JP4016728B2 - 音声パケット優先制御装置とその方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音声パケット通信における優先制御に関し、特に、従来の無線ＬＡＮ等の伝送路内に付加する音声パケット優先制御装置とその方法である。
【０００２】
【従来の技術】
近年において、本来データ通信の標準的なプロトコルであるＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を使い、ＩＰパケットで音声を伝送するＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）技術が開発されて実用に供される状況になってきた。
【０００３】
この技術をベースにパソコンや電話機からインターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｉａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を経由して電話できるようにしたアプリケーションがＩＰ電話であり、低コストで電話網を構築できる手法として注目を集めている。
【０００４】
しかし、ＬＡＮはコンピュータでのデータ通信用に発達してきた経緯があり、「先に到着したデータを先に処理する」というシンプルな制御方式を用いているため、ＬＡＮ上で音声パケットを伝送するときはデータパケットより音声パケットを優先して処理し、遅延を起こさないようにする必要がある。
【０００５】
また、無線ＬＡＮを使ったホットスポットサービスも提供されつつあるが、このサービスではデータ通信ばかりではなく上記ＶｏＩＰ技術を用いた音声通信の需要も少なからず存在する。このとき問題となるのが優先制御や帯域制御などのＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）をどのように実現するかである。
【０００６】
即ち、無線ＬＡＮを用いた音声パケット通信では、有線ＬＡＮの通信速度が１００Ｍｂｐｓ〜１Ｇｂｐｓであるのに比べて無線ＬＡＮの通信速度は１０Ｍｂｐｓ程度なので、有線ＬＡＮから無線ＬＡＮへの変換装置（無線ＬＡＮアクセスポイント）においてパケットの滞留が必ず発生してしまう。このために無線ＬＡＮアクセスポイントでは音声パケット用バッファとデータパケット用バッファを別々に持ち、音声パケットを優先処理して音声パケットのリアルタイム性を確保するための工夫が必要となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これまで説明したように、無線ＬＡＮを用いた音声パケット通信において、現在市販されている安価なＬＡＮ機器は優先制御や帯域制御などのＱｏＳをサポートしていないという問題があった。
【０００８】
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、優先制御や帯域制御などのＱｏＳをサポートしていない安価なＬＡＮ機器を活用して無線ＬＡＮにおける音声パケット通信を可能にすること、及び既に設置されているＱｏＳをサポートしていない無線ＬＡＮアクセスポイントに手を加えることなく音声パケット優先制御を実現できる無線ＬＡＮ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、高速の有線ＬＡＮ回線と低速の無線ＬＡＮ回線を接続する無線ＬＡＮアクセスポイントに付加する音声パケット優先制御装置であって、前記制御装置は、通信回線上のパケット情報から音声パケットを検出した場合、音声パケットを優先して送信すると共に、有線ＬＡＮ回線からのデータパケット送信を停止して当該データパケットをバッファリングし、その後前記無線ＬＡＮ回線のトラヒックを調査し、当該トラヒックが輻輳状態となった場合は、前記バッファリングを継続し、当該トラヒックが輻輳状態ではない場合は、前記バッファリングを解除してデータパケット送信を再開することを特徴とする音声パケット優先制御装置を具備させる。
【００１０】
即ち、無線ＬＡＮを経由するパケット通信の中に音声パケットが混在するケースにおいて音声パケットの通信品質の劣化を防ぐために音声パケットの優先制御を実現することができる。
【００１１】
また、前記低速回線のトラヒックを調査する手段は、低速回線の音声パケット端末に対してｐｉｎｇパケットを送り、当該端末からのｐｉｎｇ応答を受け取り、この間のラウンドトリップ時間を計測することで当該トラヒック状態を判定することを具備させる。
【００１２】
また、前記トラヒック状態を判定する手段は、前記ラウンドトリップ時間が予め設定された値以上の場合は、トラヒック輻輳状態と判定し、当該ラウンドトリップ時間が予め設定された値未満の場合は、トラヒック輻輳状態ではないと判定ことを具備させる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明を構成している全体ブロック構成図である。図１に示すように、ＶｏＩＰ（Ｖｏｉｃｅ ｏｖｅｒ ＩＰ）端末１０１は有線ＬＡＮを経由して音声パケット優先制御装置１０４の有線ＬＡＮ側インタフェースと接続され、音声パケット優先制御装置１０４の無線ＬＡＮ側インタフェースは無線ＬＡＮアクセスポイント１０３と接続されている。ＶｏＩＰ端末１０２は無線ＬＡＮアクセスポイント１０３と無線媒体を経由して通信可能な状態で接続されており、この音声パケット優先制御装置１０４は有線ＬＡＮ側のＶｏＩＰ端末１０１と無線ＬＡＮアクセスポイント１０３の間に挿入されている。
【００１４】
音声パケット優先制御装置１０４は、有線ＬＡＮ側のＶｏＩＰ端末１０１から受信したパケットを音声パケットとデータパケットに分離する音声パケット検出分離ブロック１１１と、音声パケット検出ブロック１１１で分離したデータパケットをバッファリングするデータパケットバッファ１１２と、無線ＬＡＮ上の回線の混み具合を計測するためのｐｉｎｇパケットを生成するｐｉｎｇ生成ブロック１１３と、ｐｉｎｇ生成ブロック１１３で送信したｐｉｎｇパケットの応答が返ってくるまでの時間を計測するｐｉｎｇ計測ブロック１１４と、データパケットバッファ１１２のデータを無線ＬＡＮ側に送信するかどうか決めるバルブ１１５と、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３側から受信したパケットから音声パケットを検出する音声パケット検出ブロック１１６とから構成されている。
【００１５】
なお、上記ｐｉｎｇパケットは、有線ＬＡＮや無線ＬＡＮを含むＩＰネットワーク上の端末同士の接続性を確認するために使われるコマンドで、返答が戻るまでの時間を測定して相手先への経路の込み具合を調べることができる。
【００１６】
図２は、音声パケット送受信と無線ＬＡＮ上の回線輻輳状況を計測するためのｐｉｎｇパケット送受信の関係を表す基本シーケンスチャート図である。図１及び図２に示すように、音声パケット優先制御装置１０４は有線側ＶｏＩＰ端末１０１から音声パケット２０１を受信すると、音声パケット検出分離ブロック１１１において音声パケットを分離して音声パケット２０２として無線ＬＡＮアクセスポイント１０３に送信するとともに、ｐｉｎｇ生成ブロック１１３においてｐｉｎｇパケット２０４を生成して無線ＬＡＮアクセスポイント１０３に送信する。
【００１７】
無線ＬＡＮアクセスポイント１０３は音声パケット２０３をＶｏＩＰ端末１０２に届けるとともに、ｐｉｎｇパケット２０５も送信する。ＶｏＩＰ端末１０２はｐｉｎｇパケット２０５を受信すると、その応答パケットとしてｐｉｎｇ応答２０６を生成して無線ＬＡＮアクセスポイント１０３に送り、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３はｐｉｎｇ応答２０７を音声パケット優先制御装置１０４に送る。
【００１８】
この結果、音声パケット優先制御装置１０４はｐｉｎｇパケット２０４の送信からｐｉｎｇ応答２０７の受信までの時間差をｐｉｎｇ計測ブロック１１４において計測することにより、音声パケット優先制御装置１０４とＶｏＩＰ端末１０２間のラウンドトリップ時間を知ることができる。このラウンドトリップ時間は音声パケット優先制御装置１０４と無線ＬＡＮアクセスポイント１０３間の高速有線回線と、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３とＶｏＩＰ端末１０２間の低速無線回線を折り返す伝送時間であり、ほとんどの時間が低速の無線ＬＡＮ区間の伝送時間で占められている。
【００１９】
また、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３は高速な有線ＬＡＮと低速な無線ＬＡＮの変換を行うため、有線ＬＡＮから受信するパケットが増えるに従って遅延が大きくなり、無線ＬＡＮの回線のトラヒックが増える（輻輳状態）と音声パケット優先制御装置１０４とＶｏＩＰ端末１０２間のラウンドトリップ時間が増えることになる。
【００２０】
従って、無線ＬＡＮを経由するパケット通信の中に音声パケットが混在するケースにおいて、このラウンドトリップ時間が大きくなった場合は音声パケットの通信品質の劣化を防ぐために音声パケット優先制御装置１０４は、バルブ１１５において無線ＬＡＮアクセスポイント１０３へのデータパケット送信を停止して音声パケット送信を優先する制御を実施している。なお、このデータパケット送信を停止している間のデータパケットは、データパケットバッファ１１２にてバッファリングされている。
【００２１】
図３は、データパケットを送受信するｆｔｐ端末間通信と音声パケットを送受信するＶｏＩＰ端末間通信を同時に行っている場合のシーケンスチャート図である。ここで、ｆｔｐ端末はインターネット上でファイル転送するための標準プロトコルであるＦＴＰ（Ｆｉｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を実行する端末を表している。ｆｔｐ端末はパソコン等の通常のデータ端末で、ＦＴＰアプリケーションを実行することによりデータ転送を行うことができる。なお、ＦＴＰの詳細はＲＦＣ（Ｒｅｑｕｅｓｔ Ｆｏｒ Ｃｏｍｍｅｎｔ）９５９で定義されている。
【００２２】
図３に示すように、ｆｔｐ端末１２１とＶｏＩＰ端末１０１は有線回線を経由し、音声パケット優先制御装置１０４と通信可能な状態で接続されている。ｆｔｐ端末１２２とＶｏＩＰ端末１０２は無線回線を経由し、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３と通信可能な状態で接続されている。また、音声パケット優先制御装置１０４はデータパケットと音声パケットの検出および優先制御を行い、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３は有線側から受信したパケットを有線側へ送信し、無線側から受信したパケットを有線側へそれぞれ順番通りに送信している。
【００２３】
まず、有線ＬＡＮ側のｆｔｐ端末１２１から１００ｋｂｙｔｅのデータを無線ＬＡＮ側のｆｔｐ端末１２２に送信した場合、ＩＰ通信では１５００バイト程度に分割して送るためｆｔｐ端末１２１は、６７個のｆｔｐパケット３０１（ｆｔｐパケット群１）を音声パケット優先制御装置１０４に送る。音声パケット優先制御装置１０４では、この時点で音声パケットを送受信していないため、ｆｔｐパケット３０１をそのまま無線ＬＡＮアクセスポイント１０３に送る。無線ＬＡＮアクセスポイント１０３では無線区間が有線区間に比べて低速であるため、時間をかけてｆｔｐパケット３０５をｆｔｐ端末１２２に送信する。
【００２４】
次に、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３がｆｔｐパケット３０５を送信している間にＶｏＩＰ端末１０１が音声パケット１（３０２）を送信したとする。音声パケット優先制御装置１０４は音声パケットを無線ＬＡＮアクセスポイント１０３に送るとともに、ＶｏＩＰ端末１０２宛のｐｉｎｇパケット３０３を送信する。また、音声パケット優先制御装置１０４はｐｉｎｇ応答により無線回線の輻輳状態が判明するまでデータパケットの送信を停止し、バッファリングする（ステップ３０４）。
【００２５】
無線ＬＡＮアクセスポイント１０３では音声パケット１（３０２）およびｐｉｎｇパケット３０３を受信するが、ｆｔｐパケット３０５の送信が完了していないために無線回線が空くまで待たされ、ｆｔｐパケット３０５の送信が完了した後にＶｏＩＰ端末１０２に対して音声パケット１（３０８）およびｐｉｎｇパケット３０９を送る。
【００２６】
次に、音声パケット優先制御装置１０４はｆｔｐ端末１２１より新たなｆｔｐパケット３０６（ｆｔｐパケット群２）とＶｏＩＰ端末１０１より新たな音声パケット２（３０７）を受信するが、既にデータパケットの送信が停止しているためｆｔｐパケット３０６は音声パケット優先制御装置１０４のデータパケットバッファ１１２にバッファリングし、音声パケット２（３０７）のみを無線ＬＡＮアクセスポイント１０３に送る。
【００２７】
その後、音声パケット優先制御装置１０４において最初のｐｉｎｇパケットに対するｐｉｎｇ応答３１１を受信して時間計測をするが、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３にてｆｔｐパケット３０５を送信していたため回線状態が良好な時に比べてラウンドトリップ時間が多くかかった結果となる。このため、この時点でのデータパケットの送信停止は解除せず、再度ｐｉｎｇパケット３１３を送信して時間計測２を行う。
【００２８】
ｐｉｎｇパケット３１３を送信した時点の無線回線の状態は輻輳状態から回復しているため、無線ＬＡＮアクセスポイント１０３は直ちにＶｏＩＰ端末１０２に対してｐｉｎｇパケット３１４を送り、ＶｏＩＰ端末１０２も直ちにｐｉｎｇ応答３１５を返答して無線ＬＡＮアクセスポイント１０３経由で音声パケット優先制御装置１０４にｐｉｎｇ応答３１６が届く。
【００２９】
この結果、時間計測２のラウンドトリップ時間は少なく、音声パケット優先制御装置１０４にて無線回線の輻輳状態は解消したものと認知できる。そして、この輻輳状態解消を認知した音声パケット優先制御装置１０４は、バッファリングしていたｆｔｐパケット３０６（ｆｔｐパケット群２）の送信を再開する（ステップ３１７）。
【００３０】
以上の説明のように、音声パケット優先制御装置１０４は無線ＬＡＮを経由するパケット通信の中に音声パケットが混在するケースにおいて音声パケットの通信品質の劣化を防ぐために音声パケットの優先制御を実現している。
【００３１】
図４は、音声パケット優先制御装置１０４におけるバッファリング開始（データパケット停止）とバッファリング解除（データパケット再開）に関する処理フローチャート図である。図４に示すように、音声パケット優先制御装置１０４において有線ＬＡＮ側よりデータパケットと音声パケットが混在したパケット情報を受信し（ステップ４０１）、この受信したパケットが音声パケットかどうかを判断する（ステップ４０２）。このパケットが音声パケットであればこの音声パケットを優先して無線ＬＡＮ側に送り、続いて送られてくるデータパケットはバッファリングを開始する（ステップ４０３）。その後ｐｉｎｇパケットの生成して相手のＶｏＩＰ端末に送り、ｐｉｎｇ応答を受信してラウンドトリップ時間を測定するためのｐｉｎｇ計測を行う（ステップ４０４）。計測の結果、ラウンドトリップ時間が多くかかって輻輳と判断した場合は再度ｐｉｎｇ計測を行い、輻輳でないと判断した場合はバッファリングを解除する（ステップ４０６）。
【００３２】
なお、本実施の形態ではｐｉｎｇ応答が返ってくるまでの実際の時間とデータパケット停止／再開判断の具体的数値関係を示さなかったが、一般的な遅延時間は２００ｍｓ程度（衛星回線を使用した時の音声遅延）までは許容できると考えれば、２００ｍｓを境界としてバッファリング停止／再開を行うことになる。但し、実際には無線ＬＡＮアクセスポイントのバッファ容量や無線回線と有線回線の速度差などが関係してくるので、実測データなどを利用して決める必要がある。
【００３３】
また、本発明においては無線ＬＡＮを用いたケースで説明したが、このようなＶｏＩＰ技術を利用した音声パケット優先制御装置は、無線ＬＡＮに限らず、通信速度差のあるメディア変換装置（例えばＡＤＳＬモデム）にも適用でき、さらに一般化すると、高速回線と低速回線を接続する速度変換装置にも適用できる。
【００３４】
即ち、図１における無線ＬＡＮアクセスポイント１０３の代わりにＡＤＳＬモデムを配置し、ＶｏＩＰ端末１０１と音声パケット優先制御装置１０４とＡＤＳＬモデムを接続する。そして、ＡＤＳＬモデムは伝送速度制限を設けているメタリック回線を経由してＶｏＩＰ端末１０２と接続され、ＶｏＩＰ端末１０１とＶｏＩＰ端末１０２の間で音声パケットが混在するパケット通信における音声パケット優先送信制御が実現できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、優先制御や帯域制御などのＱｏＳをサポートしていない安価なＬＡＮ機器を活用して無線ＬＡＮにおける音声パケット通信を提供することができるという効果が得られる。
【００３６】
また、ｐｉｎｇパケットという汎用コマンドを利用して音声パケット優先制御を実現しているので、将来無線ＬＡＮの方式が変わっても音声パケット優先制御そのものには影響を受けないという効果が得られる。
【００３７】
さらには、本発明の音声パケット優先制御方式は、無線ＬＡＮに限らず、通信速度差のあるメディア変換装置（例えばＡＤＳＬモデム）にも適用できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を構成している全体ブロック構成図である。
【図２】音声パケット送受信と無線ＬＡＮ上の回線輻輳状況を計測するためのｐｉｎｇパケット送受信の関係を表す基本シーケンスチャート図である。
【図３】データパケットを送受信するｆｔｐ端末間通信と音声パケットを送受信するＶｏＩＰ端末間通信を同時に行っている場合のシーケンスチャート図である。
【図４】音声パケット優先制御装置１０４におけるバッファリング開始（データパケット停止）とバッファリング解除（データパケット再開）に関する処理フローチャート図である。
【符号の説明】
１０１、１０２ ＶｏＩＰ端末
１０３ 無線ＬＡＮアクセスポイント
１０４ 音声パケット優先制御装置
１１１ 音声パケット検出分離ブロック
１１２ データパケットバッファ
１１３ ｐｉｎｇ生成ブロック
１１４ ｐｉｎｇ計測ブロック
１１５ バルブ
１１６ 音声パケット検出ブロック
１２１、１２２ ｆｔｐ端末

Claims (8)

  1. 高速の通信回線と低速の通信回線を接続するメディア変換装置に付加する音声パケット優先制御装置であって、
    前記制御装置は、通信回線上のパケットから音声パケットの検出を行い、音声パケットとデータパケットの分離を行う音声パケット検出分離手段と、前記音声パケット検出分離手段で分離されたデータパケットのバッファリングを行うデータパケットバッファ手段と、前記データパケットバッファ手段からのデータパケットの送信または送信の停止を行わせるバルブ手段と、前記低速の通信回線のトラヒック調査手段とを有し、
    前記音声パケット検出分離手段で音声パケットを検出した場合は、前記バルブ手段は、前記データパケットバッファ手段からのデータパケットの送信を停止し、
    前記音声パケットの検出後、前記トラヒック調査手段がトラヒックは輻輳していないと判断した場合に、前記バルブ手段は前記データパケットバッファ手段からのデータの送信を再開することを特徴とする音声パケット優先制御装置。
  2. 高速の通信回線である有線ＬＡＮ回線と低速の通信回線である無線ＬＡＮ回線を接続するメディア変換装置に付加する音声パケット優先制御装置であって、
    前記制御装置は、通信回線上のパケットから音声パケットの検出を行い、音声パケットとデータパケットの分離を行う音声パケット検出分離手段と、前記音声パケット検出分離手段で分離されたデータパケットのバッファリングを行うデータパケットバッファ手段と、前記データパケットバッファ手段からのデータパケットの送信または送信の停止を行わせるバルブ手段と、前記無線ＬＡＮ回線のトラヒック調査手段とを有し、
    前記音声パケット検出分離手段で音声パケットを検出した場合は、前記バルブ手段は、前記データパケットバッファ手段からのデータパケットの送信を停止し、
    前記音声パケットの検出後、前記トラヒック調査手段がトラヒックは輻輳していないと判断した場合に、前記バルブ手段は前記データパケットバッファ手段からのデータの送信を再開することを特徴とする音声パケット優先制御装置。
  3. 前記トラヒック調査手段は、前記低速の通信回線の音声パケット端末に対してｐ
    ｉｎ ｇ パケットを送り、当該端末からのｐ ｉ ｎ ｇ 応答を受け取り、この間のラウンドトリップ時間を計測することで当該トラヒック状態を判定することを特徴とする請求項１
    または請求項２のいずれかに記載の音声パケット優先制御装置。
  4. 前記トラヒック調査手段は、前記ラウンドトリップ時間が予め設定された値以上の場合は、トラヒック輻輳状態と判定し、当該ラウンドトリップ時間が予め設定された値未満の場合は、トラヒック輻輳状態ではないと判定することを特徴とする請求項３に記載の音声パケット優先制御装置。
  5. 音声パケット優先制御方法であって、
    前記制御方法は、高速の通信回線からのパケットから音声パケットの検出を行い、音声パケットとデータパケットの分離を行うステップと、前記分離されたデータパケットをデータパケットバッファ手段にバッファリングするステップと、
    音声パケットを検出した場合に、前記データパケットバッファ手段からのデータパケットの低速の通信回線への送信を停止するステップと、
    前記音声パケットの検出後、前記低速の通信回線のトラヒックは輻輳しているか否かを判断するトラヒック状況判定ステップと、
    前記トラヒック状況判定ステップで、トラヒックが輻輳していないと判断した場合は、前記データパケットバッファ手段からの前記低速の通信回線へのデータパケットの送信を再開するステップとを有することを特徴とする音声パケット優先制御方法。
  6. 音声パケット優先制御方法であって、
    前記制御方法は、高速の通信回線である有線ＬＡＮ回線からのパケットから音声パケットの検出を行い、音声パケットとデータパケットの分離を行うステップと、前記分離されたデータパケットをデータパケットバッファ手段にバッファリングするステップと、
    音声パケットを検出した場合に、前記データパケットバッファ手段からのデータパケットの低速の通信回線である無線ＬＡＮ回線への送信を停止するステップと、
    前記音声パケットの検出後、前記低速の通信回線のトラヒックは輻輳しているか否かを判断するトラヒック状況判定ステップと、
    前記トラヒック状況判定ステップで、トラヒックが輻輳していないと判断した場合は、前記データパケットバッファ手段からの前記低速の通信回線へのデータパケットの送信を再開するステップとを有することを特徴とする音声パケット優先制御方法。
  7. 前記トラヒック状況判定ステップにおいて、前記低速の通信回線の音声パケット端末に対してｐ
    ｉ ｎ ｇ パケットを送り、当該端末からのｐ ｉ ｎ ｇ 応答を受け取り、この間のラウンドトリップ時間を計測することで当該トラヒック状態を判定することを特徴とする請求項５
    または請求項６ のいずれかに記載の音声パケット優先制御方法。
  8. 前記トラヒック状況判定ステップにおいて、前記ラウンドトリップ時間が予め設定された値以上の場合は、前記低速の通信回線のトラヒックが輻輳していると判断し、当該ラウンドトリップ時間が予め設定された値未満の場合は、前記低速の通信回線のトラヒックが輻輳していないと判断することを特徴とする請求項７に記載の音声パケット優先制御方法。
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