JP3240240B2 - パケット網の輻輳防止方法および該方法を用いた通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パケット網に接続した
端末間でパケットを送受信する場合のパケット網の輻輳
防止方法および該方法を用いた通信システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】パケット網において、網に輻輳が生じた
場合には、伝送遅延が増加し、パケット廃棄が生じる。
伝送遅延が増加すると、実時間通信の映像通信や音声通
信のように許容遅延が小さい通信は不可能になる。ま
た、パケット廃棄が生じると、受信端末での復号映像や
復号音声に大きな劣化が生じたり、データ再送の発生で
輻輳がさらに悪化し、スループットが極端に低下する。

【０００３】そこで、通信に先立ち、端末から網に対し
て通信帯域の予約を行うことで、輻輳の発生を未然に防
ぐ方法が考えられている。これは、中継ノードや網サー
バで端末からの通信帯域の要求を受け、通信帯域が確保
できれば、通信を許可し、確保できなければ拒否する方
法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法における上
述したような通信帯域の予約においては、トラフィック
の発生特性が通信により様々であるため、中継ノードや
網サーバで厳密にトラフィックを予約／管理することが
難しい。従って、予約可能なトラフィックの総量に大き
な安全率を見越す必要があり、伝送幅を有効に使えない
という第１の問題がある。

【０００５】また、輻輳を防止するために、端末は予約
した通信帯域を守る必要があり、網の通信帯域に余裕が
ある場合でも、伝送幅を大きくできないという第２の問
題がある。

【０００６】更に、通信帯域が上限まで予約される機会
が多いと、新たな通信が拒否される機会が増えるという
第３の問題がある。

【０００７】非常に広く使用されているパケット網であ
るＩＰ(version．4)ネットワークでは、このような通信
帯域の割り当てを行っていない。そこで、網に対して通
信帯域の予約を行わない場合、通信開始後に輻輳を防止
する必要がある。輻輳を防止するためには、輻輳を早期
に検出し、送信端末の通信ビットレートの制御を行う。
輻輳の検出は、中継ノードで行う方法と端末で行う方法
がある。中継ノードでは蓄積パケット数がしきい値を超
えたり、バッファあふれによりパケット廃棄を行った場
合に、輻輳を検出し、端末に伝える（ＥＣＮ：Explicit
Congestion Notification）。検出した輻輳は、パケッ
トヘッダにフラグを立てることにより受信端末に伝え、
さらに受信端末は送信端末に制御パケットを送ることで
輻輳を伝える（ＦＥＣＮ：Forward ＥＣＮ）。あるい
は、輻輳を検出した中継ノードが送信端末に輻輳を伝え
る制御パケットを送出する(Backward ＥＣＮ）。この方
法は中継ノードにＥＣＮの機能がなければ、使用できな
いという第４の問題がある。

【０００８】また、中継ノードの処理能力が限界となっ
て、輻輳が生じた場合には、ＥＣＮ処理により中継ノー
ドの処理負荷が増し、さらに輻輳が悪化するという第５
の問題がある。

【０００９】端末での輻輳の検出としては、受信端末に
おける廃棄パケットの検出による方法、あるいは往復パ
ケットを生成し、往復時間がしきい値を超えた場合を検
出する方法がある。輻輳が発生した場合、伝送遅延の増
加後、パケット廃棄が生じるため、パケット廃棄の検出
では早期に輻輳を検出することができないという第６の
問題がある。

【００１０】パケット往復時間の測定では、通信路が方
向毎に独立な場合には片方向に輻輳が生じた場合でも往
復時間が増幅するため、輻輳が生じていない方向も輻輳
として検出してしまうという第７の問題がある。

【００１１】更に、マルチキャスト通信の場合には、受
信端末が複数存在するため、輻輳を検出するために、全
ての受信端末とのパケット往復時間を測定すると、送信
端末では往復時間測定のための処理負荷が増すという第
８の問題がある。

【００１２】また、測定のための周期的な往復パケット
の生成によりトラフィックが増すという第９の問題があ
る。

【００１３】輻輳検出による送信端末の送信ビットレー
ト制御では、符号化映像や音声の実時間通信において、
送信ビットレート制御を行うと、符号化された信号が送
信できないため、実時間性が保てないという第１０の問
題がある。

【００１４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、輻輳の発生を検出して送信側
のビットレートを制御することにより輻輳を適確に防止
することができるパケット網の輻輳防止方法および該方
法を用いた通信システムを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のパケット網の輻輳防止方法は、パケット網
に接続した端末間で一定の送信時間間隔でパケットを送
受する場合の輻輳防止方法であって、送信端末におい
て、該送信端末から受信端末にむけて一定の送信時間間
隔でパケットを送信すると共に該送信時間間隔を通知
し、前記受信端末において、パケットを受信した時点で
送信時間間隔より大きい時間を受信端末のタイマに設定
し、タイマに設定された時間とタイムアウト数の積で受
信端末におけるパケット受信時間を表し、送信時間間隔
と受信パケット数の積で送信端末におけるパケット送信
時間を表し、タイマを連続的に作動させ、タイマがタイ
ムアウトするごとに、伝送遅延の増加量をパケット受信
時間とパケット送信時間の差と比較し、伝送遅延の増加
量がパケット受信時間とパケット送信時間の差よりも小
さくなったときに輻輳を検出し、輻輳通知を前記送信端
末に送信し、前記送信端末において、受信端末から輻輳
の通知を受信した場合、実時間で符号化を行い、符号化
信号を送信する場合に、符号化信号の速度を変化させる
ことで送信するパケットのパケット長あるいは前記送信
時間間隔を変化させ、パケット長と送信時間間隔に基づ
いて計算される送信ビットレートを制御することを特徴
とする。

【００１６】また、本発明のパケット網の輻輳防止方法
は、パケット網に接続した端末間で一定の送信時間間隔
でパケットを送受する場合の輻輳防止方法であって、送
信端末において、該送信端末から受信端末にむけて一定
の送信時間間隔でパケットを送信すると共に該送信時間
間隔を通知し、前記受信端末において、パケットを受信
した時点で送信時間間隔より小さい時間を受信端末のタ
イマに設定し、タイマに設定された時間とタイムアウト
数の積で受信端末におけるパケット受信時間を表し、送
信時間間隔と受信パケット数に１を加えた数の積で送信
端末におけるパケット送信時間を表し、タイマを連続的
に作動させ、タイマがタイムアウトするごとに、伝送遅
延の増加量をパケット受信時間とパケット送信時間の差
と比較し、伝送遅延の増加量がパケット受信時間とパケ
ット送信時間の差よりも小さくなったときに輻輳を検出
し、輻輳通知を前記送信端末に送信し、前記送信端末に
おいて、受信端末から輻輳の通知を受信した場合、実時
間で符号化を行い、符号化信号を送信する場合に、符号
化信号の速度を変化させることで送信するパケットのパ
ケット長あるいは前記送信時間間隔を変化させ、パケッ
ト長と送信時間間隔に基づいて計算される送信ビットレ
ートを制御することを特徴とする。

【００１７】更に、本発明のパケット網を用いた通信シ
ステムは、パケット網に接続した端末間で通信を行う通
信システムにおいて、送信端末は、送信するパケットの
送信時間間隔を適宜変化させて受信端末に送信する手段
と、前記送信時間間隔を変更した場合に、前記送信時間
間隔の変更を前記受信端末に送信する手段と、前記受信
端末からの輻輳の通知を受信する手段と、輻輳の通知の
受信により、送信するパケットの前記送信時間間隔ある
いは送信するパケットのパケット長と前記送信時間間隔
の両方を変化させ、パケット長と送信時間間隔に基づい
て計算される送信ビットレートを制御する手段とを有
し、前記受信端末は、前記送信端末からの前記送信時間
間隔を受信する手段と、前記送信端末からのパケットを
受信する手段と、受信した前記送信時間間隔と異なる値
にタイマを設定し、タイマを連続的に作動させ、タイマ
がタイムアウトした回数とタイマの設定時間を乗じた値
と、受信したパケット数と前記送信時間間隔と乗じた値
とを比較することにより、輻輳を検出する手段と、輻輳
検出時、輻輳通知を前記送信端末に送信する手段とを有
することを特徴とする。

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【作用】本発明のパケット網の輻輳防止方法では、送信
端末において、送信端末から受信端末にむけて一定の送
信時間間隔でパケットを送信すると共に送信時間間隔を
通知し、受信端末において、パケットを受信した時点で
送信時間間隔より大きい時間を受信端末のタイマに設定
し、タイマに設定された時間とタイムアウト数の積で受
信端末におけるパケット受信時間を表し、送信時間間隔
と受信パケット数の積で送信端末におけるパケット送信
時間を表し、タイマを連続的に作動させ、タイマがタイ
ムアウトするごとに、伝送遅延の増加量をパケット受信
時間とパケット送信時間の差と比較し、伝送遅延の増加
量がパケット受信時間とパケット送信時間の差よりも小
さくなったときに輻輳を検出し、輻輳通知を送信端末に
送信し、送信端末において、受信端末から輻輳の通知を
受信した場合、実時間で符号化を行い、符号化信号を送
信する場合に、符号化信号の速度を変化させることで送
信するパケットのパケット長あるいは送信時間間隔を変
化させ、パケット長と送信時間間隔に基づいて計算され
る送信ビットレートを制御する。

【００３８】また、本発明のパケット網の輻輳防止方法
では、送信端末において、送信端末から受信端末にむけ
て一定の送信時間間隔でパケットを送信すると共に送信
時間間隔を通知し、受信端末において、パケットを受信
した時点で送信時間間隔より小さい時間を受信端末のタ
イマに設定し、タイマに設定された時間とタイムアウト
数の積で受信端末におけるパケット受信時間を表し、送
信時間間隔と受信パケット数に１を加えた数の積で送信
端末におけるパケット送信時間を表し、タイマを連続的
に作動させ、タイマがタイムアウトするごとに、伝送遅
延の増加量をパケット受信時間とパケット送信時間の差
と比較し、伝送遅延の増加量がパケット受信時間とパケ
ット送信時間の差よりも小さくなったときに輻輳を検出
し、輻輳通知を送信端末に送信し、送信端末において、
受信端末から輻輳の通知を受信した場合、実時間で符号
化を行い、符号化信号を送信する場合に、符号化信号の
速度を変化させることで送信するパケットのパケット長
あるいは送信時間間隔を変化させ、パケット長と送信時
間間隔に基づいて計算される送信ビットレートを制御す
る。

【００３９】本発明のパケット網を用いた通信システム
では、送信端末は、送信するパケットの送信時間間隔を
適宜変化させて受信端末に送信する手段と、送信時間間
隔を変更した場合に、送信時間間隔の変更を受信端末に
送信する手段と、受信端末からの輻輳の通知を受信する
手段と、輻輳の通知の受信により、送信するパケットの
送信時間間隔あるいは送信するパケットのパケット長と
送信時間間隔の両方を変化させ、パケット長と送信時間
間隔に基づいて計算される送信ビットレートを制御する
手段とを有し、受信端末は、送信端末からの送信時間間
隔を受信する手段と、送信端末からのパケットを受信す
る手段と、受信した前記送信時間間隔と異なる値にタイ
マを設定し、タイマを連続的に作動させ、タイマがタイ
ムアウトした回数とタイマの設定時間を乗じた値と、受
信したパケット数と送信時間間隔と乗じた値とを比較す
ることにより、輻輳を検出する手段と、輻輳検出時、輻
輳通知を送信端末に送信する手段とを有する。

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【００４８】

【００４９】

【００５０】

【００５１】

【００５２】

【００５３】

【００５４】

【００５５】

【００５６】

【００５７】

【００５８】

【００５９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明を説明する。

【００６０】まず、実施例を説明する前に、図１を参照
して、本発明の原理について説明する。一般に、ネット
ワーク上に輻輳が生じた場合には、伝送遅延が増加し、
パケット廃棄が生じるため、輻輳を早期に検出するため
には伝送遅延の検出が有効である。伝送遅延の増加はパ
ケット往復時間の測定により簡単に行えるが、上述した
ような問題点がある。フローがパケットレートで制御さ
れたパケット通信端末ではパケットの送信時間間隔が一
定であることを利用すると、次に示すように伝送遅延の
増加が早期に検出可能である。

【００６１】図１において、上の線は横軸が時間を表し
ており、黒い丸印はパケットの送出時刻を示している。
下の線の横軸も時間を表しており、黒い丸印はパケット
の受信時刻を示している。また、Ｔ_p はパケット送信時
間間隔を示している。上の横軸の丸印と下の横軸の丸印
で同じパケットは実線で結ばれている。図１はネットワ
ークの輻輳によりパケットの伝送遅延が増加した場合を
模式的に表している。図１ではパケット伝送遅延は最初
Δ１であるが、輻輳によりΔ２まで増加したことが示さ
れている。このパケット伝送遅延の増加を検出すれば、
輻輳は早期に検出可能である。なお、図１では説明のた
めにパケットを７個にしているが、Ｎ個でも同様である
（Ｎは自然数）。

【００６２】本発明者はすでに伝送遅延の増加の検出方
法として、特願平６−９４１５７号においては、簡単な
構成で輻輳を検出するために、１つのタイマを用いて輻
輳を検出する方法を記載している。しかし、この特願平
においては、１つのタイマを使用する場合には、まとま
った個数の受信パケット毎にあるいはまとまった個数の
パケット送信に要する時間毎に輻輳の判定を行うため、
輻輳の検出が遅れる問題がある。

【００６３】そこで、本発明ではこの問題を解決するた
めタイマを１つ用いる場合でも、パケット受信毎に輻輳
の判定ができるようにした。図１を参照して、輻輳を検
出する方法を説明する。送信側では時間Ｔ_p ごとにパケ
ットが送信されるが、受信側ではネットワークの輻輳に
よりパケット伝送遅延が増加し、パケットの受信が遅れ
ている。受信側では左から１個目のパケットを受信した
時点で送信時間間隔と同じ時間を設定したタイマを連続
的に動作させ、同時に受信パケット数を検出する。図１
では、７回タイムアウトした時点が＊印で表されてい
る。＊印の時点で受信したパケット数は１個目を除き、
３個である。例えば、 （タイムアウト数）＞（受信パケット数）＋３ の時点で輻輳の検出と設定した場合には、＊印の時点で
輻輳が検出されたことになる。

【００６４】なお、輻輳は図１では伝送遅延はΔ３を超
えた時点で検出されることになる。輻輳の判定はタイム
アウト毎あるいはパケット受信毎に、タイムアウト数と
受信パケット数を比較することで行うことができるた
め、本発明の輻輳検出方式においては、特願平６−９４
１５７号の問題点が解決される。

【００６５】また、パケット送信時間間隔が小さいが伝
送遅延の許容限度が大きい場合には、受信端末のタイマ
に設定する時間を送信時間間隔より大きくする。例え
ば、送信時間間隔が５msであり、輻輳の検出時の伝送遅
延の増加量が１００msである場合には、タイマの設定時
間は５０msとする。この場合、タイムアウトの頻度が減
少するために、タイムアウト数を検出するための負荷が
減少する。条件式は次式のようになる。

【００６６】

【数１】１００ms＜５０ms×（タイムアウト数）−５ms
×受信パケット数 但し、輻輳の判定はパケット受信毎にならないが、１０
０msの伝送遅延を検出するために、５０ms毎に判定を行
うため、十分早期に検出が可能となる。

【００６７】パケット送信時間間隔が大きいが伝送遅延
の許容限度が小さい場合には、受信端末のタイマに設定
する時間を送信時間間隔より小さくする。例えば、送信
時間間隔が２００msであり、輻輳の検出のときの伝送遅
延の増加量が５０msである場合には、例えばタイマの設
定時間は２５msとする。この場合、タイムアウトする度
に輻輳の判定を行うことで早期に輻輳を検出する。条件
式は次式のようになる。

【００６８】

【数２】５０ms＜２５ms×（タイムアウト数）−２００
ms×（受信パケット数＋１） 次に、実施例について説明する。

【００６９】図２は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図である。同図において、１０１は送信端末、１１
０は伝送路インタフェース制御部、１２０は接続器、１
２３は伝送路、３００はパケット送信部、４００は輻輳
通知受信部、１０２は受信端末、１３０は伝送路インタ
フェース制御部、１２１は接続器、５００はパケット受
信部、７００は輻輳通知送信部である。なお、伝送路１
２３には中継ノードを含んでもよい。

【００７０】次に、第１の実施例の作用を説明する。送
信端末１０１および受信端末１０２の接続器１２０／１
２１は伝送路１２３上の信号をそれぞれ伝送路インタフ
ェース制御部１１０／１３０に供給する。伝送路インタ
フェース制御部１１０／１３０では宛先アドレスが自ア
ドレスに合致するパケットを取り込む処理を行う。ま
た、伝送路インタフェース制御部１１０／１３０はそれ
ぞれパケット送信部３００／輻輳通知送信部７００から
転送されたパケットに自アドレスを付加し、接続器１２
０／１２１に送出し、伝送路１２３上に供給する。

【００７１】送信端末１０１のパケット送信部３００は
パケットを生成し、伝送路インタフェース制御部１１０
に転送する。次に、生成の時間間隔を送信時間間隔Ｔ_p
として、また宛先アドレスを伝送路インタフェース制御
部１３０のアドレスとして、パケット情報に付加し、伝
送路インタフェース制御部１１０に転送する。このと
き、パケット情報としてシーケンス番号を付与してもよ
い。なお、送信時間間隔Ｔ_p を受信端末に通知する他の
方法は後述する。

【００７２】受信端末１０２の伝送路インタフェース制
御部１３０で取り込まれたパケットは直ちにパケット受
信部５００に転送される。パケット受信部５００では転
送されたパケットからパケット送信時間間隔を検出し、
任意の時刻から通知された送信時間間隔と同じ時間でタ
イムアウトするように設定したタイマを連続的に作動さ
せる。パケット受信部５００では受信パケット数を検出
するとともに、受信パケット数とタイムアウト数の比較
から輻輳を検出する。

【００７３】受信端末の輻輳の検出または判定は、パケ
ット受信部５００においてパケットの送信時間間隔、受
信パケット数、およびタイマのタイムアウト数に基づい
てパケット受信毎にまたはタイマのタイムアウト毎に行
われる。そして、パケット受信部５００においては、輻
輳の判定が真である場合に、輻輳通知送信部７００に信
号を送信し、輻輳が偽であると判定すると、前記信号の
送信を停止する。従って、輻輳の判定が真でありつづけ
る場合には、信号の送信が続くことになる。

【００７４】具体的には、パケット受信部５００は受信
パケット数とタイムアウト数の比較に基づいて輻輳の検
出を行うが、例えばパケット送信時間間隔を２０msとし
て、伝送遅延の増加量が１００msを超えた場合を輻輳検
出とする場合には、 Ｎ₁ ＜（タイムアウト数）−（受信パケット数） となり、Ｎ₁ ＝５を輻輳の検出の条件とすればよい。す
なわち、受信端末では受信パケット数とタイマのタイム
アウト数を比較し、タイムアウト数がパケット受信数よ
りも５回多くなった時点で輻輳の検出とする。このと
き、パケット廃棄に対処するため、送信端末で付与した
シーケンス番号を利用し、送信パケット数を検出し、タ
イムアウト数と比較してもよい。このシーケンス番号を
利用することにより送信端末から実際に送信したパケッ
ト数がわかる。

【００７５】ここで、シーケンス番号を利用した受信
（送信）パケット数の検出方法について説明する。一例
として、パケットヘッダに８ビットのシーケンス番号を
付与する場合を説明する。８ビットで、０〜２５５まで
をサイクリックにシーケンス番号として表現できる。パ
ケット受信毎にシーケンス番号Ｓ_n を読み出し、１つ前
に受信したパケットのシーケンス番号Ｓ_d との間で次に
示す式により、１つ前の受信パケットと現受信パケット
との間で送信されたパケット数（現送信パケットを含
む）が計算でき、受信パケット数の計算に用いる。な
お、パケット廃棄がない場合には次式は常に１となる。

【００７６】また、受信パケットごとにシーケンス番号
を読み出さず、例えばパケット受信２個毎に受信パケッ
トのシーケンス番号を読み出し、受信パケット数の計算
に用いてもよい。この場合は、パケット廃棄がない場合
には次式は常に２となる。

【００７７】Ｓ_n ＞Ｓ_d の場合、Ｓ_n −Ｓ_d Ｓ_n ＜Ｓ_d の場合、Ｓ_n ＋（２５４−Ｓ_d ） このようにシーケンス番号を利用することにより、受信
パケット数として廃棄パケットも含んだパケット数を利
用でき、該パケット数とタイムアウト数とからより正確
に輻輳を検出することができる。

【００７８】一方、輻輳がなくなった場合には、伝送遅
延は減少する。そこで、 Ｎ₂ ≧（タイムアウト数）−（受信パケット数） として、Ｎ₂ ＝４となった場合には輻輳がなくなったと
する。なお、Ｎ₁ ，Ｎ₂は要求される伝送遅延の条件等
で決定する。ここで、Ｎ₂ ＜Ｎ₁ としたのは輻輳が緩和
したことを判定する条件を厳しくするためである。

【００７９】また、タイマの精度に起因する誤差を修正
するためには、例えば１０分に１回程度、タイマをリセ
ットし、受信パケット数の検出もリセットすればよい。

【００８０】輻輳を検出した場合には、輻輳通知送信部
７００に信号を送信し、輻輳の検出がなくなった場合に
は信号の送信を中止する。該信号を受信した輻輳通知送
信部７００は輻輳を通知するための輻輳通知パケットを
生成する。生成した輻輳通知パケットには宛先アドレス
として伝送路インタフェース制御部１１０のアドレスを
付加し、伝送路インタフェース制御部１３０に転送す
る。

【００８１】送信端末１０１の伝送路インタフェース制
御部１１０は受信端末１０２が送信した輻輳通知パケッ
トを受信すると、輻輳通知受信部４００に転送する。輻
輳通知受信部４００では輻輳通知パケットを受信する
と、パケット送信部３００に信号を転送する。信号を受
信したパケット送信部３００では送信ビットレートを制
御する。

【００８２】なお、受信端末で輻輳が検出された場合に
は、上述したように、送信端末に通知を行う。この場合
の通知の方法としては、輻輳通知のみを行う方法（輻輳
検出中は連続的に輻輳通知を行い、輻輳の検出がなくな
った場合に輻輳通知をやめる方法）と、輻輳通知と輻輳
解除通知を行う方法（輻輳検出開始ときに輻輳通知を行
い、輻輳の検出がなくなった場合には輻輳解除通知を行
う方法）がある。

【００８３】輻輳通知のみを行う方法では、送信端末は
輻輳通知を受信している間は輻輳が発生しているとみな
し、ある時間にわたり輻輳通知を受信しない場合には輻
輳がなくなったとみなす。また、輻輳通知と輻輳解除通
知を行う方法では、輻輳通知を受信してから輻輳解除通
知を受信するまでは輻輳が発生していると送信端末でみ
なす。

【００８４】また更に、パケット送信時間間隔と伝送遅
延との関係について考察すると、パケット送信時間間隔
が小さいが伝送遅延の許容限度が大きい場合には、受信
端末のタイマに設定する時間を送信時間間隔より大きく
する。例えば、送信時間間隔が５msであり、輻輳の検出
ときの伝送遅延の増加量が１００msである場合には、タ
イマの設定時間は５０msとする。この場合、タイムアウ
トの頻度が減少するために、タイムアウト数を検出する
ための負荷が減少する。条件式は

【数３】１００ms＜５０ms×（タイムアウト数）−５ms
×（受信パケット数） となる。但し、輻輳の判定はパケット受信毎にはならな
いが、１００msの伝送遅延を検出するために、５０ms毎
に判定を行うため、十分早期に検出が可能となる。

【００８５】パケット送信時間間隔が大きいが伝送遅延
の許容限度が小さい場合には、受信端末のタイマに設定
する時間を送信時間間隔より小さくする。例えば、送信
時間間隔が２００msであり、輻輳の検出時の伝送遅延の
増加量が５０msである場合には、例えばタイマの設定時
間は２５msとする。この場合、タイムアウトする度に輻
輳の判定を行うことで早期に輻輳を検出する。条件式は

【数４】５０ms＜２５ms×（タイムアウト数）−２００
ms×（受信パケット数＋１） となる。

【００８６】次に、送信時間間隔の通知方法と受信端末
での処理について説明する。

【００８７】送信パケットには送信時間間隔の情報を付
加するが、受信端末の処理を軽減するために、送信時間
間隔の変更を示す変更フラグを付加してもよい。これに
より変更がない場合には、受信端末はフラグを確認する
だけでよい。

【００８８】また、代わりとして、送信時間間隔の通知
は、送信時間間隔が変更される毎にパケット送信部３０
０で送信時間間隔の情報を含む制御パケットを生成する
ことで通知してもよい。この場合、例えば通信中に送信
時間間隔を変更しない場合は、通信開始時に制御パケッ
トを送信するだけでよい。

【００８９】パケットの送信時間間隔が通信中に変更さ
れた場合の受信端末の処理を次に示す。変更の通知を受
信した時点でタイマの時間設定を送信時間間隔と同じに
し、新たにタイマを連続的に作動させ、輻輳の検出を開
始する。この場合、輻輳検出の条件のＮ₁ ，Ｎ₂ も適宜
変更する。

【００９０】また、タイマに設定する時間と送信時間間
隔が異なる場合について説明する。輻輳の検出時の伝送
遅延の増加量が１００msであり、タイマの設定時間は５
０msである場合に、送信時間間隔が５msから１０msに変
更された場合には、送信時間間隔の変更の通知を受信す
ると、条件式を次のように

【数５】１００ms＜５０ms×（タイムアウト数）−５ms
×（受信パケット数） から

【数６】１００ms＜５０ms×（タイムアウト数）−１０
ms×（受信パケット数） に変更すると同時に、タイムアウト数と受信パケット数
をリセットする。

【００９１】次に、輻輳通知パケットの生成の間隔につ
いて説明する。この場合には、上述したように、輻輳通
知のみを行う場合と輻輳通知と輻輳解除通知を行う場合
とがあるが、輻輳通知のみを行う場合には、図３に示す
ように設定された時間Ｔ_s の間に輻輳通知送信部７００
からの信号を受信した場合に、時間Ｔ_s 毎に輻輳通知パ
ケットを生成する。なお、図３に示すように、信号の受
信が途切れたとしても、時間Ｔ_s の間に信号を受信した
場合には、輻輳通知パケットを生成する。図３および以
下に参照する図４〜６において、斜線を施した太線は輻
輳通知送信部７００からの信号受信を示し、黒丸「●」
は輻輳通知パケットの生成を示し、黒い太線はパケット
に輻輳通知情報を付加する区間を示している。

【００９２】また、代わりとして、図４のように時間Ｔ
_s 以上の間、輻輳通知パケットを生成していない場合
に、輻輳通知を早く行うため、パケット受信部５００か
らの信号を受信した場合、直ちに輻輳通知パケットを生
成し、以後は設定された時間Ｔ_s の間に輻輳通知送信部
７００からの信号を受信した場合に、時間Ｔ_s 毎に輻輳
通知パケットを生成する。

【００９３】なお、時間Ｔ_s を設ける理由は、輻輳通知
パケットの発生数を調整するためである。時間Ｔ_s を大
きくすると、輻輳検出時の輻輳通知パケットの発生数を
少なくすることができる。

【００９４】また、輻輳通知と輻輳解除通知を行う場合
には、図５に示すように、設定された時間Ｔ_s の間に輻
輳通知送信部７００からの信号を受信した場合に、輻輳
通知パケットを生成し、以後時間Ｔ_s 毎に輻輳通知送信
部７００からの信号を監視し、時間Ｔ_s の間に信号を受
信しなかった場合に、輻輳解除パケットを生成してもよ
い。なお、輻輳通知パケットを生成するのは、それ以前
に生成した最後のパケットが輻輳解除通知パケットであ
る場合か、輻輳通知パケットを一度も生成していないか
のどちらかである。また、輻輳解除通知パケットを生成
するのは、それ以前の最後に生成したパケットが輻輳通
知パケットである場合である。

【００９５】また、代わりとして、図６に示すように、
パケット受信部５００からの信号を受信した場合、直ち
に輻輳通知パケットを生成し、以後は設定された時間Ｔ
_s 毎に一度も輻輳通知送信部７００からの信号を受信し
ない場合に、輻輳解除パケットを生成する。

【００９６】なお、輻輳通知パケットを生成するのは、
それ以前に生成した最後のパケットが輻輳解除通知パケ
ットである場合か、または輻輳通知パケットを一度も生
成していないかのどちらかである。また、輻輳解除通知
パケットを生成するのは、それ以前の最後に生成したパ
ケットが輻輳通知パケットである場合である。

【００９７】なお、本実施例では説明を簡単にするため
に、送信端末と受信端末を別にしているが、送受同時に
行う端末であれば、送信パケットに輻輳通知の情報を付
加してもよい。この場合、図３〜図６に示す黒い太線の
間は輻輳通知の情報を付加する。すなわち、輻輳通知パ
ケットを送信に対応する時点から以後、Ｔ_s 時間の間に
送信されるパケットには輻輳通知の情報を付加する（図
３，４に対応）。あるいは、輻輳通知パケットの生成か
ら輻輳解除パケットの生成までの間に送信されるパケッ
トには輻輳通知の情報を付加する（図５，６に対応）。

【００９８】次に、送信端末１０１における送信ビット
レートの制御について説明する。この場合には、輻輳通
知が通知のみを行う場合と輻輳通知が通知と解除通知の
両方を行う場合とがあるが、まず輻輳通知が通知のみを
行う場合について説明する。この場合の制御の基本にお
いては、送信端末１０１のパケット送信部３００では、
図７に示すように、時間Ｔ₀ の間に、輻輳通知受信部４
００から信号を受信した場合、送信ビットレートを小さ
くする。なお、図７および以下説明する図８〜１１にお
いて、ｏ印は輻輳通知受信部４００からの信号受信を示
している。

【００９９】逆に時間Ｔ₁ の間に、輻輳通知受信部４０
０から信号を受信しない場合には、送信ビットレートを
大きくする。時間Ｔ₀ およびＴ₁ を設けるのは、制御の
感度を調節するためである。但し、図８に示すように送
信ビットレートを１段階小さくした後、時間Ｔ₀ 以上Ｔ
₁ 以内で輻輳通知受信部４００から信号を受信した場合
は、直ちに、送信ビットレートを１段階小さくする。

【０１００】図８に示す制御はＴ₀ ＜Ｔ₁ の場合に行う
が、時間Ｔ₀ を与える理由はビットレートを小さくしす
ぎないようにするためであるので、時間Ｔ₀ を越えた場
合には、直ちにビットレートを小さくすることで制御は
遅れすぎないようにする。

【０１０１】なお、送信ビットレートの制御段階数は２
以上の整数である。また、送信ビットレートを小さくす
る場合は、１度に２段階以上小さくしてもよい。また、
時間Ｔ₀ はＴ₁ を送信ビットレートの大きさの関数とし
てもよい。図７において、時間Ｔ₀ およびＴ₁ と前記時
間Ｔ_s との関係は、Ｔ_s ≦Ｔ₀ およびＴ_s ≦Ｔ₁ であ
る。

【０１０２】また、図７および図８に示した以外に、制
御の感度を調節するために以下のような制御をしてもよ
い。

【０１０３】図９に示すように送信ビットレートが最大
レートの場合には輻輳通知受信部４００から信号を受信
すれば、直ちに、送信ビットレートを１段階小さくす
る。これは、送信レートが最大のときに輻輳が発生して
いるので、輻輳を早く緩和するために直ちにビットレー
トを小さくするためである。

【０１０４】また、図１０に示すように送信ビットレー
トを大きくしたあと、時間Ｔ₁ 以内に輻輳通知受信部４
００から信号を受信した場合には、直ちに、送信ビット
レートを１段階小さくする。これは、送信レートを大き
くしたために、輻輳が発生したとみなし、即座にビット
レートを小さくするためである。

【０１０５】図８、図９および図１０に示したビットレ
ート制御を行った場合には、図１１に示すように次の時
間Ｔ₀ 以内に輻輳通知受信部４００から信号を受信した
場合は信号を無視し、時間Ｔ₀ 以後から制御を開始す
る。これは、輻輳通知受信時に即座に送信ビットレート
を小さくした場合には、輻輳の通知を連続的に受信する
と、必ず送信ビットレートを更に１段階小さくしてしま
うため、これを避けるためである。

【０１０６】なお、図７、図８、図９および図１０で
は、送信ビットレートの制御を等幅のビットレートで行
うように図示しているが、減少時には送信ビットレート
に１より小さな係数を乗じるようにし、増大時には一定
の大きさを加算するようにしてもよい。

【０１０７】また、輻輳通知が通知と解除通知の両方を
行う場合には、送信端末１０１の伝送路インタフェース
制御部１１０は受信端末１０２が送信した輻輳通知パケ
ットを受信してから、輻輳解除通知パケットを受信する
まで、輻輳通知受信部４００に輻輳を示す信号を送信し
続ける。

【０１０８】次に、送信ビットレートの変更方法につい
て説明する。送信ビットレートを変更する方法には、パ
ケット長を変更する方法、パケット送出間隔を変更する
方法、またはその両方を同時に行う方法がある。

【０１０９】次に、実時間の映像／音声通信を行う場合
について説明する。符号化映像／音声のビットレートを
変更することで、送信ビットレートを変更する。符号化
映像のビットレートは量子化幅や符号化フレーム速度を
変更することで可能である。また、音声符号化速度は、
例えば、ＩＴＵ ＴＳ Ｇ．７２２符号化の場合には、
６４，５６，４８の３段階で符号化速度の変更が可能で
ある。また、ＩＴＵＴＳ Ｇ．７１１（６４ｋｂｐｓ）
からＧ．７２８（１６ｋｂｓｐ）に変更することで可能
である。映像／音声通信の場合には、パケット化遅延を
最小限にするため、パケット送出間隔を変更するより
も、パケット長を変更したり、またはパケット化遅延が
許容値を超えない範囲でパケット送出間隔を変更する。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パケット通信網において端末で輻輳を早期にかつ通信路
の方向毎に検出することができ、輻輳検出のための処理
負荷が送信端末に集中せずに小さくでき、輻輳検出のた
めのトラフィック増加が少ない。

【０１１１】また、本発明によれば、輻輳検出時には送
信端末の送信ビットレートを伝送遅延量の増加量がしき
い値を超えないように制御するため、伝送遅延の増加を
抑えることができる。特に、実時間性が要求される通
信、例えば実時間の映像／音声通信については符号化速
度を制御し送信ビットレートを制御するため、実時間性
を確保することが可能である。

【０１１２】更に、通信帯域を予約した場合に予約した
以上に送信ビットレートを増加させても、輻輳検出時に
は送信ビットレートを予約した値に制御することが可能
であるため、網の通信帯域を有効に使用することが可能
である。また、通信帯域の予約が上限であっても、新た
な通信を許可でき、予約の上限を増やすことが可能であ
る。更に、端末での輻輳防止を期待できるため、網での
輻輳制御の負荷が軽減する。また、網の通信帯域管理が
簡単にできるようにし、伝送幅を有効に利用でき、更に
網の通信帯域に余裕がある場合には、端末は予約した以
上の通信帯域を使用でき、かつ輻輳を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】送信時間間隔に対する受信時間間隔の遅れの和
が伝送遅延の増加量と等価であることを示す本発明の原
理を説明するための図である。

【図２】本発明の一実施例に係わる構成を示すブロック
図である。

【図３】輻輳の通知を行う時間を説明する図である。

【図４】輻輳の通知を行う時間を説明する図である。

【図５】輻輳の通知を行う時間を説明する図である。

【図６】輻輳の通知を行う時間を説明する図である。

【図７】送信端末の送信ビットレートの制御を説明する
図である。

【図８】送信端末の送信ビットレートの制御を説明する
図である。

【図９】送信端末の送信ビットレートの制御を説明する
図である。

【図１０】送信端末の送信ビットレートの制御を説明す
る図である。

【図１１】送信端末の送信ビットレートの制御を説明す
る図である。

【符号の説明】

１０１ 送信端末 １０２ 受信端末 １１０，１３０ 伝送路インタフェース制御部 １２０，１２１ 接続器 １２３ 伝送路 ３００ パケット送信部 ４００ 輻輳通知受信部 ５００ パケット受信部 ７００ 輻輳通知送信部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 12/56 H04L 12/28 H04L 29/00 - 29/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パケット網に接続した端末間で一定の送
   信時間間隔でパケットを送受する場合の輻輳防止方法で
   あって、 送信端末において、該送信端末から受信端末にむけて一
   定の送信時間間隔でパケットを送信すると共に該送信時
   間間隔を通知し、 前記受信端末において、パケットを受信した時点で送信
   時間間隔より大きい時間を受信端末のタイマに設定し、
   タイマに設定された時間とタイムアウト数の積で受信端
   末におけるパケット受信時間を表し、送信時間間隔と受
   信パケット数の積で送信端末におけるパケット送信時間
   を表し、タイマを連続的に作動させ、タイマがタイムア
   ウトするごとに、伝送遅延の増加量をパケット受信時間
   とパケット送信時間の差と比較し、伝送遅延の増加量が
   パケット受信時間とパケット送信時間の差よりも小さく
   なったときに輻輳を検出し、輻輳通知を前記送信端末に
   送信し、 前記送信端末において、受信端末から輻輳の通知を受信
   した場合、実時間で符号化を行い、符号化信号を送信す
   る場合に、符号化信号の速度を変化させることで送信す
   るパケットのパケット長あるいは前記送信時間間隔を変
   化させ、パケット長と送信時間間隔に基づいて計算され
   る送信ビットレートを制御することを特徴とするパケッ
   ト網の輻輳防止方法。
2. 【請求項２】 パケット網に接続した端末間で一定の送
   信時間間隔でパケットを送受する場合の輻輳防止方法で
   あって、 送信端末において、該送信端末から受信端末にむけて一
   定の送信時間間隔でパケットを送信すると共に該送信時
   間間隔を通知し、 前記受信端末において、パケットを受信した時点で送信
   時間間隔より小さい時間を受信端末のタイマに設定し、
   タイマに設定された時間とタイムアウト数の積で受信端
   末におけるパケット受信時間を表し、送信時間間隔と受
   信パケット数に１を加えた数の積で送信端末におけるパ
   ケット送信時間を表し、タイマを連続的に作動させ、タ
   イマがタイムアウトするごとに、伝送遅延の増加量をパ
   ケット受信時間とパケット送信時間の差と比較し、伝送
   遅延の増加量がパケット受信時間とパケット送信時間の
   差よりも小さくなったときに輻輳を検出し、輻輳通知を
   前 記送信端末に送信し、 前記送信端末において、受信端末から輻輳の通知を受信
   した場合、実時間で符号化を行い、符号化信号を送信す
   る場合に、符号化信号の速度を変化させることで送信す
   るパケットのパケット長あるいは前記送信時間間隔を変
   化させ、パケット長と送信時間間隔に基づいて計算され
   る送信ビットレートを制御することを特徴とするパケッ
   ト網の輻輳防止方法。
3. 【請求項３】 パケット網に接続した端末間で通信を行
   う通信システムにおいて、 送信端末は、送信するパケットの送信時間間隔を適宜変
   化させて受信端末に送信する手段と、前記送信時間間隔
   を変更した場合に、前記送信時間間隔の変更を前記受信
   端末に送信する手段と、前記受信端末からの輻輳の通知
   を受信する手段と、輻輳の通知の受信により、送信する
   パケットの前記送信時間間隔あるいは送信するパケット
   のパケット長と前記送信時間間隔の両方を変化させ、パ
   ケット長と送信時間間隔に基づいて計算される送信ビッ
   トレートを制御する手段とを有し、 前記受信端末は、前記送信端末からの前記送信時間間隔
   を受信する手段と、前記送信端末からのパケットを受信
   する手段と、受信した前記送信時間間隔と異なる値にタ
   イマを設定し、タイマを連続的に作動させ、タイマがタ
   イムアウトした回数とタイマの設定時間を乗じた値と、
   受信したパケット数と前記送信時間間隔と乗じた値とを
   比較することにより、輻輳を検出する手段と、輻輳検出
   時、輻輳通知を前記送信端末に送信する手段とを有する
   ことを特徴とするパケット網を用いた通信システム。