ＵＥが在圏する位置の違いなどにより基地局とＵＥ間のＳＩＲが異なる場合、基地局とＵＥ間で送受信されるＩＰパケットの伝送速度が異なることになり、同一サービスに加入するＵＥに対して同一の遅延時間を保証することが困難となる。

一方、上記サービスでは映像系のＩＰパケットと制御系のＩＰパケットの２種類のＩＰパケットの利用が想定されるが、ＩＰパケットの種類の違い、あるいは低遅延通信を利用したサービスの違いによってＩＰパケットのデータサイズが異なるため、ＳＩＲの違いでＩＰパケットの伝送速度が異なる無線通信では、遅延時間を保証することが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低遅延通信において同一の遅延時間を保証することができる低遅延通信のジッタ平準化システム及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明は、無線アクセス回線により無線通信端末を収容する基地局と当該基地局を収容するコアネットワークとを備えたネットワークにおいて、前記無線通信端末に提供する低遅延通信サービスに係るトラヒックの無線アクセス区間で生じるジッタを平準化するジッタ平準化システムであって、前記基地局と前記無線通信端末の通信相手先サーバとの間に配置した中継装置を備え、前記中継装置は、中継装置から無線通信端末までの下りのパケットの伝送時間に対応して設けられ低遅延通信に係る下りのパケットを格納する複数の第１の下りパケットキューと、低遅延通信に係る下りのパケットを当該パケットの送信先の無線通信端末への伝送時間に対応する第１の下りパケットキューの何れかに送信する下りパケット分類部と、パケットの遅延要求を満たすように前記第１の下りパケットキューからパケットを取り出す下りパケットスケジューリング部とを備えたことを特徴とする。

本発明の低遅延通信のジッタ平準化システムによれば、低遅延通信のＩＰパケットをそれぞれの伝送に要する時間に応じてキューイングする。これにより、基地局と無線通信端末間のスループットが異なる無線通信端末に対して、要求される遅延時間が同じパケットであれば、同一の遅延時間を保証することが可能となる。つまり、同一サービスに加入する無線通信端末に対して同一の遅延時間を保証することが可能となる。また、パケットのＱｏＳタイプやパケットサイズと伝送に要する時間の関係に応じてキューイングするため、パケットの伝送速度が異なる無線通信であっても、同一の遅延時間を保証することが可能となる。

クラウドコンピューティングとエッジコンピューティングの概略を示す図 ＱｏＳ制御を実施する仕組みとしてのＤｉｆｆＳｅｒｖの模式図 低遅延通信を利用したサービスの提供形態を説明する図 ＩＰパケットのパケットフォーマット 既存のＷｉ−Ｆｉに低遅延通信のジッタ平準化システムを導入した場合の構成概略図 低遅延通信のジッタ平準化システム（Ｗｉ−Ｆｉ下り方向）の機能ブロック図 下りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 下りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２） 下りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 下りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２） パケットスケジューリング部の作動フロー図 低遅延通信のジッタ平準化システム（Ｗｉ−Ｆｉ上り方向）の機能ブロック図 上りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 上りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２） 上りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 上りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２） 既存のＬＴＥに低遅延通信のジッタ平準化システムを導入した場合の構成概略図 低遅延通信のジッタ平準化システム（ＬＴＥ下り方向）の機能ブロック図 下りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 下りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２） 下りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 下りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２） 低遅延通信のジッタ平準化システム（ＬＴＥ上り方向）の機能ブロック図 上りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 上りの映像系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２） 上りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（１／２） 上りの制御系ＩＰパケットの伝送処理を説明するシーケンス図（２／２）

本発明に係る低遅延通信のジッタ平準化システムおよび方法について図面に基づいて詳細に説明する。本発明では、ネットワークにおける基地局の上位階梯に中継装置を配置する。ここでの中継装置とは、本発明の低遅延通信のジッタ平準化システムであり、中継装置を配置した位置から見て上位階梯および下位階梯との間でＩＰパケットを送受信できる要素、ＩＰパケットの情報を利用してＩＰパケットをクラス分けおよびバッファリングできる要素を包含したものである。なお、ここで末端の端末側が「下位」であり、ネットワークの中心側が「上位」である。また、末端の端末からネットワーク方向へのパケットが上りパケットであり、ネットワークから末端の端末方向へのパケットが下りパケットである。

中継装置は、ネットワーク装置としてのハードウェア、もしくは既存のネットワーク装置上で動作するソフトウェアのいずれかで動作しても構わない。ソフトウェアの場合は、ＩＰパケットをクラス分けしてバッファリングする機能を基地局の上位階梯に論理構成上配置している状態を実現するように動作する。

本発明に係る低遅延通信のジッタ平準化システムでは、低遅延通信を利用したサービスの種類と基地局とＵＥ間のＳＩＲを考慮した上で、ＩＰパケットのクラス分けおよびキューイングを実施する方式を提案する。ＩＰパケットのクラス分けにはＩＰパケット内の情報を利用する。ＩＰパケットのパケットフォーマットを図４に示す。本発明では、基地局とＵＥのＳＩＲが動的に変化しない場合（例えばファクトリーオートメーションを本発明の適用先と想定し、ＵＥが移動せず、基地局との間の電波の受信状況が動的に変化しない場合）を想定する。

そこで、中継装置に、（ａ）基地局と各ＵＥ間のＳＩＲにより決定される変調方式、（ｂ）低遅延通信のＱｏＳタイプと要求される遅延時間の関係、（ｃ）ＩＰパケットのサイズと各変調方式が適用された場合に中継装置からＵＥまでＩＰパケットを伝送するために要する時間の関係を、データベースとして保持しておく。また、ＩＰパケットのサイズと中継装置からサーバまでＩＰパケットを伝送するために要する時間の関系の情報も、中継装置内にデータベースとして保持しておく。これらの情報とＩＰパケットの情報を基に、上り方向と下り方向両方のＩＰパケットを中継装置内でキューイングすることで、低遅延通信の各ＱｏＳタイプで要求される遅延時間でＩＰパケットを伝送する。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。下記の各実施形態では、低遅延通信のＩＰパケットをＢＥ（Best Effort）通信のＩＰパケットよりも優先するよう優先制御することで低遅延通信を利用したサービスを実現する場合を想定する。より具体的な例として、下記実施の形態では、映像情報を取り扱うＩｏＴ端末の制御を行うものとする。そして、優先制御する低遅延通信では、映像系のＩＰパケット（以下、映像系ＩＰパケットと言う。）と、同端末を制御するための制御系のＩＰパケット（制御系ＩＰパケットと言う。）という２つのサービスクラスを提供する。また、同端末は必要に応じてＢＥ通信も行うことを想定する。

［実施形態１］
既存のＷｉ−Ｆｉ（Wireless Fidelity）の下り方向の通信に本発明を適用した場合の実施形態を示す。

本実施形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムは、図５に示すように、ネットワーク構成における基地局の上位階梯、ここではＷｉ−Ｆｉルータ１０の上位階梯であって、且つ、コアネットワーク２０の下位階梯に中継装置１００を配置する。ＵＥ１の通信相手先は、コアネットワーク２０側に位置するサーバ２である。

本実施形態では、ＩＰパケットの送信元をサーバ２、ＩＰパケットの送信先をＵＥ１とした下り通信を例として説明する。

図６に示すように、中継装置１００は、パケット受信部１１０と、低遅延通信判別部１２０と、パケット分類部１３０と、複数の映像系ＩＰパケット用キュー１４０と、制御系ＩＰパケット用キュー１５０と、ＢＥ通信パケット用キュー１６０と、パケットスケジューリング部１７０と、パケット送信部１８０と、記憶部１９０とを備えている。

記憶部１９０には、（ａ）送信先のＵＥ１と適用する変調方式の組み合わせを示す変調方式情報と、（ｂ）低遅延通信のＱｏＳタイプと要求される遅延時間の関係を含む遅延要求情報と、（ｃ）ＩＰパケットのサイズと各変調方式が適用された場合に中継装置１００からＵＥ１までＩＰパケットを伝送するために要する時間の関係を含む伝送情報が、予めデータベースとして記憶されている。前記伝送情報は、中継装置１００からＷｉ−Ｆｉルータ１０までＩＰパケットを伝送するために要する時間と、各変調方式を用いてＷｉ−Ｆｉルータ１０からＵＥ１までＩＰパケットを伝送するために要する時間とを含む。また、記憶部１９０は、後述のパケット分類部１３０が映像系ＩＰパケット用キュー１４０又は制御系ＩＰパケット用キュー１５０に格納した低遅延通信に係るＩＰパケットについて、その各種情報（以下格納ＩＰパケット情報と言う。）を記憶する。格納ＩＰパケット情報は、例えば、ＩＰパケットの５タプル、送信開始時刻、ＱｏＳタイプ、データサイズの情報を含む。格納ＩＰパケット情報は、当該ＩＰパケットのヘッダに格納されている情報に基づく。

パケット受信部１１０は、コアネットワーク２０側からの下りパケットを受信し、低遅延通信判別部１２０に送信する。

低遅延通信判別部１２０は、低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別する。低遅延通信判別部１２０は、低遅延通信のＩＰパケットの場合は、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３０に送信する。一方、ＢＥ通信のＩＰパケットの場合は、低遅延通信判別部１２０は、当該ＩＰパケットをＢＥ通信パケット用キュー１６０に送信する。低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別は、ＩＰパケットのヘッダに格納されている通信種別を示す情報を参照すればよい（図４参照）。また、低遅延通信判別部１２０は、パケット分類部１３０にパケットを送信すると同時に、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９０に格納する。

パケット分類部１３０は、低遅延通信のＩＰパケットについてさらに映像系と制御系にクラス分けする。このクラス分けはＩＰパケットのＱｏＳクラスを参照すればよい。そして、パケット分類部１３０は、映像系パケットに関しては記憶部１９０に格納されている前記変調方式情報を参照し、対応する変調方式毎に用意した映像系ＩＰパケット用キュー１４０にパケットを送信する。一方、制御系ＩＰパケットに関してはデータサイズが小さいため、適用される変調方式によって伝送に要する時間が変わらないと考えられるので、全ての制御系ＩＰパケットを制御系ＩＰパケット用キュー１５０に送信する。

映像系ＩＰパケット用キュー１４０は、下りの映像系ＩＰパケットを格納するキューであり、変調方式に応じて複数設けられている。図６の例では、映像系ＩＰパケット（変調方式１）用キュー、映像系ＩＰパケット（変調方式２）用キュー、映像系ＩＰパケット（変調方式ｎ）用キューはそれぞれの変調方式、例えば６４ＱＡＭで符号化率が２／３の方式を変調方式１、１６ＱＡＭで符号化率が１／２の方式を変調方式２とした場合などにおいて、それぞれの変調方式に対応したキューであり、ｎ種類の変調方式がある場合はｎ種類のキュー部を用意する。

制御系ＩＰパケット用キュー１５０は、下りの制御系ＩＰパケットを格納するキューである。ＢＥ通信パケット用キュー１６０は、ＢＥ通信に係る下りのＩＰパケットを格納するキューである。

パケットスケジューリング部１７０は、記憶部１９０に記憶されている格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を参照し、低遅延通信のＩＰパケットが送信元のサーバ２から送信先のＵＥ１に伝送するのに要する時間が低遅延通信のＩＰパケットのＱｏＳクラスで定められた要求時間となるタイミングで、低遅延通信のＩＰパケットが収容されている各キュー１４０又は１５０から低遅延通信のＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８０に送信する。また、パケットスケジューリング部１７０は、低遅延通信のＩＰパケットをパケット送信部１８０に送信しない時間帯には、ＢＥ通信パケット用キュー１６０からＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８０に送信する。

パケット送信部１８０は、パケットスケジューリング部１７０から渡されたＩＰパケットをＷｉ−Ｆｉルータ１０に伝送する。

Ｗｉ−Ｆｉルータ１０は中継装置１００から伝送されてきたＩＰパケットを、使用可能な無線リソースを用いてＵＥ１に伝送する。したがって、Ｗｉ−Ｆｉルータ１０としては、既存のＩＰパケット伝送に用いる機構をそのまま使用すれば良く、Ｗｉ−Ｆｉルータ１０の個別更改は実施する必要がない。

次に、本実施の形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムの動作例について図面を参照して説明する。まず、図７及び図８を参照してサーバ２からＵＥ１に映像系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図７に示すように、映像系ＩＰパケットは、サーバ２から中継装置１００のパケット受信部１１０に伝送され、さらにパケット受信部１１０から低遅延通信判別部１２０に伝送される（ステップＳ１０１〜Ｓ１０４）。低遅延通信判別部１２０は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３０に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９０に記憶する（Ｓ１０５〜Ｓ１０９）。パケット分類部１３０は、記憶部１９０から変調方式情報を取得し、格納先のキュー１４０又は１５０を判定し、映像系ＩＰパケット用キュー１４０に当該ＩＰパケットを格納する（ステップＳ１１０〜Ｓ１１４）。

図８に示すように、映像系ＩＰパケット用キュー１４０は、パケットスケジューリング部１７０にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ１１５）。パケットスケジューリング部１７０は、記憶部１９０から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でＵＥへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ１１６〜Ｓ１１８）。映像系ＩＰパケット用キュー１４０は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７０に伝送する（ステップＳ１１９〜Ｓ１２０）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７０からパケット送信部１８０・Ｗｉ−Ｆｉルータ１０を介してＵＥ１に伝送される（ステップＳ１２１〜Ｓ１２６）。

次に、図９及び図１０を参照してサーバ２からＵＥ１に制御系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図９に示すように、制御系ＩＰパケットは、サーバ２から中継装置１００のパケット受信部１１０に伝送され、さらにパケット受信部１１０から低遅延通信判別部１２０に伝送される（ステップＳ１５１〜Ｓ１５４）。低遅延通信判別部１２０は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３０に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９０に記憶する（Ｓ１５５〜Ｓ１５９）。当該ＩＰパケットは制御系ＩＰパケットなので、パケット分類部１３０は、制御系ＩＰパケット用キュー１５０に当該ＩＰパケットを格納する（ステップＳ１６０〜Ｓ１６１）。

図１０に示すように、制御系ＩＰパケット用キュー１５０は、パケットスケジューリング部１７０にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ１６２）。パケットスケジューリング部１７０は、記憶部１９０から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でＵＥへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ１６３〜Ｓ１６５）。制御系ＩＰパケット用キュー１５０は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７０に伝送する（ステップＳ１６６〜Ｓ１６７）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７０からパケット送信部１８０・Ｗｉ−Ｆｉルータ１０を介してＵＥ１に伝送される（ステップＳ１６８〜Ｓ１７３）。

パケットスケジューリング部１７０の動作について図１１のフローチャートを参照して説明する。パケットスケジューリング部１７０は、映像系ＩＰパケット用キュー１４０又は制御系ＩＰパケット用キュー１５０からのＩＰパケット送信要求を監視する（ステップＳ２０１）。当該ＩＰパケット送信要求がない場合には（換言すれば、当該ＩＰパケット送信要求がない時間帯には）、ＢＥ通信パケット用キュー１６０にＩＰパケットがあるかを判定し、ある場合には当該パケットをパケット送信部１８０に送信する（ステップＳ２０２〜Ｓ２０３）。

一方、前記ＩＰパケット送信要求がない場合には、パケットスケジューリング部１７０は、記憶部１９０に格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を要求・取得する（ステップＳ２０４）。そして、パケットスケジューリング部１７０は、（現在時刻Ｔ−ＩＰパケットの送信開始時刻ｔ１）＜（パケットスケジューリング部１７０からＷｉ−Ｆｉルータ１０に当該ＩＰパケットを伝送するために必要な時間ｒ１＋Ｗｉ−Ｆｉルータ１０からＵＥ１に当該ＩＰパケットを伝送するために必要な時間ｒ２）を評価する（ステップＳ２０５）。

前記評価結果が真の場合、この場合は低遅延通信に係るＩＰパケットの送出がない時間帯であるので、パケットスケジューリング部１７０は、ＢＥ通信パケット用キュー１６０にＩＰパケットがあるかを判定し、ある場合には当該パケットをパケット送信部１８０に送信する（ステップＳ２０６〜Ｓ２０７）。前記評価結果が偽の場合、パケットスケジューリング部１７０は、映像系ＩＰパケット用キュー１４０又は制御系ＩＰパケット用キュー１５０からのＩＰパケット送信要求を受諾し、当該ＩＰパケットをパケット送信部１８０に送信する（ステップＳ２０８）。

以上のパケットスケジューリングにより、結果として、ＳＩＲが良くない状態であるために低スループットとなる変調方式が適用されるセルエッジに在圏するＵＥが送信先となっている低遅延通信のＩＰパケットを優先的に伝送し、良好なＳＩＲにより高スループットとなる変調方式が適用されるセル中心部に在圏するＵＥが送信先となっている低遅延通信のＩＰパケットを、低遅延通信を利用するサービスの要求時間に応じてキューイングすることになり、セルに在圏する全てのＵＥに対して、ＩＰパケットに要求される遅延時間でＩＰパケットを伝送させることが可能となる。つまり、セルに在圏する全てのＵＥに対する遅延時間のジッタを平準化し、Ｗｉ−ＦｉルータとＵＥ間のスループットが異なるＵＥ１に対して、要求される遅延時間が同じＩＰパケットであれば、同一の遅延時間を保証することが可能となる。つまり、同一サービスに加入するＵＥに対して同一の遅延時間を保証することが可能となる。

［実施形態２］
次に、既存のＷｉ−Ｆｉの上り方向の通信に本発明を適用した場合の実施形態を示す。

本実施形態では、ＩＰパケットの送信元をＵＥ、ＩＰパケットの送信先をサーバとした上り通信を例として説明する。

本実施形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムは、実施形態１と同様に、ネットワーク構成における基地局の上位階梯、ここではＷｉ−Ｆｉルータ１０の上位階梯であって、且つ、コアネットワーク２０の下位階梯に中継装置１０１を配置する。ＵＥ１の通信相手先は、コアネットワーク２０側に位置するサーバ２である。

図１２に示すように、中継装置１０１は、パケット受信部１１１と、低遅延通信判別部１２１と、パケット分類部１３１と、１つの映像系ＩＰパケット用キュー１４１と、制御系ＩＰパケット用キュー１５１と、ＢＥ通信パケット用キュー１６１と、パケットスケジューリング部１７１と、パケット送信部１８１と、記憶部１９１とを備えている。

記憶部１９１には、（ａ）低遅延通信のＱｏＳタイプと要求される遅延時間の関係を含む遅延要求情報と、（ｂ）ＩＰパケットのサイズと中継装置１０１からサーバ２までＩＰパケットを伝送するために要する時間の関係を含む伝送情報が、予めデータベースとして記憶されている。また、記憶部１９１は、後述のパケット分類部１３１が映像系ＩＰパケット用キュー１４１又は制御系ＩＰパケット用キュー１５１に格納した低遅延通信に係るＩＰパケットについて、その各種情報（以下格納ＩＰパケット情報と言う。）を記憶する。格納ＩＰパケット情報は、例えば、ＩＰパケットの５タプル、送信開始時刻、ＱｏＳタイプ、データサイズの情報を含む。格納ＩＰパケット情報は、当該ＩＰパケットのヘッダに格納されている情報に基づく。

パケット受信部１１１は、ＵＥ１側からの上りパケットを受信し、低遅延通信判別部１２１に送信する。

低遅延通信判別部１２１は、低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別する。低遅延通信判別部１２１は、低遅延通信のＩＰパケットの場合は、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３１に送信する。一方、ＢＥ通信のＩＰパケットの場合は、低遅延通信判別部１２１は、当該ＩＰパケットをＢＥ通信パケット用キュー１６１に送信する。低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別は、ＩＰパケットのヘッダに格納されている通信種別を示す情報を参照すればよい（図４参照）。また、低遅延通信判別部１２１は、パケット分類部１３１にパケットを送信すると同時に、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９１に格納する。

パケット分類部１３１は、低遅延通信のＩＰパケットについてさらに映像系と制御系にクラス分けする。このクラス分けはＩＰパケットのＱｏＳクラスを参照すればよい。そして、パケット分類部１３１は、映像系パケットに関しては映像系ＩＰパケット用キュー１４１にパケットを送信し、制御系ＩＰパケットに関しては制御系ＩＰパケット用キュー１５１に送信する。

映像系ＩＰパケット用キュー１４１は、上りの映像系ＩＰパケットを格納するキューである。制御系ＩＰパケット用キュー１５１は、上りの制御系ＩＰパケットを格納するキューである。ＢＥ通信パケット用キュー１６１は、ＢＥ通信に係る上りのＩＰパケットを格納するキューである。

パケットスケジューリング部１７１は、記憶部１９１に記憶されている格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を参照し、低遅延通信のＩＰパケットが送信元のＵＥ１から送信先のサーバ２に伝送するのに要する時間が低遅延通信のＩＰパケットのＱｏＳクラスで定められた要求時間となるタイミングで、低遅延通信のＩＰパケットが収容されている各キュー１４１又は１５１から低遅延通信のＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８１に送信する。また、パケットスケジューリング部１７１は、低遅延通信のＩＰパケットをパケット送信部１８１に送信しない時間帯には、ＢＥ通信パケット用キュー１６１からＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８１に送信する。

パケット送信部１８１は、パケットスケジューリング部１７１から渡されたＩＰパケットをコアネットワーク２０に伝送する。

次に、本実施の形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムの動作例について図面を参照して説明する。まず、図１３及び図１４を参照してＵＥ１からサーバ２に映像系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図１３に示すように、映像系ＩＰパケットは、ＵＥ１からＷｉ−Ｆｉルータ１０を介して中継装置１０１のパケット受信部１１１に伝送され、さらにパケット受信部１１１から低遅延通信判別部１２１に伝送される（ステップＳ３０１〜Ｓ３０６）。低遅延通信判別部１２１は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３１に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９１に記憶する（Ｓ３０７〜Ｓ３１１）。当該ＩＰパケットは映像系ＩＰパケットなので、パケット分類部１３１は、当該ＩＰパケットを映像系ＩＰパケット用キュー１４１に格納する（ステップＳ３１２〜Ｓ３１３）。

図１４に示すように、映像系ＩＰパケット用キュー１４１は、パケットスケジューリング部１７１にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ３１４）。パケットスケジューリング部１７１は、記憶部１９１から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でサーバへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ３１５〜Ｓ３１７）。映像系ＩＰパケット用キュー１４１は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７１に伝送する（ステップＳ３１８〜Ｓ３１９）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７１からパケット送信部１８１を介してサーバ２に伝送される（ステップＳ１２１〜Ｓ１２６）。

次に、図１５及び図１６を参照してＵＥ１からサーバ２に制御系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図１５に示すように、制御系ＩＰパケットは、ＵＥ１からＷｉ−Ｆｉルータ１０を介して中継装置１０１のパケット受信部１１１に伝送され、さらにパケット受信部１１１から低遅延通信判別部１２１に伝送される（ステップＳ３５１〜Ｓ３５６）。低遅延通信判別部１２１は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３１に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９１に記憶する（Ｓ３５７〜Ｓ３６１）。当該ＩＰパケットは制御系ＩＰパケットなので、パケット分類部１３１は、制御系ＩＰパケット用キュー１５１に当該ＩＰパケットを格納する（ステップＳ３６２〜Ｓ３６３）。

図１６に示すように、制御系ＩＰパケット用キュー１５１は、パケットスケジューリング部１７１にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ３６４）。パケットスケジューリング部１７１は、記憶部１９１から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でサーバへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ３６５〜Ｓ３６７）。制御系ＩＰパケット用キュー１５１は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７１に伝送する（ステップＳ３６８〜Ｓ３６９）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７１からパケット送信部１８１を介してサーバ２に伝送される（ステップＳ３７０〜Ｓ３７１）。

以上のパケットスケジューリングにより、結果として、ＳＩＲが良くない状態であるために低スループットとなる変調方式が適用されるセルエッジに在圏するＵＥが送信元となっている低遅延通信のＩＰパケットを優先的に伝送し、良好なＳＩＲにより高スループットとなる変調方式が適用されるセル中心部に在圏するＵＥが送信元となっている低遅延通信のＩＰパケットを、低遅延通信を利用するサービスの要求時間に応じてキューイングすることになり、セルに在圏する全てのＵＥが送信元となっている低遅延通信のＩＰパケットに対して、ＩＰパケットに要求される遅延時間でＩＰパケットを送信先のサーバに伝送させることが可能となる。つまり、セルに在圏する全てのＵＥに対する遅延時間のジッタを平準化し、Ｗｉ−ＦｉルータとＵＥ間のスループットが異なるＵＥに対して、要求される遅延時間が同じＩＰパケットであれば、同一の遅延時間を保証することが可能となる。つまり、同一サービスに加入するＵＥに対して同一の遅延時間を保証することが可能となる。

［実施形態３］
既存のＬＴＥの下り方向の通信に本発明を適用した場合の実施形態を示す。

本実施形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムは、図１７に示すように、ネットワーク構成における基地局の上位階梯、ここではｅＮＢ（evolved Node B）１１の上位階梯であって、且つ、コアネットワークであるＥＰＣ（Evolved Packet Core）２１の下位階梯に中継装置１０２を配置する。ＵＥ１の通信相手先は、ＥＰＣ２１側に位置するサーバ２である。

本実施形態では、ＩＰパケットの送信元をサーバ２、ＩＰパケットの送信先をＵＥ１とした下り通信を例として説明する。

図１８に示すように、中継装置１０２は、パケット受信部１１２と、低遅延通信判別部１２２と、パケット分類部１３２と、複数の映像系ＩＰパケット用キュー１４２と、制御系ＩＰパケット用キュー１５２と、ＢＥ通信パケット用キュー１６２と、複数のパケットスケジューリング部１７２と、パケット送信部１８２と、記憶部１９２とを備えている。

記憶部１９２には、（ａ）送信先のＵＥ１と適用する変調方式の組み合わせを示す変調方式情報と、（ｂ）低遅延通信のＱｏＳタイプと要求される遅延時間の関係を含む遅延要求情報と、（ｃ）ＩＰパケットのサイズと各変調方式が適用された場合に中継装置１０２からＵＥ１までＩＰパケットを伝送するために要する時間の関係を含む伝送情報が、予めデータベースとして記憶されている。前記伝送情報は、中継装置１０２からｅＮＢ１１までＩＰパケットを伝送するために要する時間と、各変調方式を用いてｅＮＢ１１からＵＥ１までＩＰパケットを伝送するために要する時間とを含む。また、記憶部１９２は、後述のパケット分類部１３２が映像系ＩＰパケット用キュー１４２又は制御系ＩＰパケット用キュー１５２に格納した低遅延通信に係るＩＰパケットについて、その各種情報（以下格納ＩＰパケット情報と言う。）を記憶する。格納ＩＰパケット情報は、例えば、ＩＰパケットの５タプル、送信開始時刻、ＱｏＳタイプ、データサイズの情報を含む。格納ＩＰパケット情報は、当該ＩＰパケットのヘッダに格納されている情報に基づく。

パケット受信部１１２は、ＥＰＣ２１側からの下りパケットを受信し、低遅延通信判別部１２２に送信する。

低遅延通信判別部１２２は、低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別する。低遅延通信判別部１２２は、低遅延通信のＩＰパケットの場合は、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３２に送信する。一方、ＢＥ通信のＩＰパケットの場合は、低遅延通信判別部１２２は、当該ＩＰパケットをＢＥ通信パケット用キュー１６２に送信する。低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別は、ＩＰパケットのヘッダに格納されている通信種別を示す情報を参照すればよい（図４参照）。また、低遅延通信判別部１２２は、パケット分類部１３２にパケットを送信すると同時に、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９２に格納する。

パケット分類部１３２は、低遅延通信のＩＰパケットについてさらに映像系と制御系にクラス分けする。このクラス分けはＩＰパケットのＱｏＳクラスを参照すればよい。そして、パケット分類部１３２は、映像系パケットに関しては記憶部１９２に格納されている前記変調方式情報を参照し、対応する変調方式毎に用意した映像系ＩＰパケット用キュー１４２にパケットを送信する。一方、制御系ＩＰパケットに関してはデータサイズが小さいため、適用される変調方式によって伝送に要する時間が変わらないと考えられるので、全ての制御系ＩＰパケットを制御系ＩＰパケット用キュー１５２に送信する。

映像系ＩＰパケット用キュー１４２は、下りの映像系ＩＰパケットを格納するキューであり、変調方式に応じて複数設けられている。図１８の例では、映像系ＩＰパケット（変調方式１）用キュー、映像系ＩＰパケット（変調方式２）用キュー、映像系ＩＰパケット（変調方式ｎ）用キューはそれぞれの変調方式、例えば６４ＱＡＭで符号化率が２／３の方式を変調方式１、１６ＱＡＭで符号化率が１／２の方式を変調方式２とした場合などにおいて、それぞれの変調方式に対応したキューであり、ｎ種類の変調方式がある場合はｎ種類のキュー部を用意する。

制御系ＩＰパケット用キュー１５２は、下りの制御系ＩＰパケットを格納するキューである。ＢＥ通信パケット用キュー１６２は、ＢＥ通信に係る下りのＩＰパケットを格納するキューである。

本実施形態では発明の適用先がＬＴＥであるため、パケットスケジューリング部１７２はＢＥ通信パケット用キュー１６２を除くすべてのキュー１４２又は１５２に対して１：１となるように用意する。ＢＥ通信パケット用キュー１９２は、映像系ＩＰパケット用キュー１６２に接続されているパケットスケジューリング部１７２に接続する。

各パケットスケジューリング部１７０は、記憶部１９２に記憶されている格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を参照し、低遅延通信のＩＰパケットが送信元のサーバ２から送信先のＵＥ１に伝送するのに要する時間が低遅延通信のＩＰパケットのＱｏＳクラスで定められた要求時間となるタイミングで、自身に接続されている低遅延通信のＩＰパケットが収容されている各キュー１４２又は１５２から低遅延通信のＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８２に送信する。

また、映像系ＩＰパケット用キュー１４２に接続されているパケットスケジューリング部１７２は、低遅延通信のＩＰパケットをパケット送信部１８２に送信しない時間帯には、ＢＥ通信パケット用キュー１６２からＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８２に送信する。

パケット送信部１８２は、パケットスケジューリング部１７２から渡されたＩＰパケットをｅＮＢ１１に伝送する。

ｅＮＢ１１は中継装置１０２から伝送されてきたＩＰパケットを、使用可能な無線リソースを用いてＵＥ１に伝送する。したがって、ｅＮＢ１１としては、既存のＩＰパケット伝送に用いる機構をそのまま使用すれば良く、ｅＮＢ１１の個別更改は実施する必要がない。

次に、本実施の形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムの動作例について図面を参照して説明する。まず、図１９及び図２０を参照してサーバ２からＵＥ１に映像系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図１９に示すように、映像系ＩＰパケットは、サーバ２から中継装置１０２のパケット受信部１１２に伝送され、さらにパケット受信部１１２から低遅延通信判別部１２２に伝送される（ステップＳ４０１〜Ｓ４０４）。低遅延通信判別部１２２は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３２に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９２に記憶する（Ｓ４０５〜Ｓ４０９）。パケット分類部１３２は、記憶部１９２から変調方式情報を取得し、格納先のキュー１４２又は１５２を判定し、映像系ＩＰパケット用キュー１４２に当該ＩＰパケットを格納する（ステップＳ４１０〜Ｓ４１４）。

図２０に示すように、映像系ＩＰパケット用キュー１４２は、パケットスケジューリング部１７２にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ４１５）。パケットスケジューリング部１７２は、記憶部１９２から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でＵＥへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ４１６〜Ｓ４１８）。映像系ＩＰパケット用キュー１４２は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７２に伝送する（ステップＳ４１９〜Ｓ４２０）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７２からパケット送信部１８２・ｅＮＢ１１を介してＵＥ１に伝送される（ステップＳ４２１〜Ｓ４２６）。

次に、図２１及び図２２を参照してサーバ２からＵＥ１に制御系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図２１に示すように、制御系ＩＰパケットは、サーバ２から中継装置１０２のパケット受信部１１２に伝送され、さらにパケット受信部１１２から低遅延通信判別部１２２に伝送される（ステップＳ４５１〜Ｓ４５４）。低遅延通信判別部１２２は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３２に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９２に記憶する（Ｓ４５５〜Ｓ４５９）。当該ＩＰパケットは制御系ＩＰパケットなので、パケット分類部１３２は、制御系ＩＰパケット用キュー１５２に当該ＩＰパケットを格納する（ステップＳ４６０〜Ｓ４６１）。

図２２に示すように、制御系ＩＰパケット用キュー１５２は、パケットスケジューリング部１７２にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ４６２）。パケットスケジューリング部１７２は、記憶部１９２から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でＵＥへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ４６３〜Ｓ４６５）。制御系ＩＰパケット用キュー１５２は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７２に伝送する（ステップＳ４６６〜Ｓ４６７）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７２からパケット送信部１８２・ｅＮＢ１１を介してＵＥ１に伝送される（ステップＳ４６８〜Ｓ４７３）。

以上のパケットスケジューリングにより、結果として、ＳＩＲが良くない状態であるために低スループットとなる変調方式が適用されるセルエッジに在圏するＵＥが送信先となっている低遅延通信のＩＰパケットを優先的に伝送し、良好なＳＩＲにより高スループットとなる変調方式が適用されるセル中心部に在圏するＵＥが送信先となっている低遅延通信のＩＰパケットを、低遅延通信を利用するサービスの要求時間に応じてキューイングすることになり、セルに在圏する全てのＵＥに対して、ＩＰパケットに要求される遅延時間でＩＰパケットを伝送させることが可能となる。つまり、セルに在圏する全てのＵＥに対する遅延時間のジッタを平準化し、ｅＮＢとＵＥ間のスループットが異なるＵＥに対して、要求される遅延時間が同じＩＰパケットであれば、同一の遅延時間を保証することが可能となる。つまり、同一サービスに加入するＵＥに対して同一の遅延時間を保証することが可能となる。

［実施形態４］
次に、既存のＬＴＥの上り方向の通信に本発明を適用した場合の実施形態を示す。

本実施形態では、ＩＰパケットの送信元をＵＥ、ＩＰパケットの送信先をサーバとした上り通信を例として説明する。

本実施形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムは、実施形態３と同様に、ネットワーク構成における基地局の上位階梯、ここではｅＮＢ１１の上位階梯であって、且つ、ＥＰＣ２１の下位階梯に中継装置１０３を配置する。ＵＥ１の通信相手先は、ＥＰＣ２１側に位置するサーバ２である。

図２３に示すように、中継装置１０３は、パケット受信部１１１と、低遅延通信判別部１２３と、パケット分類部１３３と、１つの映像系ＩＰパケット用キュー１４３と、制御系ＩＰパケット用キュー１５３と、ＢＥ通信パケット用キュー１６３と、２つのパケットスケジューリング部１７３と、パケット送信部１８３と、記憶部１９３とを備えている。

記憶部１９３には、（ａ）低遅延通信のＱｏＳタイプと要求される遅延時間の関係を含む遅延要求情報と、（ｂ）ＩＰパケットのサイズと中継装置１０３からサーバ２までＩＰパケットを伝送するために要する時間の関係を含む伝送情報が、予めデータベースとして記憶されている。また、記憶部１９３は、後述のパケット分類部１３３が映像系ＩＰパケット用キュー１４３又は制御系ＩＰパケット用キュー１５３に格納した低遅延通信に係るＩＰパケットについて、その各種情報（以下格納ＩＰパケット情報と言う。）を記憶する。格納ＩＰパケット情報は、例えば、ＩＰパケットの５タプル、送信開始時刻、ＱｏＳタイプ、データサイズの情報を含む。格納ＩＰパケット情報は、当該ＩＰパケットのヘッダに格納されている情報に基づく。

パケット受信部１１３は、ＵＥ１側からの上りパケットを受信し、低遅延通信判別部１２３に送信する。

低遅延通信判別部１２３は、低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別する。低遅延通信判別部１２３は、低遅延通信のＩＰパケットの場合は、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３３に送信する。一方、ＢＥ通信のＩＰパケットの場合は、低遅延通信判別部１２３は、当該ＩＰパケットをＢＥ通信パケット用キュー１６３に送信する。低遅延通信のＩＰパケットとＢＥ通信のＩＰパケットを区別は、ＩＰパケットのヘッダに格納されている通信種別を示す情報を参照すればよい（図４参照）。また、低遅延通信判別部１２３は、パケット分類部１３３にパケットを送信すると同時に、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９３に格納する。

パケット分類部１３３は、低遅延通信のＩＰパケットについてさらに映像系と制御系にクラス分けする。このクラス分けはＩＰパケットのＱｏＳクラスを参照すればよい。そして、パケット分類部１３３は、映像系パケットに関しては映像系ＩＰパケット用キュー１４３にパケットを送信し、制御系ＩＰパケットに関しては制御系ＩＰパケット用キュー１５３に送信する。

映像系ＩＰパケット用キュー１４３は、上りの映像系ＩＰパケットを格納するキューである。制御系ＩＰパケット用キュー１５３は、上りの制御系ＩＰパケットを格納するキューである。ＢＥ通信パケット用キュー１６３は、ＢＥ通信に係る上りのＩＰパケットを格納するキューである。

本実施形態では発明の適用先がＬＴＥであるため、パケットスケジューリング部１７３は映像系ＩＰパケット用キュー１４３及びＢＥ通信パケット用キュー１６３に接続されているものと、制御系ＩＰパケット用キュー１５３に接続されているものを用意する。

各パケットスケジューリング部１７３は、記憶部１９３に記憶されている格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を参照し、低遅延通信のＩＰパケットが送信元のＵＥ１から送信先のサーバ２に伝送するのに要する時間が低遅延通信のＩＰパケットのＱｏＳクラスで定められた要求時間となるタイミングで、低遅延通信のＩＰパケットが収容されている各キュー１４３又は１５３から低遅延通信のＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８３に送信する。

また、ＢＥ通信パケット用キュー１６３が接続されているパケットスケジューリング部１７３は、低遅延通信のＩＰパケットをパケット送信部１８３に送信しない時間帯には、ＢＥ通信パケット用キュー１６３からＩＰパケットを取り出し、パケット送信部１８３に送信する。

パケット送信部１８３は、パケットスケジューリング部１７３から渡されたＩＰパケットをＥＰＣに伝送する。

次に、本実施の形態に係る低遅延通信のジッタ平準化システムの動作例について図面を参照して説明する。まず、図２４及び図２５を参照してＵＥ１からサーバ２に映像系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図２４に示すように、映像系ＩＰパケットは、ＵＥ１からｅＮＢ１１を介して中継装置１０３のパケット受信部１１３に伝送され、さらにパケット受信部１１３から低遅延通信判別部１２３に伝送される（ステップ５３０１〜Ｓ５０６）。低遅延通信判別部１２３は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３３に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９３に記憶する（Ｓ５０７〜Ｓ５１１）。当該ＩＰパケットは映像系ＩＰパケットなので、パケット分類部１３３は、当該ＩＰパケットを映像系ＩＰパケット用キュー１４３に格納する（ステップＳ５１２〜Ｓ５１３）。

図２５に示すように、映像系ＩＰパケット用キュー１４３は、パケットスケジューリング部１７３にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ５１４）。パケットスケジューリング部１７３は、記憶部１９３から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でサーバへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ５１５〜Ｓ５１７）。映像系ＩＰパケット用キュー１４３は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７３に伝送する（ステップＳ５１８〜Ｓ５１９）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７３からパケット送信部１８３を介してサーバ２に伝送される（ステップＳ５２１〜Ｓ５２６）。

次に、図２６及び図２７を参照してＵＥ１からサーバ２に制御系ＩＰパケットを伝送する処理例について説明する。

図２６に示すように、制御系ＩＰパケットは、ＵＥ１からｅＮＢ１１を介して中継装置１０３のパケット受信部１１３に伝送され、さらにパケット受信部１１３から低遅延通信判別部１２３に伝送される（ステップＳ５５１〜Ｓ５５６）。低遅延通信判別部１２３は、当該ＩＰパケットが低遅延通信に係るものであると判別して、当該ＩＰパケットをパケット分類部１３３に送信するとともに、格納ＩＰパケット情報を記憶部１９３に記憶する（Ｓ５５７〜Ｓ５６１）。当該ＩＰパケットは制御系ＩＰパケットなので、パケット分類部１３３は、制御系ＩＰパケット用キュー１５３に当該ＩＰパケットを格納する（ステップＳ５６２〜Ｓ５６３）。

図２７に示すように、制御系ＩＰパケット用キュー１５３は、パケットスケジューリング部１７３にＩＰパケットの送信要求を行う（ステップＳ５６４）。パケットスケジューリング部１７３は、記憶部１９３から当該ＩＰパケットの格納ＩＰパケット情報及び伝送情報を取得し、ＱｏＳクラスで定められた要求時間でサーバへの伝送完了可能なタイミングで送信要求を受諾する（ステップＳ５６５〜Ｓ５６７）。制御系ＩＰパケット用キュー１５３は、当該ＩＰパケットをパケットスケジューリング部１７３に伝送する（ステップＳ５６８〜Ｓ５６９）。そして、当該ＩＰパケットは、パケットスケジューリング部１７３からパケット送信部１８３を介してサーバ２に伝送される（ステップＳ５７０〜Ｓ５７１）。

以上のパケットスケジューリングにより、結果として、ＳＩＲが良くない状態であるために低スループットとなる変調方式が適用されるセルエッジに在圏するＵＥが送信元となっている低遅延通信のＩＰパケットを優先的に伝送し、良好なＳＩＲにより高スループットとなる変調方式が適用されるセル中心部に在圏するＵＥが送信元となっている低遅延通信のＩＰパケットを、低遅延通信を利用するサービスの要求時間に応じてキューイングすることになり、セルに在圏する全てのＵＥが送信元となっている低遅延通信のＩＰパケットに対して、ＩＰパケットに要求される遅延時間でＩＰパケットを送信先のサーバに伝送させることが可能となる。つまり、セルに在圏する全てのＵＥに対する遅延時間のジッタを平準化し、ｅＮＢとＵＥ間のスループットが異なるＵＥに対して、要求される遅延時間が同じＩＰパケットであれば、同一の遅延時間を保証することが可能となる。つまり、同一サービスに加入するＵＥに対して同一の遅延時間を保証することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態１及び２ではアクセス回線としてＷｉ−Ｆｉ規格の無線ＬＡＮを用いた場合について詳述し、上記実施形態３及び４ではアクセス回線として広域無線通信網であるＬＴＥを用いたが、他の無線方式のアクセス回線であっても本発明を実施することができる。

また、上記実施の形態では、ＵＥ１として映像信号を送受信する端末を例示したが、他の端末であっても本発明を実施することができる。

また、上記実施の形態では、低遅延通信のサービスクラスとして、映像系ＩＰパケットの伝送で用いる第１のサービスクラスと、制御系ＩＰパケットの伝送で用いる第２のサービスクラスの２つを提供するものとし、前記第１のサービスクラスのパケットについて本願発明に係るパケットスケジューリング技術を適用していたが、第２のサービスクラスを省略して単一のサービスクラスとしてもよい。さらに、低遅延通信サービスクラスとして、第３、第４、第５…のサービスクラスを提供するものとしてもよい。この場合、必要に応じて任意のサービスクラスに本願発明に係るパケットスケジューリング技術を適用することができる。

また、上記実施の形態では、低遅延通信に係る下りの映像系ＩＰパケットを格納するキューをその伝送時間に対応して複数設けるための形態として、伝送時間と密接な関係性を有する無線アクセス区間における変調方式による区分けしていたが、他のパラメータによる区分けを行ってもよいし、直接的に伝送時間による区分けとしてもよい。

また、上記実施の形態では、通信プロトコルとしてＩＰについて例示したが他のプロトコルであっても本発明を実施できる。

１…ＵＥ
２…サーバ
１０…Ｗｉ−Ｆｉルータ
１１…ｅＮＢ
２０…コアネットワーク
２１…ＥＰＣ
１００，１０１，１０２，１０３…中継装置
１１０，１１１，１１２，１１３…パケット受信部
１２０，１２１，１２２，１２３…低遅延通信判別部
１３０，１３１，１３２，１３３…パケット分類部
１４０，１４１，１４２，１４３…映像系ＩＰパケット用キュー
１５０，１５１，１５２，１５３…制御系ＩＰパケット用キュー
１６０，１６１，１６２，１６３…ＢＥ通信パケット用キュー
１７０，１７１，１７２，１７３…パケットスケジューリング部
１８０，１８１，１８２，１８３…パケット送信部

Claims (8)

1. 無線アクセス回線により無線通信端末を収容する基地局と当該基地局を収容するコアネットワークとを備えたネットワークにおいて、前記無線通信端末に提供する低遅延通信サービスに係るトラヒックの無線アクセス区間で生じるジッタを平準化するジッタ平準化システムであって、
   前記基地局と前記無線通信端末の通信相手先サーバとの間に配置した中継装置を備え、
   前記中継装置は、
   中継装置から無線通信端末までの下りのパケットの伝送時間に対応して設けられ低遅延通信に係る下りのパケットを格納する複数の第１の下りパケットキューと、
   低遅延通信に係る下りのパケットを当該パケットの送信先の無線通信端末への伝送時間に対応する第１の下りパケットキューの何れかに送信する下りパケット分類部と、
   パケットの遅延要求を満たすように前記第１の下りパケットキューからパケットを取り出す下りパケットスケジューリング部とを備えた
   ことを特徴とする低遅延通信のジッタ平準化システム。
2. 前記中継装置は、
   前記無線通信端末と当該無線通信端末の無線アクセス回線で用いられる変調方式との対応関係を含む変調方式情報と、各変調方式による中継装置と無線通信端末との間の伝送時間を含む伝送情報とを予め記憶した記憶部を備え、
   前記複数の第１の下りパケットキューは、前記各変調方式に対応して設けられ、
   前記下りパケット分類部は、前記記憶部の対応関係情報に基づき低遅延通信に係る下りのパケットを当該パケットの送信先の無線通信端末に対応する変調方式に分類し、分類した変調方式に対応する第１の下りパケットキューの何れかに送信し、
   前記パケットスケジューリング部は、前記記憶部の伝送情報に基づきパケットの遅延要求を満たすように前記第１の下りパケットキューからパケットを取り出す
   ことを特徴とする請求項１記載の低遅延通信のジッタ平準化システム。
3. 前記低遅延通信サービスは第１のサービスクラス及び第２サービスクラスを提供するものであり、
   前記複数の第１の下りパケットキューは、第１のサービスクラスに係るパケットを格納し、
   前記中継装置は、第２のサービスクラスに係る下りのパケットを格納する第２の下りパケットキューを備え、
   前記下りパケット分類部は、パケットのヘッダに格納されている低遅延通信サービスのサービスクラス情報に基づき、第１のサービスクラスの場合には第１の下りパケットキューの何れかにパケットを送信するとともに、第２のサービスクラスの場合には前記第２の下りパケットキューにパケットを送信する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の低遅延通信のジッタ平準化システム。
4. 前記中継装置は、
   ベストエフォート通信に係る下りのパケットを格納する第３の下りパケットキューと、
   コアネットワーク側から受信した下りのパケットを、当該パケットのヘッダに格納されている低遅延通信又はベストエフォート通信の何れかを示す識別情報に基づき、低遅延通信の場合にはパケットを前記下りパケット分類部に送信し、ベストエフォート通信の場合にはパケットを前記第３の下りパケットキューに送信する下り通信種別判定部とを備え、
   前記下りパケットスケジューリング部は、低遅延通信に係るパケットを取り出さない時間帯に前記第３の下りパケットキューからパケットを取り出す
   ことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の低遅延通信のジッタ平準化システム。
5. 前記中継装置は、
   中継装置と無線通信端末の通信相手先サーバとの間の伝送時間を含む伝送情報を記憶する記憶部と、
   低遅延通信に係る上りのパケットを格納する第１の上りパケットキューと、
   前記記憶部の伝送情報に基づきパケットの遅延要求を満たすように前記第１の上りパケットキューからパケットを取り出す上りパケットスケジュール部とを備えた
   ことを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の低遅延通信のジッタ平準化システム。
6. 前記低遅延通信サービスは第１のサービスクラス及び第２サービスクラスを提供するものであり、
   前記第１の上りパケットキューは、第１のサービスクラスに係るパケットを格納し、
   前記中継装置は、
   第２のサービスクラスに係る上りのパケットを格納する第２の上りパケットキューと、
   低遅延通信に係る上りのパケットのヘッダに格納されている低遅延通信サービスのサービスクラス情報に基づき、第１のサービスクラスの場合には第１の上りパケットキューにパケットを送信するとともに、第２のサービスクラスの場合には前記第２の上りパケットキューにパケットを送信する上りパケット分類部とを備えた
   ことを特徴とする請求項５記載の低遅延通信のジッタ平準化システム。
7. 前記中継装置は、
   ベストエフォート通信に係る上りのパケットを格納する第３の上りパケットキューと、
   無線通信端末側から受信した上りのパケットを、当該パケットのヘッダに格納されている低遅延通信又はベストエフォート通信の何れかを示す識別情報に基づき、低遅延通信の場合にはパケットを前記上りパケット分類部に送信し、ベストエフォート通信の場合にはパケットを前記第３の上りパケットキューに送信する下り通信種別判定部とを備え、
   前記上りパケットスケジューリング部は、低遅延通信に係るパケットを取り出さない時間帯に前記第３の上りパケットキューからパケットを取り出す
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の低遅延通信のジッタ平準化システム。
8. 無線アクセス回線により無線通信端末を収容する基地局と当該基地局を収容するコアネットワークとを備えたネットワークにおいて、前記無線通信端末に提供する低遅延通信サービスに係るトラヒックの無線アクセス区間で生じるジッタを平準化するジッタ平準化方法であって、
   前記基地局と前記無線通信端末の通信相手先サーバとの間に中継装置を配置するとともに、前記中継装置に当該中継装置から無線通信端末までの下りのパケットの伝送時間に対応した低遅延通信に係る下りのパケットを格納する複数の第１の下りパケットキューを設け、
   前記中継装置のパケット分類部が、低遅延通信に係る下りのパケットを、当該パケットの送信先の無線通信端末への伝送時間に対応する第１の下りパケットキューの何れかに送信し、
   前記中継装置の下りパケットスケジューリング部が、パケットの遅延要求を満たすように前記第１の下りパケットキューからパケットを取り出す
   ことを特徴とする低遅延通信のジッタ平準化方法。

Images