JP3949606B2 - Network quality control method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はIP網の品質制御方法、特に品質制御対象がアプリケーションあるいはプラットホーム特性により周期的なバースト性をもつストリームトラヒックである場合にネットワークの品質低下を防止する品質制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
Bandwidth−Brokerモデルと呼ばれる帯域管理システムが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この帯域管理システムは、品質制御を目的としてサービス利用者の利用要求に対して受付制御という手法を用いるネットワークの実現形態である。Bandwidth−Brokerという名前が示すように、このモデルは主として帯域制御という考え方に基づくもので、基本的には必要帯域が確定しているサービスに対して制御するという前提であり、リアルタイム性やマルチキャストを利用するアプリケーションで扱われるなど再送制御による品質制御が困難でネットワーク側で品質制御を行う必要があるサービスへの適用性が見出されている。
【0003】
ところが、現実のIPトラヒックを見ていると、厳密にはこの前提が成立しない場合が多い。図1は、ある映像ストリームをキャプチャした結果を示す。バーストが一定の周期で発生していることがわかる。このような短時間でのバーストに対しては、各ノードのバッファ時間がバースト間隔より長ければ考慮することが必要であるが、現実のトラヒックとノードにおいてはこのバースト性は無視できない場合が多く見られ、Bandwidth−Broker側にはトラヒックの振る舞いを考慮した対処が必要になる。
【0004】
こうした場合にパケットロス率を基準値以下に抑える品質制御ないし受付制御技術に関しては、従来から様々な研究がなされており、その代表的なものとしてATMのトラヒック制御技術として既に標準的な手法が確立されており(例えば、非特許文献2参照)、以下のような共通の性質をもつ。
1.UPC(Usage Parameter Controller)によりトラヒックを加工する。
2.各フロー毎にVCを割当ててVC単位に制御する。
3.QoSパラメータにより統計多重効果を推定して、品質制御を行う。
【0005】
また、IPでの品質保証技術としては、RSVPを利用したRSVP−TEなどがあるが(例えば、非特許文献3参照)、以下のような特徴をもっている。
1.UPCの存在は前提とはされていない。
2.経路制御は一般には各ノードの自律分散によって行われ、ATMに比べて経路計算処理負荷が小さい。各フローの状態管理はセッション制御によって行われる。
3.受付制御を行う品質制御の技術としてはRSVP−TEのようにリソースの排他的予約モデルに基づくものが多く、統計多重効果は利用されていない。
【0006】
VLAN単位のレートシェーピングのような低位レイヤでの制御方法もあるが、これらは、IPルーティングとは独立に動作する静的な制御である。
なお、こうした特性を持つトラヒックはそれほど特殊なものでなく、図2のように一定のクロックで動くサーバが定常的にトラヒックをイーサネット(登録商標)に送出する過程において頻繁に見られる特徴である。また、VBR性は、図2のようにデータ量に時間依存性がある場合だけでなく、図3のように、割り込み処理等によりサーバが複数周期分のデータをまとめて送出する場合にも適用可能である。本発明は、このトラヒック特性があることを前提とする。
【0007】
【非特許文献1】
B.Teitelbaum, et al.:”Qbone Bandwidth Broker Architecture”,work in progress,
http://qbone.internet2.edu/bb/bboutline2.html
【非特許文献2】
Paul Ferguson;Geoff Huston,”インターネットQoS”オーム社,pp.123−154,2000
【非特許文献3】
D.Awduche;L.Berger;D.Gan;T.Li;V.Srinivasan;G.Swallow,”RSVP−TE:
Extensions to RSVP for LSP Tunnels”,IETF Networking Group RFC 3209,2001
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ATMのトラヒック制御技術にはIPでのトラヒック制御技術に比べて次のような課題があった。
1.UPCの実装が必要であり、収容ノードに対する要求条件が厳しくなる。
2.VCを各フローに割当てる為、フロー数が大きくなると経路計算負荷がIPのルーティング制御に比べて急速に増加する。
一方IPによる既存トラヒック制御技術では次の課題があった。
3.各フローに対してリソースを排他的に予約するため、統計多重効果による効果を考慮してトラヒック制御が出来ない。
また両者に共通の課題があった。
4.VBR的なトラヒックに対する対応が難しい。UPCによるトラヒック加工を利用する場合にはUPCのコストが増大し、リソース予約に基づくモデルでは必要となるリソース量が増大する。ATMのCACアルゴリズムの中には参考文献〔4〕]のようにNon Parameteric CACという手法も存在するが、図1のようにピーク速度がリンク速度に近い場合には適用範囲外である。
【0009】
これらの課題は、トラヒック特性を任意のものとしているために発生したものである。ATMの場合には任意のトラヒックをUPCにより加工し扱いやすくした上で統計多重効果を用いるという手法であったためUPCやVCへの要求条件が厳しくなり、一方IP(RSVP−TE)はトラヒックをそのまま扱うため統計多重効果を用いられなくなった。
【0010】
しかし前項で述べたように、実際のストリームの出力特性は図1に示すように、ストリームのバースト間隔、バーストサイズ及びピークレートが時間的に一定となる規則性をもっており、受付制御の際にBandwidth−Brokerの既存機能を利用してこの出力特性を利用者から申告させる方法は容易である。この特性を利用してUPCを用いることなく、既存のIPの経路制御プロトコルを用いて、バースト特性と統計多重効果の影響を考慮した受付制御を可能とする事が本発明の目的であり、そのために、Bandwidth−Brokerの受付判定論理にバースト特性の統計多重効果を盛り込むことが本発明の解決しようとする課題である。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本章では、まず課題を解決する実現方式を述べた後、対象となるストリームの定義と後述する各実施例で述べられているユーザーが帯域管理サーバに通知ないし申告すべきパラメータを定義する。最後に本発明が利用する統計多重効果の性質について説明する。
I.課題を解決する実現方式
Bandwidth−Brokerに以下の(1)〜(4)の特性をもつ受付判定論理を具備することにより、ストリームのサービス利用者の利用要求に対して、ストリームがバースト性を持つという条件下でも受付制御という手法でパケットロス率を基準値以下に制御することが可能になる。
(1)極限ON−OFFモデルによりバースト特性を持つトラヒックを受付制御の対象とする場合に、利用者が利用要求時にバースト特性のパラメータを申告することで、事前に受付判定を可能とする方法及び受付判定アルゴリズム。
(2)(1)と同じ特性を持つトラヒックを対象とする際に、受付制御部(ネットワークに設けた帯域管理サーバ)において利用要求時に申告されたパラメータを現在ネットワークを流れているストリームのバーストパラメータと比較することにより、より簡易に事前判定を可能とする受付判定アルゴリズム
(3)(1)と同じ特性を持つトラヒックを対象とする際に、事前にサービス提供者(アプリケーションサーバ)より提供されるサービスのバースト特性のパラメータをサービス提供者が帯域管理サーバに申告することにより、簡易に事前判定を行う方法。
(4)バーストが時間周期性を持つもののその都度のバーストサイズが異なり、バーストサイズの最大値と長時間平均レートのみが保証される場合に、事前の受付判定を可能とする方法及び受付判定アルゴリズム。
なお、Bandwidth−Broker(帯域管理サーバ)そのものの仕組みとしては公知の事実であり、本発明ではその受付判定論理を発明の対象とするため、ストリームソースーユーザー間通信方法、ストリームソース−受付判定部間通信方法、並びにセッション管理方式は既存の方法を利用することとする。
【0012】
II.対象となるストリームとユーザーが申告すべきパラメータ
極限ON−OFFモデルとは、図1に示されるようなバーストストリームを意味し、ストリームのバースト間隔、バーストサイズ及びピークレートが時間的に一定の性質を持つバーストを意味する。そして、例えば、映像ストリームや音楽配信ストリームのようなバースト性を有する各種のストリームは、バースト間隔、バーストサイズ及びピークレートが時間的にほぼ一定していることが確認された。このようなバースト性のトラヒックは3つのパラメータ(R,P,B)によって表現が可能である(R:長時間平均レート、P:瞬間最大レート、B:1度のバーストで流れるデータ量)。一方、後述する実施例4ではBの大きさが一定ではなく最大値Bmaxのみが保証されているパターンである。申告すべきパラメータとしは、実施例1及び2では、ユーザーが(R,P,B)を、実施例3ではサーバが(R,P,B)およびユーザーがRを、実施例4ではユーザーが(R,Bmax)を申告する必要がある。また、既知となっているノードのリンク速度とバッファ長をそれぞれW,Tとし、これらネットワークのリンク速度及びバッファ長に関するデータは、品質制御を行う帯域管理サーバが保有する。
【0013】
III. 最後に本発明が利用する統計多重効果の性質
まず、上述したバースト特性を有する極限On−OFFモデルのトラヒックに関して考察する。全てのフローがバッファにより最大限待たされて出力された場合のサービス関数S(t)を考える。この場合はストリームが最も効率的に収容された場合である。
【数1】
【0014】
ここで、μはそのバーストのロスなし多重のための実効帯域と呼ばれるもので、ロスなしの条件(安全側近似)は各バーストのμの総和がリンク速度を超えないことである(例えば、参考文献、A.Elwalid et al,“A New Approach for Alloating Buffers and Bandwidth to eterogeneous,Regulated Traffic in an ATM Node,”IEEE IEEE Journal on Selected Areas in Communications,13:6,pp.1115−1127,August 1995、及び謝宇計,”情報流通プラットホームにおけるQoS保証のためのトラヒック制御,”NII Journal No.3,pp.23−33,2001)。すなわち、図4に示すように、パケットロス率の下限は各瞬間のμの総和がリンク速度を超える確率から求めることが出来る。バーストの種別をiで表すとすると、各バーストパターン(Ri,Pi,Bi)の本数がNi本であるときにパケットロス率の下限Plossは以下の式で表すことができる。
【数2】
【0015】
この式はBandwidth−Brokerのように呼毎に例えば利用者のサービス要求毎に判定する場合は計算可能である。ところで、ΣS(t)は以下のような性質を持つ。
【数3】
【0016】
これは、ΣS(t)がBi(K,T2/T)の重みつき平均値であることを示しており、(4)式がなりたつ範囲では、(5)式が成り立つ。
【数4】
Σri=Σkiμi=r(一定) 式(4)
Pr(ΣS(t)>W≦max{Pr(μiBi(r/Ri,T2/T)>W 式(5)
【0017】
これは、各単元ストリームの収容上限帯域をCiとするときに
【数5】
ΣRi≦min{Ci} 式(6)
Ci=niRi(但し、niはPr(μiBi(ni,T2/T)>>W)<ε(パラメータロス基準値)を満たす最大の数)
従って、収容上限帯域Ciを(2)式の安全側近似として用いることが出来るということである。この結果をバーストの間隔が一定の場合に適用すれば、収容率上限を決定するのは最大バーストサイズ(B=Bmax)のストリームであり、「バースト周期T2でバーストサイズが常にBmax」のフローの収容上限帯域をC0とすれば、実施例4の対象ストリームの受付判定条件は(7)式となる。
ΣRi≦C0 式(7)
なお、従来の排他的なリソース予約型の場合の帯域判定アルゴリズムにおいては
Σμ≦W(実施例1,2,3の場合) 式(8)
Σμ≦C0(実施例4の場合但しμ≡Bmax/T2) 式(9)
が、理論的限界値となる。
【0018】
【発明の実施の形態】
実施形態と具備機能を説明する。実施例2,3は実施例1の簡易実現方法であり、実施例4は実施例1の発展形であることから、実施例1を説明した後、他の方法について説明を行う。
図5は本発明によるネットワークの品質制御方法が適用されるネットワークの一例の構成を示す線図である。例えば、2つのドメイン1及び2が接続され、各ドメインには境界ルータ(BR)3及び4をそれぞれ設け、これら境界ルータによりドメインを相互接続する。各ドメインにはネットワークの品質管理ないし帯域管理を行う帯域管理サーバ(BB)5及び6をそれぞれ設け、ネットワーク上でも品質制御を実行する。この帯域管理サーバは、サービス利用者からの利用要求を受け付けるか否かを判定する受付制御機能も実行する。各ドメインにはサービスの提供を受ける利用者が操作する複数の端末装置7が接続される。尚、図面上1個の端末装置だけを示すが、勿論複数の端末装置が接続されているものとする。この端末装置は、例えばパーソナルコンピュータ(PC)や携帯電話等の各種端末装置とすることができる。また、当該ネットワークには、例えば映像配信サーバや音楽配信サーバのようなアプリケーションサーバ8を接続する。このアプリケーションサーバ8は、利用者の要求に応じて利用者の端末装置に各種アプリケーションを送信する。アプリケーションサーバ8から配信される映像ストリームがON-OFFモデルによるバースト特性を有する場合、本発明の品質制御方法を用いることによりネットワークの品質を良好な状態に維持することができる。
【0019】
利用者がアプリケーションサーバ8からのサービスの提供を希望する場合、利用者は、自己の端末装置7を介して帯域管理サーバ5に対してサービス要求内容及び後述するバーストパラメータを通知する。通知を受けた帯域管理サーバ5は、リンクを特定すると共に受信したバーストパラメータを用いてパケットロス値を算出し、得られたパケットロス値が所定の基準以下の場合当該サービス要求を受け入れる。このサービス要求受付判定アルゴリズムを以下に説明する。
【0020】
[実施例1]
1.帯域管理サーバはネットワーク内の各リンクのリンク速度(W)及びバッファ時間(T)を記憶する。
2.利用者は、各種アプリケーションの配信サービスを受ける際、帯域管理サーバに対してサービス要求内容及びバーストパラメータ(R,P,B)を通知する。
3.帯域管理サーバは、利用者からサービス要求があると、既存の機能に従い配信されるストリームの始点と終点を特定しストリームの経由するリンクを特定する。
4.帯域管理サーバは、特定された各リンクに対し、受信したバーストパラメータ(R,P,B)を用いて(2)式を適用し、パケットロス率が基準値(W)を満たすかどうかを判定する。
5.判定が全てのリンクに対して満足されれば、帯域管理サーバはサービス要求を許可する。そしてセッション情報としてバーストパラメータ(R,P,B)を保持する。
6.サービスの提供が終了すると、帯域管理サーバは、既存の機能によりサービス終了を検出し、保持したバーストパラメータをセッション情報から削除する。
帯域管理サーバがこのような受付処理を実行することにより、ネットワーク上においてパケットロス率を基準値以下に制御することができる。る。手順1,3,6はBandwidth −Brokerの既存機能をそのまま利用している。
【0021】
[実施例2]
本例では、帯域管理サーバが受信したバーストパラメータに基づいてパケットロスを計算するのではなく、現在流れているストリームのバーストパラメータと通知されたバーストパラメータとを比較し、流れているものと判定した場合収容上限帯域Ciの条件を満たすものと判定し、当該サービス要求を許可する。
1.実施例1と同様に、帯域管理サーバは、ネットワーク内の各リンクのリンク速度(W)及びバッファ時間(T)を記憶する。
2.利用者は、ストリームを受ける際に帯域管理サーバに対して、サービス要求内容とバーストパラメータ(R,P,B)を通知する。
3.帯域管理サーバは、利用者からサービス要求があると、既存の機能に従い配信されるストリームの始点と終点を特定しストリームの経由するリンクを特定する。
4.帯域管理サーバは、特定された各リンクに対し、バーストパラメータ(R,P,B)とほぼ同一のパラメータのストリームが流れているかどうかを検索する。流れていれば、Ciが得られる。流れていなければCiを計算する。
5.得られたCiについて(6)式を適用してパケットロス率が基準値を満たすかどうかを判定する。
6.判定が全てのリンクに対して満足されれば、帯域管理サーバはサービスを許可する。そしてセッション情報として(R,P,B)及びCiを保持する。
7.サービスの提供が終了すると、帯域管理サーバは、既存の機能によりサービス終了を検出し、保持したバーストパラメータをセッション情報から削除する。
本例では、パケットロス率の計算が省略されるので、受付処理の負荷が軽減される。
【0022】
[実施例3]
本例では、サービス提供者がバーストパラメータを帯域管理サーバに通知する例のアルゴリズムを説明する。
1.実施例1と同様に、帯域管理サーバは、ネットワーク内の各リンクのリンク速度(W)及びバッファ時間(T)を記憶する。
2.各サービス提供者は、サービスの提供を開始する前に、帯域管理サーバに対して、提供するアプリケーションのバーストパラメータ(R,P,B)を通知する。
3.帯域管理サーバは、サービス提供者からの通知を用いて各リンクに対して収容上限帯域Ciを計算する。そして各リンクに対するCiを記憶する。
4.利用者は、ストリームを受けるに当たり、帯域管理サーバに対して、サービス要求内容と長時間平均レート(R)を通知する。
5.帯域管理サーバは、利用者からサービス要求があると、既存の機能に従い配信されるストリームの始点と終点を特定しストリームの経由するリンクを特定する。
6.帯域管理サーバは、特定された各リンクに対し、(7)式を適用してパケットロス率が基準値を満たすかどうかを判定する。
7.判定が全てのリンクに対して満足されれば、帯域管理サーバは当該サービス要求を許可する。そしてセッション情報としてRを保持する。
8.サービスの提供が終了すると、帯域管理サーバは、既存の機能によりサービス終了を検出し、保持したバーストパラメータをセッション情報から削除する。
【0023】
[実施例4]
1.実施例1と同様に、帯域管理サーバは、ネットワーク内の各リンクのリンク速度(W)及びバッファ時間(T)を記憶する。
2.利用者は、ストリームを受ける際に帯域管理サーバに対して、サービス要求内容とバーストパラメータ(R,Bmax)を通知する。
3.帯域管理サーバは、利用者からサービス要求があると、既存の機能に従い配信されるストリームの始点と終点を特定しストリームの経由するリンクを特定する。
4.帯域管理サーバは、特定された各リンクに対し、Bmaxの値の最大値を求め、それに対応するC0がなければ、C0を計算する。存在すればその値を用いる。
5.(7)式を適用してパケットロス率が基準値を満たすかどうかを判定する。
6.判定が全てのリンクに対して満足されれば、帯域管理サーバはサービスを許可する。そしてセッション情報として(R,Bmax)とそのBmaxに対応するC0を保持する。
7.サービスの提供が終了すると、帯域管理サーバは、既存の機能によりサービス終了を検出し、保持したバーストパラメータをセッション情報から削除する。
【0024】
次に、利用者がバーストパラメータを帯域管理サーバに通知する方法について説明する。この通知方法として種々の方法を用いることができ、一例として図6に記載する方法を説明する。利用者は、Webブラウザを用いて、ポータルサイトのストリームの一覧(以下、「番組表」と称する)から提供を希望するストリームを選択する場合を想定する。利用者は、事業者の定めるHTTPプロキシサーバをWebに設定する。その後、番組表にWebブラウザでアクセスし、提供を希望するストリームを選択する。一方、事業者は一定のルールに基づいてURLを定める。例えば、図1のような映像ストリームに対してそのファイル名として、
Cinema1-6.72M-16800B.mpeg
のようにファイル名とバーストパラメータとを結び付けておく。この映像ストリームのURLは以下のように表現される。
HTPP://WWW.AAA.BBB.CCC/Cinema1-6.72M-720M-16800B.mpeg
利用者がストリームを選択すると、Webブラウザからは利用要求としてHTTP GETメッセージがHTTPプロキシに向けて送信されるが、当該メッセージ中に当該URLが記述されているので、このURLを文字列処理することにより、バーストパラメータを得ることができる。
【0025】
【発明の効果】
本発明により、バースト性の強い映像ストリームに対しても多重効果を用いた受付制御を行うことが出来るようになった。
実施例4に関しては本方式により従来のリソース予約型方式に比べてμ/R倍の収容率が得られることとなる。
実施例1,2,3に関してはWとRの比によって改善度合いが異なるが、例えば表1のような状況での比較を行うと図6に示す最大収容率の結果が得られる。
【0026】
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】 映像ストリームのストリーム特性を示す線図である。
【図2】 本発明が対象とするストリームの発生過程(バーストの発生過程)を示す線図である。
【図3】 本発明が対象とするストリームの発生過程(バーストサイズの揺らぎ)を示す線図である。
【図4】 パケットロス率の計算方法とΣS(t)の関係を示す線図である。
【図5】 本発明による品質制御方法が適用されるネットワークの一例を示す線図である。
【図6】 利用者がバーストパラメータを帯域管理サーバに通知する一例の方法を示す線図である。
【図7】 ストリームの平均レートと最大収容率との関係を本発明による品質制御方法と従来方法と対比して示すグラフである。
【符号の説明】
1,2 ドメイン
3,4 境界ルータ
5,6 帯域管理サーバ
7 帯域装置
8 アプリケーションサーバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an IP network quality control method, and more particularly to a quality control method for preventing deterioration in network quality when the quality control target is stream traffic having periodic burst characteristics depending on application or platform characteristics.
[0002]
[Prior art]
A bandwidth management system called a Bandwidth-Broker model has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). This bandwidth management system is an implementation form of a network that uses a method called admission control in response to a service user's usage request for the purpose of quality control. As the name Bandwidth-Broker suggests, this model is mainly based on the concept of bandwidth control, and is basically based on the premise that control is performed for services for which the necessary bandwidth has been established. Applicability to services that require quality control on the network side because quality control by retransmission control, such as being handled by an application to be used, is difficult has been found.
[0003]
However, when looking at actual IP traffic, strictly speaking, this assumption is often not true. FIG. 1 shows the result of capturing a video stream. It can be seen that bursts occur at regular intervals. For bursts in such a short time, it is necessary to consider if the buffer time of each node is longer than the burst interval, but this burstiness cannot often be ignored in actual traffic and nodes. Therefore, the Bandwidth-Broker side needs to take measures in consideration of traffic behavior.
[0004]
In such cases, various studies have been conducted on quality control or admission control technology that keeps the packet loss rate below the reference value. As a typical example, standard methods have already been established as ATM traffic control technology. (See, for example, Non-Patent Document 2) and have the following common properties.
1. Traffic is processed by UPC (Usage Parameter Controller).
2. A VC is assigned to each flow and controlled in units of VC.
3. Quality control is performed by estimating the statistical multiplexing effect using the QoS parameters.
[0005]
Further, IP quality assurance techniques include RSVP-TE using RSVP (see Non-Patent Document 3, for example), and have the following characteristics.
1. The existence of UPC is not assumed.
2. The route control is generally performed by autonomous distribution of each node, and the route calculation processing load is smaller than that of ATM. State management of each flow is performed by session control.
3. Many of the quality control techniques that perform admission control are based on a resource exclusive reservation model such as RSVP-TE, and the statistical multiplexing effect is not used.
[0006]
Although there is a control method in a lower layer such as rate shaping on a VLAN basis, these are static controls that operate independently of IP routing.
The traffic having such characteristics is not so special, and is a characteristic frequently seen in the process in which a server operating with a constant clock as shown in FIG. 2 steadily sends traffic to the Ethernet (registered trademark). The VBR property is applied not only when the amount of data is time-dependent as shown in FIG. 2, but also when the server sends out data for a plurality of cycles by interrupt processing or the like as shown in FIG. Is possible. The present invention is premised on having this traffic characteristic.
[0007]
[Non-Patent Document 1]
B. Teitelbaum, et al. : “Qbone Bandwidth Broker Architecture”, work in progress,
http: // qbone. internet2. edu / bb / bboutline2. html
[Non-Patent Document 2]
Paul Ferguson; Geoff Huston, "Internet QoS" Ohm, pp. 123-154, 2000
[Non-Patent Document 3]
D. Awduche; Berger; Gan; Li; Srinivasan; Swallow, “RSVP-TE:
Extensions to RSVP for LSP Tunnels ”, IETF Networking Group RFC 3209, 2001
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The ATM traffic control technology has the following problems compared to the IP traffic control technology.
1. The UPC needs to be mounted, and the requirements for the accommodation node become severe.
2. Since a VC is assigned to each flow, the route calculation load increases rapidly as compared with IP routing control when the number of flows increases.
On the other hand, the existing traffic control technology using IP has the following problems.
3. Since resources are reserved exclusively for each flow, traffic control cannot be performed in consideration of the effect of the statistical multiplexing effect.
There was also a common problem for both.
4). It is difficult to deal with VBR-like traffic. When traffic processing by UPC is used, the cost of UPC increases, and the amount of resources required in a model based on resource reservation increases. Among the ATM CAC algorithms, there is a method called Non Parameteric CAC as shown in [4]], but when the peak speed is close to the link speed as shown in FIG.
[0009]
These problems occur because the traffic characteristics are arbitrary. In the case of ATM, the method of processing arbitrary traffic with UPC and making it easy to handle and using the statistical multiplexing effect makes the requirements for UPC and VC stricter, while IP (RSVP-TE) keeps traffic as it is. Statistical multiple effects can no longer be used for handling.
[0010]
However, as described in the previous section, the actual stream output characteristics, as shown in FIG. 1, have regularity in which the burst interval, burst size, and peak rate of the stream are constant over time. -It is easy to declare the output characteristics from the user using the existing functions of Broker. It is an object of the present invention to enable admission control in consideration of the influence of burst characteristics and statistical multiplexing effects using an existing IP routing protocol without using UPC using this characteristic. In addition, it is a problem to be solved by the present invention to include the statistical multiplexing effect of the burst characteristic in the Bandwidth-Broker acceptance determination logic.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In this chapter, first, the implementation method for solving the problem is described, and then the definition of the target stream and the parameters to be notified or reported to the bandwidth management server by the user described in each embodiment described later are defined. Finally, the nature of the statistical multiple effect used by the present invention will be described.
I. Realization method to solve problems
Bandwidth-Broker has acceptance determination logic with the following characteristics (1) to (4), so that reception control can be performed even under the condition that the stream has burstiness in response to the usage request of the service user of the stream. It is possible to control the packet loss rate to a reference value or less by this method.
(1) A method for enabling acceptance determination in advance by declaring a parameter of burst characteristics when a user requests use when traffic having burst characteristics is subject to reception control by an extreme ON-OFF model, and Acceptance determination algorithm.
(2) When targeting traffic having the same characteristics as in (1), the parameter declared at the time of use request in the admission control unit (band management server provided in the network) is the burst parameter of the stream currently flowing through the network. Admission determination algorithm that enables prior determination more easily by comparing with (3) Provided in advance by a service provider (application server) when targeting traffic having the same characteristics as (1) A method in which the service provider declares the parameters of the burst characteristics of the service to the bandwidth management server and makes a simple pre-determination.
(4) A method and an acceptance judgment algorithm that enable advance acceptance judgment when the burst has a time periodicity but each time the burst size is different and only the maximum burst size and the long-term average rate are guaranteed. .
It should be noted that the mechanism of the Bandwidth-Broker (bandwidth management server) itself is a known fact, and in the present invention, the reception determination logic is the subject of the invention, so the stream source-user communication method, the stream source-reception determination unit The existing method is used as the inter-communication method and the session management method.
[0012]
II. The target stream and parameters to be declared by the user The extreme ON-OFF model means a burst stream as shown in FIG. 1, and the burst interval, burst size and peak rate of the stream are constant in time. Means a burst. For example, it has been confirmed that the burst interval, burst size, and peak rate of the various streams having burstiness such as a video stream and a music distribution stream are almost constant over time. Such bursty traffic can be expressed by three parameters (R, P, B) (R: long-term average rate, P: instantaneous maximum rate, B: amount of data flowing in one burst). On the other hand, in Example 4 to be described later , the size of B is not constant and only the maximum value Bmax is guaranteed. And be declared parameters, in Examples 1 and 2, the user (R, P, B) of the server in the third embodiment is (R, P, B) and a user of R, users in Example 4 (R, Bmax) must be declared. Further, the link speed and buffer length of the known nodes are W and T, respectively, and data relating to the link speed and buffer length of these networks are held by a bandwidth management server that performs quality control.
[0013]
III. Finally, the nature of the statistical multiple effect utilized by the present invention First, the traffic of the above-mentioned ultimate On-OFF model having the burst characteristic will be considered. Consider a service function S (t) in the case where all flows are output after being waited to the maximum by a buffer. In this case, the stream is accommodated most efficiently.
[Expression 1]
[0014]
Here, μ is called the effective bandwidth for lossless multiplexing of the burst, and the condition without loss (safety side approximation) is that the sum of μ of each burst does not exceed the link speed (for example, reference Literature, A. Elwalid et al, “A New Approach for Alloating Buffers and Bandwidth to eterogeneous, Regulated Traffic in an ATM Node,” IEEE IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 13: 6, pp. 1115-1127, August 1995, And Xie Yue, “Traffic Control for QoS Guarantee on Information Sharing Platform,” NII Journal No. 3, pp. 23-33, 2001). That is, as shown in FIG. 4, the lower limit of the packet loss rate can be obtained from the probability that the sum of μ at each moment exceeds the link speed. If the type of burst is represented by i, when the number of each burst pattern (Ri, Pi, Bi) is Ni, the lower limit Ploss of the packet loss rate can be represented by the following equation.
[Expression 2]
[0015]
This equation can be calculated for each call such as Bandwidth-Broker, for example, for each service request of the user. By the way, ΣS (t) has the following properties.
[Equation 3]
[0016]
This indicates that ΣS (t) is a weighted average value of Bi (K, T2 / T), and in the range where equation (4) is formed, equation (5) is established.
[Expression 4]
Σri = Σkiμi = r (constant) Equation (4)
Pr (ΣS (t)> W ≦ max {Pr (μiBi (r / Ri, T2 / T)> W Formula (5)
[0017]
This is because when the upper limit bandwidth of each unit stream is Ci,
ΣRi ≦ min {Ci} Equation (6)
Ci = niRi (where ni is Pr (μiBi (ni, T2 / T) >> W) <maximum number satisfying ε (parameter loss reference value))
Therefore, the accommodation upper limit band Ci can be used as a safe-side approximation of the equation (2). If this result is applied when the interval between bursts is constant, it is the stream of the maximum burst size (B = Bmax) that determines the upper limit of the accommodation rate, and the flow of “the burst size is always Bmax in the burst period T2”. If the accommodation upper limit bandwidth is C0, the reception determination condition for the target stream in the fourth embodiment is expressed by equation (7).
ΣRi ≦ C0 Formula (7)
In the conventional bandwidth judgment algorithm in the case of exclusive resource reservation type,
.SIGMA..mu..ltoreq.W (in the case of Examples 1, 2, and 3) Formula (8)
Σμ ≦ C0 (in the case of Example 4 where μ≡Bmax / T2) Equation (9)
Is the theoretical limit.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments and functions will be described. Since the second and third embodiments are simple implementation methods of the first embodiment and the fourth embodiment is a development of the first embodiment , after the first embodiment is described, another method will be described.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of a network to which the network quality control method according to the present invention is applied. For example, two domains 1 and 2 are connected, border routers (BR) 3 and 4 are provided in each domain, and the domains are interconnected by these border routers. Each domain is provided with bandwidth management servers (BB) 5 and 6 for performing network quality management or bandwidth management, and performs quality control on the network. This bandwidth management server also executes an acceptance control function for judging whether or not to accept a usage request from a service user. Each domain is connected to a plurality of terminal devices 7 operated by a user who receives the service. Although only one terminal device is shown in the drawing, it is assumed that a plurality of terminal devices are connected. The terminal device may be various terminal devices such as a personal computer (PC) and a mobile phone. In addition, an application server 8 such as a video distribution server or a music distribution server is connected to the network. The application server 8 transmits various applications to the user's terminal device in response to the user's request. When the video stream distributed from the application server 8 has a burst characteristic based on the ON-OFF model, the quality of the network can be maintained in a good state by using the quality control method of the present invention.
[0019]
When the user desires to provide a service from the application server 8, the user notifies the
[0020]
[Example 1]
1. The bandwidth management server stores the link speed (W) and buffer time (T) of each link in the network.
2. When receiving a distribution service for various applications, the user notifies the bandwidth management server of the contents of the service request and the burst parameters (R, P, B).
3. When there is a service request from the user, the bandwidth management server specifies the start point and end point of the stream to be distributed according to the existing function, and specifies the link through the stream.
4). The bandwidth management server applies the formula (2) to the identified links using the received burst parameters (R, P, B) to determine whether the packet loss rate satisfies the reference value (W). To do.
5). If the determination is satisfied for all links, the bandwidth management server grants the service request. The burst parameters (R, P, B) are held as session information.
6). When the provision of the service ends, the bandwidth management server detects the end of the service using the existing function, and deletes the held burst parameter from the session information.
When the bandwidth management server executes such reception processing, it is possible to control the packet loss rate below the reference value on the network. The Procedures 1, 3, and 6 use the existing functions of Bandwidth-Broker as they are.
[0021]
[Example 2]
In this example, instead of calculating the packet loss based on the burst parameter received by the bandwidth management server, the burst parameter of the currently flowing stream is compared with the notified burst parameter, and it is determined that it is flowing. In this case, it is determined that the condition of the accommodation upper limit bandwidth Ci is satisfied, and the service request is permitted.
1. Similar to the first embodiment, the bandwidth management server stores the link speed (W) and buffer time (T) of each link in the network.
2. When receiving the stream, the user notifies the bandwidth management server of the contents of the service request and the burst parameters (R, P, B).
3. When there is a service request from the user, the bandwidth management server specifies the start point and end point of the stream to be distributed according to the existing function, and specifies the link through the stream.
4). The bandwidth management server searches whether a stream having substantially the same parameter as the burst parameter (R, P, B) is flowing for each identified link. If it is flowing, Ci is obtained. If not flowing, calculate Ci.
5). It is determined whether the packet loss rate satisfies the reference value by applying the formula (6) to the obtained Ci.
6). If the determination is satisfied for all links, the bandwidth management server permits the service. Then, (R, P, B) and Ci are held as session information.
7). When the provision of the service ends, the bandwidth management server detects the end of the service using the existing function, and deletes the held burst parameter from the session information.
In this example, since the calculation of the packet loss rate is omitted, the load of the reception process is reduced.
[0022]
[Example 3]
In this example, an algorithm of an example in which the service provider notifies the bandwidth management server of the burst parameter will be described.
1. Similar to the first embodiment, the bandwidth management server stores the link speed (W) and buffer time (T) of each link in the network.
2. Each service provider notifies the bandwidth management server of the burst parameters (R, P, B) of the application to be provided before starting to provide the service.
3. The bandwidth management server calculates the accommodation upper limit bandwidth Ci for each link using the notification from the service provider. Then, Ci for each link is stored.
4). When receiving the stream, the user notifies the bandwidth management server of the content of the service request and the long-term average rate (R).
5). When there is a service request from the user, the bandwidth management server specifies the start point and end point of the stream to be distributed according to the existing function, and specifies the link through the stream.
6). The bandwidth management server determines whether the packet loss rate satisfies the reference value by applying Equation (7) to each identified link.
7). If the determination is satisfied for all links, the bandwidth management server grants the service request. And R is held as session information.
8). When the provision of the service ends, the bandwidth management server detects the end of the service using the existing function, and deletes the held burst parameter from the session information.
[0023]
[Example 4]
1. Similar to the first embodiment, the bandwidth management server stores the link speed (W) and buffer time (T) of each link in the network.
2. When receiving the stream, the user notifies the bandwidth management server of the contents of the service request and the burst parameters (R, Bmax).
3. When there is a service request from the user, the bandwidth management server specifies the start point and end point of the stream to be distributed according to the existing function, and specifies the link through the stream.
4). The bandwidth management server obtains the maximum value of Bmax for each identified link, and calculates C0 if there is no corresponding C0. If it exists, use that value.
5). Applying equation (7), it is determined whether the packet loss rate satisfies a reference value.
6). If the determination is satisfied for all links, the bandwidth management server permits the service. Then, (R, Bmax) and C0 corresponding to the Bmax are held as session information.
7). When the provision of the service ends, the bandwidth management server detects the end of the service using the existing function, and deletes the held burst parameter from the session information.
[0024]
Next, a method for the user to notify the bandwidth management server of the burst parameter will be described. Various methods can be used as the notification method, and the method illustrated in FIG. 6 will be described as an example. It is assumed that the user selects a stream to be provided from a list of portal site streams (hereinafter referred to as “program guide”) using a Web browser. The user sets the HTTP proxy server specified by the operator on the Web. Then, access the program guide with a Web browser and select the stream you want to provide. On the other hand, business operators determine URLs based on certain rules. For example, as a file name for a video stream as shown in FIG.
Cinema1-6.72M-16800B.mpeg
As shown, the file name and the burst parameter are linked. The URL of this video stream is expressed as follows:
HTPP: //WWW.AAA.BBB.CCC/Cinema1-6.72M-720M-16800B.mpeg
When the user selects a stream, an HTTP GET message is sent as a usage request from the Web browser to the HTTP proxy, but the URL is described in the message, so this URL must be processed as a string Thus, the burst parameter can be obtained.
[0025]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to perform admission control using a multiple effect even for a video stream having a strong burst property.
With respect to the fourth embodiment , the present method can provide a capacity rate that is μ / R times that of the conventional resource reservation type.
For Examples 1 , 2 , and 3 , the degree of improvement differs depending on the ratio of W and R. For example, when comparison is made in the situation shown in Table 1, the result of the maximum accommodation rate shown in FIG. 6 is obtained.
[0026]
[Table 1]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing stream characteristics of a video stream.
FIG. 2 is a diagram showing a stream generation process (burst generation process) targeted by the present invention;
FIG. 3 is a diagram showing a stream generation process (burst size fluctuation) targeted by the present invention;
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a packet loss rate calculation method and ΣS (t).
FIG. 5 is a diagram showing an example of a network to which the quality control method according to the present invention is applied.
FIG. 6 is a diagram showing an example method in which a user notifies a bandwidth management server of burst parameters.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the average rate and the maximum capacity of a stream in comparison with the quality control method according to the present invention and the conventional method.
[Explanation of symbols]
1, 2, 3, 4
Claims (3)
利用者は、サービス要求を行う際、サービス要求内容と共に、長時間平均レート(R)、瞬間最大レート(P)及び一度に流れるバースト量(B)のパラメータを含むバーストパラメータとを帯域管理サーバに通知し、
通知を受けた帯域管理サーバは、
提供されるアプリケーションのストリームが経由するリンクを特定する工程と、
特定されたリンクについて、通知を受けたバーストパラメータとほぼ同一のバーストパラメータを有するストリームが流れているか否か判定し、ほぼ同一のバーストパラメータを有するストリームが流れていると判定した場合、通知されたサービス要求が収容上限帯域を満たすものとみなして当該サービス要求を許可する工程を実行することを特徴とするネットワークの品質制御方法。Whether or not to accept a service request from a terminal device, a plurality of terminal devices, an application server that provides an application providing service in response to a service request from the terminal device, information on the link speed and buffer time of the network A network quality control method for controlling a packet loss rate to be a predetermined reference value or less when a user receives a service for providing a desired application from an application server in a network including a bandwidth management server for determination. And
When a user makes a service request, a burst parameter including parameters of long-term average rate (R), instantaneous maximum rate (P), and burst amount (B) flowing at a time is transmitted to the bandwidth management server together with the content of the service request. Notify
The bandwidth management server that received the notification
Identifying the link through which the provided application stream passes;
For the identified link, it is determined whether a stream having almost the same burst parameter as the notified burst parameter is flowing, and if it is determined that a stream having substantially the same burst parameter is flowing, the notified A network quality control method characterized by executing a step of permitting a service request on the assumption that the service request satisfies the capacity limit bandwidth.
算出されたパケットロス率と所定の基準値とを比較し、算出されたパケットロス率が基準値以下の場合に当該アプリケーションの提供を許可する工程とを実行することを特徴とするネットワークの品質制御方法。2. The network quality control method according to claim 1, wherein, in the determination step, if a stream having substantially the same burst parameter as the notified burst parameter is not detected, the bandwidth management server further performs the use Calculating the packet loss rate for the identified link using the burst parameter notified from the user;
Comparing the calculated packet loss rate with a predetermined reference value, and executing a step of permitting the provision of the application when the calculated packet loss rate is equal to or less than the reference value. Method.
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