JP4326368B2 - パケット送出方法、及び端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、パケット送出方法、及び端末装置に関し、特に、端末主導の観測型呼受付システムを前提としたパケット送出方法、及び端末装置に関する。

従来、パケット転送システムにおいて、端末装置が、通信の前段で試験パケットを本来の通信よりも低い優先度である試行クラス（Ｍクラス）に設定して送出し、その通信結果に基づき、通信可能と判断した場合には、本来の通信の優先度である優先クラス（Ｈクラス）でパケットを送出し、一方、通信不可能と判断した場合には、例えば一定時間置いて再び試行クラスで試験パケットを送出するという手順を採用することにより、通信品質を確保する端末主導の観測型呼受付システムが既に提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

かかる端末主導の観測型受付制御では、通信（ここではフローと同義）ごとの状態管理や受付制御の機能を端末に配備することで、通信網の処理負荷を軽減し、スケーラビリティの実現や、ひいては通信コストを抑えた帯域確保型の通信方法が採用されている。
ビクトリア エレック（Viktoria Elek）、他２名（Gunnar Karlsson, Rovert Ronngren）、「エンド−ツー−エンド観測に基づく受付制御」（Admission control based on end-to-end measurements）、２０００年インフォコムコンファレンス（Infocom 2000）、米国、ＩＥＥＥ、２０００年３月２９日

しかしながら、上述のような端末主導の観測型呼制御方法を、図９に示すように、利用帯域が大きく変動する可変速度型通信に対して採用した場合、試行により獲得した利用帯域に拘わらず、実際の通信で占められている利用帯域から他の通信の通信可能性が判断されることから、過剰な数の通信が設定され、結果として通信品質が維持できない事態が生じてしまうことがあるという課題があった。

すなわち、既に設定されている通信の利用帯域に基づき新たな通信が拒絶されていた状況において、その既に設定されている通信の実際の利用帯域が一時的に低下すると、その新たな通信に係る試行クラスのパケットが通過して残帯域があると誤認識してしまうことにより、本来拒絶されるべきその新たな通信が設定されてしまう。その後、一時的に利用帯域が低下していた既設通信が本来の利用帯域に回復すると、許容される通信量以上のパケットが負荷されることになり、規定の通信品質を満足しなくなる危険性がある、という課題である。

この課題の対処として、優先クラスでの利用帯域を定常的に一定速度に保つ方法が考えられるが、高能率な音声や画像コーデックを利用する場合は、情報圧縮を施したにも拘わらず、無効なダミー情報を付加することになり、通信システム全体としては、利用効率の低下につながる。

本発明は、上述のような事情を鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、端末主導の観測型呼制御方法に基づき設定された優先クラスの通信における実際の利用帯域の増減に拘わらず、本来許可されるべきでない新たな通信を拒絶することにより、通信品質を維持することができるパケット送出方法、端末装置、及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のパケット送出方法は、ネットワークを介して接続される複数のパケット転送装置と、各パケット転送装置に接続される少なくとも１つの端末装置と、を備え、発呼元端末装置は、相手先端末装置へのパケットを試行クラスの優先度で、接続されるパケット転送装置に一定時間送出し、該パケットの通信品質が十分か否かを推定し、十分であれば、その後パケットを優先クラスのパケットとして送出する端末主導のパケット通信システムにおけるパケット送出方法であって、前記発呼元端末装置は、優先クラスのパケットの送出開始後も試行クラスのパケットを送出し、優先クラスのパケットの送出開始後のその試行クラスのパケットによる通信の品質に基づいて、優先クラスのパケットによる通信帯域と、優先クラスのパケットの送出開始後の試行クラスのパケットによる通信帯域と、を変動させることを要旨とする。

また、上記目的を達成するため、請求項２に記載の端末装置は、ネットワークに接続されるパケット転送装置に接続される端末装置であって、パケットを試行クラスの優先度で前記パケット転送装置へ送出する試行クラスパケット送出部と、パケットを優先クラスの優先度で前記パケット転送装置へ送出する優先クラスパケット送出部と、前記試行クラスパケット送出部から一定時間送出された試行クラスのパケットの通信品質が十分か否かを推定し、十分であれば、その後、前記優先クラスパケット送出部に対して優先クラスのパケットを送出するように制御を行うとともに、優先クラスのパケットの送出開始後も試行クラスのパケットを送出し、優先クラスのパケットの送出開始後のその試行クラスのパケットによる通信の品質に基づいて、優先クラスのパケットによる通信帯域と、優先クラスのパケットの送出開始後の試行クラスのパケットによる通信帯域と、を変動させるように前記試行クラスパケット送出部を制御するパケット送出制御部と、を備えることを要旨とする。

請求項１及び２に記載の発明によれば、許容される範囲の通信品質を維持しつつ、より多くの通信の設定を可能にしているので、ネットワーク運用効率が高まる。

以下、図面に基づいて、本発明のパケット送出方法、端末装置、及びプログラムの実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明のパケット送出方法の一実施形態が適用される通信システムの全体構成を示す図である。

図１において、パケット転送装置２〜４は、端末装置１１〜１５をインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク１に接続し、端末装置１１〜１５が送信するＩＰパケットをＩＰネットワーク１に転送している。例えば、パケット転送装置２は端末装置１１をＩＰネットワーク１に接続し、優先クラス（Ｈクラス）と試行クラス（Ｍクラス）の転送パケットを優先度に応じて転送し、該転送パケットの優先度すなわち優先クラスで転送するか、試行クラスで転送するかは端末装置１１の指示による。すなわち、端末主導の観測型呼制御方法を採用している。この端末主導の観測型呼制御方法によれば、図８を参照して説明したように、各端末装置１１〜１５は、初めに試行クラスのパケットを試験的に送出し、送信可能と判断したら、その後優先クラスでパケットを送出する。図８では時刻ｔ０において、送信可能と判断し、その後優先クラスパケットを送出している。尚、前述のように、図８は、特に、利用帯域が大きく変動する可変速度型通信を示している。この場合、前述のように本来拒絶されるべき通信が設定されてしまう可能性があるが、本発明では、後述するいくつかの具体的な方策により、その可能性を排除している。

図２は、本発明における端末装置の主要構成を示す図である。
各端末装置１１〜１５は、試行クラスの優先度で、パケットを、接続されるパケット転送装置２〜４へ送出する試行クラスパケット送出部１０１と、優先クラスの優先度で、パケットを、接続されるパケット転送装置２〜４へ送出する優先クラスパケット送出部１０２と、前記試行クラスパケット送出部１０１から一定時間送出された試行クラスのパケットの通信品質が十分か否かを推定し、十分であれば、その後、前記優先クラスパケット送出部１０２に対して優先クラスのパケットを送出するように制御を行うとともに、その優先クラスのパケットの送出開始後も、試行クラスのパケットを送出するように前記試行クラスパケット送出部１０１を制御するパケット送出制御部１０３と、を備えている。

＜第１実施形態＞
図３は、本発明の第１実施形態を説明するための図である。
図３において、最大帯域をＢＷｐとし、優先クラスで送出しているパケットが占める変動帯域をＢＷｈとすると、第１実施形態では、各端末装置１１〜１５は、優先クラスパケット送出開始後は、常に、最大帯域ＢＷｐに対して変動帯域ＢＷｈを補うように、優先クラスパケットの送出と並行して、試行クラスのパケット（ダミーパケット）を送出する。言い換えれば、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計が、常に最大帯域ＢＷｐになるように、優先クラスのパケットの送出と並行して試行クラスのパケットを送出する。更に、簡略に言い換えれば、試行クラスのパケットによりピーク値との差分を補填している。

このようにすれば、優先クラスで送出しているパケットが占める変動帯域ＢＷｈに拘わらず、常に、最大帯域ＢＷｐを占め、言い換えれば、該端末装置は、他の通信端末に対して、常に、最大帯域ＢＷｐで通信を希望していることを表明していることになる。従って、優先クラスで送出しているパケットが占める帯域が変動して狭くなったとしても、他の端末装置の試行クラスパケットにより、新たな通信が設定されることはなくなる。

尚、この第１実施形態では、該端末装置による通信は常に最大帯域ＢＷｐを占めているので、新たに通信を行いたい他の端末装置は、任意の時刻に任意の期間、試行クラスのパケットの送出を試みればよい。そして、実際に空き帯域があれば優先クラスのパケット送出が許可されるのであり、なければ許可されない、ということになる。

本発明の第１実施形態によれば、端末主導の観測型呼制御方法に基づき設定された通信における優先クラスの実際の利用帯域の増減に拘わらず、本来許可されるべきでない新たな通信を拒絶することにより、優先クラスのパケット通信が確実に確保され、通信品質を維持することができる。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計が、常に、最大帯域ＢＷｐになるように、優先クラスのパケットの送出と並行して試行クラスのパケットを送出している。従って、より優先度の低いクラス（例えば、ベストエフォートクラス）と伝送路を共有している場合には、試行クラスのダミーパケットによるその利用希望帯域の表明は、ベストエフォートクラスの利用効率の低下につながる。

従って、第２実施形態においては、優先クラスのパケット送出開始後、常に試行クラスのパケットを送出するのではなく、決められた時刻から決められた時間のみ試行クラスのパケットを送出している（プロービング）。例えば、一定周期毎に一定時間送出する。このように、一定周期毎に一定時間送出する場合を、ペリオディックプロービング方式と呼称することとする。

図４は、本発明の第２実施形態を説明するための図である。
図４において、第１実施形態と同様、最大帯域をＢＷｐとし、優先クラスで送出しているパケットが占める変動帯域をＢＷｈとすると、この第２実施形態では、優先クラスのパケット送出開始後、Ｔａ時間（プロービング周期）毎に時間Ｔｂ（プロービング時間）だけ試行クラスのパケットを送出している。このとき、時間Ｔｂは、ネットワークの伝搬遅延時間等を考慮して決定される。尚、各端末装置１１〜１５は、起動時や通信の前後に、ＮＴＰやＳＩＰ(Session Initiation Protocol) により信頼できる時刻情報を提供するネットワーク装置にアクセスし、正確な時刻情報を得ることができる。

このようなペリオディックプロービング方式により、利用希望帯域の表明を可能としつつ、ベストエフォートクラスへの影響を最小限に抑えることができる。

尚、図４に示す第２実施形態においては、試行クラスのパケットを送出している時間においては、第１実施形態と同様、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計が、最大帯域ＢＷｐになるように試行クラスのパケットを送出する。言い換えれば、試行クラスのパケットによりピーク値との差分を定期的に補填している。

図５は、本発明の第２実施形態を更に詳細に説明するための図である。図５の（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ端末装置１１〜１４に対応しているとする。横軸は時間を表している。

同図において、（ｃ）及び（ｄ）に示すように、端末装置１３及び１４は既に優先クラスのパケットを送出しており、上述のように、Ｔａ時間毎に時間Ｔｂだけ試行クラスのパケットを送出している。尚、（ｄ）に示す端末装置１４の３周期目のように、優先クラスのパケットだけで最大帯域ＢＷｐに達している場合は、無論、試行クラスのダミーパケットは送出する必要はない。

尚、各端末装置１１〜１４は、上述したように正確な時刻情報を得ることができ、従って、図５に示すように、優先クラスのパケットの送出を許可された端末装置は、全て試行クラスのパケットの周期的同時送出を継続する。

従って、新たに通信を行いたい端末装置、例えばこの場合（ｂ）に示す端末装置１２は、任意の時刻から最大帯域ＢＷｐで試行クラスのパケットの送出を始めて、少なくとも次のプロービング時間Ｔｂが経過するまで、その送出を継続する。

尚、図５のＩの時刻においては、全ての端末装置１１〜１４が各最大帯域ＢＷｐで優先クラスのパケットを送出しているが、このようにピークが重なるようなことがあっても、最悪条件で受付判定を行っているため、品質が劣化することはない。

本発明の第２実施形態によれば、ベストエフォートクラスの呼への影響を最小限に抑えつつ、可変速度型通信の適切な受付判定を可能にできる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態は、必ずしも変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計を最大帯域ＢＷｐと等しくはしない態様である。すなわち、優先クラスパケット送出開始後の試行クラスのダミーパケットの量を、それより以前の優先クラスの通信量や、その後に想定される優先クラスの通信量に応じて、（最大帯域ＢＷｐ−変動帯域ＢＷｈ）以下に調整する。

図６は、本発明の第３実施形態を説明するための図であり、（ａ）は、第１実施形態の態様にこの第３実施形態の趣旨を適用した場合を説明するための図であり、（ｂ）は、第２実施形態の態様にこの第３実施形態の趣旨を適用した場合を説明するための図である。

先ず、図６（ａ）においては、第１実施形態と同様、各端末装置１１〜１５は、優先クラスパケット送出開始後は、優先クラスパケットの送出と並行して、常に試行クラスのパケットを送出する。しかしながら、時刻ｔ１までは、第１実施形態と同様、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計を最大帯域ＢＷｐと等しくさせているが、時刻ｔ１以降は、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計がＢＷｖ（＜ＢＷｐ）となるように、試行クラスのパケットによる帯域を調整している。

次に、図６（ｂ）においては、第２実施形態と同様、各端末装置１１〜１５は、優先クラスのパケット送出開始後、Ｔａ時間毎に時間Ｔｂだけ試行クラスのパケットを送出している。しかしながら、時刻ｔ１までは、第２実施形態と同様、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計を最大帯域ＢＷｐと等しくさせているが、時刻ｔ１以降は、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計がＢＷｖ（＜ＢＷｐ）となるように、試行クラスのパケットによる帯域を調整している。

本発明の第３実施形態によれば、実際の優先クラスの通信量に応じてより多くの通信の設定を可能にしているので、ネットワーク運用効率が高まる。

尚、図６（ａ）及び（ｂ）においては、時刻ｔ１以降は、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計が最大帯域ＢＷｐ以下の一定に調整しているが、図７に示す場合のように、最大帯域ＢＷｐ以下であれば、優先クラスのパケットによる帯域のみでその一定値を越えてしまう場合を禁じるものではない。

また、図６（ａ）及び（ｂ）においては、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計が最大帯域ＢＷｐ以下の一定に調整するという、典型例を示しているが、更に一般的には、場合によっては、少なくとも瞬時には、試行クラスのパケットが加わったことにより、当該合計の帯域幅が、最大帯域ＢＷｐを越えることを許容する、又は越えることが好ましいこともあり得る。

＜第４実施形態＞
優先クラスのパケットの送信開始後に継続される試行クラスのダミーパケットの受信品質が所定の規定値以下の場合、他に新たな通信の設定要求が多数存在すると推定される。

第４実施形態は、かかる場合の対処として、優先クラスのパケットの帯域を自らの条件の範囲内で狭め、それに伴い申請した最大帯域ＢＷｐも狭めるようにする。すなわち、許容される範囲内で、優先クラスのパケットの通信量と試行クラスのダミーパケットの通信量の合計を低下させる。

図８は、本発明の第４実施形態を説明するための図であり、（ａ）は、第１実施形態の態様にこの第４実施形態の趣旨を適用した場合を説明するための図であり、（ｂ）は、第２実施形態の態様にこの第４実施形態の趣旨を適用した場合を説明するための図であり、（ｃ）は、第１実施形態に第３実施形態を適用したもの（図６（ａ））に対してこの第４実施形態の趣旨を適用した場合を説明するための図であり、（ｄ）は、第２実施形態に第３実施形態を適用したもの（図６（ｂ））に対してこの第４実施形態の趣旨を適用した場合を説明するための図である。

先ず、図８（ａ）においては、第１実施形態と同様、各端末装置１１〜１５は、優先クラスパケット送出開始後は、優先クラスパケットの送出と並行して、常に試行クラスのパケットを送出する。しかしながら、時刻ｔ１までは、第１実施形態と同様、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計を最大帯域ＢＷｐと等しくさせているが、時刻ｔ１以降は、試行クラスのパケットの受信品質の低下を鑑み、優先クラスのパケットの帯域と試行クラスのパケットの帯域の双方を併せて低下させている。例えば、最大帯域ＢＷｐに０．９を掛けた値に低下させる。すなわち、低下後の帯域をＢＷｘとすると、ＢＷｘ＝ＢＷｐ×０．９である。

次に、図８（ｂ）においては、第２実施形態と同様、優先クラスのパケット送出開始後、Ｔａ時間毎に時間Ｔｂだけ試行クラスのパケットを送出している。しかしながら、時刻ｔ１までは、第２実施形態と同様、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計を最大帯域ＢＷｐと等しくさせているが、時刻ｔ１以降は、試行クラスのパケットの受信品質の低下を鑑み、優先クラスのパケットの帯域と試行クラスのパケットの帯域の双方を併せて低下させている。例えば、最大帯域ＢＷｐに０．９を掛けた値に低下させる。すなわち、低下後の帯域をＢＷｘとすると、ＢＷｘ＝ＢＷｐ×０．９である。

先ず、図８（ｃ）においては、第３実施形態の図６（ａ）に示した場合と同様、各端末装置１１〜１５は、優先クラスパケット送出開始後は、優先クラスパケットの送出と並行して、常に試行クラスのパケットを送出する。しかしながら、時刻ｔ１までは、第３実施形態の図６（ａ）に示した場合と同様、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計を最大帯域ＢＷｐと等しくさせているが、時刻ｔ１以降は、試行クラスのパケットの受信品質の低下を鑑み、優先クラスのパケットの帯域と試行クラスのパケットの帯域の双方を併せて低下させている。尚、この場合には、第３実施形態の図６（ａ）に示した場合で説明した帯域ＢＷｖ（試行クラスパケットのみの帯域を低下させたことによる帯域）に対して、更に、優先クラスのパケットの帯域と試行クラスのパケットの帯域の双方を併せて低下させている。つまり、例えば、帯域ＢＷｖに対して０．９を掛けた値に低下させる。すなわち、低下後の帯域をＢＷｙとすると、ＢＷｙ＝ＢＷｖ×０．９である。

次に、図８（ｄ）においては、第３実施形態の図６（ｂ）に示した場合と同様、優先クラスのパケット送出開始後、Ｔａ時間毎に時間Ｔｂだけ試行クラスのパケットを送出している。しかしながら、時刻ｔ１までは、第３実施形態の図６（ｂ）に示した場合と同様、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計を最大帯域ＢＷｐと等しくさせているが、時刻ｔ１以降は、試行クラスのパケットの受信品質の低下を鑑み、優先クラスのパケットの帯域と試行クラスのパケットの帯域の双方を併せて低下させている。尚、この場合には、第３実施形態の図６（ｂ）に示した場合で説明した帯域ＢＷｖ（試行クラスパケットのみの帯域を低下させたことによる帯域）に対して、更に、優先クラスのパケットの帯域と試行クラスのパケットの帯域の双方を併せて低下させている。つまり、例えば、帯域ＢＷｖに対して０．９を掛けた値に低下させる。すなわち、低下後の帯域をＢＷｙとすると、ＢＷｙ＝ＢＷｖ×０．９である。

尚、上記各態様において、０．９という値は一例であり、試行クラスのパケットの受信品質の低下の程度を考慮して決定すればよい。また、優先クラスのパケットの帯域と試行クラスのパケットの帯域を同じ比率で低下させる必要もない。

本発明の第４実施形態によれば、許容される範囲の通信品質を維持しつつ、より多くの通信の設定を可能にしているので、ネットワーク運用効率が高まる。

尚、第３実施例と同様、図８（ａ）乃至（ｄ）においては、変動帯域ＢＷｈと試行クラスのパケットによる帯域の合計が最大帯域ＢＷｐ以下の一定に調整するという、典型例を示しているが、更に一般的には、場合によっては、少なくとも瞬時には、試行クラスのパケットが加わったことにより、当該合計の帯域幅が、最大帯域ＢＷｐを越えることを許容する、又は越えることが好ましいこともあり得る。

また、上述した各実施形態で言及してきた端末装置としては、具体的には、パーソナルコンピュータやそれに接続して使用する機器、ＡＤＳＬモデム、ホームゲートウェイ等が挙げられる。

本発明のパケット送出方法の一実施形態が適用される通信システムの全体構成を示す図である。 本発明における端末装置の主要構成を示す図である。 本発明の第１実施形態を説明するための図である。 本発明の第２実施形態を説明するための図である。 本発明の第２実施形態を更に詳細に説明するための図である。 本発明の第３実施形態を説明するための図である。 第３実施形態の例外的な場合を説明するための図である。 本発明の第４実施形態を説明するための図である。 端末主導の観測型呼制御方法を、利用帯域が大きく変動する可変速度型通信に対して採用した場合を示す図である。

符号の説明

１ ＩＰネットワーク
２〜４ パケット転送装置
１１〜１５ 端末装置
１０１ 試行クラスパケット送出部
１０２ 優先クラスパケット送出部
１０３ パケット送出制御部

Claims (2)

1. ネットワークを介して接続される複数のパケット転送装置と、各パケット転送装置に接続される少なくとも１つの端末装置と、を備え、発呼元端末装置は、相手先端末装置へのパケットを試行クラスの優先度で、接続されるパケット転送装置に一定時間送出し、該パケットの通信品質が十分か否かを推定し、十分であれば、その後パケットを優先クラスのパケットとして送出する端末主導のパケット通信システムにおけるパケット送出方法であって、
   前記発呼元端末装置は、優先クラスのパケットの送出開始後も試行クラスのパケットを送出し、優先クラスのパケットの送出開始後のその試行クラスのパケットによる通信の品質に基づいて、優先クラスのパケットによる通信帯域と、優先クラスのパケットの送出開始後の試行クラスのパケットによる通信帯域と、を変動させることを特徴とするパケット送出方法。
2. ネットワークに接続されるパケット転送装置に接続される端末装置であって、
   パケットを試行クラスの優先度で前記パケット転送装置へ送出する試行クラスパケット送出部と、
   パケットを優先クラスの優先度で前記パケット転送装置へ送出する優先クラスパケット送出部と、
   前記試行クラスパケット送出部から一定時間送出された試行クラスのパケットの通信品質が十分か否かを推定し、十分であれば、その後、前記優先クラスパケット送出部に対して優先クラスのパケットを送出するように制御を行うとともに、優先クラスのパケットの送出開始後も試行クラスのパケットを送出し、優先クラスのパケットの送出開始後のその試行クラスのパケットによる通信の品質に基づいて、優先クラスのパケットによる通信帯域と、優先クラスのパケットの送出開始後の試行クラスのパケットによる通信帯域と、を変動させるように前記試行クラスパケット送出部を制御するパケット送出制御部と、
   を備えることを特徴とする端末装置。