JP3584187B2 - 利用時間依存型品質グレード制御方法、遅延配分値決定方法及び品質保証システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気通信網を介してインターネットサービスを受けるユーザに対するサービスグレード（品質クラス）を制御する利用時間依存型品質グレード制御方法及び品質保証システムと、サービスグレードに応じた通信を保証するためにネットワーク内の各ルータに遅延時間値を配分する遅延配分値決定方法と、に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般ユーザがインターネットに接続する場合には、通常、ＩＳＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｓｅｒｖｉｃｅ ｐｒｏｖｉｄｅｒ：インターネットサービスプロバイダ）を経由してアクセスする。図８は、ＩＳＰを介したインターネットへの接続を説明する図である。
【０００３】
インターネット７１へのゲートウェイとしてＩＳＰ７２が配置している。ＩＳＰ７２は、ユーザ７３を収容するための加入者ルータ７４を備えており、加入者ルータ７４と各ユーザ７３とは、それぞれアクセス回線７５で結ばれている。アアクセス回線７５としては、アナログ電話回線、ＩＳＤＮ（サービス統合デジタル網）回線、あるいはデジタル専用線などが使用される。加入者ルータ７４の出回線側すなわちインターネット側には、中継ルータ７６が設けられている。このＩＳＰ７２は、中継ルータ７６の出回線側が然るべきＩＸ（インターネット接続点）（不図示）に接続することにより、インターネット７１に接続することになる。アクセス回線７５や、加入者ルータ７４と中継ルータ７６間の中継回線を所有するキャリアが、ＩＳＰ７２として活動することもある。
【０００４】
現在、多数のＩＳＰが営業を継続しており、各ＩＳＰは、それぞれその営業方針に基づいて、インターネット接続のための料金体系を定めている。料金体系としては、利用時間に応じて月々の利用料金が増減するものが多いが、完全固定料金制のＩＳＰも存在する。代表的な料金体系を以下に例示する。
【０００５】
（例１） 基本料金＋接続料金：
この料金体系では、例えば、利用時間が月にα時間までは基本料金のみ、月にα〜β時間ならば基本科金＋接続料金の従量課金、月β時間以上は定額とする。
【０００６】
（例２）数種類の利用プラン：
複数のプランを設定し、ユーザが予め選択したプランをそのユーザに適用する。用意されるプランの例としては、以下のようなものがある。
・プランＡ：月Ｔ_１時間まではＫ_１円、それを超えるとＪ_１円／分
・プランＢ：月Ｔ_２時間まではＫ_２円、それを超えるとＪ_２円／分
…
・プランＺ：Ｋ_ｚ円で使い放題。
【０００７】
（例３）定額料金：
月額Ｋ円で無制限に使用可能とする。
【０００８】
さて、インターネットで使用される通信プロトコルであるＩＰ（インターネットプロトコル）は、コネクションレス型のベストエフォート型のプロトコルであるから、ネットワークが混雑してればスループットが低下するというものであり、本来は、遅延時間や遅延揺らぎを保証するものではない。遅延の増大や遅延揺らぎは、ネットワーク内のルータでのパケット処理の負荷が大きくなったときに発生しやすい。しかしながら、用途によっては遅延時間や遅延揺らぎを所定の値以内に抑える必要があるので、ルータ内での処理に優先順位（品質クラス）を設定して特定のパケットについては網内での遅延時間や遅延揺らぎを保証すること、すなわちパケットスケジューリング方式が種々提案されている。これまでに提案されたパケットスケジューリング方式には、例えば、ＰＱ（ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｑｕｅｕｅｉｎｇ）、ＣＢＱ（ｃｌａｓｓ Ｂａｓｅｄ Ｑｕｅｕｅｉｎｇ）、ＴＳＳ（Ｔｉｍｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ）、ＷＦＱ（ｗｅｉｇｈｔｅｄ Ｆａｉｒ Ｑｕｅｕｅｉｎｇ）、ＤＲＲ（Ｄｅｆｉｃｉｔ Ｒｏｕｎｄ Ｒｏｂｉｎ）、ディレイＥＤＤ（Ｄｅｌａｙ−Ｅａｒｌｉｅｓｔ−ｄｕｅ−ｄａｔｅ）、ジッタＥＤＤ（Ｊｉｔｔｅｒ−Ｅａｒｌｉｅｓｔ−ｄｕｅ−ｄａｔｅ）、ストップアンドゴー（Ｓｔｏｐ−ａｎｄ−Ｇｏ）があり、それぞれ、長所、短所をもっている。
【０００９】
さらには、上記の方式のうちのあるものを用いて、実際の装置に適用して市販化されている帯域制御装置もある。しかしながら、制御方式が複雑で、実際に装置化するのが困難であったり、また、装置化されていても、定義されるクラス数がある値以下に制限されている等で、使用時になんらかの制約があるものがほとんどである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
現時点のインターネットサービスでは、上述したように品質の保証はされておらず、網の混雑状況により、遅延が増加したり、網切断が起こる回数が増えたりと、必ずしも満足できる快適なサービス提供はなされていない。特に、インターネットが混雑する夜間（２３時頃から）の時間帯においては、品質（接続性、遅延）劣化が顕著である。比較的良い品質でサービスを受けようと思えば、トラヒックの少ない早朝や昼間の時間帯を選んで接続せざるを得ないのが現状であるが、そのような利用時間帯を選択できるユーザは限られている。利用したい時間にこそ高品質なサービスを受けたいという要求に応えるためには、有限な網資源（帯域、各種装置の処理能力等）しか所有しないキャリア（でありかつＩＳＰ）は、加入者収容ルータおよびその出回線において、いかに（複数種の）品質クラスを定義して、その品質クラスに応じたサービスを要求の異なる各ユーザに対して提供すればよいかを考えなくてはいけない。
【００１１】
そこで本発明の第１の目的は、いかにして（複数種類の）品質クラスを定義して、どのようにしてユーザにそれらのクラスを割り当てればよいか、また、そのクラス変更はどの情報項目に基づいて行えばよいかを規定する方法と、この方法を実現する装置を提供することにある。
【００１２】
また、現状でのインターネット利用でのボトルネックを検討すると、ＩＳＰとユーザとを結ぶアクセス回線やアクセス網には十分な帯域が割り当てられているものの、ルータの処理能力やＩＳＰ内の中継回線の帯域、インターネット内での回線の帯域によってインターネット利用の品質が定まることが分かる。また、ＩＳＰ（やキャリア）の設備は、将来にわたるユーザのスループット（情報転送量）の予測に基づいて設計、設置されるものである。ここから、ユーザとの間で、アクセス回線の帯域から定まる最大転送速度とは別に、そのユーザが利用する平均スループットを契約で予め定めておくことが考えられている。この場合、ユーザは、短時間であれば、ネットワーク内の他の条件が許す限り、予め定めた平均スループットを越えた転送速度での通信が可能であるが、例えば１時間とか１日とかいったある一定時間内におけるスループットが予め定めたスループットを越えている場合には、何らかのペナルティを受けるものとする。
【００１３】
したがって本発明の第２の目的は、各ユーザがある一定時間内において、前もって定められているある単位時間におけるスループットを守らないでパケットを過剰に送出した場合、そのユーザに対してペナルティを与える方法を提供することにある。
【００１４】
さらに、インターネットの品質を維持するためには、各ルータ内での遅延時間を保証することも重要であるが、その場合、エンド−エンドでの遅延時間が与えられたときに、経路上にある各ルータに遅延時間を配分しなければならない。
【００１５】
そこで本発明の第３の目的は、上記の各ルータ内での遅延時間を保証するための対象コネクション上での遅延配分値決定方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の利用時間依存型品質グレード制御方法は、予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する場合における、ユーザごとの品質クラスの制御方法であって、所定の時間内におけるユーザの利用時間を測定し、測定されたユーザの利用時間に応じて、当該ユーザに対する品質クラスを再設定する。
【００１７】
すなわち本発明では、電気通信網において、インターネットサービスを受けるユーザに対して、その直近のある単位時間でのサービス利用時間（接続時間）に応じて、そのユーザに対するネットワーク内の品質（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ：割当帯域、遅延時間の保証の有無、遅延揺らぎの保証）に関する品質クラスを変更し、これによりサービスグレードを上げたり下げたりする。品質クラスは、予め数種類定義されているものとする。アクセス網には十分な帯域が割り当てられていると仮定して、この制御は、例えば、加入者ルータ内および加入者ルータの出回線を対象に行われる。
【００１８】
利用時間に応じて品質クラスを変えるという例はこれまでにはないし、またその手順についても考えられていなかった。
【００１９】
ここでいう「品質クラス」とは、例えば、各ユーザに対して保証する「最大割当帯域」、「最大許容遅延時間」及び「最大許容遅延揺らぎ」のセットのことである。以下、「割当帯域」、「遅延時間」、「遅延揺らぎ」を使用する。
【００２０】
さらに本発明の利用時間依存型品質グレード制御方法では、品質クラスとは独立に各ユーザに対してスループットを契約値を定めておき、その契約値に違反する（つまり契約されたスループット値を越えてパケットを送る）ユーザに対しては、ペナルティとして品質クラスを下げるようにしてもよい。
【００２１】
本発明の遅延配分値決定方法は、電気通信網を介してユーザに対してインターネットサービスを提供する場合における、各ルータに対する遅延配分値の決定方法であって、コネクション受け付けの際に、各ユーザからのエンド−エンドの遅延要求値を受け付けるとともに、エンド−エンドのルートを定め、ルート上の各ルータの混雑具合に関する情報を収集し、混雑具合に応じてルータごとの遅延配分値を決定する。
【００２２】
本発明の品質保証システムは、予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する品質保証システムであって、ユーザとインターネットとを接続し、ユーザごとに伝送品質の制御を実行できるルータと、ルータから各ユーザの利用時間に関するを収集する品質測定部と、品質測定部が収集した情報を格納するユーザ履歴データベースと、ユーザ履歴データベースを参照し、所定の時間内におけるユーザの利用時間に基づいて当該ユーザの品質クラスを決定する品質決定部と、決定した品質クラスに応じて当該ユーザに関する伝送品質の制御をルータに指示する品質制御部とを有する。
【００２３】
さらに本発明の別の品質保証システムは、予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する品質保証システムであって、ユーザとインターネットとを接続し、ユーザごとに伝送品質の制御を実行できるルータと、ルータから各ユーザのスループットに関するを収集する品質測定部と、品質測定部が収集した情報を格納するユーザ疎通情報データベースと、ユーザ疎通情報データベースを参照し、品質クラスとは独立に各ユーザごとに定められたスループットの契約値と当該ユーザのスループットとを比較し、契約値を越えたスループットで通信するユーザに対して、伝送品質がより下位である品質クラスを再設定する品質決定部と、再設定した品質クラスに応じて当該ユーザに関する伝送品質の制御をルータに指示する品質制御部とを有する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
まず、本発明に基づく利用時間依存型品質グレード制御方法について説明する。この方法は、ＩＳＰ（インターネットサービスプロバイダ）などにおいて、ネットワーク内の品質（割当帯域、遅延時間の保証値、遅延揺らぎの保証値など）に関して複数の品質クラスを予め規定し、そのＩＳＰを通じてインターネットサービスを受けるユーザに対して、そのユーザの直近のある単位時間でのサービス利用時間（接続時間）に応じて品質クラスを変更し、これにより、ユーザごとのサービスグレードを上げたり下げたりするという品質制御を行うものである。この品質制御は、実際には、ユーザを収容する加入者ルータにおいてユーザごとのパケットの処理の優先順位を変更したり、加入者ルータの出回線（インターネット側の回線）上でのユーザごとのパケットに割り当てられる帯域を調節することで、実行される。ここではアクセス網（図８におけるアクセス回線７５など）には十分な帯域が割り当てられていると仮定する。
【００２６】
品質クラスをどのように規定するかは、各ＩＳＰの経営方針などに密接に関連するが、ここで述べた「品質クラス」を定義するに当たり、これを構成する基本要素については、次の案が挙げられよう。
【００２７】
（１） 料金
（２） サービス品質
これらの組み合わせは、
（Ａ） どちらかを固定して他方を変化させる
（Ｂ） 両方を同時に変化させ、その組み合わせを考える
の２案が考えられる。
【００２８】
さらに、（Ａ）案には次の２種類が考えられる。
【００２９】
（Ａ−１） 料金一定、品質を使用時間量、使用時間帯、等に応じて変化させる
（Ａ−２） 品質一定、料金をトラヒック量、時間帯、等に応じて変化させる
（Ｂ）案は、料金と品質が独立に、あるいは連動して変化する方式であり、ここでは、この（Ｂ）案に基づいて品質クラスの制御を行うものとする。
【００３０】
品質クラスの定義と、品質クラスのユーザへの割り当て、及び品質クラスの変更については、この実施の形態では、次のような設定を考える。すなわち、「直近Ｎ時間におけるユーザの利用時間Ｔ」をパラメータとしてＫ個の品質クラス（Ｃ_１〜Ｃ_Ｋ）を設ける。それぞれの品質クラスは、それに対応する帯域が割り当てられる。上述のようにして各品質クラスごとに規定された「直近Ｎ時間におけるユーザの利用時間Ｔ」のことを標準利用時間という。ただし、Ｃ_１には基本帯域（最低保証帯域）、Ｃ_Ｋには規定された最大値が「割当帯域」として割り付けられる。この帯域とは、加入者ルータの出回線での（そのユーザへの）割当帯域である。さらに、あるクラスＣ_Ｌ以上においては、あるコネクションに関して当該ルータ内でのパケットの遅延をある値以下に抑えるという「遅延時間の保証」、及び、ルータから出力するパケットの遅延揺らぎを、到着（入力）のパケット系列の遅延揺らぎの値以下に抑えるという、いわゆる「遅延揺らぎ保証」もなされる。すなわち、品質クラスとは、『直近での利用時間によって区別される、「割当帯域」、「遅延保証の有無」及び「遅延揺らぎ保証の有無」が等しいユーザの集合』により定義されるものである。この品質クラス変更実行可否の判断は、ある単位時間（Ｕ時間）ごとに周期的に、各ユーザに対して行われる。
【００３１】
品質クラス変更に関しての基本的な考え方は、次の通りである。
【００３２】
・基本的には表１のクラス分けにより、このユーザの次のＵ時間における品質クラスが決定される。ただし、品質クラスがグレードアップされる場合は、１クラスずつであり、なおかつ新しい帯域を割り当てるだけの空き帯域がこのルータに存在する場合に限る。品質クラスがグレードダウンされる場合には、複数クラス越えの変化を許す。すなわち、任意のクラスへの変更が可能とする。
【００３３】
・新たにクラスＬになったユーザは、遅延時間および遅延揺らぎを保証する設定がなされる。逆に、Ｌ以上のクラスから（Ｌ−１）以下のクラスに変更になった場合には、これらの保証が解除される。
【００３４】
以上のアルゴリズムによる品質クラスの変更は、全てのユーザに対して同時に行われるわけではなく、１ユーザずつ選択して上述の各条件を満たしているかをチェックし、そのチェック結果に応じてそのユーザの品質クラスを変化させるようにして実行される。したがって、このアルゴリズムが適用されるユーザの順番すなわちユーザの選択方法としては、例えば、次の３案が考えられる。
【００３５】
（ａ） ランダムに選択する
（ｂ） 上位の品質クラスのユーザから選択する
（ｃ） 下位の品質クラスのユーザから選択する
これらの案は、先着順にクラス変更の可否が判断されてしまうことに対する対策になっているが、どのクラスのユーザを優先させるかという戦略に関わることであり、状況により上の３案の一つから選ばれる。
【００３６】
なお、各ユーザの当該月の累積利用時間の把握、および利用料金の決定に関しては、既存のＩＳＰで使用されているような、公知の月末用の料金決定フローが使用される。
【００３７】
このように定義された「品質クラス」と「料金」は、相互に独立な場合と、依存する関係とが考えられるが、前者の場合の例としては次の表１、表２に示すような設定が考えられる。
【００３８】
【表１】

【００３９】
【表２】

つまり、この例は、直近の利用時間Ｔが長いほど品質は向上していき、そのまま使い続けることにより、ついには最大割り当て帯域に到達するという設定例である。ただし、定額クラスＣ_ｆ（Ｃ_１＜Ｃ_ｆ＜Ｃ_Ｋ、料金：α_ｆ＜α_ｍａｘ、遅延及び遅延揺らぎ保証有り）を別途設け、このクラスにおいては利用時間によるクラス変更はないものとする。
【００４０】
図１は、上述した利用時間依存型品質グレード制御方法を実行するための品質保証システムを構成する品質管理装置の構成を示すブロック図である。
【００４１】
以下の説明において、割当帯域とは、対象とするユーザを収容する加入者ルータの出回線における割当帯域であり、遅延時間及び遅延揺らぎは、この加入者ルータ内における値のことである。また、品質あるいは伝送品質とは、これらの割当帯域、遅延時間及び遅延揺らぎのことをいい、その他の項目（例えばパケット損失率、スループット等）は含まないものとする。
【００４２】
この品質管理装置１１は、ルータ１０を制御して上述の利用時間依存型品質グレード制御方法を実行するものである。ここでルータ１０は、図８における加入者ルータ７４あるいは中継ルータ７６である。ルータ１０としては、ユーザ（ＩＰアドレス）ごとに、出回線側での帯域割当や、最大遅延時間、最大遅延揺らぎなどを設定可能なものであり、かつ、ユーザごとに利用時間やパケットデータの使用帯域を報告できるものが使用される。品質管理装置１１には、ユーザの使用料金を表示するための料金表示装置１２が接続している。
【００４３】
品質管理装置１１には、品質管理装置１１内の各部にトリガ信号を供給するタイマ１０１と、品質クラスの変更のための上述したアルゴリズムの対象となるユーザを選択するユーザ選択部１０２と、ユーザ選択部１０２で選択されたユーザに関して上述したアルゴリズムを実行し、ユーザごとの品質情報を生成する品質決定部１０３と、品質決定部１０３からの品質情報に基づき、ルータ１０に対して該当するユーザについての帯域割当や遅延、揺らぎ保証の設定／解除の指示を行う品質制御部１０４と、ルータ１０からのルータデータ（利用時間監視、パケットデータ使用帯域などの情報）に基づき、網での通信品質を測定する品質測定部１０５と、品質測定部１０５で取得したルータデータを格納する帯域データベース（ＤＢ）１０６と、ユーザの履歴情報を格納するユーザ履歴データベース１０７と、ユーザごとの料金を決定する料金決定部１０８と、料金決定部１０８にデータ要求を行いその結果得られたユーザごとの料金データに基づいて各ユーザに課金すべき料金を料金表示装置１２に表示される料金表示部１０９と、が設けられている。
【００４４】
品質決定部１０３は、ユーザごとの品質情報を決定する際に、帯域データベース１０６に対してルータデータを要求してルータデータを取得し、また、ユーザ履歴データベースにユーザデータを要求してユーザ履歴データを取得する。品質決定部１０３は、これら取得したルータデータ及びユーザ履歴データに基づいて、品質情報を決定する。ユーザ履歴データベース１０７は、品質測定部１０５に対してユーザデータを要求し、それによって得られたユーザデータを格納する。さらに、料金決定部１０８は、ユーザ履歴データベース１０７に対してデータ要求を行い、その結果得られたユーザごとの累積利用時間データに基づいて、ユーザごとの料金を決定する。
【００４５】
図２は、利用時間に対する品質クラスの変化の一例を示すグラフであり、あるユーザについて、利用時間Ｔの推移とそれに伴って品質クラスがどのように変化したかを示している。
【００４６】
図３は上述した処理を具体的に実行するための手順を示すフローチャートである。ここで示す処理は、各ユーザに対して、直近Ｎ時間における利用時間Ｔを把握し、それによる品質クラス（及び対応する帯域）の割り当てを行い、必要であれば遅延時間及び遅延揺らぎ保証の実行または解除を行い、クラス変更の実行の可否判断を実行することなどを特徴とするものである。品質クラスの「変更処理の対象となるユーザは、ランダムに選択するものとする。図３において、Ｔは選択されたユーザの直近Ｎ時間における利用時間を表し、Ｃ_ｎは選択されたユーザの現在までの品質クラスを表し、Ｂｎは選択されたユーザの現在までの割当帯域を示し、Ｂ_ｎｅｘｔはこのユーザに対する次の時間帯での割当帯域を示し、Ｗは対象とするルータの割り当て可能な総帯域を示し、Ｂ_{ｔｏｔａｌ}は対象とするルータの現在までの割当帯域を示している。Ｃ_Ｌ以上のクラスでは、遅延時間、遅延揺らぎが保証されているものとする。さらに、Ｔ_０＝０，Ｔ_ｋ＝Ｎ，Ｂ_ｋ＝Ｂ_ｍａｘである。
【００４７】
まず、クラス変更ユーザがあるかどうかを判断し（ステップ２０１）、なければそのまま処理を終了し、あれば、対象ユーザの中から１ユーザをランダムに選択する（ステップ２０２）。ｉ＝０に設定し（ステップ２０３）、ｉを１だけインクリメントし（ステップ２０４）、Ｃ_ｉ＝Ｃ_ｎかどうかを判断し（ステップ２０５）、Ｃ_ｉ＝Ｃ_ｎでなければステップ２０４に戻る。これにより、変数ｉには、選択されたユーザの現在の品質クラスの番号が入ることにある。その後、ｊ＝０に設定し（ステップ２０６）、ｊを１だけインクリメントし（ステップ２０７）、Ｔ_ｊ−ｉ＜Ｔ＜Ｔ_ｊかどうかを判断し（ステップ２０８）、この不等式が成立していなければステップ２０７に戻る。これにより、変数ｊには、ユーザの直近のＮ時間での利用時間に対応する品質クラスの番号（表１参照）が入ることになる。
【００４８】
次に、Ｂ_ｊとＢ_ｉとを比較し（ステップ２０９）、Ｂ_ｊ＞Ｂ_ｉでなければステップ２１２においてＢ_ｎｅｘｔをＢ_ｊに設定してから、すなわちユーザの品質クラスを直近での利用時間実績に対応するものにグレードダウンしてから、ステップ２１４に移行する。一方、Ｂ_ｊ＞Ｂ_ｉの場合は、ユーザの利用時間実績の方が大きい場合であるから、ルータに帯域の余裕があるかどうかを調べるために、Ｗ−Ｂ_{ｔｏｔａｌ}＞Ｂ_ｉ＋１−Ｂ_ｉを成立するかを調べ（ステップ２１０）、成立しない場合は余裕がない場合であるのでＢ_ｎｅｘｔ＝Ｂ_ｉに設定し（ステップ２１１）、すなわち品質クラスを変更しないこととし、次のユーザの処理のためにステップ２０１に戻る。一方、ステップ２１０の不等式が成立する場合すなわち帯域の余裕がある場合には、Ｂ_ｎｅｘｔ＝Ｂ_ｉ＋１と設定することにより品質クラスを１ランクだけグレードアップし（ステップ２１３）、ステップ２１４に移行する。
【００４９】
ステップ２１４では、遅延、揺らぎ保証を行う品質クラスかそうでない品質クラスかを判別するために、Ｂ_ｎｅｘｔ≧Ｂ_Ｌが成立するかどうかを調べる。成立しない場合すなわち遅延、揺らぎ保証を行わない品質クラスの場合には、遅延、揺らぎ保証を設定中かどうかを調べ（ステップ２１５）、設定中でなければそのままステップ２０１に戻り、設定中ならばその設定を解除してから（ステップ２１６）、ステップ２０１に戻る。一方、ステップ２１４でＢ_ｎｅｘｔ≧Ｂ_Ｌが成立する場合には、遅延、揺らぎ保証を設定中かどうかを調べ（ステップ２１７）、設定中ならばそのままステップ２０１に戻り、設定中でなければ、遅延、揺らぎ保証を設定してから（ステップ２１８）、ステップ２０１に戻る。
【００５０】
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。この形態は、各ユーザがある一定時間内において、前もって定められているある単位時間におけるスループットを守らないでパケットを過剰に送出した場合、そのユーザに対してペナルティを与えようとするものである。図４は、この場合の品質保証システムを構成する疎通監視／制御装置の構成を示すブロック図である。この疎通監視／制御装置１５は、図１に示す品質管理装置１１とほぼ同様の構成、機能のものであり、タイマ１１１、ユーザ選択部１１２、品質決定部１１３、品質制御部１１４、品質測定部１１５及び帯域データベース１１６を備え、さらに、ユーザ履歴データベースの代わりにユーザ疎通情報データベース１１７が設けられたものである。なお、料金決定部及び料金表示部は設けられていない。ルータ１０は、ユーザごとに平均スループットの監視を行ってその結果を品質測定部１１５に出力しており、ユーザ疎通情報データベース１１７には、平均スループットの監視結果が格納されることになる。また、品質決定部１１３は、帯域データベース１１６とユーザ疎通情報データベース１１７を参照し、品質クラスとは独立に各ユーザごとに定められたスループットの契約値と当該ユーザのスループットとを比較し、契約値を越えたスループットで通信するユーザに対して、下記の手順に基づいてペナルティを課し、伝送品質がより下位である品質クラスを再設定する。
【００５１】
このように、疎通監視／制御装置１５の構成や機能は、図１に示す品質管理装置とほぼ同様であるため、実際には両方を一体化したハードウエアでの実現が可能である。ただし、品質クラス変更の判断、作動周期は、それぞれ独立に機能する。
【００５２】
この実施の形態では、疎通監視／制御装置１５により、単位時間Ｔ_ｚごとの各ユーザの平均スループットを監視している。この「平均スループット」は、厳密には、「時間幅Ｔ_ｚにおいて送信されたビット数をこの時間Ｔ_ｚで割った値」で定義する。以下、単にスループットと呼ぶ。この時間幅Ｔ_ｚごとにレポートされるスループット値は、ユーザｐに対しては、前もってある値θ_ｐ以下とするよう契約により取り決めてある。もし、ユーザが契約に違反し、平均値としてこのθ_ｐを越えてパケットを送った場合には、その違反の度合いに応じてペナルティを課す。そのペナルティとは、前述の割当帯域に関する品質クラスをグレードダウンさせるということである。図５を用いて説明する。
【００５３】
図５では、説明の簡単化のため、Ｕ＝２Ｔ_ｚで、かつ時点Ｕ_ｎとＺ_２ｎ−１は重なっているものとしている。このユーザは、上述した利用時間依存型品質グレード制御方法によるサービスを受けているので、直近での利用時間Ｔにより実際に割り当てられる帯域は変化する。ここで、時点Ｕ_ｉにおいてこのユーザの品質クラスは（Ｋ−１）であり、次の違反監視時点（図ではＺ_２ｉの時点）におけるスループット（すなわち（Ｕ_ｉ〜Ｚ_２ｉ）でのスループット）がθ_ｐより大きい値だったとする。このとき、この時点Ｚ_２ｉにおいて即座にクラスは１だけ下げられる。このような違反がない場合には、時点Ｕ_ｎ（ｎ＝１，２，…）ごとに「直近での利用時間Ｔ」が参照され、それに従ったクラスの割り当てが行われる。例えば、ｍ回連続して違反が行われた場合には、クラスは、２（ｍ−１）クラスずつ下げられる。図５では、時点（Ｚ_{２（ｉ＋２）}〜Ｕ_ｉ＋３〜Ｚ_{２（ｉ＋３）}）と３回連続して違反したため、２^０＋２^１＋２^２＝７クラス下げられる。すなわち、現在のクラスがＭであるときに、ｍ回連続して違反が行われたときの新しい品質クラスは、
【００５４】
【数１】

【００５５】
になる。もし、利用時間によるクラス変更と、スループットによるクラス変更の制御が時点Ｕ_ｎ（＝Ｚ_{２（ｎ−１）＋１}：ｎ＝１，２，…）上でかち合った場合には、グレードの低い方のクラスが割り当てられる。また、連続しての契約違反ではないが、過去の直近ｑ回の監視時点において、ｒ回以上違反しているユーザに対しては、即座にクラス１に設定し、以後のｓ回の監視時点の間はクラスＣ_１（基本帯域を割り当てるクラス）のままとする。
【００５６】
図６は、ペナルティによりユーザの品質クラスを低下させる場合の具体的な処理を示すフローチャートである。ここで、Ｚ_ｎは現時点を表し、Ｃ_ｎはユーザの現在までの品質クラスを表し、Ｂｎはユーザの現在までの割当帯域を示し、Ｂ_ｎｅｘｔはこのユーザに対する次の時間帯での割当帯域を示し、Θ_ｎはＺ_ｎ−１からＺ_ｎまでのスループットを表し、θ_ｐはユーザｐのスループットの契約値（上限値）を表し、Ｂ_Ｌは品質保証される最低クラスの帯域を表している。また、Ｔ_０＝０，Ｔ_ｋ＝Ｎ，Ｂ_ｋ＝Ｂ_ｍａｘである。
【００５７】
まず、ｔが監視時点であるかどうかを判断し（ステップ２２１）、監視時点でなければそのまま待ち、監視時点であれば、全対象ユーザを判断済みかどうかを判断する（ステップ２２２）。判断済みであればステップ２２１に戻り、判断済みでなければ、対象ユーザの中から１ユーザｐをランダムに選択し（ステップ２２３）、Θ_ｎ＜θ_ｐかどうか、すなわち契約値が守られているかどうかを判断する（ステップ２２４）。守られている場合にはステップ２２１に戻り、守られていない場合には、直近のｑ回のうちＲ回以上違反しているどうかを判断する（ステップ２２５）。Ｒ回以上違反している場合には、次の時点からｓ回連続して割当帯域を最低値に設定し（ステップ２２６）、ステップ２２１に戻る。ステップ２２５においてＲ回以上は違反していない場合には、ｊ＝ｎとし（ステップ２２７）、ｊを１だけデクリメントし（ステップ２２８）、Θ_ｊ＜θ_ｐかどうかを判断する（ステップ２２９）。Θ_ｊ＜θ_ｐでなければステップ２２８に戻る。これにより、連続した違反回数がｊで表されることになる。
【００５８】
その後、ステップ２３０において、連続した違反回数に応じて品質クラスが設定され、その後、Ｂ_ｎｅｘｔ≧Ｂ_Ｌが成立するかどうかを調べる。成立する場合にはそのままステップ２２１に戻り、成立しない場合には、遅延、揺らぎ保証を設定中かどうかを調べ（ステップ２３２）、設定中でなければそのままステップ２２１に戻り、設定中ならばその設定を解除してから（ステップ２３３）、ステップ２２１に戻る。
【００５９】
次に、各ルータ内での遅延時間を保証するための対象コネクション上での遅延配分値決定方法について説明する。以下のアクションを実行するのは各ルータであり、各ルータは自分が直接収容しているユーザからのコネクションに関してのみ、以下の計算、管理の責任を負うものとする。
【００６０】
あるユーザの通信（コネクション）において、エンド−エンドの遅延Ｄ_ｅを、網内の経由するｎ個のルータに対して配分する場合において、各ルータの混雑具合をみて、混雑の度合が大きいルータには比較的大きな遅延配分値を割り当てることとする。この場合、コネクション受け付けの際に、加入者ルータにおいて、エンド−エンドのルートを定めるものとする。これにより、コネクションに関わるルータが確定する。
【００６１】
ｔ_ｊ時点におけるルータｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）での直近の時間Ｔでの混雑具合を、重み係数Ｗ（ｉ，ｔ_ｊ）で表現すると、ｔ_ｊ時点におけるルータｉへの遅延配分値Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ）は、
【００６２】
【数２】

【００６３】
で与えられる。この重み係数としては、例えば各ルータ内の滞在時間（既存のプローブを用いて測定／収集可能）、出回線の使用率、ＣＣ（中央制御装置）使用率、平均キュー長等を用いる。また、この重み係数を決定するのに用いる各ルータの情報（系内滞在時間、出回線使用率、ＣＣ使用率、平均キュー長など）は、情報パケットや、いわゆるｐｉｎｇコマンドの実行による情報収集方法により定期的に（間隔ｔ_ｚ：ｔ_ｚ＝ｔ_ｊ−ｔ_ｊ−１）に収集され、そのつど各ルータの遅延配分値は更新される。各ルータの遅延配分値は、前回の計算値より厳しい値になった場合（すなわちＤ（ｉ，ｔ_ｊ）＜Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ−１））にのみ通知される。αは余裕係数であり、他ルータの混雑具合が増加し、あるルータの新しい配分値が厳しい値になり、実現不可能な場合に、その配分遅延値を越えた分を吸収するために設けておくものである。各ルータ内では、指定された配分遅延値内で処理が完了できるように、既存のスケジューリング方法による処理が行われる。
【００６４】
図７は、この遅延配分値決定方法の具体的な処理の一例を示すフローチャートである。
【００６５】
まず、ｔが監視時点ｔ_ｊであるかを判断し（ステップ２４１）、監視時点でなければそのまま待ち、監視時点であれば、全コネクションを判断済みかどうかを判断する（ステップ２４２）。判断済みであれば、次の監視時点まで待つために、ステップ２４１に移行する。判断済みでない場合には、未設定の１コネクションを選択し（ステップ２４３）、経由する各ルータから情報を収集し（ステップ２４４）、上記の［数２］で表されるＤ（ｉ，ｔ_ｊ）を計算する（ステップ２４５）。次に、ｉ＝０とし（ステップ２４６）、ｉを１だけインクリメントし（ステップ２４７）、ｉがｎ＋１に達したかどうかを判断する（ステップ２４８）。ｎ＋１に達した場合、すなわちｎ台のルータの全てに処理が終了している場合にはステップ２４１に戻り、ｎ＋１に達していない場合には、Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ）＜Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ−１）が成立するかを判断する（ステップ２４９）。Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ）＜Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ−１）が成立する場合は、前回の計算値より厳しい値になった場合であるので、Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ）をルータｉに通知し（ステップ２５０）、ステップ２４７に戻る。一方、Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ）＜Ｄ（ｉ，ｔ_ｊ−１）が成立しない場合には、そのままステップ２４７に戻る。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ユーザは直近での利用時間が長くなるほどより品質の良いサービスを受けられるということで、サービス提供側からみた場合には、常にユーザに対してある程度のサービス利用が見込めるようになるという効果がある。
【００６７】
また、ユーザがスループットの契約値を越えて利用した場合にペナルティを課すという機構により、各ユーザのスループットをある平均値に抑えることができ、この平均値を見込んで設計や管理に使用することができるようになるという効果がある。
【００６８】
さらに、エンド−エンドの遅延時間を実現するための一手段として、各ルータヘの遅延時間の配分値を定める方法を提示することにより、品質保証実現のための一部に寄与しているといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態の品質保証システムを構成する品質管理装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の方法に基づいてクラス割り当てを行った場合の、利用時間に対する品質クラスの変化の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の方法に基づくクラス割り当てを行うための手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施形態の品質保証システムを構成する疎通監視／制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】スループット契約値に違反したユーザに対して品質クラスを下げるというペナルティを課することにした場合の、単位時間におけるスループットに対する品質クラスの変化の一例を示すグラフである。
【図６】スループット契約値に違反したユーザに対して品質クラスを下げるというペナルティを課す場合の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】エンド−エンドの遅延要求値に対して各ルータの遅延配分値を定める処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】ＩＳＰ（インターネットサービスプロバイダ）を介したインターネットへの接続を説明する図である。
【符号の説明】
１０ ルータ
１１ 品質管理装置
１２ 料金表示装置
１５ 疎通監視／制御装置
１０１，１１１ タイマ
１０２，１１２ ユーザ選択部
１０３，１１３ 品質決定部
１０４，１１４ 品質制御部
１０５，１１５ 品質測定部
１０６，１１６ 帯域データベース
１０７ ユーザ履歴データベース
１０８ 料金決定部
１０９ 料金表示部
１１７ ユーザ疎通情報データベース

Claims (7)

1. 予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する場合における、ユーザごとの品質クラスの制御方法であって、
   所定の時間内におけるユーザの利用時間を測定する段階と、
   測定されたユーザの利用時間に応じて、当該ユーザに対する品質クラスを再設定する段階と、を有し、
   品質クラスごとに前記所定の時間内での標準利用時間が規定され、前記ユーザの前記利用時間がそのときの前記ユーザに対する品質クラスに対応する標準利用時間を上回るときは、伝送品質がより上位である品質クラスを当該ユーザに再設定する、利用時間依存型品質グレード制御方法。
2. 予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する場合における、ユーザごとの品質クラスの制御方法であって、
   所定の時間内におけるユーザの利用時間を測定する段階と、
   測定されたユーザの利用時間に応じて、当該ユーザに対する品質クラスを再設定する段階と、を有し、
   品質クラスごとに前記所定の時間内での標準利用時間が規定され、前記ユーザの前記利用時間がそのときの前記ユーザに対する品質クラスに対応する標準利用時間を下回るときは、伝送品質がより下位である品質クラスを当該ユーザに再設定する、利用時間依存型品質グレード制御方法。
3. 予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する場合における、ユーザごとの品質クラスの制御方法であって、
   所定の時間内におけるユーザの利用時間を測定する段階と、
   測定されたユーザの利用時間に応じて、当該ユーザに対する品質クラスを再設定する段階と、を有し、
   前記品質クラスとは独立に、前記各ユーザに対してスループットの契約値を定め、前記契約値を越えたスループットで通信するユーザに対して、伝送品質がより下位である品質クラスを再設定する、利用時間依存型品質グレード制御方法。
4. 電気通信網を介してユーザに対してインターネットサービスを提供する場合における、各ルータに対する遅延配分値の決定方法であって、
   コネクション受け付けの際に、各ユーザからのエンド−エンドの遅延要求値を受け付けるとともに、エンド−エンドのルートを定め、
   前記ルート上の各ルータの混雑具合に関する情報を収集し、
   前記混雑具合に応じてルータごとの遅延配分値を決定する、遅延配分値決定方法。
5. 定期的に前記混雑具合に関する情報を収集し、前記ルータごとの遅延配分値を更新する、請求項４に記載の遅延配分値決定方法。
6. 予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する品質保証システムであって、
   ユーザとインターネットとを接続し、ユーザごとに伝送品質の制御を実行できるルータと、
   前記ルータから各ユーザの利用時間に関するを収集する品質測定部と、
   前記品質測定部が収集した情報を格納するユーザ履歴データベースと、
   前記ユーザ履歴データベースを参照し、所定の時間内におけるユーザの利用時間に基づいて当該ユーザの品質クラスを決定する品質決定部と、
   決定した品質クラスに応じて当該ユーザに関する伝送品質の制御を前記ルータに指示する品質制御部とを有する品質保証システム。
7. 予め複数の品質クラスが定義され、電気通信網を介してユーザに対してユーザごとの品質クラスに応じたインターネットサービスを提供する品質保証システムであって、
   ユーザとインターネットとを接続し、ユーザごとに伝送品質の制御を実行できるルータと、
   前記ルータから各ユーザのスループットに関するを収集する品質測定部と、
   前記品質測定部が収集した情報を格納するユーザ疎通情報データベースと、
   前記ユーザ疎通情報データベースを参照し、前記品質クラスとは独立に各ユーザごとに定められたスループットの契約値と当該ユーザのスループットとを比較し、契約値を越えたスループットで通信するユーザに対して、伝送品質がより下位である品質クラスを再設定する品質決定部と、
   再設定した品質クラスに応じて当該ユーザに関する伝送品質の制御を前記ルータに指示する品質制御部とを有する品質保証システム。

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