JP2018148453A - 通信装置、通信システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を一定時間以内にする遅延保証通信サービスを通信ネットワークに負荷をかけずに実現する通信装置、通信システム及びプログラムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係る通信装置は、所望の送信パケットに優先クラス情報を付与し、送信パケットのフローごとにシェーピング帯域を｛送信データ量／（保証したい通信遅延−最短通信遅延）｝に設定する。このようにシェーピング帯域を設定することで、２拠点間の通信ＮＷの輻輳状況に関わらず送信パケットを常に保証したい通信遅延まで遅延させる送信を行うことで通信速度を低下させ、通信ＮＷへの負荷を小さくするができる。【選択図】図７

Description

本開示は、２拠点間のパケット転送を行う際に、最短通信遅延と保証したい通信遅延に基づきシェーピング帯域を変化させる遅延保証シェーピング機能を提供することで、通信ネットワーク（ＮＷ；ＮｅｔＷｏｒｋ）負荷を抑えながら通信遅延の保証をユーザに提供する通信装置、通信システム及びプログラムに関するものである。

近年、ＩＰデータ通信だけではなくＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）／Ｍ２Ｍ （Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）、４Ｋ／８Ｋ高精細映像配信サービス、オンラインゲーム等、多種多様なアプリケーションやサービスが急速に普及してきた。特にコンピュータなどの情報／通信機器だけでなく、世の中に存在する様々な「モノ」に通信機能を持たせ、相互に通信を行うことにより、自動認識、自動制御、遠隔計測などを行うＩｏＴの普及は急速に進んでいる。

ＩｏＴの一例として、遠隔値で所定の物理量（電流、電圧、気圧、気温、水量、及び湿度等）を取得し、これらのデータをセンタ側で収集してビッグデータ解析を行い、解析結果に基づき機械の動作を自動的に制御するという通信シーンが考えられている。データ収集と遠隔制御を正確に行うためには、決められた時間内に正しく通信が完了することが非常に重要となる。例えば、データ収集とそれに基づく遠隔制御を５０ｍｓ以内に実施するようなシステムを考えると、長くとも片道の通信遅延を２５ｍｓ以内に抑える必要がある。

一方で、現在のベストエフォート通信サービスにおける２拠点間の通信遅延には大きな揺らぎが発生している。具体的には、通信環境が良好なときは２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延が通信経路長や装置のスイッチング処理等で発生する最短通信遅延（輻輳等の変動的な要因による遅延を含まない遅延時間の理想値）とほぼ等しくなっているが、通信環境が劣悪なときは数１００ｍｓレベルの非常に大きな通信遅延が発生したり、時にはパケットロスが発生してしまう。このような通信サービスは、前述のＩｏＴにおける通信シーンに適しているとはいえない。したがって、２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を一定時間以内にする通信遅延保証サービスを安価に実現することが求められている。

高信頼かつ低遅延な通信を提供するサービスの一つとして、非特許文献１に示すような帯域制御と優先制御を利用した帯域優先サービスがある。非特許文献１では、ある決められた帯域のパケットに優先クラス情報を付与し、通信ＮＷ内を他のベストエフォート通信よりも優先的に転送させることで、２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を、通信経路長や装置のスイッチング処理、パケット合流等で発生する最短通信遅延のみにすることができる。

帯域優先サービスの拡張として、特許文献１に示すような優先的に利用する帯域を動的に変更する動的優先帯域制御がある。特許文献１では、優先クラスで輻輳が発生してもバッファのキュー長がしきい値を超えた場合に利用できる帯域を拡大することで、２拠点間のパケット転送の低遅延性を維持できる。

特開２００２−３４４５０９号公報

フレッツ光ネクストプライオサービス内容（ｈｔｔｐｓ：／／ｆｌｅｔｓ．ｃｏｍ／ｎｅｘｔ／ｂｓ／ｐｒｉｏ／）、２０１７年２月２７日検索

安価な通信サービスを実現するためには、利用ユーザあたりの通信ＮＷへの負荷を小さくすればよい。しかし、先行技術文献の方法では、通信遅延を一定時間以内にしながら、通信ＮＷへの負荷を小さくすることができない。

具体的には、非特許文献１のサービスの場合、優先的に利用できる帯域が制限されているため、通信遅延を一定時間以内にできない可能性がある。たとえば、２０ＫＢのデータを１Ｍｂｐｓの帯域にシェーピングして転送しようとすると、最短通信遅延に加えて、１６０ｍｓもの遅延が新たに発生してしまう。バースト転送を許容し、帯域制限をポリシングで行えば通信遅延を最短通信遅延とほぼ等しくすることが可能となるが、その場合にはバーストトラヒックによる通信ＮＷへの負荷が高まってしまう。

また、特許文献１の機能を利用した場合、優先的に利用する帯域を拡大することができるので通信遅延の拡大を抑えることが可能になるが、最短通信遅延に関する考慮がないため、保証したい遅延時間を適切に守る方法がない。例えば、最短通信遅延が１ｍｓで保証したい通信遅延が１５ｍｓであるような通信シーンの場合、１４ｍｓの通信遅延の発生までは許容されているが、輻輳が発生しなければ最短通信遅延で転送するため、本来の要求条件よりもオーバースペックな通信サービスを提供することになってしまい、結果的に通信ＮＷへの負荷が大きなものとなってしまう。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を一定時間以内にする遅延保証通信サービスを通信ネットワークに負荷をかけずに実現する通信装置、通信システム及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の通信装置は、２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を一定時間以内にしながら通信ＮＷに与える負荷を極力小さくする遅延保証シェーピング機能を具備することとした。

具体的には、本発明に係る通信装置は、フロー毎に通信遅延が保証される送信パケットに前記フロー毎の優先クラス情報を付与し、予め与えられた通信経路の遅延情報に基づき前記送信パケットの転送先までの最短通信遅延を計算し、前記送信パケットのデータ量、前記送信パケットのフローで保証される通信遅延、及び前記最短通信遅延から送信帯域を計算して前記送信パケットのフローのシェーピング帯域として設定する遅延保証シェーピング機能を備える。

例えば、前記遅延保証シェーピング機能は、前記シェーピング帯域を次の式１で計算する。
（式１） α／（β−γ）
ただし、αは前記送信パケットの送信データ量、βは保証される通信遅延、γは前記最短通信遅延である。

本通信装置は、所望の送信パケットに優先クラス情報を付与し、送信パケットのフローごとにシェーピング帯域を｛送信データ量／(保証したい通信遅延−最短通信遅延)｝に設定する。このようにシェーピング帯域を設定することで、２拠点間の通信ＮＷの輻輳状況に関わらず送信パケットを常に保証したい通信遅延まで遅延させる送信を行うことで通信速度を低下させ、通信ＮＷへの負荷を小さくすることができる。

従って、本発明は、２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を一定時間以内にする遅延保証通信サービスを通信ネットワークに負荷をかけずに実現する通信装置を提供することができる。

また、本発明に係る通信装置の前記遅延保証シェーピング機能は、前記送信パケットのデータ量をフロー毎に所定周期で計測し、前記シェーピング帯域を動的に設定することを特徴とする。送信パケットのデータ量に応じてシェーピング帯域を臨機応変に変化させることができ、データの通信遅延を保証しながらネットワーク負荷を低減することができる。

例えば、本発明に係る通信装置の前記遅延保証シェーピング機能は、フロー毎に前記送信パケットの流量を確認し、１の送信パケットを送信中に他の送信パケットの流入があった場合、前記他の送信パケットについての前記送信帯域を計算して前記シェーピング帯域に加算する。また、前記遅延保証シェーピング機能は、前記１の送信パケットのみを送信した場合に前記１の送信パケットの送信が終了する時刻に前記１の送信パケットの前記送信帯域を前記シェーピング帯域から減算する。

本通信装置は、通信遅延を保証するフローの送信パケットを送信中に同フローの次の送信パケットが到着した場合、式１で次の送信パケットの通信速度を計算して現在のフローの通信速度に加算することで通信遅延を保証する。その後、本通信装置は、先に送信した送信パケットの送信が終了した時、当該フローの通信速度から当該送信パケットの通信速度を減じ、通信ＮＷへの負荷を低減する。

本発明に係る通信システムは、
通信ネットワークに接続された前記通信装置と、
前記通信装置を介して、前記通信ネットワークへ前記送信パケットを送信し、他のユーザ装置が送信した送信パケットを前記通信ネットワークから受信するユーザ装置と、
を備え、前記送信パケットのフロー毎にシェーピング帯域が変動することを特徴とする。
本発明は、前記通信装置による遅延保証シェーピング機能により、２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を一定時間以内にする遅延保証通信サービスを通信ネットワークに負荷をかけずに実現する通信ネットワークを提供することができる。

本発明に係るプログラムは、通信装置が備える前記遅延保証シェーピング機能をコンピュータに実現させるためのプログラムである。本発明に係る通信装置は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

本発明は、２拠点間のパケット転送で発生する通信遅延を一定時間以内にする遅延保証通信サービスを通信ネットワークに負荷をかけずに実現する通信装置、通信システム及びプログラムを提供することができる。

本発明に係る通信装置を説明する図である。 本発明に係る通信装置が備える通信要件情報テーブルを説明する図である。 本発明に係る通信装置が備える通信遅延情報テーブルを説明する図である。 本発明に係る通信装置の動作を説明する図である。 本発明に係る通信装置の動作を説明する図である。 本発明に係る通信装置の動作を説明する図である。 本発明に係る通信システムの動作を説明する図である。 本発明に係る通信装置を説明する図である。 本発明に係る通信装置が備える通信要件情報テーブルを説明する図である。 本発明に係る通信装置が備える通信遅延情報テーブルを説明する図である。 本発明に係る通信装置の動作を説明する図である。 本発明に係る通信装置の動作を説明する図である。 本発明に係る通信システムの動作を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の通信システム３０１を説明する構成図である。通信システム３０１は、通信ＮＷ３に接続された通信装置（ユーザ収容装置１）と、前記通信装置を介して、通信ＮＷ３へ送信パケットを送信し、他のユーザ装置２（ｂ、ｃ、ｄ）が送信した送信パケットを通信ＮＷ３から受信するユーザ装置２（ａ）と、を備え、送信パケットのフロー毎にシェーピング帯域が変動する通信システムである。

通信システム３０１は、ユーザ装置２がユーザ収容装置１によって通信ＮＷ３に接続されることによって実現される通信システムである。このような通信システムにおいて、それぞれのユーザ装置２は、ユーザ収容装置１と通信ＮＷ３を介して互いに通信を行うことが可能となっている。図中の実線矢印はパケット転送の流れ、破線矢印は制御情報の流れを示している。

ユーザ収容装置１は、通信装置であって、フロー毎に通信遅延が保証される送信パケットに前記フロー毎の優先クラス情報を付与し、予め与えられた通信経路の遅延情報に基づき前記送信パケットの転送先までの最短通信遅延を計算し、前記送信パケットのデータ量、前記送信パケットのフローで保証される通信遅延、及び前記最短通信遅延から送信帯域を計算して前記送信パケットのフローのシェーピング帯域として設定する遅延保証シェーピング機能を備える。

例えば、前記遅延保証シェーピング機能は、前記シェーピング帯域を式１で計算する。
（式１） α／（β−γ）
ただし、αは前記送信パケットの送信データ量、βは保証される通信遅延、γは前記最短通信遅延である。

具体的には、ユーザ収容装置１は、ユーザ装置から送信された送信パケットを通信ＮＷに送信する送信部１００と、通信ＮＷから転送される受信パケットをユーザ装置に送信する受信部２００と、を備える。ここで、ユーザ収容装置はＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）のような局内終端装置でもよいし、ユーザを収容するスイッチやルータのような通信装置でもよい。

送信部１００は、ユーザ装置から送信された送信パケットを受信するユーザ側受信部１０１と、送信パケットが通信ＮＷで優先的に転送されるように優先クラス情報を付与する優先情報付与部１０２と、保証したい通信遅延を維持しながらＮＷへの負荷を小さくするようにトラヒックをシェーピングする遅延保証シェーピング部１１０と、送信パケットを通信ＮＷに転送するＮＷ側送信部１０３と、を備える。遅延保証シェーピング部１１０は、ユーザが要求する通信要件に関する情報が記載された通信要件情報テーブル１１１と、通信システム全体の最短通信遅延に関する情報が記載された通信遅延情報テーブル１１２と、保証したい通信遅延時間である保証通信遅延を維持しながらＮＷへの負荷を小さくするようにトラヒックをシェーピングする際のシェーピング帯域を計算してフロー毎送信部１１６に設定する帯域制御部１１３と、通信要件情報テーブル１１１の情報に基づき送信パケットを通信フロー毎に振り分けてフロー毎送信バッファに格納するフロー分離部１１４と、フロー毎送信部１１６が送信する送信パケットを合流させてＮＷ側送信部１０３に送信する合流部１１５と、帯域制御部１１３が設定したシェーピング帯域でフロー毎送信バッファからパケットを読み出し合流部に送信するフロー毎送信部１１６と、フロー分離部１１４が格納する送信パケットを保持するフロー毎送信バッファ１１７と、を備える。なお、前記遅延保証シェーピング機能は、優先情報付与部１０２と遅延保証シェーピング部１１０で構成される。

受信部２００は、通信ＮＷから転送される受信パケットを受信するＮＷ側受信部２０１と、受信パケットに付与されている優先クラス情報を削除する優先情報削除部２０２と、受信パケットをユーザ装置２に送信するユーザ側送信部２０３と、を備える。

ユーザ装置２は、ユーザが所有する装置であり、発生した送信したいデータを送信パケットとしてユーザ収容装置１に送信し、他方のユーザ装置２から送信された送信パケットをユーザ収容装置１から受信パケットとして受信する機能を有する。ここで、ユーザ装置２はサーバのような端末装置でもよいし、ユーザ宅内におかれるブロードバンドルータや、ＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）のような終端装置でもよい。

通信ＮＷ３は、ユーザ収容装置１から送信された送信パケットに優先クラス情報が付与されている場合には、他のベストエフォートクラスのパケットよりも優先的に転送することにより、最短通信遅延で他方のユーザ収容装置１に送信する機能を有する。

図２は、本実施形態の通信システム３０１における通信要件情報テーブル１１１の内容を示したものである。通信要件情報テーブル１１１は、通信フローの通番を示す通信フロー番号と、通信フローを識別するためのパケット情報を示す通信フロー識別子と、当該通信フローがどのユーザ収容装置に転送されるのかを示す転送先収容装置と、保証通信遅延内に送信するデータ量を示す送信データ量と、通信フロー毎の保証したい通信遅延時間を示す保証通信遅延と、で成り立っている。

図３は、本実施形態の通信システム３０１の通信遅延情報テーブル１１２の内容を示したものである。通信遅延情報テーブル１１２は、区間種類を示す区間種別と、具体的な区間箇所を示す区間名と、区間名に示す箇所において通信経路長や装置のスイッチング処理、パケット合流等で発生する最短通信遅延を意味する区間遅延情報と、で成り立っている。

図４は、本実施形態の通信システム３０１の事前処理フローを示したものである。予めユーザから受領した通信内容と保証通信遅延からなる通信要件情報を通信要件情報テーブル１１１に登録する（ステップＳ１０１）。予め測定または仕様や物理的距離から設計した通信ＮＷ内の区間別の遅延情報を通信遅延情報テーブル１１２に登録する（ステップＳ１０２）。フロー分離部は、通信要件情報テーブル１１１の内容に基づきフロー分離ルールを設定する（ステップＳ１０３）。次に、帯域制御部１１３は、保証通信遅延を満足しつつ通信ＮＷに与える負荷を極力小さくするシェーピング帯域を、通信要件情報テーブル１１１と通信遅延情報テーブル１１２の内容から設定する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４におけるシェーピング帯域の計算方法を、通信要件情報テーブル１１１の通信フロー番号１を例にとって説明する。通信フロー番号１の通信の最短通信遅延は、ユーザ装置ａ〜ユーザ収容装置＃Ａ区間のアクセス遅延とユーザ収容装置＃Ａとユーザ収容装置＃Ｂ内で発生する収容装置内送受信遅延とユーザ収容装置＃Ａ〜ユーザ収容装置＃Ｂ区間の通信ＮＷ内遅延の合計値となるので、１．２２［ｍｓ］である。ここで、保証したい通信遅延は１５［ｍｓ］であるため、１３．７８［ｍｓ］遅く転送してもよいということになる。よって、保証通信遅延を満足する最も低いシェーピング帯域は１０［ＫＢ］÷１３．７８［ｍｓ］＝５．８０５［Ｍｂｐｓ］となる。

最後に、帯域制御部１１３は計算したシェーピング帯域をフロー毎送信部１１６に設定する（ステップＳ１０５）。

図５は、本実施形態の通信システム３０１の通信処理のうち、ユーザ収容装置１の送信処理フローを示したものである。ユーザ側受信部１０１は、ユーザ装置が送信した送信パケットを受信する（ステップＳ１１１）。優先情報付与部１０２は、送信パケットに優先クラスである旨の情報を付与する（ステップＳ１１２）。フロー分離部１１４は、予め設定された分離ルールに基づき送信パケットをフロー毎送信バッファ１１７に振り分ける（ステップＳ１１３）。フロー毎送信部１１６は、予め設定された通信フロー毎のシェーピング帯域に基づき、フロー毎送信バッファ１１７から送信パケットを読み出す（ステップＳ１１４）。合流部１１５は、各フロー毎送信部が読み出した送信パケットを整列する（ステップＳ１１５）。ＮＷ側送信部１０３は、整列された送信パケットを通信ＮＷ３に送信する（ステップＳ１１６）。

図６は、本実施形態の通信システム３０１の通信処理のうち、ユーザ収容装置１の受信処理フローを示したものである。ＮＷ側受信部２０１は、対向のユーザ収容装置１から送信され、通信ＮＷ３を介して転送された受信パケットを受信する（ステップＳ１２１）。優先情報削除部２０２は、受信パケットに付与されている優先クラスである旨の情報を削除する（ステップＳ１２２）。ユーザ側送信部２０３は、優先クラスである旨の情報が削除された受信パケットをユーザ装置２に送信する（ステップＳ１２３）。

図７は、本実施形態の通信システム３０１が遅延保証シェーピング機能でシェーピングを行った結果を説明する図である。シェーピング帯域の計算方法は図４の説明で挙げた例の通りである。ユーザ装置２（ａ）から時刻０で通信速度１０００Ｍｂｐｓで送信開始された通信フロー番号１（保証通信遅延は１５ｍｓ）の１０ＫＢのパケットＰａは送信終了までに０．０８ｍｓかかる。そしてパケットＰａはユーザ収容装置１（＃１）まで転送される。ユーザ装置２（ａ）からユーザ収容装置１（＃Ａ）までの区間遅延は０．１ｍｓなのでユーザ収容装置１（＃Ａ）は０．１ｍｓから０．１８ｍｓの時間でパケットＰａを受信する。ユーザ収容装置１（＃Ａ）は通信ＮＷ３への送信処理に０．０１ｍｓかかる。そして、図４の例で説明したようにユーザ収容装置１（＃Ａ）はパケットＰａの通信速度を５．８０５Ｍｂｐｓと設定する。このため、ユーザ収容装置１（＃Ａ）は通信速度を５．８０５ＭｂｐｓとしてパケットＰａを０．１１ｍｓから１３．８９ｍｓの時間で通信ＮＷ３へ送信する。ユーザ収容装置１（＃Ａ）からユーザ収容装置１（＃Ｂ）までの区間遅延は１ｍｓなのでユーザ収容装置１（＃Ｂ）は１．１１ｍｓから１４．８９ｍｓの時間でパケットＰａを受信する。ユーザ収容装置１（＃Ｂ）の受信処理に０．０１ｍｓかかり、ユーザ収容装置１（＃Ｂ）からユーザ装置２（ｂ）までの区間遅延が０．１ｍｓなので、ユーザ装置２（ｂ）はパケットＰａを１．２２ｍｓから１５ｍｓの時間に受信する。従って、ユーザ装置２（ｂ）はパケットＰａを保証通信遅延時間（１５ｍｓ）内に受信することができる。

このように、通信システム３０１は、保証通信遅延を満足しながら通信ＮＷ３に与える負荷、すなわち、通信ＮＷ３内における通信速度を小さくすることが可能となる。

（実施形態２）
図８は、本実施形態の通信システム３０２を説明する構成図である。通信システム３０２と図１の通信システム３０１の相違点は、フロー分離部１１４によって振り分けられた送信パケットを一時的に格納し、その格納された送信データ量を計測し、送信データ量計測結果を帯域動的制御部１１９に通知した後にフロー毎送信バッファ１１７に送信パケットを移し替えるフロー毎流量確認バッファ１１８を備えることと、帯域制御部１１３の代わりにフロー毎流量確認バッファ１１８からの送信データ量計測結果を踏まえて保証通信遅延を維持しながらＮＷへの負荷を小さくするようにトラヒックをシェーピングする際のシェーピング帯域を計算してフロー毎送信部１１６に設定する帯域動的制御部１１９を備えることである。つまり、前記遅延保証シェーピング機能は、前記送信パケットのデータ量をフロー毎に所定周期で計測し、前記シェーピング帯域を動的に設定することを特徴とする。

つまり、通信システム３０２の遅延保証シェーピング機能は、フロー毎に送信パケットの流量を確認し、１の送信パケットを送信中に他の送信パケットの流入があった場合、他の送信パケットについての送信帯域を式１等で計算してシェーピング帯域に加算する。そして、遅延保証シェーピング機能は、１の送信パケットのみを送信した場合に１の送信パケットの送信が終了する時刻に、式１等で計算した１の送信パケットの送信帯域をシェーピング帯域から減算する。

図９は、本実施形態の通信システム３０２における通信要件情報テーブル１１１を示したものである。図２との相違点は、送信データ量の項目が排除された点である。

図１０は、本実施形態の通信システム３０２における通信遅延情報テーブル１１２を示したものである。図３と同一の情報テーブルであるが、本実施形態に合わせて値を一部変更している。

図１１は、本実施形態の通信システム３０２の事前処理フローを示したものである。予めユーザから受領した通信内容と保証通信遅延からなる通信要件情報を通信要件情報テーブル１１１に登録する（ステップＳ２０１）。予め測定または仕様や物理的距離から設計した通信ＮＷ内の区間別の遅延情報を通信遅延情報テーブル１１２に登録する（ステップＳ２０２）。フロー分離部は、通信要件情報テーブル１１１の内容に基づきフロー分離ルールを設定する（ステップＳ２０３）。

図１２は、本実施形態の通信システム３０２の通信処理のうち、ユーザ収容装置１の送信処理フローを示したものである。ユーザ側受信部１０１は、ユーザ装置が送信した送信パケットを受信する（ステップＳ２１１）。優先情報付与部１０２は、送信パケットに優先クラスである旨の情報を付与する（ステップＳ２１２）。フロー分離部１１４は、予め設定された分離ルールに基づき送信パケットをフロー毎流量確認バッファ１１８に振り分ける（ステップＳ２１３）。フロー毎流量確認バッファ１１８は、送信パケットを格納し、格納されているデータ量を送信データ量として計測し続ける（ステップＳ２１４）。次に、シェーピング帯域動的制御処理を行う（ステップＳ２１５）。シェーピング帯域動的制御処理は、０．１ｍｓ周期等の短い時間周期で繰り返し実施されている。

次に、シェーピング帯域動的制御処理の内容を説明する。フロー毎流量確認バッファは、送信データ量計測結果を帯域動的制御部に通知する（ステップＳ２１５−１）。帯域動的制御部１１９は、保証通信遅延を満足しつつ通信ＮＷに与える負荷を極力小さくするシェーピング帯域を、通信遅延情報テーブルと通信要件情報テーブルの値と送信データ量計測結果に基づき、加算する通信フロー毎のシェーピング帯域を計算する（ステップＳ２１５−２）。帯域動的制御部１１９は、計算した通信フロー毎のシェーピング帯域を既に設定しているシェーピング帯域に対して加算し、フロー毎送信部１１６に再設定する（Ｓ２１５−３）。最後に、フロー毎流量確認バッファ１１８は、格納している送信パケットをフロー毎送信バッファ１１７に格納する（ステップＳ２１５−４）。

ここで、ステップＳ２１５−２〜Ｓ２１５−３でのシェーピング帯域の設定例を通信要件情報テーブル１１１の通信フロー番号１を例にとって説明する。通信フロー番号１の通信の最短通信遅延は、ユーザ装置ａ〜ユーザ収容装置＃Ａ区間のアクセス遅延とユーザ収容装置＃Ａとユーザ収容装置＃Ｂ内で発生する収容装置内送受信遅延とユーザ収容装置＃Ａ〜ユーザ収容装置＃Ｂ区間の通信ＮＷ内遅延の合計値となるので、１．５１［ｍｓ］となる。ここで、保証したい通信遅延は１５［ｍｓ］であるため、１３．４９［ｍｓ］遅く転送してもよいということになる。ある時刻ｔ１［ｍｓ］での送信データ量計測結果が１０ＫＢであった場合、保証通信遅延を満足する最も低いシェーピング帯域は１０［ＫＢ］÷１３．４９［ｍｓ］＝５．９３０［Ｍｂｐｓ］となるので、ｔ１［ｍｓ］〜ｔ１＋１３．４９［ｍｓ］の間に既に設定されているシェーピング帯域に対し、５．９３０［Ｍｂｐｓ］を加算しフロー毎送信部１１６に設定する。また、ｔ１から１［ｍｓ］経過した後に送信データ量計測結果が５［ＫＢ］であった場合、保証通信遅延を満足する最も低いシェーピング帯域は５［ＫＢ］÷１３．４９［ｍｓ］＝２．９６５［Ｍｂｐｓ］となるので、ｔ１＋１［ｍｓ］〜ｔ１＋１４．４９［ｍｓ］の間に既に設定されているシェーピング帯域に対し、２．９６５［Ｍｂｐｓ］を加算してフロー毎送信部１１６に再設定する。なお、当該フローの通信速度がｔ１＋１［ｍｓ］から５．９３０＋２．９６５＝８．８９５［Ｍｂｐｓ］に上がるので、ｔ１［ｍｓ］から送信している１０［ＫＢ］のパケットの送信完了時間はｔ１＋１３．４９［ｍｓ］より短くなる。後続の５［ＫＢ］のパケットを続けて送信するが、通信速度を８．８９５［Ｍｂｐｓ］のままとすれば、保証通信遅延より早い時間に送信完了して通信ＮＷ３の負荷を高めてしまう。このため、先に計算した１０［ＫＢ］のパケットの送信完了時間ｔ１＋１３．４９［ｍｓ］にて１０［ＫＢ］のパケットの通信速度分を減し、８．８９５−５．９３０＝２．９６５［Ｍｂｐｓ］とする。

シェーピング帯域動的制御処理が完了した後の処理ステップＳ２１６〜Ｓ２１８は、図５におけるステップＳ１１４〜Ｓ１１６と同一である。

また、本実施形態の通信システム３０２の通信処理のうち、ユーザ収容装置１の受信処理フローは図６と同一である。

図１３は、本実施形態の通信システム３０２が遅延保証シェーピング機能でシェーピングを行った結果を説明する図である。シェーピング帯域の計算方法は図１２の説明で挙げた例の通りである。

ユーザ装置２（ａ）から時刻０で通信速度１０００Ｍｂｐｓで送信開始された通信フロー番号１（保証通信遅延は１５ｍｓ）の１０ＫＢのパケットＰａは送信終了までに０．０８ｍｓかかる。また、ユーザ装置２（ａ）は時間１．０ｍｓで５ＫＢのパケットＰｂを送信開始し、１．０４ｍｓに送信終了する。

そしてパケットＰａとパケットＰｂはユーザ収容装置１（＃１）まで転送される。ユーザ装置２（ａ）からユーザ収容装置１（＃Ａ）までの区間遅延は０．１ｍｓなのでユーザ収容装置１（＃Ａ）は０．１ｍｓから０．１８ｍｓの時間でパケットＰａ、１．１ｍｓから１．１８ｍｓの時間でパケットＰｂを受信する。ユーザ収容装置１（＃Ａ）は通信ＮＷ３への送信処理に０．３ｍｓかかる。そして、図１２の例で説明したようにユーザ収容装置１（＃Ａ）はパケットＰａの通信速度を５．９３０Ｍｂｐｓと設定する。このため、ユーザ収容装置１（＃Ａ）は通信速度を５．９３０ＭｂｐｓとしてパケットＰａを０．４ｍｓから１３．８９ｍｓの時間で通信ＮＷ３へ送信する。ここで、ユーザ収容装置１（＃Ａ）は後続のパケットＰｂを受信するので、図１２の例で説明したようにユーザ収容装置１（＃Ａ）はパケットＰｂの通信速度を２．９６５Ｍｂｐｓと設定する。そして、ユーザ収容装置１（＃Ａ）は時間１．４ｍｓから通信速度を５．９３０＋２．９６５＝８．８９５Ｍｂｐｓと設定する。通信速度が上がったためパケットＰａは初期の送信完了時間（１３．８９ｍｓ）より短い９．７２６ｍｓで送信が完了する。ユーザ収容装置１（＃Ａ）は続けてパケットＰｂを通信速度８．８９５Ｍｂｐｓで送信するが、パケットＰａの初期の送信完了時間１３．８９ｍｓで通信速度を２．９６５Ｍｂｐｓに減ずる。このため、パケットＰｂは９．７２６ｍｓから１４．８９ｍｓの時間でユーザ収容装置１（＃Ａ）から通信ＮＷ３へ送信される。

ユーザ収容装置１（＃Ａ）からユーザ収容装置１（＃Ｂ）までの区間遅延は１ｍｓなのでユーザ収容装置１（＃Ｂ）は１．４ｍｓから１０．７２６ｍｓの時間でパケットＰａ、１０．７２６ｍｓから１５．８９ｍｓの時間でパケットＰｂを受信する。ユーザ収容装置１（＃Ｂ）の受信処理に０．０１ｍｓかかり、ユーザ収容装置１（＃Ｂ）からユーザ装置２（ｂ）までの区間遅延が０．１ｍｓなので、ユーザ装置２（ｂ）は１．５１ｍｓから１０．８３６ｍｓの時間にパケットＰａ、１０．８３６ｍｓから１６ｍｓの時間にパケットＰｂを受信する。つまり、ユーザ装置２（ｂ）は時刻０で送信されたパケットＰａを１０．８３６ｍｓに受信完了し、時刻１．０ｍｓで送信されたパケットＰｂを１６ｍｓに受信完了するので、いずれのパケットも保証通信遅延時間（１５ｍｓ）内に受信できる。

このように、通信システム３０２によって、送信データ量が変化するような場合であっても保証通信遅延を満足しながら通信ＮＷ３に与える負荷、すなわち、通信ＮＷ３内における通信速度を小さくすることが可能となる。

（他の実施形態）
実施形態１の通信装置１及び実施形態２の通信装置１は、汎用のコンピュータで実現することができる。遅延保証シェーピング機能をコンピュータに実現させるプログラムを用い、コンピュータに当該プログラムを読み込ませることで当該プログラムを遅延保証シェーピング機能を備える通信装置として動作させることができる。

（効果）
本発明は、２拠点間のパケット転送を行う通信システムにおいて、最短通信遅延と保証したい通信遅延に基づきシェーピング帯域を変化させる遅延保証シェーピング機能を提供することで、通信ＮＷ負荷を抑えながら通信遅延の保証を実現することができる。本発明は、通信ＮＷ負荷を抑えることで遅延保証通信サービスを安価に実現できる。

１：ユーザ収容装置
２：ユーザ装置
３：通信ＮＷ
１００：送信部
１０１：ユーザ側受信部
１０２：優先情報付与部
１０３：ＮＷ側送信部
１１０：遅延保証シェーピング部
１１１：通信要件情報テーブル
１１２：通信遅延情報テーブル
１１３：帯域制御部
１１４：フロー分離部
１１５：合流部
１１６：フロー毎送信部
１１７：フロー毎送信バッファ
１１８：フロー毎流量確認バッファ
１１９：帯域動的制御部
２００：受信部
２０１：ＮＷ側受信部
２０２：優先情報削除部
２０３：ユーザ側送信部
３０１〜３０２：通信システム

Claims (7)

1. フロー毎に通信遅延が保証される送信パケットに前記フロー毎の優先クラス情報を付与し、予め与えられた通信経路の遅延情報に基づき前記送信パケットの転送先までの最短通信遅延を計算し、前記送信パケットのデータ量、前記送信パケットのフローで保証される通信遅延、及び前記最短通信遅延から送信帯域を計算して前記送信パケットのフローのシェーピング帯域として設定する遅延保証シェーピング機能を備える通信装置。
2. 前記遅延保証シェーピング機能は、前記シェーピング帯域を式１で計算することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
   （式１） α／（β−γ）
   ただし、αは前記送信パケットの送信データ量、βは保証される通信遅延、γは前記最短通信遅延である。
3. 前記遅延保証シェーピング機能は、前記送信パケットのデータ量をフロー毎に所定周期で計測し、前記シェーピング帯域を動的に設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記遅延保証シェーピング機能は、フロー毎に前記送信パケットの流量を確認し、１の送信パケットを送信中に他の送信パケットの流入があった場合、前記他の送信パケットについての前記送信帯域を計算して前記シェーピング帯域に加算することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 前記遅延保証シェーピング機能は、前記１の送信パケットのみを送信した場合に前記１の送信パケットの送信が終了する時刻に前記１の送信パケットの前記送信帯域を前記シェーピング帯域から減算することを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
6. 通信ネットワークに接続された請求項１から５のいずれかの通信装置と、
   前記通信装置を介して、前記通信ネットワークへ前記送信パケットを送信し、他のユーザ装置が送信した送信パケットを前記通信ネットワークから受信するユーザ装置と、
   を備え、前記送信パケットのフロー毎にシェーピング帯域が変動する通信システム。
7. 請求項１から５のいずれかの通信装置が備える前記遅延保証シェーピング機能をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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