JP4544528B2 - Data transmission equipment - Google Patents
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Description
本発明は、データ伝送装置に関し、特に、固定長パケットでデータ伝送を行う際に、伝送効率が最適となる固定パケット長を決定することができるデータ伝送装置に関する。 The present invention relates to a data transmission apparatus, and more particularly, to a data transmission apparatus capable of determining a fixed packet length at which transmission efficiency is optimal when data transmission is performed using fixed-length packets.
従来、固定長パケットを扱うデータ伝送装置において、固定パケット長として個々の送信データのフレームのデータ長の最大値や平均値を設定する手法が知られている。送信データのフレームのデータ長の最大値を固定パケット長として設定する手法では、フレームのデータが固定パケット長より短い場合、パディングデータを埋め込んで固定長パケットを構成する。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a data transmission apparatus that handles fixed-length packets, a method for setting a maximum value or an average value of data lengths of individual transmission data frames as a fixed packet length is known. In the method of setting the maximum value of the data length of a frame of transmission data as a fixed packet length, when the frame data is shorter than the fixed packet length, padding data is embedded to form a fixed length packet.
一方、送信データのフレームのデータ長の平均値を固定パケット長として設定する手法では、フレームのデータが固定パケット長より長い場合、送信データのフレームのデータを複数に分割し、複数の固定長パケットに収める。ただし、送信データのフレームのデータ長が固定パケット長で割り切れない場合には最後の固定長パケットにパディングデータを埋め込む。固定パケット長として送信データのフレームのデータ長の平均値を設定する手法は、特許文献１に記載されている。
パケットにはヘッダやパディングデータなどの、送信データのフレームのデータ以外の情報が多く含まれる。可変長データを分割して固定長パケットで伝送する場合には、送信データのフレームのデータ以外の情報が特に顕著に含まれる可能性がある。 The packet includes a lot of information other than the frame data of the transmission data, such as a header and padding data. When variable-length data is divided and transmitted as fixed-length packets, information other than the data of the transmission data frame may be particularly noticeable.
固定パケット長を長くすれば、データ伝送に必要なパケット数を少なくすることができ、全体に対してヘッダが占める割合を減少させることが可能である。しかし、送信データのフレームのデータが短い場合、埋め込むべきパディングデータが長くなってしまう。例えば、固定パケット長を1000byteとした場合、送信データのフレームのデータが1001byteであるとすると、該フレームのデータは2個パケットに収められて伝送される。したがって、ヘッダは2個でよいが、1個のパケットでは999byteをパディングデータが占めることになる。 If the fixed packet length is increased, the number of packets required for data transmission can be reduced, and the ratio of the header to the whole can be reduced. However, if the frame data of the transmission data is short, the padding data to be embedded becomes long. For example, when the fixed packet length is 1000 bytes, if the frame data of the transmission data is 1001 bytes, the data of the frame is stored in two packets and transmitted. Therefore, two headers are sufficient, but padding data occupies 999 bytes in one packet.
一方、固定パケット長を短くすれば、埋め込むべきパディングデータを短く抑えることができる。しかし、データ伝送に必要なパケット数が増加するので、全体に対してヘッダが占める割合が増加してしまう。例えば、固定パケット長を100byteとした場合、送信データのフレームのデータが1001byteであるとすると、パディングデータを99byteに抑えることができる。しかし、送信データのフレームのデータは11個のパケットで伝送され、11個のヘッダが必要となる。ヘッダが長い場合には、パディングデータが短くなることによる抑制効果を打ち消してしまうこともある。 On the other hand, if the fixed packet length is shortened, padding data to be embedded can be kept short. However, since the number of packets required for data transmission increases, the ratio of the header to the whole increases. For example, when the fixed packet length is 100 bytes, if the transmission data frame data is 1001 bytes, the padding data can be suppressed to 99 bytes. However, the data of the transmission data frame is transmitted in 11 packets, and 11 headers are required. When the header is long, the suppression effect due to the shortened padding data may be canceled.
上述したことから明らかなように、固定パケット長によって全体に占めるフレームのデータ以外の情報の割合が変わるので、データ伝送を効率的に行うには、固定パケット長を最適に設定する必要がある。 As is clear from the above, since the ratio of information other than frame data occupies the entire fixed packet length, the fixed packet length needs to be set optimally for efficient data transmission.
本発明の目的は、上記課題を解決し、固定長パケットでデータ伝送を行う際に、伝送効率が最適となる固定パケット長を決定することができるデータ伝送装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a data transmission apparatus capable of determining a fixed packet length that optimizes transmission efficiency when data transmission is performed using fixed-length packets.
上記課題を解決するために、本発明は、固定長パケットによるデータ伝送装置において、送信データの各フレームのデータを固定パケット長に分割して固定長パケットに収める手段と、送信データの各フレームのデータを固定パケット長に分割して固定長パケットに収めたとき、固定パケット長に満たない部分については、他のフレームのデータを収めることなく、パディングデータを充填することで固定長パケットを構成する手段と、伝送効率が最適となる固定パケット長を算出する固定パケット長算出手段を備え、前記固定パケット長算出手段は、送信データの全てのフレームについてのヘッダ長とパディングデータ長の合計が最短となる固定パケット長を算出し、該固定パケット長を伝送効率が最適となる固定パケット長とする点に第１の特徴がある。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a data transmission apparatus using fixed-length packets in which data of each frame of transmission data is divided into fixed packet lengths and stored in the fixed-length packet; When data is divided into fixed packet lengths and stored in fixed-length packets, a fixed-length packet is formed by filling padding data without storing other frames of data for portions that are less than the fixed packet length. And a fixed packet length calculating means for calculating a fixed packet length that optimizes transmission efficiency, and the fixed packet length calculating means has the shortest sum of the header length and the padding data length for all frames of transmission data. calculating a fixed packet length becomes, the the point where the transmission efficiency of the fixed packet length is a fixed packet length for the optimization There is a feature.
また、本発明は、前記固定パケット長算出手段が、送信データのフレームの平均データ長を利用して固定パケット長を近似的に算出する点に第２の特徴がある。 Further, the present invention, the fixed packet length calculation means, there is a second feature in that it approximately calculates the fixed packet length by using the average data length of a frame of transmission data.
また、本発明は、前記固定パケット長算出手段が、送信データのフレームのデータ長の分布に応じてパディングデータ長を近似して固定パケット長を近似的に算出する点に第３の特徴がある。 Further, the present invention, the fixed packet length calculation means, a third aspect of approximating the padding data length is approximately calculated the fixed packet length according to the data length of the distribution of frames of transmission data is there.
さらに、本発明は、前記固定パケット長算出手段が、送信データのフレームのデータ長の分布に応じてパケット数を近似して固定パケット長を近似的に算出する点に第４の特徴がある。 Furthermore, the present invention, the fixed packet length calculation means, the fourth feature is the fixed packet length approximates the number of packets in that for calculating approximately according to the data length of the distribution of frames of transmission data .
本発明によれば、可変長データを固定長パケットで伝送する際に、伝送効率が最適となる固定パケット長を算出することができるので、高い伝送効率で高速にデータ配信を行うことができる。ここで、伝送効率が最適となる固定パケット長は、送信データのフレームのデータ長やヘッダ長に応じて算出することができる。 According to the present invention, when variable-length data is transmitted as fixed-length packets, the fixed packet length that optimizes the transmission efficiency can be calculated, so that data can be distributed at high speed with high transmission efficiency. Here, the fixed packet length at which the transmission efficiency is optimal can be calculated according to the data length and header length of the frame of the transmission data.
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明に係るデータ伝送装置の一実施形態としてのコンテンツ伝送装置を示す機能ブロック図である。このコンテンツ伝送装置は、通信ネットワーク１０上にサーバ２０とクライアント(受信端末)３０が配備されて構成される。クライアント３０は複数配備されるが、１つだけを図示している。
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing a content transmission apparatus as an embodiment of a data transmission apparatus according to the present invention. This content transmission apparatus is configured by arranging a
サーバ２０は、コンテンツ分離部２１と配信スケジューリング部２２とマルチキャスト送信部２３を備える。また、クライアント３０は、マルチキャスト受信部３１とコンテンツ合成部３２とコンテンツビューア３３を備える。
The
サーバ２０において、コンテンツ分離部２１は、配信するコンテンツをコンテンツデータベース(DB)２４から取得し、コンテンツを異なる性質に従ってメディアごとなどのエレメントデータに分離する。例えば、MPEGフォーマットのコンテンツの場合、ビデオとオーディオに分離し、さらにビデオを符号化タイプ(B-picture,P-picture,I-picture)ごと、つまりフレームを単位に分離してエレメントデータとする。
In the
分離したエレメントデータには適切なファイル名を付与することで受信側でのコンテンツ再構成を可能にする。また、分離したエレメントデータからコンテンツ再構成に必要な情報もエレメントデータの１つとして生成する。さらに、分離したエレメントデータをパケット化してパケットロスが発生してもエレメントデータを再構成可能にする。パケット化では、伝送効率が最適となる固定パケット長を決定する。その決定手法については後述する。 Appropriate file names are assigned to the separated element data to enable content reconfiguration on the receiving side. Also, information necessary for content reconstruction is generated from the separated element data as one of the element data. Furthermore, the separated element data is packetized so that the element data can be reconfigured even if a packet loss occurs. In packetization, a fixed packet length that optimizes transmission efficiency is determined. The determination method will be described later.
配信スケジューリング部２２は、マルチキャストチャネルの情報とパケット化されたエレメントデータの情報から、周期的な配信に関するスケジュールおよびマルチキャストチャネルの分配比率(論理チャネル)を決定し、決定されたスケジュールに従ってマルチキャスト送信部２３へパケット化されたエレメントデータを引き渡し、論理チャネルごとに設定された配信条件で送信する。
The
パケット化された各エレメントデータを繰り返し送信するが、一律には送信しない。エレメントデータはそれぞれエラー許容レベルが異なるので、エラー許容レベルが低いエレメントデータを優先的に送信するようにスケジューリングを行う。すなわち、マルチキャストチャネルを論理的に分割し、エラーが許容できるエレメントデータが一巡する間に、エラーが許容できないエレメントデータが何巡も送信されるように論理チャネルの幅を設定することで、エラーが発生しても後者のエラーを修復できるようにして配信する。 Each element data packetized is repeatedly transmitted, but not uniformly transmitted. Since the element data has different error tolerance levels, scheduling is performed so that element data having a low error tolerance level is preferentially transmitted. In other words, by dividing the multicast channel logically and setting the width of the logical channel so that element data that cannot tolerate an error is transmitted in a cycle while element data that can tolerate an error makes a round, Even if it occurs, the latter error can be corrected and distributed.
マルチキャスト送信部２３は、論理的なマルチキャストチャネルを介し、配信スケジューリング部２２で決定された配信スケジュールでそれぞれのエレメントデータを送信する。
The
クライアント３０において、マルチキャスト受信部３１は、サーバ２０からのパケット化されたエレメントデータをマルチキャストで受信し、パケットロスや重複パケットなどのマルチキャストチャネルで発生したエラーを検出する。受信したエレメントデータはコンテンツ合成部３３に送出する。
In the
コンテンツ合成部３２は、受信されたエレメントデータの受信状態を管理する。また、コンテンツ合成部３２は、受信しているエレメントデータについての各種情報を取得し、十分な再生品質を確保するのに必要なパケットを収集する。重複するパケットがあればこれを廃棄し、パケットにエラーがあれば周期的に送信されてくるパケットでこれを修復する。
The
コンテンツ合成部３２は、各エレメントデータが、それぞれのエラー許容レベルを下回るなどして一定品質が満たされた場合にコンテンツを再構成し、コンテンツビューア３３に引き渡す。コンテンツビューア３３は、コンテンツ合成部３３から引き渡されたコンテンツを提示させる。
The
次に、伝送効率が最適となる固定パケット長の決定手法について説明する。マルチキャスト送信部２３から1フレームのデータをx byteの固定長パケットで伝送するとき、送信データのフレームのデータ以外にヘッダやパディングデータなどの本質的ではない情報が付与される。
Next, a method for determining the fixed packet length that optimizes the transmission efficiency will be described. When one frame of data is transmitted from the
送信データの1フレームごとにパケットを生成する場合、フレームのデータ以外の情報のデータ長は式(1)で与えられる。 When a packet is generated for each frame of transmission data, the data length of information other than the frame data is given by equation (1).
ここで、aはヘッダ長、sは1フレームのデータ長を表す。〔 〕は対象を越える最小の整数を得るための小数切り上げ操作を表す。したがって、〔s/x 〕は、s byteのデータを伝送するのに必要なパケット数を表す。 Here, a represents the header length, and s represents the data length of one frame. [] Represents a round up operation to obtain the smallest integer that exceeds the target. Therefore, [s / x] represents the number of packets necessary to transmit s byte data.
個々のフレームについて式(1)で算出した値を合計すれば、コンテンツ全体のフレームのデータ以外のデータ長を得ることができる。したがって、コンテンツ全体で本質的ではないデータの長さf(x)は、式(2)で求められる。 By summing up the values calculated by equation (1) for individual frames, it is possible to obtain a data length other than the frame data of the entire content. Therefore, the length f (x) of data that is not essential in the entire content can be obtained by Expression (2).
ここで、nはコンテンツ全体のフレームの総数を表す。個々のフレームは異なるデータ長を持つ。i番目のフレームのデータ長は、sｉで表される。効率的な伝送を実現するには、式(2)で示される冗長的なデータ長を最小化するように固定パケット長xを設定すればよい。 Here, n represents the total number of frames of the entire content. Each frame has a different data length. The data length of the i-th frame is represented by s i . In order to realize efficient transmission, the fixed packet length x may be set so as to minimize the redundant data length represented by Equation (2).
図２は、固定パケット長xと本質的でないデータのデータ長f(x)の相関を示す。ヘッダ長a、各フレームのデータ長sｉによって値域は大きく変化するので、図２には横軸および縦軸のスケールを書き込んでいない。実際の固定パケット長xは、整数であるので、f(x)は離散値をとる。固定パケット長がある程度長くなると、パディングデータ長が増加してf(x)の値が増加する。逆に、固定パケット長が短すぎると、ヘッダ長の合計が増加してf(x)の値が急激に増加する。 FIG. 2 shows the correlation between the fixed packet length x and the data length f (x) of non-essential data. Since the range varies greatly depending on the header length a and the data length s i of each frame, the horizontal and vertical scales are not written in FIG. Since the actual fixed packet length x is an integer, f (x) takes a discrete value. When the fixed packet length is increased to some extent, the padding data length increases and the value of f (x) increases. Conversely, if the fixed packet length is too short, the total header length increases and the value of f (x) increases rapidly.
図３は、固定パケット長が長い場合と短い場合のフレーム分割の例を示す概念図である。図３(a)は、固定パケット長が長い場合のフレーム分割の例であり、ヘッダ長の合計は短いが、パディングデータ長が長くなる。図３(b)は、固定パケット長が短い場合のフレーム分割の例であり、パディングデータ長は短いが、ヘッダ長の合計が長くなる。 FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an example of frame division when the fixed packet length is long and short. FIG. 3 (a) is an example of frame division when the fixed packet length is long. The total header length is short, but the padding data length is long. FIG. 3B shows an example of frame division when the fixed packet length is short. Although the padding data length is short, the total header length is long.
ヘッダ長aおよびフレームのデータ長sｉは、プロトコルの種類やコンテンツのエンコーダによって様々な値をとり得るので、f(x)が最小値をとる固定パケット長xを求める方式を、フレームのデータ長が可変の場合と一定の場合とに分けて一般化することを考える。 Since the header length a and the frame data length s i can take various values depending on the protocol type and the content encoder, a method for obtaining the fixed packet length x at which f (x) takes the minimum value is used. Let us consider generalization by dividing into a variable case and a constant case.
まず、フレームのデータ長が可変の場合に、f(x)が最小値をとる固定パケット長xを求める方式を考える。式(2)を式(3)のように固定パケット長xによって変化する関数f(x)と定義して式(3)を展開すると、式(4)が導出される。 First, consider a method for obtaining a fixed packet length x at which f (x) takes a minimum value when the frame data length is variable. When Expression (2) is defined as a function f (x) that varies with the fixed packet length x as in Expression (3) and Expression (3) is expanded, Expression (4) is derived.
式(4)の右辺第2項はパディングデータ長の合計を表す。これをパディングデータ長の発生確率を重みとして小数切り上げ操作を近似する。例えば、一様に分布したデータ長を持つフレームが十分に多ければ、パディングデータ長の発生確率は一定と見なすことができる。
具体的には、固定パケット長xが100の場合、フレームのデータ長に偏りがなければコンテンツやフレームのデータ長に依存しないでパディングデータ長は1から99で一様に分布する。よって、パディングデータ長は固定パケット長xの半分として見積もることができ、式(4)は式(5)で表すことができる。
The second term on the right side of Equation (4) represents the total padding data length. This is approximated by rounding up decimals using the occurrence probability of the padding data length as a weight. For example, if the number of frames having a uniformly distributed data length is sufficiently large, the occurrence probability of the padding data length can be regarded as constant.
Specifically, when the fixed packet length x is 100, the padding data length is uniformly distributed from 1 to 99 without depending on the content or the frame data length if there is no bias in the frame data length. Therefore, the padding data length can be estimated as half the fixed packet length x, and equation (4) can be expressed by equation (5).
一方、式(4)の右辺第1項で表されるヘッダ長の合計も、パケット数が十分に多ければ、切り上げ操作の増分は一定値と見なすことができる。すなわち、パケット数〔s/x 〕は、切り上げ操作によってsｉ/xを超えるある整数kで与えられるが、sｉ/xの小数部分は0と1の間で一様に分布する。よって、平均の増分は0.5 として見積もることができるので、式(4)は式(6)から式(7)で表すことができる。 On the other hand, the sum of the header lengths represented by the first term on the right side of Equation (4) can be regarded as a constant value if the number of packets is sufficiently large. That is, the number of packets [s / x] is given by a certain integer k exceeding s i / x by the round-up operation, but the fractional part of s i / x is uniformly distributed between 0 and 1. Therefore, since the average increment can be estimated as 0.5, Equation (4) can be expressed by Equation (6) to Equation (7).
ここで、〈s〉は全フレームの平均データ長であり、式(8)で表される。 Here, <s> is the average data length of all frames, and is expressed by Expression (8).
関数f(x)が最小となるのは、式(9)が成り立つときである。すなわち、関数f(x)を最小にする固定パケット長xは式(10)で得ることができる。 The function f (x) is minimized when Equation (9) holds. That is, the fixed packet length x that minimizes the function f (x) can be obtained by Expression (10).
式(10)の値は、整数値以外の実数値をとり得るが、固定パケット長xは整数値であるので、算出された実数値を挟む整数のどちらかを選択することで最適な固定パケット長を決定する。あるいは送信データの全てのフレームのデータ長sｉを利用し、具体的には式(2)に全てのフレームのデータ長sｉを代入して関数f(x)の値を求め、図２に示すように、その最小点を選択することで最適な固定パケット長を決定することもできる。 The value of equation (10) can take a real value other than an integer value, but since the fixed packet length x is an integer value, the optimal fixed packet can be selected by selecting one of the integers between the calculated real values. Determine the length. Alternatively, the data length s i of all the frames of the transmission data is used. Specifically, the value of the function f (x) is obtained by substituting the data length s i of all the frames into the equation (2), and FIG. As shown, the optimum fixed packet length can be determined by selecting the minimum point.
次に、フレームのデータ長が固定の場合に、f(x)が最小値をとる固定パケット長xを求める方式を考える。フレームのデータ長sｉが固定されて一定の場合、切り上げ長やパディングデータ長の分布についてデータ長が固定の場合に仮定した条件が当てはまらない。 Next, a method for obtaining a fixed packet length x where f (x) takes a minimum value when the frame data length is fixed is considered. When the frame data length s i is fixed and constant, the conditions assumed when the data length is fixed with respect to the rounding length and padding data length distribution are not applied.
図４は、この場合の固定パケット長xと本質的でないデータのデータ長f(x)の相関を示す。切り上げ操作による発生長の分布が偏るため、ヘッダ長とパディングデータ長の合計は、図４に示すように不連続関数になる。フレームのデータ長sｉが全てs byteであると仮定すると、式(2)は式(11)から式(12)で表すことができる。式(12)の関数f(x)の値を最小にするには、式(13)の値を最小にする必要がある。 FIG. 4 shows the correlation between the fixed packet length x and the data length f (x) of non-essential data in this case. Since the distribution of the length generated by the rounding up operation is biased, the sum of the header length and the padding data length becomes a discontinuous function as shown in FIG. Assuming that the frame data lengths s i are all s bytes, equation (2) can be expressed by equations (11) to (12). In order to minimize the value of the function f (x) in the equation (12), it is necessary to minimize the value in the equation (13).
ここで、〔s/x 〕はパケット数を表す。図５は、固定パケット長xとパケット数〔s/x 〕の関係を示す。図５に示すように、パケット数〔s/x 〕は固定パケット長xに対して不連続関数となる。xがs以上の場合、〔s/x 〕は常に1となるので、式(13)を最小にするxはsとなる。逆に、xがs以下の場合には、フレームのデータ長sを整数で割った商が〔s/x 〕の不連続点とになるので、式(13)が最小値をとるxは、任意の正整数mを使って式(14)で表される。 Here, [s / x] represents the number of packets. FIG. 5 shows the relationship between the fixed packet length x and the number of packets [s / x]. As shown in FIG. 5, the number of packets [s / x] is a discontinuous function with respect to the fixed packet length x. When x is greater than or equal to s, [s / x] is always 1, so x that minimizes Equation (13) is s. Conversely, when x is less than or equal to s, the quotient obtained by dividing the data length s of the frame by an integer is a discontinuous point of [s / x]. It is expressed by equation (14) using an arbitrary positive integer m.
このとき、式(13) に式(14)のxを代入すると、am＋sとなるので、式(13)を最小にするには、mは最小値である1でなければならない。よって、式(12)の関数f(x)を最小にするには、固定パケット長xをフレームのデータ長sに一致させればよい。 At this time, substituting x in equation (14) into equation (13) yields am + s. Therefore, in order to minimize equation (13), m must be a minimum value of 1. Therefore, in order to minimize the function f (x) in Expression (12), the fixed packet length x may be made to coincide with the frame data length s.
本発明は、上記実施形態のコンテンツ伝送装置に限らず、固定長パケットでデータ伝送を行うデータ伝送装置において伝送効率を最適にしてデータ配信時間を短縮することができる。 The present invention is not limited to the content transmission apparatus according to the above-described embodiment, and the data transmission time can be shortened by optimizing transmission efficiency in a data transmission apparatus that performs data transmission using fixed-length packets.
１０・・・通信ネットワーク、２０・・・サーバ、２１・・・コンテンツ分離部、２２・・・配信スケジューリング部、２３・・・マルチキャスト送信部、２４・・・コンテンツデータベース(DB)、３０・・・クライアント(受信端末)、３１・・・マルチキャスト受信部、３２・・・コンテンツ合成部、３３・・・コンテンツビューア
DESCRIPTION OF
Claims (4)
送信データの各フレームのデータを固定パケット長に分割して固定長パケットに収める手段と、
送信データの各フレームのデータを固定パケット長に分割して固定長パケットに収めたとき、固定パケット長に満たない部分については、他のフレームのデータを収めることなく、パディングデータを充填することで固定長パケットを構成する手段と、
伝送効率が最適となる固定パケット長を算出する固定パケット長算出手段を備え、
前記固定パケット長算出手段は、送信データの全てのフレームについてのヘッダ長とパディングデータ長の合計が最短となる固定パケット長を算出し、該固定パケット長を伝送効率が最適となる固定パケット長とすることを特徴とするデータ伝送装置。 In a data transmission device using fixed-length packets,
Means for dividing the data of each frame of transmission data into fixed packet lengths and storing them in fixed length packets;
When the data of each frame of the transmission data is divided into fixed packet lengths and stored in the fixed packet, the padding data can be filled without storing the data of other frames for the part that is less than the fixed packet length. Means for constructing a fixed-length packet;
A fixed packet length calculating means for calculating a fixed packet length for optimal transmission efficiency ,
The fixed packet length calculating means calculates a fixed packet length that minimizes the sum of the header length and the padding data length for all frames of transmission data, and determines the fixed packet length as a fixed packet length that optimizes transmission efficiency. A data transmission device.
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