JP3596736B2 - マルチキャストデータ配信方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信者と複数の受信者との間でマルチキャストデータ配信を行う通信方法に関し、特に帯域を予約して受信端末をグループ化することで、再送処理の発生頻度を減少させることにより、配信処理全体の速度を向上できるマルチキャストデータ配信方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来のマルチキャストデータ配信システムの構成例を示す図である。
図8において、送信端末71は、配信データを各受信端末77〜81に発信する端末装置であり、中継ネットワーク72〜76に接続されている。受信端末77〜81は、送信端末71から配信されてきたデータを受信する端末装置であり、送信端末71と同様に中継ネットワーク72〜76に接続されている。
中継ネットワーク72〜76は、送信端末71と各受信端末77〜81との間を接続して相互に通信を行うためのネットワークであり、データの中継配信を行う中継ネットワークノード72〜76と、中継ネットワークノード72〜76および送受信端末71−77〜81間を相互に結ぶ複数の伝送路83から構成されている。
また、中継ネットワーク72〜76は、ATM(Asynchronous Transfer Mode)網やIP(Internet Protocol)網等のマルチキャスト配信機能(一斉同報機能)、すなわちある端末が発信したデータを特定多数の端末に複製配送する機能を持つ。すなわち、送信端末上の同一のデータを同時に複数の受信端末へ配信するために、中継ネットワークノードは送信データを複製して複数のリンクに転送する。
【0003】
図8のシステムにおいて、送信端末71が発信したデータは、中継ネットワーク72〜76を介して各受信端末77〜81にマルチキャスト配信される。
もしも、配信中に中継ネットワーク72〜76あるいは受信端末77〜81自身が受信に失敗したデータのうち、修復不可能なものが発見された場合には、従来の方法では、損失したデータを再送して、それを受信することによりデータの信頼性を確保していた。
ところで、マルチキャスト配信中に発生するデータ損失の原因としては、伝送路83での伝送誤り等の種々の要因があるが、特に問題となるのは受信端末77〜81あるいは伝送経路途中の中継ネットワークノード72〜76の過負荷によるデータ損失である。過負荷によるデータ損失は、送信端末71から各受信端末77〜81までの経路上の中継ネットワークノード72〜76や伝送路83の使用状況、および各受信端末77〜81のデータ処理性能が受信端末によりそれぞれ異なっているような場合に、処理性能を越えている状態で発生する。
【0004】
例えば、図8において、送信端末71が30Mbit/secで受信端末77〜79にデータ配信を行った場合を考える。このとき、中継ネットワークノード72、73および受信端末77が30Mbit/secの配信速度に対して十分な処理性能を持っているのに対して、受信端末78および中継ネットワークノード74の処理性能が29Mbit/secしかない状態を仮定する。
この仮定の下では、伝送誤りがない限り受信端末77ではデータ損失は発生しない。これに対して、受信端末78では、受信時にデータ損失が発生し、受信端末79,80では中継ネットワークノード74でのデータ転送時にデータ損失が発生してしまうため、データの再送処理が必要となる。
一方、送信端末71が29Mbit/secでデータ配信を行う場合を仮定すると、伝送誤りがない限り送信対象の受信端末77〜80の全てにおいてデータ損失が発生しないので、データ再送処理は不要である。
以上の例からも明らかなように、信頼性のあるマルチキャストデータ配信で効率のよい通信を行うためには、各受信端末77〜81の各々の環境において、転送時のデータ損失が発生しないようなデータ配信速度を用いることにより、再送の発生数を最小限に留めることが重要となる。
【0005】
従来の方法における具体例として、例えば文献1(RMTP(Lucent)J.C.Lin and S.Paul,“RMTP:A Reliable Multicast Transport Protocol”,IEEE Infocom ’96.pp1414−1424)では、データ損失の検出のために、受信端末からのACK返送を使用している。また、フロー制御には、転送速度制御とウィンドウ制御を併用したTCPと類似する方法(Slow Start)を用いているが、これではフロー制御中に配送されたデータに損失が生じ、データ再送処理が生じてしまう。また、この方法では、最も遅い受信者に合わせて送信速度が決定されてしまうため、帯域予約と連係した場合には、予約可能な帯域が十分にあってもそれを活用できない受信者が生じるという問題が生じる。
【0006】
また、他の文献2(RMTP(IBM/NTT)Shiroshita,Sano,Takahashi,Yamashita,Yamanouchi,and Kushida,“Performance Evaluation ofreliable multicast transport protocol for large−scale delivery”Proc.IFIP PfHSN.Oct.1996.)では、データ損失の検出のために、受信端末からのACK/NACK返送を併用している。また、フロー制御には、代表受信者からのAck/Nackに基づいた転送速度制御を用いているが、代表の受信者による転送速度変更要求を行った場合には、調整段階中に配送されたデータに損失が発生するため、データ再送処理が生じてしまうという問題がある。また、送信速度に対して十分な帯域が確保できない受信者が発生するという問題に対する部分的解決策として、再送要求の多い受信者を隔離して個別再送する機能を有している。しかし、上記文献2に記載の方法は、帯域予約機能との連係は特にない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来の信頼性のあるデータ配送を行うマルチキャスト方式では、ある定められた速度で全ての受信端末に対してデータの配送を開始した後、配送後に検出されたデータ損失の状況に応じて配送速度調整や個別再送処理への切り替え等の処理を行うことにより、できるだけデータ配信処理時間のかからない最適なマルチキャスト配送形態を模索している。
しかしながら、このような方式では、最適状態に安定するまでの調整段階中に配送されたデータに損失が発生するため、データ再送処理が生じてしまうという第1の問題点が生じる。
また、従来の方式では、送信者と各受信者の一部あるいは全てがATM等の帯域予約機能を持つネットワークにより相互に接続されている場合においても、前述のような方式で最適なマルチキャスト配送形態を模索している。このため、予約可能な帯域が十分にあっても、それを活用できない受信者が存在したり、送信速度に対して十分な帯域が確保できない受信者が発生するという第2の問題点が生じる。
【0008】
そこで、本発明の目的は、これら従来の課題を解決し、マルチキャスト配信における再送処理の発生頻度を減少させ、配信処理全体の速度を向上させることにより、最適状態に安定するまでの調整段階中に配送されたデータに損失が生じて、データ再送処理が発生してしまう第1の問題点や、予約可能な帯域が十分にあってもそれを活用できない受信者、および送信速度に対して十分な帯域が確保できない受信者が存在する第2の問題点を解消することが可能なマルチキャストデータ配信方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチキャストデータ配信方法では、上記の問題点を解消するために、先ず、データ送信前に各受信者の利用可能な速度を問い合わせ、次に、互いにほぼ等しい配信(受信)可能速度を持つ受信者の集合を1つの受信グループ単位とみて各グループ毎に信頼性のあるマルチキャスト配送処理を適用することにより、データ転送中の再送処理手順を最小限に留める。このために、本発明の方法では、マルチキャスト配送の開始前に、各受信端末および中継ネットワークノードで利用可能な資源について情報収集を行い、発信者はこの情報に基づいてほぼ等しい転送速度を持つグループ毎に受信者を分類して、グループ別に信頼性のあるマルチキャスト配送処理を行うとともに、帯域予約機能を持つネットワークと持たないネットワークが混在する環境においては、前記の受信者グループ分類の判断材料として帯域予約機能の有無を利用する。
【0010】
その結果、本発明では、以下の手順で処理することになる。
(1)上述の方法を用いて受信者を帯域予約/受信可能な速度別に分類する。受信者および中継ネットワークノードへの問い合わせは、資源予約機能の問い合わせを流用することができる。
(2)マルチキャスト配送開始前に各受信グループ毎に資源予約を行う。帯域予約ができない受信者グループに関しては資源予約は行わない。
(3)各受信グループ別に信頼性のあるマルチキャスト配送処理を適用する。すなわち、各受信端末に到着していないデータが存在する場合には、該送信端末から当該データが正しく届くまで再送を繰り返す。
(4)また、送信端末から各受信端末までのネットワークに、資源予約機能があるものとないものとが混在する場合には、該資源予約機能が利用可能なグループと利用不可能なグループとに受信端末を分類し、該送信端末から各グループに対して別々にデータを送信する。
これにより、データ転送中の再送処理は従来の方式よりも減少するため、再生処理により速度低下を起こすことがなく、信頼性のあるマルチキャスト配送処理を実現できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例を示すマルチキャストデータ配信システムの構成図であり、図6は図1における送信端末の構成図、図7は図1における受信端末の構成図である。
送信端末11は、データを各受信端末13〜15に発信する端末装置であり、中継ネットワーク12に接続されている。また、受信端末13〜15は、送信端末11から配送されてきたデータを受信する端末装置であり、送信端末11と同じように中継ネットワーク12に接続されている。
このうち、送信端末11は、図6に示すように、送信するデータを記録したデータ蓄積装置31と、データのマルチキャスト配送処理を制御する配送エンジン30と、送信端末11と中継ネットワーク12との間でデータのやりとりを行うネットワークI/F36と、データ配送時の資源管理を行う資源管理機構32とからなる。
【0012】
図6において、配送エンジン30は、配送すべきデータを用意して各受信端末13〜15に対してデータ配信を行う際の制御を行うモジュールであり、データ送信部34とグループ管理部35の2つのプロトコル処理部で構成される。
グループ管理部35は、各受信端末13〜15と資源管理機構32との間で調停を行い、受信端末の配送グループの制御を行うモジュールである。すなわち、ネットワークI/F36を介して中継ネットワーク12に対して行うマルチキャスト配送グループとその予約帯域の制御を行う。
また、資源管理機構32は、グループ管理部35に対して資源確保/開放要求を行い、ネットワークI/F36を介して中継ネットワーク12に対して資源予約処理を行う。
また、データ送信部34は、グループ管理部35のグループ分けに基づいてデータ蓄積装置31から読み出したデータを各受信端末13〜15に配送する処理を行う。すなわち、ネットワークI/F36を介して中継ネットワーク12にデータ転送/フロー制御を行う。
データ蓄積装置31は、送信端末11が配送するデータを蓄積し、必要に応じてその読み書きを処理するモジュールであって、一般には磁気記憶装置、半導体メモリ等の記録装置とその読み書きを行うインタフェースから構成される。
【0013】
受信端末13〜15は、図7に示すように、受信データを記録するデータ蓄積装置41と、配送されたデータを受信してデータ蓄積装置41にデータを蓄積し、データに誤り、抜けがあった場合には再送要求を行う受信エンジン43と、受信端末13〜15と中継ネットワーク12との間でデータのやりとりを行うネットワークI/F44と、受信エンジン43からの資源獲得要求に応じて資源管理を行う資源管理機構42とからなる。
受信エンジン43は、ネットワークI/F44を介して中継ネットワーク12に対してデータ受信/フロー制御を行い、資源管理機構42は、ネットワークI/F44を介して中継ネットワーク12に対して資源予約処理を行い、また受信エンジン43に対して資源確保/開放要求を行う。
【0014】
図1に戻って、中継ネットワーク12は、送信端末11と各受信端末13〜15との間を接続して相互に通信可能とするネットワークである。また、この中継ネットワーク12は、送信端末11から各受信端末13〜15の全てまたは部分集合に対するマルチキャスト配信を行うためのデータ複製機能と経路制御と配信に必要となる帯域を予約するための資源予約機構を備えたネットワークである。
このような機能を備えたネットワークの例としては、ATM(Asynchronous Transfer Mode)−VC(Virtual Circit)網、IP(Internet Protocol)網+資源予約プロトコル(RSVP:Reservation Protocol)の組み合わせ等を挙げることができる(RSVPの参考文献としては、例えば、“Resource Reservation Protocol(RSVP)”Version1 Function, RFC 2205参照)。以下の説明では、資源予約プロトコルとしてRSVPを使用した場合の実施例を併記した。
【0015】
図2は、本発明の一実施例を示す受信端末分類手順のシーケンスチャートであり、図3は、送信端末の送信グループ分類テーブル例を示す図である。
図1に示すマルチキャスト配信システムにおいて、データ配信を行う前に予約可能帯域別に受信端末を分類する処理を、図2に従って行う。また、図2に示す手順を実行する際の送信端末11の処理を図4のフローに従って端末内で行い、各受信端末における処理を図5のフローに従って端末内で行う。
図3は、送信端末11のグループ管理部35が受信端末13〜15を送信グループ毎に分類処理するために用いるテーブル(SendTBL)である。送信端末11は、各受信端末13〜15を必要帯域に応じたグループGrpA0〜Amに分類して、このテーブルに登録して管理する。これらの配送グループは、送信端末11が配送グループ分類評価関数L(Bw(x))により定めたものである。なお、グループGrpA0は、帯域予約が不可能または不能な受信端末が属するグループである。図3では、グループA0にはRA(3)のみが属し、グループA1には、RA(2)14のみが属し、グループA2にはRA(1)13、RA(3)、・・・RA(n)15が属し、グループAmには、RA(4),・・・RA(n1),・・・RA(n2)が属している。
【0016】
図2および図4に示すように、本発明のマルチキャスト方式では、先ず送信端末(SA)11のグループ管理部35が各受信端末RA(1)13〜RA(n)15に対して接続要求(CONN.Req(Bw(s))をネットワークI/F36より送信する(シーケンス〔A1〕およびステップ102)。ここで、Bw(s)は、送信者が各受信端末13〜15および中継ネットワーク12に対して要求する帯域幅である。回線に対する帯域の要求は、送信端末11の資源管理機構32により行われる。なお、ネットワークの資源予約にRSVPを用いる場合、図2の〔A1〕の段階で送信端末11の資源管理機構32は、RSVP Path Messageの送信を開始して予約の受付を開始する。RSVP Path Messageは、グループ管理部35が定める図3のテーブルに従って各グループ毎に生成される。
送信端末11が送信した接続要求CONN.Req(Bw(s))は、中継ネットワーク12により各受信端末13〜15まで配信される。このとき、中継ネットワーク12は、中継ネットワーク12内の予約利用可能な資源に応じて、接続要求CONN.Reqの要求帯域幅Bw(s)を変更してもよい。
(注)Bw(s)の変更結果は、データ送信前の各受信端末のグループ分けに反映される(図4のステップ106)。
【0017】
各受信端末13〜15は、ネットワークI/F44によりマルチキャスト配送に関するデータを受信すると、そのデータを受信エンジン43に渡してデータ処理を実行する。図5に示すように、受信端末13〜15が接続要求CONN.Reqを受信すると(ステップ202)、受信エンジン43は、受信の可否判断を行い(ステップ203)、その結果を送信端末11に対して受信了承Conn.ok(Bw(x))(ステップ205)、あるいは受信拒否Conn.NG(Bw(x))(ステップ204)として送信する。
図2では、受信了承は〔A2a〕で示され、受信拒否は〔A2b〕で示される。ここで、受信了承Conn.ok(Bw(x))または、受信拒否Conn.NG(Bw(x))には、接続要求に含まれた帯域情報Bw(x)が含まれている。また、受信了承Conn.ok(Bw(x))を送信した受信端末は、送信端末11からのマルチキャストデータの配信開始まで待機する(ステップ206)。
【0018】
受信了承(図2の〔A2a〕)の段階で、受信端末の資源管理機構42は、中継ネットワーク12および送信端末11に対して資源予約要求を行う。例えば、資源予約にRSVPを使用する場合には、送信端末11からのRSVP Path Messageと受信可能な帯域に応じたRSVP reservation request(Resv) Messageを送信する。
受信端末が送信した受信了承Conn.ok(Bw(x))または受信拒否Conn.NG(Bw(x))は、中継ネットワーク12により送信端末12まで配信される。このとき、中継ネットワーク12は、中継ネットワーク12内の予約利用可能な資源に応じて、受信了承Conn.ok(Bw(x))および受信拒否Conn.NG(Bw(x))の利用可能帯域情報Bw(x)を下方修正してもよい。
(注)Bw(s)の変更結果は、データ送信前の各受信端末のグループ分けに反映される。
【0019】
図4に示すように、送信端末11のグループ管理部35は、各受信端末から受け取った受信了承Conn.ok(Bw(x))または受信拒否Conn.NG(Bw(x))に基づいて、各受信端末について以下のような分類を行う(ステップ104〜107)。
(1)受信拒否Conn.NG(Bw(x))を発信した受信端末に関しては、マルチキャスト配信不可能とみなしてデータ配信対象から除外する(ステップ105)。
(2)受信了承Conn.ok(Bw(x))を発信した受信端末に関しては、配送グループ分類評価関数L(Bw(x))に基づいて分類する(ステップ106)。ここで、配送グループ分類評価関数L(Bw(x))は、送信端末11の分類ポリシーに基づいて受信端末13〜15の利用可能帯域に対応する送信グループを定める関数であり、利用可能帯域情報Bw(x)を入力すると、送信グループ番号を出力する。
【0020】
グループ管理部35は、分類結果に基づいて図3に示す送信グループ分類テーブルSendTBLに各受信端末を登録する(ステップ107)。配送グループ分類評価関数L(Bw(x))の実体は、送信者の方針に基づいて定められた帯域幅と各グループの対応テーブル、もしくはBw(x)の各要素を係数に持つ関数である。
送信端末11は、接続要求CONN.Reqを送信した全受信端末13〜15から受信了承Conn.ok(Bw(x))または受信拒否Conn.NG(Bw(x))の回答が得られたか(ステップ108)、を判定し、一定時間経過しても全受信端末13〜15からの回答が得られなかった(タイムアウト)時点で(ステップ103)、回答待ちの処理を終了する。このとき、回答が得られなかった端末は、受信拒否=マルチキャスト配信不能とみなしてデータ配信対象から除外する(ステップ109)。
【0021】
回答待ちを終了した送信端末11は、送信グループ分類テーブルSendTBLを参照して(ステップ110)、送信グループ別にマルチキャストデータ配送を実行する(ステップ111,112)。帯域予約にRSVPを使用している場合には、送信端末11に各受信端末13〜15からのRSVP Resv Messageが届いた時点で帯域予約が完了する。
図2においては、〔A3〕で各グループ毎に(Grp.A1,A2,・・・Am,(注)m個のグループ)マルチキャストデータ配信を行っている。なお、各受信端末に到着していないデータが存在する場合には、該送信端末から当該データが正しく届くまで再送を繰り返すことにより、信頼性のあるデータ配信を実現することができる。
また、各受信端末13〜15までのネットワークに資源予約機能があるもの(例えば、RSVPを有するもの)と、ないものとが混在しているネットワークにおいては、受信端末を上記資源予約機能が利用可能なグループと利用不可能なグループとに分けて、各グループに対して送信端末から別々にデータを送信する。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マルチキャスト配信における再送処理の発生頻度を減少させ、配信処理全体の速度を向上させることが可能になるため、最適状態に安定するまでの調整段階中に配送されたデータに損失が生じて、データ再送処理が発生することがなくなり、また予約可能な帯域が十分にあってもそれを活用できない受信者、および送信速度に対して十分な帯域が確保できない受信者の存在をなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すマルチキャストデータ配信システムの構成図である。
【図2】本発明の一実施例を示す受信端末分類手順のシーケンスチャートである。
【図3】本発明の送信端末による送信グループ分類テーブルの構造図である。
【図4】本発明の送信端末における受信端末分類手順のフローチャートである。
【図5】本発明の受信端末における受信端末分類手順のフローチャートである。
【図6】図1における送信端末の構成例を示す図である。
【図7】図1における受信端末の構成例を示す図である。
【図8】従来におけるマルチキャストデータ配信システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
11…送信端末、12…中継ネットワーク、13〜15…受信端末、
31…データ蓄積装置、32…資源管理機構、30…配送エンジン、
34…データ送信部、35…グループ管理部、36…ネットワークI/F、
41…データ蓄積装置、42…資源管理機構、43…受信エンジン、
44…ネットワークI/F。
Claims (1)
- 中継ネットワークノードにより送信データを複製して複数の受信端末に配信するマルチキャストデータ配信方法において、
送信端末は、データ送信に先立って、全ての受信端末への全ての経路上で予約可能な帯域の大きさを調べ、該予約可能な同一の帯域を予約し、
該送信端末は予約した帯域に合わせた速度で中継ネットワークにデータを送信し、
各受信端末に到着していないデータが存在する場合には、該送信端末から当該データが正しく届くまで再送を繰り返すとともに、
前記送信端末から各受信端末までのネットワークに、資源予約機能があるものとないものとが混在する場合には、該資源予約機能が利用可能なグループと利用不可能なグループとに受信端末を分類し、該送信端末から各グループに対して別々にデータを送信することを特徴とするマルチキャストデータ配信方法。
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