JP2021022838A - データ伝送装置およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 低いコストで高速通信環境を取得すること。【解決手段】 データ伝送装置２０１は、データ受信管理モジュール４０１のほかにＬＡＮ３０１を介して取得したデータをパケットに分割して送信する分割送信管理モジュール、受信側としてパケットを受信して元のデータに結合する受信結合管理モジュール４０３、結合したデータをＬＡＮ３０１を介してシステムに受け渡す送信管理モジュール４０４および送信回線の状態を監視し、その状態に合わせて使用するか否かを管理する伝送経路管理モジュール４０５を備える【選択図】 図４

Description

本発明はデータ伝送装置およびプログラムに関し、より具体的には、装置とネットワークとの間に接続することにより、ネットワークを有効に活用することができるデータ伝送装置およびプログラムに関する。

一般にキャリアが提供するネットワークを使用してデータ伝送を行う場合、データ品質や帯域幅はキャリアとの契約で定まり、特にデータの伝送速度に関連する帯域幅は、広いほど料金が高額となり、時により料金差が不合理に大きくなる場合がある。例えば、比較的広めの帯域の１Ｇｂｐｓまでの料金に比べ１０Ｇｂｐｓといった広帯域の料金は１０倍以上になる場合があり、そこまで広帯域は不要だが、適切な料金でできるだけ広い帯域でデータ伝送をしたいという要求がある。このような問題は、さらに広帯域化が進んでも、最上位領域においては今後も存在するものであり、これを解決する１つの手法として、バルク通信などのより低い帯域の回線を複数束ねて使用する手法が知られている。例えば、バルク伝送装置において、回線インターフェースと回線との誤接続があった場合に、簡単に誤接続の影響を取り除いて正しくデータの復元を行うことを目的とし、外部の端末とデータの入出力を行う端末インターフェースと、複数の回線との間でデータの送受信を行うための複数の回線インターフェースと、端末インターフェースが受信した入力データを分割し所定形式のパケットを生成して回線インターフェースに送信する送信データ分割制御手段と、回線インターフェースが回線から受信したパケットの送信元回線インターフェースを識別する送信元インターフェース識別手段と、パケットから分割データを取り出して送信元インターフェース識別手段の識別結果に基づく順番で分割データを結合する分割データ結合手段と、を有しているバルク伝送装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−１６５６２５号公報

しかし、従来の特許文献１に記載された技術によると、特別なプロトコルを前提として複数回線の使用を実現されているため、特定の使用方法が必要となるという問題がある。

本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、データを送受信する装置側で特別な処理を必要とすることなく、通常のインターネット回線を複数使用してより広い帯域の通信環境を実現することによって、より低いコストで高速通信環境を取得することができるデータ伝送装置およびプログラムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、データ伝送を複数の伝送経路に分散して通信するデータ伝送装置であって、送信インタフェースから送信データを受信して複数のパケットに分割して、複数の伝送経路の各インターネット回線インタフェースに分割したパケットを順に送信する分割送信手段と、複数のインターネット回線インタフェースから送信されたパケットを受信して順に結合する受信結合手段とを備え、分割送信手段は複数の伝送経路のうち所定の状態を有する伝送経路を使用する頻度を低くすることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のデータ伝送装置において、所定の状態の伝送経路が所定の状態が変化する、変化した状態に応じて頻度を変更することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のデータ伝送装置において、所定の状態は、所定以上の送信量の通信を行っている状態であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載のデータ伝送装置において、所定の状態は、所定以上の再送要求を受信している状態であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載のデータ伝送装置において、所定の状態は、所定以上のレイテンシの状態であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のデータ伝送装置において、頻度は、レイテンシが大きいほど低く設定することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のデータ伝送装置において、伝送経路は、トンネルによりボンディングされていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のデータ伝送装置において、インターネット回線インタフェースは、複数の伝送経路の各々についての仮想的なパス手段であることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載のデータ伝送装置において、遅延を有する伝送経路は、予め伝送経路の特性、時間帯、地域に基づき判定することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載のデータ伝送装置において、遅延を有する伝送経路は、予め取得した各伝送経路の統計データに基づき判定することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載のデータ伝送装置において、パケットは、１５００ＭＴＵ以下であることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、データ伝送を複数の伝送経路に分散して通信するデータ伝送方法であって、送信インタフェースから送信データを受信して複数のパケットに分割して、複数の伝送経路の各インターネット回線インタフェースに分割したパケットを順に送信する分割送信ステップと、複数のインターネット回線インタフェースから送信されたパケットを受信して順に結合する受信結合ステップとを備え、分割送信ステップにおいて、複数の伝送経路のうち所定の状態を有する伝送経路を使用する頻度を低くすることを特徴とする。

請求項１３に記載の発明は、データ伝送装置に、データ伝送を複数の伝送経路に分散して通信するデータ伝送方法を実行させるプログラムであって、データ伝送方法は、送信インタフェースから送信データを受信して複数のパケットに分割して、複数の伝送経路の各インターネット回線インタフェースに分割したパケットを順に送信する分割送信ステップと、複数のインターネット回線インタフェースから送信されたパケットを受信して順に結合する受信結合ステップとを備え、分割送信ステップにおいて、複数の伝送経路のうち所定の状態を有する伝送経路を使用する頻度を低くすることを特徴とする。

本発明によると、送信インタフェースから送信データを受信して複数のパケットに分割して、複数の伝送経路の各インターネット回線インタフェースに分割したパケットを順に送信する分割送信手段と、複数のインターネット回線インタフェースから送信されたパケットを受信して順に結合する受信結合手段とを備え、分割送信手段は複数の伝送経路のうち所定の状態を有する伝送経路を使用する頻度を低くするので、低いコストで高速通信環境を取得することができる。

本発明の一実施形態の全体のシステム構成図である。 本発明の一実施形態のシステム全体の一連のデータ送信処理の流れを示す図である。 本発明の一実施形態のデータ伝送装置の処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態のデータ伝送装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態のデータ伝送装置のデータを伝送する処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態のデータ伝送装置のデータを受信する処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態のレイテンシによる優先度を割り当てる処理を示すフローチャートである。

以下、本発明のデータ伝送装置およびプログラムについて図面を参照して実施形態を説明する。なお、異なる図面でも、同一の処理、構成を示すときは同一の符号を用いる。

本実施形態では、システム間をインターネット回線で接続しデータ伝送を行う場合、通常は所望の条件で契約した１つの回線を用いて接続し、データ伝送を行う。回線事業者との契約条件は、保証する品質などと並び回線速度を定める。その他の契約条件も影響するが回線速度が高いほど利用料金は高くなり、特にハイエンドでは、速度の差以上に価格差が増大する。例えば、１Ｇｂｐｓの利用料金が数万円とすると、１００Ｇｂｐｓの契約は１０００万円といった高額になる場合がある。すなわち、例えば１Ｇｂｐｓを超える速度が必要だがハイエンドの速度まで必要ない場合、ユーザは必要な速度に見合わない利用料金を支払うか、低い速度で我慢しなければならない。

そこで、本発明者は回線を束のように使用することにより、低料金の複数の回線を契約し、必要かつ十分な速度を合理的な利用料金で利用することができるデータ伝送装置を開発した。例えば、５Ｇｂｐｓ必要な場合、割高な１００Ｇｂｐｓの回線契約にせずに、1Ｇｂｐｓの回線を５回線分契約して使用することにより、必要十分な速度を合理的な料金で利用することができる。このような回線利用を実現するため、本発明の各実施形態のデータ伝送装置は、送信側においてシステムから受け取ったデータを複数回線に分けて送信することができるように、パケットに分割して順に接続された回線に分割したパケットを送信する。一方、受信側のデータ伝送装置は、各回線から受信するパケットを順に結合しデータを復元してシステムに受け渡す。

なお、本明細書では、データを分割したデータ単位をパケットまたはフレームと呼ぶが、伝送するための１つの単位であり、データユニットあるいはメッセージ等の意味であり、特に区別するものではなく、いずれも含む広い概念として解釈するものとする。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態で用いるデータ伝送装置の具体的なシステムの動作及び処理を以下に説明する。図１は、本発明の一実施形態の全体のシステム構成図である。本システムでは、データ送受信システム１０１、１０２はネットワーク１０３を介してデータの送受信を行う。データ送受信システム１０１、１０２は、通常は例えばＬＡＮなどのネットワークで接続されたクライアントサーバシステムであるが、インターネット等のネットワークを介してデータの送受信ができれば、単一の端末やサーバ、その他本技術分野で知られたいずれのシステムとすることもできる。

図２は、本実施形態のシステム全体の一連のデータ送信処理の流れを示す図である。本実施形態ではデータを送信しようとするシステムである送信側２０１からデータが送られると、複数のパケットに分割し、複数の回線２１２を用いて順に送信する。本実施形態ではパケットは固定長とするがこれに限られず可変長とすることもできる。例えば、図２に示すように分割されたパケットは、先ずＡ−１とＢ−１を結ぶ回線２２１に送られ、次のパケットはＡ−２とＢ−２を結ぶ回線２２２に送られといったように順に送られる。受信側２０２では、受信したパケットを順に結合して元のデータとしてシステムに受け渡す。本実施形態の原理は以上のようなものであるが、実際に本実施形態を実装する際は、物理的な経路２２１〜２２３は様々な要因で変更される可能性が有るので、トネリング技術により論理的なインタフェースで通信を制御する。これにより論理的な経路２１１を指定することにより通信することができるが、これに限られず本技術分野で知られたハードウェアに依存しないいずれかの通信技術を用いることができる。つまり、Ａ’−１とＢ’−１という論理的な経路２１１を使用して通信を行う場合、実際には、Ａ−１とＢ−１を接続する回線であったり、Ａ−１とＢ−２を接続する回線であったりしても、本実施形態のデータ伝送装置は、それを意識することなく複数の回線を用いたデータ伝送を実現することができる。

図３は、本発明の一実施形態のデータ伝送装置のデータ送信処理を説明するための図であり、図４は、本発明の一実施形態のデータ伝送装置の機能ブロック図である。また、図５は、本発明の一実施形態のデータ伝送装置のデータを伝送する処理を示すフローチャートであり、図６はデータを受信する処理を示すフローチャートである。

本実施形態のデータ伝送装置２０１は、データを受信するためにデータを提供するＬＡＮ３０１を介して、図示しないサーバまたは端末等に接続されており、データ受信管理モジュール４０１がデータを受信する。

図４に示すように、本実施形態のデータ伝送装置２０１は、データ受信管理モジュール４０１のほかに、ＬＡＮ３０１を介して取得したデータをフレームに分割して送信する分割送信管理モジュール、受信側としてフレームを受信して元のデータに結合する受信結合管理モジュール４０３、結合したデータをＬＡＮ３０１を介してシステムに受け渡す送信管理モジュール４０４および送信回線の状態を監視し、その状態に合わせて使用するか否かを管理する伝送経路管理モジュール４０５を備える。図５に示すフローチャートにしたがって、先ずサーバ等から送信すべきデータを受信すると、分割送信管理モジュール４０２は、ボンディングされた論理インタフェースから受信したデータを分割し（ステップ５０１）、分割されたパケットには順にパケット番号を付与する（ステップ５０２）。パケット番号は、受信側で結合するために使用されるが、シーケンシャルに付与されれば本技術分野で知られるいずれの手法で決定することができ、パケットへの埋め込みについてもここでは詳述しないが、本技術分野で知られるいずれかの方法で行うことができる。所定の順番で各回線アダプタ３１１〜３１２に、分割したパケットを送る（ステップ５０３）。さらにパケットのサイズは本技術分野で知られたいずれのものも使用することができるが、送信効率やエラー率のバランスから例えば１５００ＭＴＵ程度とすることができ、またはこれよりも小さいサイズのパケットとすることもできる。

ここで、送信に使用する送信回線は各々通信制御を行ってデータを伝送するから、伝送状態が個々に異なってくる。すなわち、一般に同じキャリアの回線であっても途中の通信経路は異なっているため、実際の通信速度や応答時間は回線ごとに異なり、送信可能なデータ量に差異が出てくる。このため、分割したパケットを同じ頻度で送信すると、パケットを送信する送信回線ごとに受信される量や時間が相違してくるが、受信側でデータを組み立てる際は、全てのパケットを受信しなければ同じデータの再現ができないので、待機等の無駄な時間が発生し効率が低下する。本実施形態では、このようなことが発生しないように、伝送経路管理モジュール４０５が各送信回線の状態に応じてパケットを送信する頻度を変化させ、迅速に送信される送信回線をより多く使用して多くのパケットを送信するようにし、通信速度が下がっている送信回線では単位時間内で送信するパケットの数を減らして、受信側で遅い回線を伝送されるパケットを待機することが少ないようにすることができる。

例えば分割したパケットを、先ず送信回線Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３を使用して順に送信し、送信回線Ａ−２の応答時間（レイテンシ）が長くなっているときは、その後送信回線Ａ−１を使用して送信した後、次に送信回線Ａ−２ではなく送信回線Ａ−３を使用してデータを送信する。このように例えば２回に１回は送信回線Ａ−２を使用しないようにすれば、データ送信の使用頻度が２分の１になるから、より応答時間の短い送信回線Ａ−１、Ａ−３をより多く使用することができるので、全体としてデータ送信の効率を向上させることができる。具体的には、分割したパケットに付与されたパケット番号が、パケット１、パケット２・・・とした場合、先ず送信回線Ａ−１を使用してパケット１が送信され、次に送信回線Ａ−２を使用してパケット２が送信される。そうすると、送信回線Ａ−１はパケット１、４、６、９、１１、１４を送信し、送信回線Ａ−２はパケット２、７、１２を送信し、送信回線Ａ−３はパケット３、５、８、１０、１３、１５を送信するので、パケット１~１５を順に送信するときは送信回線Ａ−１とＡ−３が６個のパケットを送信する間に、送信回線Ａ−２は３個のパケットしか送信しないこととなる。このように設定することにより、レイテンシの低い送信回線Ａ−２が３パケット送る間に他の送信回線は６パケット送信することができ、レイテンシの低い送信回線で同数のパケットを送信するのに比較して、受信側は低いレイテンシの送信回線ですべてのパケットを受信するまで待機することなく結合処理に進めることができるので効率が高くなり、より高速のデータ通信が可能となる。

なお、レイテンシを用いた制御方法は後述するが、それ以外でも送信回線の特性を示す様々な数値を使用することにより、送信回線ごとのパケット送信頻度を変えることにより、同じ効果を奏することができる。例えば、各送信回線の通信速度を計測して、実行速度に合わせた比率の頻度で各送信回線を使用するようにすることもできる。

また、一般に送信回線のデータ送信状態は、元のデータが特性、時間帯、地域により異なっていることが知られているので、このような情報に基づいて送信回線にパケットを送信する頻度を変化させたり、送信を止めたりすることによっても同様に送信の効率が高くなると考えられる。さらに、予め各送信回線の遅延などの送信状況の時間的、地理的な変動データを取得しておき、予め取得した統計データに基づいてパケットを送信することもできる。

回線アダプタ３１１〜３１３は、このようにして受け取ったパケットを各送信回線Ａ−１、Ａ−２、Ａ−３から各回線御プロトコルにしたがって送信し、図６に示すフローチャートにしたがって、受信側のデータ伝送装置の受信結合管理モジュール４０３で受信された後（ステップ６０１）、順に結合され元のデータが生成される（ステップ６０２）。パケットの結合はパケットに付されたパケット番号に応じて順に行われるが、回線ごとに到達時間に差異があるので、順番に届かない場合を考慮して、受信したパケットはバッファ等に一時的に保持する等により、各パケットの同期を図ってパケットを結合する。ただし、上述の通り各送信回線の送信速度に合わせて送信するパケットの数を変え、各送信回線で待機時間が最小になるように調整される。また、同じ送信回線でもパケットごとに送信経路が異なることが有り、受信の順序が異なる可能性が有るため、基本的には一定のバッファ等で同期をとって順番通りにデータを組み立てるようにするが、本実施形態では本来既に受信しているはずのパケットが受信されないときは、所定の時間を設定しておいて、これを超えると送信側に再送要求を行う。これにより、未受信のパケットをひたすら待つことなく、処理を進めることが可能になる。このようにして、データ送信管理モジュール４０４は、受信したパケットを予め定められた順に結合してデータをボンディングされた論理インタフェースに送信し（ステップ６０３）、サーバ等が受信したデータを処理する。

（レイテンシによる優先度の設定）
上述したように、本実施形態では送信回線に送信するパケット数の管理を送信回線ごとに行って、全体として効率の高い送信を可能にするが、管理の一手法として各送信回線のレイテンシを測定して、各々優先度を割り当て、割り当てられた優先度に基づいてパケットを送信することにより各送信回線を管理する。

図７は、本実施形態のレイテンシによる優先度を割り当てる処理を示すフローチャートである。伝送経路管理モジュール４０５は、定期的にあるいは不定期にＰＩＮＧを行って、パケットの要求から受信までの時間であるレイテンシを計測する（ステップ７０１）。本実施形態では、通常の３２バイトよりも大きなパケットサイズでＰＩＮＧを行ってレイテンシを測定するが、これに限られず本実施形態で知られるいずれかの手法でレイテンシを測定することができ、また計測のタイミングもシステム使用環境に合わせて決定することができる。

以上のように各送信回線のレイテンシが得られると、レイテンシを考慮して優先度を決定する（ステップ７０２）。すなわち、一般にレイテンシが短い送信回線はより多くのデータを送信できるので優先的に使用されるように優先度を設定する。本実施形態では、送信回線を順に使用してパケットを送信し、最後の送信回線を使用した送信までを１サイクルとして、その送信回線を何サイクルに１回使用するかを優先度として割り当てる。

例えば優先度を１ないし１００とすることができ、この場合、これに限られないが図３に示すように３つの送信回線を用いるとすると、送信回線Ａ−１に１、Ａ−２に５、Ａ−３に２０等と割り当てることができる。このような優先度が割り当てられると、毎サイクルで送信回線Ａ−１を使用し、送信回線Ａ−２は５サイクルに１回使用し、送信回線Ａ−３は２０サイクルに１回使用するようにして、送信回線の使用頻度をレイテンシに合わせて異ならせることにより、よりレイテンシの短い送信回線をより多く使用できるようにして使用効率を高くすることができる。ここで、優先度の決定はレイテンシの適切な閾値を決定して、閾値で確定されるレイテンシ群ごとに、適切な優先度を本技術分野で知られた手法で割り当てて使用する。すなわち、レイテンシは送信回線の伝送可能量を直接示す特性ではないが、一定期間内に送信可能なデータ量に大きく影響するので、実際のシステム構成や通信環境を考慮して、所定のレイテンシの送信回線はどの程度の優先度を割り当てるかを決定する。

以上の処理を行っていない送信回線があれば（ステップ７０３のＮｏ）、レイテンシの計測および優先度の更新を続け、使用する回線について一連の処理が終了したときは（ステップ７０３のＹｅｓ）処理を終了する。

Claims (13)

1. データ伝送を複数の伝送経路に分散して通信するデータ伝送装置であって、
   送信インタフェースから送信データを受信して複数のパケットに分割して、前記複数の伝送経路の各インターネット回線インタフェースに前記分割したパケットを順に送信する分割送信手段と、
   前記複数のインターネット回線インタフェースから前記送信されたパケットを受信して順に結合する受信結合手段と
   を備え、前記分割送信手段は前記複数の伝送経路のうち所定の状態を有する伝送経路を使用する頻度を低くすることを特徴とするデータ伝送装置。
2. 前記所定の状態の伝送経路が前記所定の状態が変化する、変化した状態に応じて前記頻度を変更することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送装置。
3. 前記所定の状態は、所定以上の送信量の通信を行っている状態であることを特徴とする請求項１または２に記載のデータ伝送装置。
4. 前記所定の状態は、所定以上の再送要求を受信している状態であることを特徴とする請求項１または２に記載のデータ伝送装置。
5. 前記所定の状態は、所定以上のレイテンシの状態であることを特徴とする請求項１または２に記載のデータ伝送装置。
6. 前記頻度は、前記レイテンシが大きいほど低く設定することを特徴とする請求項５に記載のデータ伝送装置。
7. 前記伝送経路は、トンネルによりボンディングされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のデータ伝送装置。
8. 前記インターネット回線インタフェースは、前記複数の伝送経路の各々についての仮想的なパス手段であることを特徴とする請求項７に記載のデータ伝送装置。
9. 前記遅延を有する伝送経路は、予め伝送経路の特性、時間帯、地域に基づき判定することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のデータ伝送装置。
10. 前記遅延を有する伝送経路は、予め取得した各伝送経路の統計データに基づき判定することを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のデータ伝送装置。
11. 前記パケットは、１５００ＭＴＵ以下であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のデータ伝送装置。
12. データ伝送を複数の伝送経路に分散して通信するデータ伝送方法であって、
    送信インタフェースから送信データを受信して複数のパケットに分割して、前記複数の伝送経路の各インターネット回線インタフェースに前記分割したパケットを順に送信する分割送信ステップと、
    前記複数のインターネット回線インタフェースから前記送信されたパケットを受信して順に結合する受信結合ステップと
    を備え、前記分割送信ステップにおいて、前記複数の伝送経路のうち所定の状態を有する伝送経路を使用する頻度を低くすることを特徴とするデータ伝送方法。
13. データ伝送装置に、データ伝送を複数の伝送経路に分散して通信するデータ伝送方法を実行させるプログラムであって、該データ伝送方法は、
    送信インタフェースから送信データを受信して複数のパケットに分割して、前記複数の伝送経路の各インターネット回線インタフェースに前記分割したパケットを順に送信する分割送信ステップと、
    前記複数のインターネット回線インタフェースから前記送信されたパケットを受信して順に結合する受信結合ステップと
    を備え、前記分割送信ステップにおいて、前記複数の伝送経路のうち所定の状態を有する伝送経路を使用する頻度を低くすることを特徴とするプログラム。