JP4097606B2 - Communication band design management method and communication band design management apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、通信帯域設計管理方法及び通信帯域設計管理装置に関し、特に、IPネットワークにおける異なるクラスのユーザフローが通過するリンクの設計及び通信品質の管理に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a communication band design management method and a communication band design management apparatus, and more particularly to a technology effective when applied to link design and communication quality management through which different classes of user flows in an IP network pass.
従来、IPネットワークが広く利用されてくるに伴って、IPネットワーク上での通信品質保証に対する要求が高まっている。その一方で、通信設備に対するコストを抑える必要がある。そのため、所望の通信品質を維持するのに必要な通信帯域を適切に算出し、かつ、現在の通信品質が維持できているかを管理する通信帯域設計管理法が重要となってきている。 Conventionally, as IP networks are widely used, there is an increasing demand for guaranteeing communication quality over IP networks. On the other hand, it is necessary to reduce the cost for communication facilities. Therefore, a communication band design management method that appropriately calculates a communication band necessary for maintaining desired communication quality and manages whether the current communication quality can be maintained has become important.
現状のIPネットワーク管理においては、あるリンクが輻輳しているか否かは、予め定められたリンク使用率に対する閾値と、測定されたリンク使用率を比較して判定している(例えば、非特許文献1,非特許文献2,非特許文献3を参照。)。しかし、リンク使用率とユーザの体感するファイル転送時間やスループット等の品質との関連が不明であるため、輻輳状態と判定する使用率に対するしきい値を具体的に特定することが困難であった。 In the current IP network management, whether or not a certain link is congested is determined by comparing a predetermined threshold for the link usage rate with the measured link usage rate (for example, non-patent document). 1, see Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3.) However, since the relationship between the link usage rate and the quality such as the file transfer time and throughput experienced by the user is unknown, it is difficult to specify the threshold for the usage rate that is judged to be a congestion state. .
また、必要な帯域を算出する方法としては従来、例えば、IPレベルのパケット損失率、あるいはATMレベルのセル損失率やキューイング遅延時間をある目標値以下にするような方法がある(例えば、非特許文献4,非特許文献5,非特許文献6,特許文献1,特許文献2,特許文献3,特許文献4,特許文献5を参照。)。しかしながら、これらの方法では、パケット損失率や遅延時間といったIPレベルの品質とユーザの体感するファイル転送時間やスループット等のTCPレベルの品質との関連が不明であるため、目標値の設定が困難であるという問題があった。
In addition, as a method of calculating the necessary bandwidth, there is conventionally a method of setting an IP level packet loss rate, or an ATM level cell loss rate or queuing delay time to a certain target value or less (for example, non- (See
そこで、そのような問題を解決する方法として、近年、TCPレベルの品質を考慮した方法が提案されている(例えば、非特許文献7,非特許文献8,非特許文献9,非特許文献10,非特許文献11,非特許文献12を参照。)。
Thus, as a method for solving such a problem, a method in consideration of TCP level quality has recently been proposed (for example, Non-Patent Document 7, Non-Patent Document 8, Non-Patent Document 9, Non-Patent
しかしながら、前記非特許文献7,非特許文献8,非特許文献9,非特許文献10,非特許文献11,非特許文献12等に記載された方法では、着目するリンクに多重される全フローのラウンドトリップタイムやアクセスリンク速度は均一であるという仮定を必要とする。そのため、異なるアクセス回線帯域を持つフローや異なるラウンドトリップタイムを持つフローが多重されている場合には対応できないという問題があった。この問題を解決する方法としては、例えば、測定が容易なフロー数とリンク使用率の組から、全フローのファイル転送可能速度の平均値r'を推定し(r'はr'=s/Tidealで定義される。ここで、sは平均ファイルサイズ、Tidealはフローを集約するリンクの使用率が十分小さいときの全フローの平均ファイル転送時間)、それをパラメータとしてリンク使用率が増加してρとなったときの平均ファイル転送時間を予測し、必要な帯域を設計する方法が提案されている(例えば、非特許文献13を参照。)。
However, in the methods described in Non-Patent Document 7, Non-Patent Document 8, Non-Patent Document 9, Non-Patent
ところが、前記非特許文献13に記載された方法では、フロー全体の平均ファイル転送時間しか扱えない。そのため、例えば、料金別等のユーザのサービス契約種別毎にサービスクラスを設定し、ユーザフローをクラス別に管理して設計したい場合には対応できないという問題があった。近年、Diffserv(Differentiated services)のようなクラス間でサービス差別化を図る技術が着目されており、契約されたクラス毎に品質を管理することが重要となってきている。また、アプリケーション種別に応じて、要求される通信品質も異なる場合がある。例えば、webのように小さいファイルをダウンロードして自分の端末に表示させ、また次のページにアクセスするような場合にはそのレスポンス時間に対する要求は厳しくなるが、ftpのように大きなファイルをダウンロードする場合にはダウンロード時間に対する要求は緩やかになる場合が想定される。このような場合には、クラス毎に異なる品質要求に対応して帯域を設計し、通信品質を管理する必要があるが、これまでに提案された方法では、そのような要望に対応できないという問題があった。
本発明が解決しようとする問題点は、前記背景技術で説明したように、従来の通信品質設計管理方法では、様々なアクセス回線帯域やラウンドトリップタイムを持つフローが多重されているリンクの通信帯域の設計、通信品質の管理が難しいという点である。 The problem to be solved by the present invention is that, as described in the background art, in the conventional communication quality design management method, the communication bandwidth of a link in which flows having various access line bandwidths and round trip times are multiplexed. Design and communication quality management is difficult.
本発明の目的は、着目するフローのTCP品質とリンク使用率を関係づけて帯域管理する方法ならびに様々なアクセス回線帯域やラウンドトリップタイムを持つフローが多重されている場合にも対応して、クラス毎の要求品質を満たすのに必要な帯域を算出して前記リンクの通信帯域を設計し、通信品質を管理することが可能な通信帯域設計管理方法及び通信帯域設計管理装置を提供することにある。 The object of the present invention is to manage the bandwidth by associating the TCP quality of the flow of interest and the link usage rate, as well as to the case where flows having various access line bandwidths and round trip times are multiplexed. To provide a communication band design management method and a communication band design management apparatus capable of calculating a band required to satisfy each required quality, designing a communication band of the link, and managing the communication quality. .
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明の概略を説明すれば、以下の通りである。 The outline of the invention disclosed in the present application will be described as follows.
(1) 通信網におけるあるリンクを経由するユーザフローの通信品質を設計し、管理する通信帯域設計管理法であって、前記リンクの通信帯域をC、着目するTCPフローの転送可能速度をr'として、前記通信帯域Cと前記転送可能速度r'の比R=C/r' 及びリンク使用率ρ、ならびにリンク使用率が十分小さいときの前記TCPフローの品質を基準としたTCPフロー品質劣化度数Dの関係を表す品質劣化度関数D=D(R,ρ)を用いて、前記リンク使用率がρとなったときの品質を推定し、前記リンクの通信品質を管理する通信帯域設計管理方法である。 (1) A communication bandwidth design and management method for designing and managing the communication quality of a user flow via a link in a communication network, where C is the communication bandwidth of the link, and r ′ is the transferable rate of the TCP flow of interest. The ratio R of the communication band C and the transferable speed r ′ R = C / r ′, the link usage rate ρ, and the TCP flow quality degradation frequency based on the quality of the TCP flow when the link usage rate is sufficiently small A communication bandwidth design management method for estimating the quality when the link usage rate becomes ρ using the quality degradation function D = D (R, ρ) representing the relationship of D and managing the communication quality of the link It is.
(2) 前記(1)の手段において、前記リンクに加わると想定される最大負荷をLmax[bps]、予め定められた品質劣化度数に対する許容値εとして、前記品質劣化度関数Dを用いて(1+ε)=D(C*/r',Lmax/C*)を満たす通信帯域C*を算出し、前記リンクの通信帯域がC*となるように設計し、前記リンクのTCP転送可能速度がr'となるユーザフローの通信品質を維持する。 (2) In the means of (1), the maximum load assumed to be applied to the link is Lmax [bps], and the quality degradation degree function D is used as an allowable value ε for a predetermined quality degradation frequency ( 1 + ε) = D (C * / r ′, Lmax / C * ) is calculated so that the communication band C * is calculated and the communication band of the link is designed to be C *, and the TCP transfer rate of the link is r Maintain the communication quality of the user flow.
(3) 前記(1)または(2)の手段において、前記リンクにおいて着目するTCPフローの転送可能速度r'を、前記フローのアクセス回線帯域r、あるいは前記フローのTCP通信での最大ウインドーサイズWmaxとラウンドトリップタイムRTTの比Wmax/RTTと前記アクセス回線帯域rの値の小さい方とする。 (3) In the means of (1) or (2), the transferable speed r ′ of the TCP flow focused on the link is set to the access line bandwidth r of the flow or the maximum window size in the TCP communication of the flow. The smaller of the ratio Wmax / RTT between Wmax and the round trip time RTT and the value of the access line bandwidth r is the smaller.
(4) 前記(1)から(3)の手段において、前記品質劣化度関数D=D(R,ρ)は、下記数式1で表されるC(R,ρ)
(5) 前記(1)から(4)の手段において、前記品質劣化度数Dの代わりに、前記着目するフローの平均ファイルサイズをsとし、前記リンク使用率が十分小さいときのTCPファイル転送時間をs/r'により算出し、前記リンク使用率がρとなったときの平均ファイル転送時間T(ρ)をT(ρ)=s/r'(R,ρ)を用いて、前記リンクの通信品質を管理する。 (5) In the means of (1) to (4), instead of the quality degradation frequency D, the average file size of the flow of interest is s, and the TCP file transfer time when the link usage rate is sufficiently small is Calculated by s / r ′, and the average file transfer time T (ρ) when the link usage rate becomes ρ, T (ρ) = s / r ′ (R, ρ) is used to communicate the link. Manage quality.
(6) 前記(2)から(4)の手段において、前記品質劣化度数Dの代わりに、前記着目するフローの平均ファイルサイズをsとし、前記リンク使用率が十分小さいときのTCPファイル転送時間をs/r'により算出し、前記リンクに加わると想定される最大負荷をLmax[bps]、予め定められた平均ファイル転送時間に対する許容値T*として、T*=s/r'×D(C*/r',Lmax/C*)を満たすC*を算出し、前記リンクの通信帯域がC*となるように設計する。 (6) In the means of (2) to (4), instead of the quality degradation frequency D, the average file size of the flow of interest is s, and the TCP file transfer time when the link usage rate is sufficiently small is The maximum load that is calculated by s / r ′ and assumed to be applied to the link is Lmax [bps], and an allowable value T * for a predetermined average file transfer time is T * = s / r ′ × D (C * / r ', Lmax / C *) to calculate the C * satisfying the communication bandwidth of the link is designed such that C *.
(7) 前記(2)から(6)の手段において、前記リンクに様々な転送可能速度(クラス)を持つフローが多重されている場合に、クラスiに属するフローの転送可能速度をr'(i)、クラスiのフローの発生レートをλ(i)[flows/s]、クラスiのフローの平均ファイルサイズをs(i)とし、クラスiのフローの品質劣化度に対する許容値ε(i)を予め設定しておき、前記品質劣化度関数Dを用いて(1+ε(i))=D(C*(i)/r'),Σλ(i)s(i)/C*(i))を満たす通信帯域C*(i)を、クラスiに対して算出し、C*=max{C*(i)}をもって各クラスの品質劣化度D(i)がD(i)≦(1+ε(i))となるのに必要な前記リンクの通信帯域として算出し、前記リンクの通信帯域がC*となるように設計する。 (7) In the means of (2) to (6), when flows having various transferable speeds (classes) are multiplexed on the link, the transferable speeds of flows belonging to class i are set to r ′ ( i), the generation rate of class i flows is λ (i) [flows / s], the average file size of class i flows is s (i), and the allowable value ε (i ) Is set in advance and (1 + ε (i)) = D (C * (i) / r ′), Σλ (i) s (i) / C * (i) using the quality degradation function D ) Satisfying the communication bandwidth C * (i) for class i, and with C * = max {C * (i)}, the quality degradation degree D (i) of each class is D (i) ≦ (1 + ε (i)) is calculated as the communication bandwidth of the link necessary to satisfy (i)), and the communication bandwidth of the link is designed to be C * .
(8) 前記(7)の手段において、前記クラスiのフローの品質劣化度に対する許容値ε(i)の代わりに、クラスiのフローの平均ファイル転送時間に対する許容値T*(i)を予め設定しておき、前記品質劣化度関数Dを用いてT*(i)=s(i)/r'(i)×D(C*(i)/r'),Σλ(i)s(i)/C*(i))を満たす帯域C*(i)をクラスiに対して算出し、C*=max{C*(i)}をもって各クラスの平均ファイル転送時間T(i)がT(i)≦T*(i)となるのに必要な前記リンク通信帯域として算出し、前記リンクの通信帯域がC*となるように設計する。 (8) In the means of (7), instead of the allowable value ε (i) for the quality degradation degree of the class i flow, an allowable value T * (i) for the average file transfer time of the class i flow is set in advance. Using the quality degradation degree function D, T * (i) = s (i) / r ′ (i) × D (C * (i) / r ′), Σλ (i) s (i ) / C * (i)) satisfying the bandwidth C * (i) for class i, and with C * = max {C * (i)}, the average file transfer time T (i) for each class is T (i) ≦ T * Calculated as the link communication band necessary to satisfy (i), and designed so that the communication band of the link is C * .
(9) 前記(7)または(8)の手段において、前記クラスiのフローの転送可能速度r'(i)を、クラスiのフローのアクセス回線帯域r(i)、あるいは、クラスiのフローのTCP通信での最大ウインドーサイズWmax(i)、およびラウンドトリップタイムRTT(i)の比Wmax(i)/RTT(i)と前記アクセス回線帯域r(i)の値の小さい方とする。 (9) In the means of (7) or (8), the transferable rate r ′ (i) of the class i flow is set to the access line band r (i) of the class i flow or the class i flow. The smaller of the maximum window size Wmax (i) in TCP communication and the ratio Wmax (i) / RTT (i) of the round trip time RTT (i) and the access line bandwidth r (i).
(10) 通信網におけるあるリンクを経由するユーザフローの通信品質を設計し、管理する通信帯域設計管理装置であって、前記リンクの通信帯域をC、着目するTCPフローの転送可能速度をr'として、前記通信帯域Cと前記転送可能速度r'の比R=C/r' 及びリンク使用率ρ、ならびにリンク使用率が十分小さいときの前記TCPフローの品質を基準としたTCPフロー品質劣化度数Dの関係を表す品質劣化度関数D=D(R,ρ)を用いて、着目するクラスに属するフローの品質劣化度あるいは平均ファイル転送時間を推定する手段と、前記リンクに加わると想定される最大負荷をLmax[bps]、予め定められた品質劣化度数に対する許容値εとして、前記品質劣化度関数Dを用いて(1+ε)=D(C*/r',Lmax/C*)を満たす通信帯域C*を算出する手段とを備える通信帯域設計管理装置である。 (10) A communication band design management apparatus for designing and managing the communication quality of a user flow via a link in a communication network, wherein the communication band of the link is C, and the transferable speed of the TCP flow of interest is r ′ The ratio R of the communication band C and the transferable speed r ′ R = C / r ′, the link usage rate ρ, and the TCP flow quality degradation frequency based on the quality of the TCP flow when the link usage rate is sufficiently small It is assumed that the quality degradation degree function D = D (R, ρ) representing the relationship of D is used to estimate the quality degradation degree or average file transfer time of a flow belonging to the class of interest, and to be added to the link. Communication satisfying (1 + ε) = D (C * / r ′, Lmax / C * ) using the quality degradation function D as a maximum load Lmax [bps] and an allowable value ε for a predetermined quality degradation frequency communication bandwidth design management and means for calculating the band C * It is the location.
本発明の通信帯域設計管理方法は、前記(1)から(9)の手段のように、前記リンクの通信帯域C,着目するTCPフローの転送可能速度r',リンク使用率ρから通信品質の劣化度、あるいは平均ファイル転送時間を算出し、前記リンクの通信品質の管理及び通信帯域の設計をする。また、1つのリンクに複数のクラスが混在しても各クラスで要求される通信品質を満たすように通信帯域を設計し、管理することができる。 The communication bandwidth design management method of the present invention, as in the means (1) to (9), determines the communication quality from the communication bandwidth C of the link, the transferable speed r ′ of the TCP flow of interest, and the link usage rate ρ. The degree of deterioration or the average file transfer time is calculated, the communication quality of the link is managed, and the communication band is designed. Even if a plurality of classes are mixed in one link, the communication band can be designed and managed so as to satisfy the communication quality required for each class.
また、前記(1)から(9)の手段を用いて前記リンクの通信帯域を設計し、通信品質を管理するときには、例えば、前記(10)の手段のような通信帯域設計管理装置を、対象となるリンクに挿入すればよい。 Further, when the communication band of the link is designed using the means of (1) to (9) and the communication quality is managed, for example, a communication band design management apparatus such as the means of (10) is targeted. Insert it into the link that becomes.
以下、本発明について、図面を参照して実施の形態(実施例)とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail together with embodiments (examples) with reference to the drawings.
Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.
本発明の通信帯域設計管理方法では、前記リンクの通信帯域C,着目するTCPフローの転送可能速度r',リンク使用率ρから通信品質の劣化度、あるいは平均ファイル転送時間を算出し、前記リンクの通信品質の管理及び通信帯域の設計をし、1つのリンクに複数のクラスが混在しても各クラスで要求される通信品質を満たすように通信帯域を設計し、管理する。 In the communication bandwidth design management method of the present invention, the degree of communication quality degradation or the average file transfer time is calculated from the communication bandwidth C of the link, the transferable speed r ′ of the TCP flow of interest, and the link usage rate ρ, and the link The communication band is designed and managed so as to satisfy the communication quality required for each class even if a plurality of classes are mixed in one link.
従来の通信帯域の設計管理方法のうち、例えば、前記非特許文献7に記載された方法では、各フローのラウンドトリップタイムやアクセス回線帯域は均一であると仮定し、TCPのスロースタートの影響を無視できる位に十分大きいファイルを転送する場合におけるTCP品質劣化度を、R=(集約回線帯域C)/(アクセス回線帯域r)で与えられるパラメータRを用いて、下記数式3により算出している。
しかしながら、一般に、各ユーザのアクセス帯域は様々であるため、前記パラメータRを(集約回線帯域C)/(アクセス回線帯域r)により設定できない。 However, in general, since the access band of each user is various, the parameter R cannot be set by (aggregated line band C) / (access line band r).
そこで、本発明では、異なるアクセス回線帯域を持つフローが多重されている場合におけるクラスiのフローのアクセス回線帯域をr(i)とし、前記パラメータR,前記クラスiのフローの品質劣化度D(i),平均ファイル転送時間T(i)の近似式として、下記数式5で表される各数式を提案する。
図1及び図2は、本発明の通信帯域設計管理方法の原理を説明するための模式図であり、図1は通信帯域の設計及び管理に用いる近似式の推定精度の評価の一例を示すグラフ、図2は他の評価例を示す図である。 1 and 2 are schematic diagrams for explaining the principle of the communication band design management method of the present invention, and FIG. 1 is a graph showing an example of evaluation of estimation accuracy of an approximate expression used for communication band design and management. FIG. 2 is a diagram showing another evaluation example.
前記数式5で表される近似式の推定精度を評価するために、評価の一例として、ある時点で通信中のTCPフローの転送速度が、集約回線帯域Cをそのときの同時接続フロー数で均等割した値と、着目するフローのアクセス回線帯域の小さい方となるようなシミュレーションを実施した。具体的には、時刻tにおけるクラスiのフロー数をn(i,t)、その和をn(t)=Σn(i,t)、r(1)<r(2)<…<r(k)(kはクラス数)とし、下記数式6
前記数式5で表される近似式では、TCPスロースタートの影響を無視できるとしているが、転送すべきファイルサイズが小さい場合には無視できるとは限らない。そこで、アクセス回線帯域r(i)の代わりに、TCPスロースタートを考慮した実際の転送可能速度r'(i)が与えられたとして、前記数式5の代わりに、下記数式8で表される近似式を用いてもよい。
前記数式8で表される近似式の推定精度を評価するために、TCP動作を模擬したシミュレーションを実施した。このとき、前記集約回線帯域C=10Mbpsとし、アクセス回線帯域が2Mbpsのフローと600kbpsのフローが混在しているとし、いずれの平均ファイルサイズも10KBとする。また、2Mbpsのフロー発生率と600kbpsのフロー発生率の比を1:2とし、フロー発生率を振らせてリンク使用率を変えたときの平均ファイル転送時間を評価した。近似式におけるフローの転送可能速度r'は、リンク使用率が十分小さいときの平均ファイル転送時間T'をクラス毎に測定し、ファイルサイズ10KBをT'で除した値をr'として用いた(2Mbpsフローのr'は1.5288Mbps、600kbpsフローのr'は575.51kbpsであった)。このときの評価結果は、例えば、図2に示すようになり、提案する近似式で各クラスのTCP品質を精度良く推定できていることが分かる。
In order to evaluate the estimation accuracy of the approximate expression represented by Equation 8, a simulation simulating TCP operation was performed. At this time, it is assumed that the aggregated line bandwidth C = 10 Mbps, the flow with an access line bandwidth of 2 Mbps and the flow with 600 kbps are mixed, and the average file size is 10 KB. We also evaluated the average file transfer time when the ratio of the flow rate of 2Mbps and the flow rate of 600kbps was 1: 2, and the link usage rate was changed by changing the flow rate. For the transferable speed r ′ of the flow in the approximate expression, the average file transfer time T ′ when the link usage rate is sufficiently small is measured for each class, and the value obtained by dividing the
以上説明したように、複数クラスが混在しても、着目するクラスのアクセス回線帯域(あるいは転送可能速度)を用いてクラス毎に帯域比R(i)=C/r(i)を求め、それを均一クラスの推定式におけるRの代わりに用いることにより、クラス毎のTCP品質を推定できる。 As described above, even if multiple classes are mixed, the bandwidth ratio R (i) = C / r (i) is obtained for each class using the access line bandwidth (or transferable speed) of the class of interest. Can be used instead of R in the uniform class estimation formula to estimate the TCP quality for each class.
そこで、本発明の通信帯域設計管理方法では、該リンク通信帯域をC、着目するTCPフローの転送可能速度をr'とし、それらの比をR=C/r'、リンク使用率ρ、リンク使用率が十分小さいときの該TCPフロー品質を基準とした該TCPフローの品質劣化度数Dの関係を表す品質劣化度関数D=D(R,ρ)を用いてリンク使用率がρとなったときの品質を推定し、通信品質を管理する。 Therefore, in the communication band design management method of the present invention, the link communication band is C, the transferable speed of the focused TCP flow is r ′, the ratio thereof is R = C / r ′, the link usage rate ρ, the link usage When the link usage rate becomes ρ using the quality degradation function D = D (R, ρ) that represents the relationship of the quality degradation frequency D of the TCP flow based on the TCP flow quality when the rate is sufficiently small Estimate the quality of communication and manage the communication quality.
このとき、TCPフローの転送可能速度r'は、例えば、アクセス回線帯域に設定するか、あるいは、該リンク使用率が十分小さいときにファイル転送時間を測定して転送可能速度r'を設定する。別の設定方法としては、前記着目するTCPフローの転送可能速度r'は、前記フローのアクセス回線帯域r、あるいは、前記フローのTCP通信での最大ウインドーサイズWmax、及びラウンドトリップタイムRTTの比Wmax/RTTと前記アクセス回線帯域rの値の小さい方とする。ここで、Wmax/RTTはTCPウインドー制御における最大転送可能速度となるので、それとアクセス回線速度rの小さい方を転送可能速度としている。 At this time, the transferable speed r ′ of the TCP flow is set to, for example, the access line bandwidth, or the transferable speed r ′ is set by measuring the file transfer time when the link usage rate is sufficiently small. As another setting method, the transferable speed r ′ of the TCP flow of interest is the ratio of the access line bandwidth r of the flow or the maximum window size Wmax in the TCP communication of the flow and the round trip time RTT. The smaller of Wmax / RTT and the value of the access line band r is assumed. Here, since Wmax / RTT is the maximum transferable speed in the TCP window control, the smaller transfer line speed r is the transferable speed.
また、本発明の通信帯域設計管理方法では、リンクに加わると想定される最大負荷をLmax[bps]、予め定められた品質劣化度数に対する許容値εを用いて、前記品質劣化度数Dを用いて(1+ε)=D(C*/r',Lmax/C*)を満たすC*を算出し、前記リンク帯域がC*となるように設計する。 Further, in the communication band design management method of the present invention, the maximum load assumed to be applied to the link is Lmax [bps], and the allowable value ε for a predetermined quality deterioration frequency is used, and the quality deterioration frequency D is used. (1 + ε) = D ( C * / r ', Lmax / C *) to calculate the C * satisfying the link bandwidth is designed to be C *.
このとき、前記許容値εは、通信サービスとしてどれくらいの品質を、どの位のコスト(帯域)で提供するかを決定するパラメータであり、例えば、εを大きくすると、必要な帯域C*を削減できるためコスト削減につながるが、大きな品質劣化度を許容することになり、顧客満足度が得られない場合には顧客数の減少につながる恐れがある。従って、サービスレベルとコストのトレードオフで決定されるパラメータである。 At this time, the allowable value ε is a parameter for determining how much quality (bandwidth) the quality of communication service is to be provided. For example, if ε is increased, the necessary bandwidth C * can be reduced. Therefore, this leads to cost reduction, but a large degree of quality degradation is allowed, and if customer satisfaction cannot be obtained, there is a risk of reducing the number of customers. Therefore, it is a parameter determined by a trade-off between service level and cost.
図3及び図4は、本発明による一実施例の通信帯域設計管理方法を説明するための模式図であり、図3は本発明が適用されるIPネットワークの一例を示す図、図4は通信帯域設計管理装置の概略構成を示す図である。
図3において、1A,1Bはノード、2はリンク、3は帯域設計管理装置、4A,4Bは端末、5Aはクラス1のユーザ端末、5Bはクラス2のユーザ端末である。また、図4において、301はパケットヘッダ解析手段、302はフロー品質測定手段、303はリンク使用率算出手段、304はフロー品質/使用率管理手段、305は帯域設計手段である。
3 and 4 are schematic diagrams for explaining a communication band design management method according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing an example of an IP network to which the present invention is applied. FIG. It is a figure which shows schematic structure of a band design management apparatus.
In FIG. 3, 1A and 1B are nodes, 2 is a link, 3 is a bandwidth design management device, 4A and 4B are terminals, 5A is a
本発明の通信品質管理方法が適用される通信網は、例えば、IPネットワークのように複数のノード及びリンクから構成されているネットワークであり、例えば、図3に示すように、ノード1A,1B間を接続するリンク2に、前記リンク2の通信帯域を設計、管理する装置(通信帯域設計管理装置)3が挿入される。このとき、前記通信帯域設計管理装置3が挿入されたリンク2は、例えば、ネットワーク上の端末4A,4Bから、アクセス回線が2Mbps(クラス1)のユーザ端末5A、及び600kbps(クラス2)のユーザ端末5Bに伝送されるパケット(ユーザフロー)が通過する集約回線であるとする。またこのとき、図4に示した例では、前記各端末4A,4B,5A,5Bがそれぞれ1台ずつであるが、前記各端末4A,4B,5A,5Bは複数台あってもよい。また、前記ネットワーク上の端末4A,4Bとノード1A、あるいはノード1Bと前記ユーザ端末5A,5Bの間で、複数のノード及びリンクを経由してパケットを伝送するようなネットワークであってもよい。
A communication network to which the communication quality management method of the present invention is applied is a network composed of a plurality of nodes and links, such as an IP network. For example, as shown in FIG. 3, between nodes 1A and 1B An apparatus (communication band design management apparatus) 3 for designing and managing the communication band of the link 2 is inserted into the link 2 connecting the two. At this time, the link 2 into which the communication band design management device 3 is inserted is, for example, from the
またこのとき、前記通信帯域管理装置3は、例えば、図4に示すように、前段のノード1Aから到着したパケットを解析するパケットヘッダ解析手段301、前記管理対象となるフローの通信品質を測定するフロー品質測定手段302、前記管理対象となるリンクの使用率を算出するリンク使用率算出手段303、前記フローの通信品質及びリンク使用率を管理するフロー品質/使用率管理手段304、前記フローの通信品質を維持するために必要な帯域を設計する帯域設計手段305を備える。 At this time, for example, as shown in FIG. 4, the communication band management device 3 measures the packet header analysis means 301 for analyzing a packet arriving from the preceding node 1A, and the communication quality of the flow to be managed. Flow quality measuring means 302, link usage rate calculating means 303 for calculating the usage rate of the link to be managed, flow quality / usage rate management means 304 for managing the communication quality and link usage rate of the flow, and communication of the flow Band design means 305 for designing a band necessary for maintaining the quality is provided.
以下、前記通信帯域設計管理装置3を用いた前記リンク2の通信帯域の設計方法及び通信品質の管理方法の一例を説明する。 Hereinafter, an example of a communication band design method and a communication quality management method for the link 2 using the communication band design management device 3 will be described.
前段のノード1Aから前記通信帯域設計管理装置3にパケットが到着すると、前記通信帯域設計管理装置3では、パケットヘッダ解析部301によって到着したパケットのサイズ、TCPフラグ情報に加え、例えば、送信元IPアドレス,着信先IPアドレス,送信元ポート番号,着信先ポート番号,プロトコル番号といった情報を読み取り、後段のノード1Bヘ送信する。このとき、前記パケットヘッダ解析部301では、前記5つの情報の組でなるアドレス等の情報とサービスクラスを対応づけるテーブルを予め用意しておき、到着したパケットのクラスLを判別し、管理対象とするフローであるか判別する。このとき、前記対応テーブルは、前記パケットヘッダ解析部301が持っていてもよいし、前記パケットヘッダ解析部301とは別に持っていてもよい。また、前記テーブルを参照してクラスを判別する代わりに、ネットワークの入口でパケット毎にそのヘッダ内にクラスを表すフラグを立てておき、パケットヘッダ解析部301では、そのヘッダ内のフラグからクラスを判別してもよい。
When a packet arrives at the communication bandwidth design management device 3 from the preceding node 1A, the communication bandwidth design management device 3 adds, for example, the source IP to the packet
また、前記到着したパケットとクラスを対応づけるときには、前記5つの情報ではなく、例えば、送信元IPアドレスと着信先IPアドレスの2つの情報の組でもよく、クラスをどのように定義するかに依存してクラスの判別法は決まる。 Further, when associating the arrived packet with a class, it may be, for example, a set of two pieces of information of a source IP address and a destination IP address instead of the five pieces of information, and depends on how the class is defined. Thus, the class discrimination method is determined.
またこのとき、管理対象とするフローは1本でもよいし、複数本でもよいが、ここでは簡単のため、管理対象フローは1本であるとする。 At this time, the number of flows to be managed may be one or plural, but here, for the sake of simplicity, it is assumed that there is one flow to be managed.
前記パケットヘッダ解析手段301において、前記到着したパケットが管理対象フローに属するパケットであると判定された場合、そのときのTCPフラグ情報及びパケットサイズがフロー品質測定手段302に通知される。
When the packet
前記フロー品質測定手段302では、通知されたTCPフラグにおいてTCPフローの開始を示すSYNフラグビットが立っているパケットを検出したら、新しいフローが発生したと判断し、そのときの時刻をTstartという変数に記憶しておく。一方、TCPフロー終了を表すFINフラグビットが立っているパケットを検出したら、フローが終了したとして、現在の時刻からTstartを差し引いた値を計算し、それをファイル転送時間Tf(n)として測定する。ここでnは、n番目に検出されたフローを意味する。
When the flow
また、前記フロー品質測定手段302では、前記ファイル転送時間Tf(n)の測定とともに、SYNフラグビットを検出してからFINフラグビットを検出するまでの間に転送されたパケットのバイト数の和をファイルサイズSf(n)として測定する。この測定をリンク使用率が小さいようなある限られた時間帯にのみ実施する。計測後、これらの平均avgTf=ΣTf(n)/N、avgSf=ΣSf(n)/N(Nは測定回数)を計算し、その結果を前記フロー品質/使用率管理手段304に通知する。なお、ここでは、リンクを流れるパケットをキャプチャして、フロー通信品質を測定する例を示したが、そうする代わりに、あるパケット発生装置からフロー通信品質測定のための試験パケットをパケット受信装置に送信して品質を測定してもよい。 In addition, the flow quality measuring means 302 measures the file transfer time Tf (n) and calculates the sum of the number of bytes of packets transferred between the detection of the SYN flag bit and the detection of the FIN flag bit. Measured as file size Sf (n). This measurement is performed only during a limited time period when the link usage rate is small. After the measurement, the average avgTf = ΣTf (n) / N and avgSf = ΣSf (n) / N (N is the number of measurements) are calculated, and the result is notified to the flow quality / usage management means 304. In this example, the packet flowing through the link is captured and the flow communication quality is measured. Instead, a test packet for measuring the flow communication quality is sent from a certain packet generation device to the packet reception device. You may send and measure quality.
また、前記パケットヘッダ解析手段301は、フローIDに関係なく、読み取られたパケットサイズは全てリンク使用率算出手段303へ通知する。前記リンク使用率算出手段303は、一定時間t0の間に通過したパケットのサイズの和をt0で割り、さらにそれを該リンク通信帯域Cで割ることによってt0毎のリンク使用率ρ(j)を算出し、これをt0時間毎にフロー品質/使用率管理手段304に通知する。
The packet
前記フロー品質/使用率管理手段304では、フロー品質測定手段302から受信したavgTf,avgSfを用いて、前記フローの転送可能速度r'をr'=avgSf/avgTfにより算出する。そして、前記転送可能速度r'と前記リンクの通信帯域Cから帯域比R=C/r'を算出し、リンク使用率算出手段303より通知されたj番目に測定されたリンク使用率ρ(j)とRを、前記数式3で表される品質劣化度関数D(R,ρ(j))に代入し、そのときの品質劣化度D(j)を算出する。このとき、前記品質劣化度D(j)が予め定めた品質許容値1+εを超えていたら、品質劣化と判定する。また、品質劣化と判定した場合、算出した前記転送可能速度r'を帯域設計手段305に通知する。
The flow quality / usage
前記帯域設計手段305では、前記フロー品質/使用率管理手段304から通知された前記転送可能速度r'の値、前記リンクに加わると想定される最大負荷Lmax[bps]及び予め定められた品質劣化度数に対する許容値ε、ならびに前記数式3で表される品質劣化度関数Dを用いて、(1+ε)=D(C*/r',Lmax/C*)を満たす通信帯域C*を算出する。そして、算出した通信帯域C*を、前記品質が劣化している帯域の新しい帯域として設定する。
In the
以上説明したように、本実施例の通信帯域設計管理方法によれば、前記リンクの通信帯域C,着目するTCPフローの転送可能速度r',リンク使用率ρから通信品質の劣化度、あるいは平均ファイル転送時間を算出し、前記リンクの通信品質の管理及び通信帯域の設計をすることで、1つのリンクに複数のクラスが混在しても各クラスで要求される通信品質を満たすように通信帯域を設計し、管理することができる。 As described above, according to the communication bandwidth design management method of the present embodiment, the communication bandwidth C of the link, the transferable speed r ′ of the TCP flow of interest, the link usage rate ρ, the degree of communication quality degradation, or the average By calculating the file transfer time, managing the communication quality of the link, and designing the communication bandwidth, the communication bandwidth satisfies the communication quality required for each class even if multiple classes are mixed in one link. Can be designed and managed.
また、本実施例の通信帯域設計管理方法では、前記フロー品質/使用率管理手段304において前記品質劣化度D(j)を品質尺度としたが、前記品質劣化度D(j)の代わりに、前記数式5あるいは数式8に示したように、平均ファイル転送時間を品質尺度としてもよい。この場合、前記リンク使用率がρ(j)のときの着目するフローの平均ファイル転送時間T(j)をT(j)=avgTf×D(R,ρ(j))により算出して、それを予め定められた品質許容値T*と比較して、T(j)>T*ならば品質劣化と判定する。 In the communication band design management method of the present embodiment, the flow quality / usage management means 304 uses the quality degradation level D (j) as a quality measure, but instead of the quality degradation level D (j), As shown in Equation 5 or Equation 8, the average file transfer time may be used as a quality measure. In this case, the average file transfer time T (j) of the flow of interest when the link usage rate is ρ (j) is calculated by T (j) = avgTf × D (R, ρ (j)). Is compared with a predetermined allowable quality value T *, and if T (j)> T *, it is determined that the quality is deteriorated.
またこのとき、前記帯域設計手段305では、前記リンクに加わると想定される最大負荷Lmax[bps]を用いて、予め定められた平均ファイル転送時間に対する許容値T*を用いて、T*=avgTf×D(C*/r',Lmax/C*)を満たす通信帯域C*を算出する。
At this time, the
また、前記フロー転送可能速度r'は、本実施例のように実測を通じて設定する代わりに、前記フローのアクセス回線帯域rをフロー転送可能速度r'として設定してもよい。また、そのほかにも、例えば、前記フローのTCP通信での最大ウインドーサイズWmaxとラウンドトリップタイムRTTの比Wmax/RTTと、前記アクセス回線rの値の小さい方を前記フロー転送可能速度r'としてもよい。 Further, the flow transferable speed r ′ may be set as the flow transferable speed r ′ instead of being set through actual measurement as in this embodiment. In addition, for example, the ratio Wmax / RTT between the maximum window size Wmax and the round trip time RTT in TCP communication of the flow, and the smaller value of the access line r is set as the flow transferable speed r ′. Also good.
また、前記帯域設計手段305では、本実施例のように、想定される最大負荷Lmax[bps]を用いる代わりに、前記リンクに多重されるクラスiに属するフローの転送可能速度をr'(i)、クラスiフローの発生レートをλ(i)[flows/s]、クラスiフローの平均ファイルサイズをs(i)とし、クラスiフローの品質劣化度に対する許容値ε(i)を予め設定しておき、前記数式3で表される品質劣化度関数Dを用いて(1+ε(i))=D(C*(i)/r'(i),Σλ(i)s(i)/C*(i))を満たす帯域C*(i)をクラスiに対して算出し、C*=max{C*(i)}をもって各クラスの品質劣化度D(i)がD(i)≦(1+ε(i))となるのに必要な通信帯域として算出してもよい。
Further, in the
また、前記帯域設計手段305では、品質劣化度D(i)を品質尺度とする代わりに、平均ファイル転送時間を品質尺度としてもよい。この場合、クラスiフローの平均ファイル転送時間に対する許容値T*(i)を予め設定しておき、前記数式3で表される品質劣化度関数Dを用いてT*(i)=s(i)/r'(i)×D(C*(i)/r'(i),Σλ(i)s(i)/C*(i))を満たす帯域C*(i)をクラスiに対して算出し、C*=max{C*(i)}をもって各クラスの平均ファイル転送時間T(i)がT(i)≦T*(i)となるのに必要な通信帯域として算出する。
Further, the
以上、本発明を、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もちろんである。 The present invention has been specifically described above based on the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. is there.
1A,1B…ノード
2…リンク
3…通信帯域設計管理装置
301…パケットヘッダ解析手段
302…フロー品質測定手段
303…リンク使用率算出手段
304…フロー品質/使用率管理手段
305…帯域設計手段
4A,4B…ネットワーク上の端末
5A…クラス1のユーザ端末
5B…クラス2のユーザ端末
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B ... Node 2 ... Link 3 ... Communication band
Claims (10)
前記リンクの通信帯域をC、着目するTCPフローの転送可能速度をr'として、前記通信帯域Cと前記転送可能速度r'の比R=C/r' 及びリンク使用率ρ、ならびにリンク使用率が十分小さいときの前記TCPフローの品質を基準としたTCPフロー品質劣化度数Dの関係を表す品質劣化度関数D=D(R,ρ)を用いて、前記リンク使用率がρとなったときの品質を推定し、前記リンクの通信品質を管理することを特徴とする通信帯域設計管理方法。 A communication band design management method for designing and managing communication quality of user flows via a link in a communication network,
The communication bandwidth of the link is C, the transferable speed of the TCP flow of interest is r ′, the ratio R = C / r ′ of the communication band C and the transferable speed r ′, the link usage rate ρ, and the link usage rate When the link usage rate becomes ρ using the quality degradation function D = D (R, ρ) that represents the relationship of the TCP flow quality degradation frequency D based on the quality of the TCP flow when is sufficiently small A communication band design management method characterized by estimating the quality of the link and managing the communication quality of the link.
クラスiに属するフローの転送可能速度をr'(i)、クラスiのフローの発生レートをλ(i)[flows/s]、クラスiのフローの平均ファイルサイズをs(i)とし、クラスiのフローの品質劣化度に対する許容値ε(i)を予め設定しておき、前記品質劣化度関数Dを用いて(1+ε(i))=D(C*(i)/r'(i),Σλ(i)s(i)/C*(i))を満たす通信帯域C*(i)を、クラスiに対して算出し、C*=max{C*(i)}をもって各クラスの品質劣化度D(i)がD(i)≦(1+ε(i))となるのに必要な前記リンクの通信帯域として算出し、前記リンクの通信帯域がC*となるように設計することを特徴とする請求項2乃至請求項6のいずれか1項に記載の通信帯域設計管理方法。 When flows with various transferable speeds (classes) are multiplexed on the link,
Let r '(i) be the transferable speed of flows belonging to class i, λ (i) [flows / s] the generation rate of flows of class i, s (i) the average file size of flows of class i, and class An allowable value ε (i) for the quality deterioration degree of the flow of i is set in advance, and (1 + ε (i)) = D (C * (i) / r ′ (i) using the quality deterioration degree function D , Shigumaramuda the (i) s (i) / C * (i)) satisfying the communication band C * (i), is calculated for the class i, C * = max {C * (i)} to have in each class The quality degradation degree D (i) is calculated as the communication bandwidth of the link necessary for D (i) ≦ (1 + ε (i)), and the communication bandwidth of the link is designed to be C *. The communication band design management method according to any one of claims 2 to 6, wherein the communication band design management method is characterized.
前記リンクの通信帯域をC、着目するTCPフローの転送可能速度をr'として、前記通信帯域Cと前記転送可能速度r'の比R=C/r' 及びリンク使用率ρ、ならびにリンク使用率が十分小さいときの前記TCPフローの品質を基準としたTCPフロー品質劣化度数Dの関係を表す品質劣化度関数D=D(R,ρ)を用いて、着目するクラスに属するフローの品質劣化度あるいは平均ファイル転送時間を推定する手段と、前記リンクに加わると想定される最大負荷をLmax[bps]、予め定められた品質劣化度数に対する許容値εとして、前記品質劣化度関数Dを用いて(1+ε)=D(C*/r',Lmax/C*)を満たす通信帯域C*を算出する手段とを備えることを特徴とする通信帯域設計管理装置。
A communication bandwidth design management device for designing and managing communication quality of user flows via a certain link in a communication network,
The communication bandwidth of the link is C, the transferable speed of the TCP flow of interest is r ′, the ratio R = C / r ′ of the communication band C and the transferable speed r ′, the link usage rate ρ, and the link usage rate The quality degradation degree of a flow belonging to the class of interest using a quality degradation degree function D = D (R, ρ) representing the relationship of the TCP flow quality degradation degree D based on the quality of the TCP flow when is sufficiently small Alternatively, the means for estimating the average file transfer time, and the maximum load assumed to be applied to the link is Lmax [bps], and the quality deterioration degree function D is used as an allowable value ε for a predetermined quality deterioration degree ( 1 + ε) = D (C * / r ′, Lmax / C * ). A communication band design management apparatus comprising means for calculating a communication band C * that satisfies L * / C * .
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