JP3739324B2

JP3739324B2 - セッション数比率ＱｏＳ制御方法、プログラム、および音声ゲートウェイ装置

Info

Publication number: JP3739324B2
Application number: JP2002038286A
Authority: JP
Inventors: 慎也能上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003244225A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＰ（ｉｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワーク（ＩＰ網）を介して音声の伝送を行う場合に、網内のトラヒック増加に起因する音声ゲートウェイ装置、ルータ等の網内エレメントの輻輳が生じた場合に、通話中の呼のＱｏＳ（サービス品質）を維持するためのいわゆる「ＱｏＳ制御」に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
トラヒック制御方式は、大きく分けて「輻輳制御」と「ＱｏＳ制御」に分類される。このうち、ＶｏＩＰ−ＧＷ（ＶｏＩＰ−ゲートウェイ装置）やルータの輻輳に対する輻輳制御方式としては次のものがある。
（１）ＲＥＤ（ＲａｎｄｏｍＥａｒｌｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）：ルータ内のバッファの平均待ちキュー長に応じて確率的にパケットを廃棄する方法。
（２）ＦＩＦＯ（ＦｉｒｓｔＩｎＦｉｒｓｔＯｕｔ）：ルータ内のバッファにはパケットを先着順で格納し、満杯で空きのない場合には到着するパケットを廃棄する方法。
（３）集中監視制御装置による輻輳制御：集中監視制御装置は、呼処理輻輳が発生した交換機から通知された輻輳情報をもとに、電話網内の各発側交換機に制御指示を行い、それを受け取った各発側交換機は前記輻輳交換機に向かう発呼を呼数密度制御等により規制する。
（４）定期的な試験パケット送信による音声発呼受付判定：ＩＰ網内の全ての音声ゲートウェイ装置間で定期的に試験パケットの送受信を行い、試験パケットの往復時間を測定しておき、この往復時間が閾値を超過した場合には、それ以降に到着した音声の発呼要求を拒否する方法。
（５）発呼要求時の試験パケット送信による音声発呼受付判定（「音声ゲートウェイおよびネットワーク輻輳制御方法」（特願２０００−３８３５０４）：上記（４）の定期的に試験パケットを発信する代わりに、発ＧＷが呼接続要求を受信するたびに試験パケットを発信し、着ＧＷがそれに応答する方法。
（６）上記（５）の試験パケットの発信そのものを抑制する方法（「音声ゲートウェイとネットワーク輻輳制御方法およびプログラムと記録媒体」（特願２００１−１９２９０２）。
【０００３】
また、ＱｏＳ制御方式としては、次のものが挙げられる。
（１）ノード内にマルチキューを設けて、スケジューリングさせることにより品質を保証する方法には次のような方法がある。いずれも重みや優先度を与えてやることにより、パケットをキューから取り出す順番を制御して、高優先度のものの品質を維持する方式である。
ＣＢＱ（ＣｌａｓｓＢａｓｅｄＱｕｅｕｅｉｎｇ）
ＰＱ（ＰｒｉｏｒｉｔｙＱｕｅｕｅｉｎｇ）
ＷＦＱ（ＷｅｉｇｈｔｅｄＦａｉｒＱｕｅｕｅｉｎｇ）他
（２）例えば、アプリケーション毎に独立した帯域を与え、各アプリケーション内においては、品質を保証できる程度の呼のみを受付ける呼受付方式。
（３）ＲＳＶＰ（ＲｅｓｏｕｒｃｅＲｅｓｅｒｖａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ：帯域やバッファなどの資源を確保し、ＱｏＳ制御を実現するプロトコル）を用いる方法。
（４）帯域制御装置（例えば、ＰａｃｋｅｔＳｈａｐｅｒ）を用いて、あるアプリケーションに対して常にある程度以上の帯域を確保する方法。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＩＰ網においてＶｏＩＰサービスを行っている場合に、ある原因で多数の呼が短時間に集中的に発呼し、網内やノード内が輻輳する場合には、既に通話中の呼の情報を運んでいるパケットも影響を受けて遅延時間が延びたり、パケットロスが起こったりして品質が劣化することが考えられる。そのような異常時においても、通話中の呼の品質をできるだけ高くあるいは平常時と同じ品質に維持させることがこの発明が解決しようとしている課題である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パケット輻輳時に新たなセッションの確立を規制／制限するいわゆる呼受付制御を行ってもなお音声セッションのパケット輻輳が収まらず、通話中の呼の品質の劣化が起こるような場合において、既に確立されている音声セッションの中から確率的にある比率で抽出されたセッションのみのパケットの優先順位を下げることにより、最大限に音声サービスの通話品質を確保するＱｏＳ制御方法、プログラム、および音声ゲートウェイ装置である。
【０００６】
本発明によれば、セッション数比率に応じて抽出されパケットの優先度を下げられたセッションについては、品質劣化は生じるものの、完全に通信途絶が起こるわけではないので、最小限度の情報としては伝えられ続けることができ、尚且つその他のセッションについては良好な品質が保たれる。このように、ある限られた部分的なセッションの品質を犠牲にすることにより、その他の大部分のセッションの品質を正常に保つことができる。
【０００７】
また、輻輳が収まったと判定された場合には、それに順応して優先度を下げられていたセッションも正常な優先度に戻されるため、それによりセッション全体の運用を短時間内に正常な状態に復帰させることができ、不当にあるセッションの優先度のみが下げられているような状態が長時間に渡り続くことはない。従って、輻輳が起こったときの制御の時間的、空間的影響範囲を必要最小限に止めることができる。
【０００８】
また、輻輳の度合いに応じて、優先度を下げるセッション数の比率を動的に変更することにより、常にある比率のセッションについては正常な品質を保つことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態のＱｏＳ制御方法に関連するネットワーク装置と制御の概要を図１に示す。同図に示すように、電話網−ＩＰ網−電話網という網形態において、▲１▼ＩＰ網内に設置された音声ゲートウェイでは、特定の発着ＧＷ間のＩＰ網内のいずれかのルートで音声パケット輻輳が継続しているかどうかを判定する。この判定方法としては、試験パケットを定期的に各ゲートウェイに送出し、輻輳が起こっているか否かを判定する方法（実施例１として後述する）、輻輳が起こったゲートウェイやルータが他の各ゲートウェイに輻輳通知を発信し、その通知情報により輻輳が起こっていることを検知する方法（実施例２として後述する）、等が考えられる。輻輳を検知したゲートウェイでは、何らかの輻輳制御方法で輻輳を鎮圧する。しかし、この輻輳制御を行っても輻輳が収まらず、通信中の呼の品質が劣化するような場合には、次のようなＱｏＳ制御を実行する。即ち、▲２▼輻輳発着ＧＷ（ゲートウェイ）間に設定されている音声セッション内、輻輳度合いに応じて、決められた比率の音声セッションを抽出する。▲３▼抽出されたセッションの優先度（ゲートウェイや各ルータ内での処理の優先度）を低い値に変更し、その他のセッションの呼の品質を保つ制御を実行する。
【００１０】
図２に、音声ゲートウェイの機能図を示す。ここでは、全てのセッションの品質が劣化しているため、選択されたセッション２のパケットの優先度を最低優先度に下げて、その他のセッションの呼の品質を保っている。すなわち、図２の上の図では、セッション１〜Ｎのパケットが全て最高優先度キューに格納されており、輻輳が生じている。このままの状態では、全ての音声セッションの通話品質が劣化することになる。そこで、輻輳が継続する場合には、図２の下の図のように、輻輳度合いにより確率的に抽出されたセッション（図２ではセッション２）のパケットを最低優先度に下げる。その結果、セッション２の通話品質は低下するが、それ以外のセッションの音声セッションの通話品質は維持される。
【００１１】
図３に、音声ゲートウェイのハードウェア構成例を示す。１は音声ゲートウェイ装置であり、メディア変換機能、呼制御機能、電話番号−ＩＰアドレス変換機能、メディア変換制御機能を持つ（これらの機能については図示していない）。２はＱｏＳ制御部であり、本発明を実現する各種機能を有する。３はキュー管理部であり、各セッションの現在の優先度の把握、各パケットの各キューヘの振り分け指示、優先度変更指示、等を行う。４は輻輳状態解析部であり、他のノード（ゲートウェイやルータ）からの輻輳情報を解析してキュー管理部へ伝える。５はパケットヘッダ解析部であり、各セッションのＩＰパケットのヘッダを解析して、どのキューヘ振り分けるかというキュー管理部からの指示を音声パケット受信部へ伝える。６はデータパケット送受信部であり、他ノードとの定期的な試験パケットのやり取りや輻輳情報のやり取りを行う。７は音声パケット受信部であり、到着してくるパケットを、パケットヘッダ解析部からの指示により各キューに振り分ける。８は音声パケットキューイング部であり、複数のキューからなり各優先度の音声パケットをそれに対応したキューに格納する部分である。９は音声パケット処理部であり、キューから取り出された各パケットが処理される。１０は音声パケット送信部であり、処理が終了したパケットを次のノードに送出する機能を持つ。
【００１２】
１１はこの音声ゲートウェイ装置が接続されているインターネットであり、１２は同様に電話網である。
【００１３】
（実施例１）
実施例１は、試験パケットを定期的に各ゲートウェイに送出し、輻輳が起こっているか否かを判定する方法に関するものである。
【００１４】
図４に本実施例のＱｏＳ制御のフローを示す。その手順の詳細を以下に示す。
▲１▼発信側の音声ゲートウェイ（以下、発ＧＷ）では、一定間隔ｔｐ１毎に方路（着信側音声ゲートウェイ（以下、着ＧＷ）向けの）毎に試験パケットを送出する。
▲２▼（ａ）試験パケットに対する応答パケットがあるタイムアウト時間閾値内に到着しない場合、あるいは（ｂ）応答パケット内に書き込まれた「片道パケット遅延時間」の値がある閾値以上である場合、のいずれかが起こる（これを条件Ａと呼ぶ）と、その方路向けの試験パケット送出間隔をｔｐ２（＜ｔｐ１）に変えて、さらに試験パケットを送出し続ける。ｎ１回連続して上記（ａ）（ｂ）のいずれか起こった場合に、その着ＧＷ向けの方路は輻輳が起こっていると判断する。
▲３▼発ＧＷは、なんらかの輻輳制御方式（呼受付制御や試験パケット制御）により輻輳を緩和しようとする。輻輳制御が発動されてからＴ１時間経過してもまだ輻輳が継続している場合に、次のアクションをとる。
その方路に接続されているセッション数ｓ１の内、ｋ１％のセッションを対象とし、そのセッション向けのデータパケットの（各ノード内での）処理優先度を一番低い値にセットするとともに、その方路への試験パケットの送出間隔をｔｐ２からｔｐ３（＜ｔｐ２）に変更する。
▲４▼ある時点ｔ１での優先度を下げるセッション比率がＸ（ｔ１）に設定されているとする。さらにｎ２回連続して上記（ａ）（ｂ）のいずれかが起こる場合には、その時点ｔ２においてさらに規制を強化させるために優先度を下げるセッション比率を次のように変更する。
Ｘ（ｔ２）＝Ｘ（ｔ１）／β （但し、０＜β＜１）
▲５▼さらにｎ２回連続して上記（ａ）（ｂ）のいずれかが起こる場合には、さらに優先度を下げるセッション比率をさらに上式によって増加させ、以降、これを繰り返す。
▲６▼逆に、ある時点ｔ１でのセッション比率がＸ（ｔ１）である場合に、条件Ａでない事象がｎ３回連続して起こる場合には、その時点ｔ２において規制を緩和させるために優先度を下げるセッション比率を次のように変更する。
Ｘ（ｔ２）＝Ｘ（ｔ１）＊β （但し、０＜β＜１）
▲７▼ある時点で、優先度を下げているセッション比率がｋ２（＜ｋ１）％以下になった場合には、ＱｏＳ制御を終了して通常処理に戻す。
【００１５】
（実施例２）
実施例２は、輻輳が起こったゲートウェイやルータが他の各ゲートウェイに輻輳通知を発信し、その通知情報により輻輳が起こっていることを検知する方法に関するものである。
【００１６】
図５に本実施例のＱｏＳ制御のフローを示す。その手順の詳細を以下に示す。
▲１▼発信側の音声ゲートウェイ（以下、発ＧＷ）は、輻輳が起こったゲートウェイやルータから、輻輳制御が作動したことを知らせる通知を受信するとタイマーを作動させる。
▲２▼Ｔ１時間が経過しても輻輳解除の通知がない場合には、ＱｏＳ制御を作動させる。即ち、設定されているセッションのうち、ｋ１％のセッションのパケットを最低レベルの優先度に下げ、タイマーをリセットする。
▲３▼Ｔ２時間経過する前に輻輳解除通知を受けた場合にはＱｏＳ制御を終了する。そうでなければセッション比率Ｘ（ｔ）を強化（Ｘ（ｔ）／βに変更）し、さらにＱｏＳ制御を続行する。
▲４▼さらにＴ２時間内に輻輳解除通知がなければ、以下同様に、セッション比率を強化し続ける。輻輳解除通知を受けるまでこの制御を続行し、受けた時点でＱｏＳ制御を終了する。
【００１７】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、ＩＰネットワークのあるルート上で輻輳が起こり、呼受付制御を用いてそれ以上のセッションを設定しないようにしているにもかかわらず輻輳が鎮静化しない場合に、既に確立されている音声セッションの中から確率的にある比率でセッションを選択し、その選択されたセッションのパケットのノード内での処理優先度を下げることにより、選択されたセッション以外のセッションの品質を良好に保つことができる。また、輻輳の度合いにより、そのセッションの比率を上げたり下げたりできるので、輻輳の度合いに応じた制御の強化、緩和が可能になり、よりＱｏＳ制御の効果を上げることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＱｏＳ制御方法に関連するネットワーク装置と制御の概要図である。
【図２】音声ゲートウェイの機能図である。
【図３】図１における音声ゲートウェイのハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明のセッション数比率ＱｏＳ制御方法に係わる処理手順例を示すフローチャートである。
【図５】本発明のセッション数比率ＱｏＳ制御方法において、パケット輻輳を起こしているノードから輻輳通知及び輻輳解除通知がなされる場合の処理手順例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…音声ゲートウェイ装置、２…ＱｏＳ制御部、３…キュー管理部、４…輻輳状態解析部、５…パケットヘッダ解析部、６…データパケット送受信部、７…音声パケット受信部、８…音声パケットキューイング部、９…音声パケット処理部、１０…音声パケット送信部、１１…インターネット、１２…電話網。

Claims

ＩＰ網上で音声伝送を行う音声ゲートウェイ装置での輻輳制御方法において、
発信側音声ゲートウェイ装置は、ある特定発着ルート間でパケット輻輳が発生していると検知し、それが継続すると判断した場合に、その当該発着ゲートウェイ装置間に設定されている音声セッションの内、輻輳の度合いに応じてある比率の音声セッションのパケットの処理優先度を下げて、他のセッションの通話品質を確保するＱｏＳ制御方法であって、
ある比率の音声セッションのパケットの処理優先度を下げた後に、
試験パケットをある間隔で送出し、
応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生したときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を増加させ、
応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生しないときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を減少させる
ことを特徴とするＱｏＳ制御方法。
請求項１に記載のＱｏＳ制御方法において、
試験パケットをある間隔で送出し応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかが発生し、試験パケットをある間隔で送出し応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生したことにより、パケット輻輳が発生していると検知することを特徴とするＱｏＳ制御方法。
請求項１または２に記載のＱｏＳ制御方法において、
処理優先度を下げている音声セッションの比率が、前記ある比率より小さなある比率を下回ったときにＱｏＳ制御を終了することを特徴とするＱｏＳ制御方法。
ＩＰ網上で音声伝送を行う音声ゲートウェイ装置での輻輳制御方法において、
発信側音声ゲートウェイ装置は、ある特定発着ルート間でパケット輻輳が発生していると検知し、それが継続すると判断した場合に、その当該発着ゲートウェイ装置間に設定されている音声セッションの内、輻輳の度合いに応じてある比率の音声セッションのパケットの処理優先度を下げて、他のセッションの通話品質を確保するＱｏＳ制御方法であって、
ある比率の音声セッションのパケットの処理優先度を下げた後に、
輻輳解除通知なしにある時間を経過したときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を増加させ、
輻輳解除通知があったときにＱｏＳ制御を終了する
ことを特徴とするＱｏＳ制御方法。
ＩＰ網上で音声伝送を行う音声ゲートウェイ装置での輻輳制御を行うためのプログラムであって、
コンピュータに、
ある特定発着ルート間でパケット輻輳が発生していることを検知し、それが継続すると判断した場合にＱｏＳ制御を開始するＱｏＳ制御開始判断ステップ、および、
輻輳の度合いに応じてある比率の音声セッションの処理優先度を下げて、他のセッションの通話品質を確保するＱｏＳ制御ステップ、
を実行させるためのＱｏＳ制御プログラムであって、
前記ＱｏＳ制御ステップは、
ある比率の音声セッションの処理優先度を下げるステップの後に、
試験パケットをある間隔で送出するステップ、
応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生したときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を増加させるステップ、および、
応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生しないときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を減少させるステップ
を含むことを特徴とするＱｏＳ制御プログラム。
請求項５に記載のＱｏＳ制御プログラムにおいて、
前記ＱｏＳ制御開始判断ステップは、試験パケットをある間隔で送出し応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかが発生し、試験パケットをある間隔で送出し応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生したことにより、パケット輻輳が発生していることを検知するステップを含むことを特徴とするＱｏＳ制御プログラム。
請求項５または６に記載のＱｏＳ制御プログラムにおいて、
前記ＱｏＳ制御ステップは、処理優先度を下げている音声セッションの比率が、前記ある比率より小さなある比率を下回ったときにＱｏＳ制御を終了するステップを含むことを特徴とするＱｏＳ制御プログラム。
ＩＰ網上で音声伝送を行う音声ゲートウェイ装置での輻輳制御を行うためのプログラムであって、
コンピュータに、
ある特定発着ルート間でパケット輻輳が発生していることを検知し、それが継続すると判断した場合にＱｏＳ制御を開始するＱｏＳ制御開始判断ステップ、および、
輻輳の度合いに応じてある比率の音声セッションの処理優先度を下げて、他のセッションの通話品質を確保するＱｏＳ制御ステップ、
を実行させるためのＱｏＳ制御プログラムであって、
前記ＱｏＳ制御ステップは、
ある比率の音声セッションの処理優先度を下げるステップの後に、
輻輳解除通知なしにある時間を経過したときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を増加させるステップ、および、
輻輳解除通知があったときにＱｏＳ制御を終了するステップ
を含むことを特徴とするＱｏＳ制御プログラム。
ある特定発着ルート間でパケット輻輳が発生していることを検知し、それが継続すると判断した場合にＱｏＳ制御を開始するＱｏＳ制御開始判断手段と、
輻輳の度合いに応じてある比率の音声セッションの処理優先度を下げて、他のセッションの通話品質を確保するＱｏＳ制御手段と、
を備えた音声ゲートウェイ装置であって、
前記ＱｏＳ制御手段は、
ある比率の音声セッションの処理優先度を下げた後に、
試験パケットをある間隔で送出し、
応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生したときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を増加させ、
応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生しないときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を減少させる
ことを特徴とするＩＰ網上で音声伝送を行う音声ゲートウェイ装置。
請求項９に記載の音声ゲートウェイ装置において、
前記ＱｏＳ制御開始判断手段は、試験パケットをある間隔で送出し応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかが発生し、試験パケットをある間隔で送出し応答パケットがタイムアウトまたは片道パケット遅延時間が閾値以上のいずれかがある回数連続して発生したことにより、パケット輻輳が発生していることを検知することを特徴とする音声ゲートウェイ装置。
請求項９または１０に記載の音声ゲートウェイ装置において、
前記ＱｏＳ制御手段は、処理優先度を下げている音声セッションの比率が、前記ある比率より小さなある比率を下回ったときにＱｏＳ制御を終了することを特徴とする音声ゲートウェイ装置。
ある特定発着ルート間でパケット輻輳が発生していることを検知し、それが継続すると判断した場合にＱｏＳ制御を開始するＱｏＳ制御開始判断手段と、
輻輳の度合いに応じてある比率の音声セッションの処理優先度を下げて、他のセッションの通話品質を確保するＱｏＳ制御手段と、
を備えた音声ゲートウェイ装置であって、
前記ＱｏＳ制御手段は、
ある比率の音声セッションの処理優先度を下げた後に、
輻輳解除通知なしにある時間を経過したときに、処理優先度を下げる音声セッションの比率を増加させ、
輻輳解除通知があったときにＱｏＳ制御を終了する
ことを特徴とするＩＰ網上で音声伝送を行う音声ゲートウェイ装置。