JP4627461B2 - 通信サービス制御システムと方法およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、有限のリソース量（リソース容量）を持ち、このリソース容量を超える利用要求は拒絶するモデル（リソース管理・受付制御機能）のネットワークにおいて高品質な通信サービスを提供する技術に係り、特に、サービス優先クラスを多様化して、高品質通信ネットワークを用いた通信ビジネスの利便性を高め、効果的なビジネスの展開を図るのに好適な技術に関するものである。

インターネットに代表されるＩＰネットワークなどのパケット通信では、複数の利用者が通信端末を用いて、共通のネットワークを介してそれぞれパケットの送受信を行う。このようなネットワークは有限の通信リソース（回線の帯域幅、ノードのバッファ量など）を持っているため、利用者数が大きくなってネットワークの転送能力を超える量のパケットが流入すると、パケットの到着の遅延が大きくなったり、パケットの廃棄（パケットロス）が発生したりして、通信サービスの品質が劣化してしまう。

このような問題に対して、ノードでのパケット転送時に優先制御を行う技術が普及している。例えば、ＩＰネットワークにおける「Diffserv（Differentiated Service）」という技術は、パケットのヘッダに転送優先度をつけておき、ルータにおいて、転送能力を超えるパケットが流入した際には、転送優先度の低いパケットを廃棄もしくは後回しにして、転送優先度の高いパケットを優先的に転送するものであり、これによって、パケットの遅延や廃棄確率などの品質条件を相対的に高く保つことが可能となる。現在市販されているルータには、この機能が実装されているものが多い。

このようなパケット通信においては、利用者が転送したい情報を１つまたは複数のパケットを使用して送信する。一般的に、あるネットワークの利用（あるデータの転送開始から終了まで、または、ある電話の通話開始から終了まで、など）をセッションと呼び、そのセッションのために連続的に転送されるパケットの集合のことをフローと呼ぶ。

上述した優先制御の主な利用においては、パケットごとに転送優先度を決定するのではなく、フロー単位で転送優先度を付ける。上述の優先制御技術では、転送優先度の高いフローと低いフローが混在している場合は、高転送優先フローの転送品質の確保に効果がある。しかし、高転送優先度フロー数が増加し、それだけでネットワークリソースを使い切ってしまうような場合には、高転送優先フローであっても転送品質の劣化は免れない。また、高転送優先フローをネットワークのリソース容量以上に収容した場合、サービス品質の劣化が全利用者に及んでしまう。

この問題に対処して転送品質を維持するためには、ネットワークのリソース容量以上の接続要求を拒絶するという制御を行う技術が有効であり、このような技術は、受付制御（Admission Control）と呼ばれる。

例えば、非特許文献１では、ＩＰネットワークにおいて、ネットワーク中の全てのリンクのリソース容量と、利用されているリソース量とを把握しておくことで、新たなセッションの発生によるサービス利用時の接続要求を受信した際に、把握した情報に基づき、受付判定を行う技術が記述されている。

この技術では、ネットワークに設けられたリソース管理サーバが、管理対象のネットワーク中の全てのリンクについて、高転送優先フローが使用しているリソース量をリアルタイムに管理している。これは、高転送優先フローの利用開始時に利用要求を受信し、それを記録することによって行われる。

また、リソース管理サーバは、ネットワークからの情報収集によって経路情報と各リンクのリソース容量を把握している。サービス利用要求の受信時には、そのフローが通過する全てのリンクを経路情報から検索し、各リンクの使用リソース量を加算して記録する。このとき、使用量がリソース容量を超えてしまう場合は、この利用要求に対して利用すること自体を、または優先フローとして扱うことを拒絶する。後者の場合、該当する要求の通信は非優先フローとして許容される。

このようなリソース管理・受付制御技術により、高転送優先フローはネットワークのリソース容量が許す限り収容され、容量を超えることは防止されるので、利用を許容されたフローはその品質が確保される。

近年のブロードバンドの普及やアプリケーション技術の発展などによって、ＩＰネットワークのアプリケーションとして、ＩＰ電話・テレビ電話、映像ストリーミングなどの利用が増えており、キャリア（通信事業者）やサービスプロバイダ（インターネットサービスプロバイダ）ではＣａｌｌ Ａｇｅｎｔなどのセッションを管理する機能を用いてこれらの通信をＳＩＰ（Session Initiation Protocol）などのセッションとして扱い、ネットワークサービスとして提供することが検討されている。

ネットワークの利用をセッションの単位で扱えることによって、（１）各セッションで転送されるパケットフローの品質を確保することや、（２）複数の異なる品質レベルのサービスを提供することが可能となる。

上記（２）における多様なサービス品質レベルを提供できること（サービス品質レベルのマルチクラス化）は、同じ機能を提供するサービスにおいても、その提供する付加価値を差別化し、一般利用者よりも高い利用料を支払う利用者を生むことができるので、通信サービスの収益性を向上するために重要である。

上記（１）の特定のセッションの品質確保については、上述したセッション単位での受付制御が有効であり、例えば、映像などの大きなビットレートのフローが多数転送されるようなサービスを提供する場合は、コアネットワークも含めたＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄのあらゆるリンクにボトルネックとなる可能性があるため、各リンクの使用帯域を管理し、利用要求の度に、使用されるリンクの残帯域と受付可否判定を行うことが有効となる。

また、音声などの低ビットレートのフローについても、チャネル数が限られる無線区間が介在する場合や、アクセス系の集線部分にボトルネックが存在する場合があり、ボトルネックリンクを対象とした帯域や回線数管理による受付制御が有効となる。

しかし、このようなリソース管理・受付制御技術では、上記（２）のマルチクラス化は困難である。

例えば、ネットワーク事業者（キャリア）が上述のリソース管理・受付制御技術を用いてネットワークサービスを提供し、高品質な通信ネットワークの提供によって収益をあげようとする場合、利用者に対しては、通常とは異なる「高品質な通信が可能なサービス」として利用価値を訴えることになる。

この場合、高品質な通信を行う希望があり、それに対して対価を支払う利用者のフローを前記の優先フローとして収容し、通常のリソース確保を行わないフロー（非優先フロー）との差別化を行う。

上述したように、一般に、通信サービスを提供する事業においては、サービス提供品質クラスを多様化して料金に格差をつけることはビジネス手法として有効である。高品質な通信の提供により収益を得る事業においても、同様に提供するサービスの品質クラスを多様化することが望ましい。

しかしながら、リソース管理・受け付け制御技術およびパケット優先制御技術によって提供される品質確保機能では、提供できるサービス品質クラスは、上述のように「品質を確保する（高品質）」、「確保しない（ベストエフォート）」の２通りしか提供できない。

この機能をそのまま使い、品質クラスを３つ以上にするためには、例えば、パケット転送優先制御技術を組み合わせて、高転送品質クラスをＡ、Ｂに分け、品質に差をつけることが考えられる。しかし、品質クラスＢより品質クラスＡを優先させると、結局、品質クラスＡのリソース使用量がリンク全体の容量に近くなった場合、品質クラスＢは、収容したフローに対して十分なリソースを確保できず、パケットの廃棄率や遅延が大きくなってしまう。

これでは、品質クラスＢは、ベストエフォートクラスよりは優先されるものの、一度許容された後も品質を確保される保証がないことになってしまい、利用価値が低い。

マルチクラス化に関しては、この他に、ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）技術を用いた通信ネットワークであるＢ−ＩＳＤＮ（Broadband Integrated Services Digital Network）においても様々な品質クラスを提供するベアラが用意されている。このＢ−ＩＳＤＮでは、ピークレートや平均レートなどの規定により、いくつかの品質クラスが利用できる。

しかしながら、これらの技術では、複雑な信号処理や転送処理を実現する高価なネットワーク機器が必要である上、複数クラスの差異としては、これらの転送パラメータの違いは一般の利用者にはわかりにくく、そのまま料金の差異化に反映することは難しい。そのため、ビジネス手法に応用してサービスの魅力を高める目的での利用は適切でない。

また、上記リソース管理・受け付け制御を用いた高品質通信サービスでは、一度、高品質クラスのフローとしての受け付けが許可されると、利用終了まで高品質に通信を行うことが可能であるが、高品質フローが、あるリンクで容量の限界まで使用されていた場合、受け付けを拒否されることがある。

このようにしてサービスを使用できない場合があることは、比較的に高額な利用料を支払って高品質クラスを利用できる権利を得た利用者にとっては不便であり、サービスとしての利用価値を低下させている。

このような利用要求時に拒絶されることを含め、サービス提供システムの故障などを要因として、利用要求呼が拒絶されることは呼損と呼ばれる。前記のように、サービスリソースが不足している時に、呼を収容したり待たせたりせずに即時拒絶するタイプのサービスは「呼損モデル」と呼ばれる。また、全体の利用要求数に対する呼損の割合を呼損率と呼ぶ。この呼損率は、高優先フローを収容できるリンクの容量とトラヒック量によって決定される。

ネットワークサービス提供者は、呼損率が大きくならないようにシステムのリソース設計を行うが、利用者の急増や、利用機会の急増（チケット予約の電話や災害時の見舞電話、話題性の高いＷｅｂコンテンツヘの接続など）時には呼損率が想定以上となってしまうことがある。

上記リソース管理・受け付け制御を用いた高品質フローの通信サービスの利用要求時に拒絶される確率は、呼損率である。従って、高品質な通信サービスを提供する際には、高品質なフロー制御だけでなく、それを利用するための呼損率も低く抑えることの実現が望まれる。

一般的にネットワークサービスの品質としては、呼が受け入れられた後のサービス自体の提供状況について論じられるが、呼損率の大小もサービス品質の一つとして考えることができ、利用者の優先度によって呼損率というサービス品質を変えることはビジネス手法として有効となる可能性がある。しかしながら、従来、呼損率の大小を通信サービス品質の一つとして考えることはなされていない。

このように、従来のリソース管理・受け付け制御技術とパケット優先転送技術を用いた技術では、ネットワークサービスに対して「高品質」、「ベストエフォート」の２クラスしか提供できない。

笠原、他："パーフローＱｏＳを実現するエージェント型リソース制御システム"、情報処理学会論文誌、Vol.４６ No.２、pp.５１７−５２４、Feb.２００５.

解決しようとする問題点は、従来の技術では、ネットワークサービスの品質として、呼が受け入れられた後のサービス自体の提供状況について論じられているだけであり、ネットワークで提供するサービスの品質クラスに関して、「高品質」、「ベストエフォート」の２クラスしか提供できず、サービス品質クラスを多様化することができない点、および、ネットワークサービスにおいて高品質クラスを利用する利用者が受け付けを拒否される可能性がある点である。

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、高品質通信ネットワークを用いた通信ビジネスの利便性を高め、効果的なビジネスを展開することを可能とすることである。

上記目的を達成するため、本発明は、転送優先度と呼損率とを組み合わせてサービスレベルを差別化することによって、通信サービスの品質レベルのマルチクラス化を実現することを特徴とする。例えば、通信サービスにおいて高い優先度での転送を要求する呼に対して受付優先度を設け、この受付優先度に応じて受付を許可できる残りリソース量の基準を変え、例えば、残りのリソース量が少ない場合には、転送優先度と受付優先度が共に高い高優先クラスのみが利用できるようにすることで、サービス品質レベルを差別化する。

本発明によれば、従来のリソース管理・受け付け制御を用いて提供される「高品質」、「ベストエフォート」の２クラスのサービス品質に加えて、例えば「高品質・低呼損率」クラスを設定するなど、サービスクラスを多様化（マルチクラス化）することができる。例えば、「高品質・低呼損率」クラスでは、利用要求がリソース容量を超えるような高負荷の状態でも、低い呼損率を維持でき、高品質クラスを利用する利用者が、受け付けを拒否される可能性を低くすることができる。これにより、高品質通信ネットワークを用いた通信ビジネスの利便性を高め、効果的なビジネスを展開することが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態例、すなわち、呼損率を用いて通信サービスの品質を差別化するためのリソース管理・受付制御技術について説明する。

有限のネットワークリソースについて、その利用状況をリアルタイムに管理し、もし利用要求呼の発生時に、転送優先度の高いフローを収容するリソース容量の残量がなかった場合には、その呼の受け付けを拒否する受け付け制御機能を考える。

ここで、利用者、あるいは呼に対して、受付優先度の異なる複数のクラスを設定する。尚、ここでいう受付優先度とは、リソースが空いている場合に、そのリソースを割り当てる優先度のことであり、従来のパケット転送における転送優先度とは異なる。

リソース管理上、最高優先クラスを除く各クラスはそれぞれリソース使用量に関しての閾値を持つ。例えば、あるクラスの利用要求発生時には、その時の全体のリソース使用量が、そのクラスに対応付けられた閾値以上であった場合、受け付けは拒否される。

すなわち、本技術は、例えば、図２に示すように、リソースの低優先クラスの閾値以下の部分は、高優先クラス・中優先クラス・低優先クラスの全てで利用するが、リソースの低優先クラスの閾値以上で中優先クラスの閾値以下の部分は、高優先クラスと中優先クラスのみが利用でき低優先クラスでは利用できず、さらに、中優先クラスの閾値を超える部分は、高優先クラスのみしか使えない、という制御を行う。

この制御により、受付優先クラスによって、利用要求時の呼損率に差をつけることが実現できる。また、閾値を用いた呼損率の差別化の制御によって、この制御を行わなかった場合に比べて、全体の呼損率が大きくなってしまうトレードオフ（リソース分割損）が生じるが、本制御技術は、呼損率の差別化を、全体の呼損率の低下をわずかに抑えながら実現することが可能である。

次に、図１〜図９を用いて本発明に係わる通信サービス制御に関する実施例の説明を行う。

図１は、本発明に係る通信サービス制御システムの構成例を示すブロック図であり、図２は、本発明に係る通信サービス制御システムで設定される受付優先度別のリソース使用量の上限閾値の設定状況例を示す説明図、図３は、図１におけるリソース管理装置が登録管理する端末収容エッジ対応情報の詳細例を示す説明図、図４は、図１におけるリソース管理装置が登録管理する経路情報の詳細例を示す説明図、図５は、図１におけるリソース管理装置が登録管理するリンクリソース管理テーブル情報の詳細例を示す説明図、図６は、図１における通信サービス制御システムの本発明に係る処理動作例を示す説明図、図７は、図１における通信サービス制御システムでの呼損率の第１の具体例を示す説明図、図８は、図１における通信サービス制御システムでの呼損率の第２の具体例を示す説明図、図９は、図１における通信サービス制御システムでの使用中回線数の状態遷移例を示す説明図である。

図１において、１は本発明に係る通信サービス制御システムを構成するリソース管理装置、２はパケット通信ネットワーク（図中および以下「ネットワーク」と記載）、３は通信サービスを提供するアプリケーションサーバ装置（図中「アプリケーションサーバ」と記載）、４はリソース管理装置１に情報を入力する端末装置、４１〜４６はアプリケーションサーバ装置３が提供する通信サービスを利用する端末装置、５１〜５３はネットワーク２内でパケットの転送制御を行うコアルータ、６１〜６４はネットワーク２と外部端末（４１〜４６）とのパケット転送接続制御を行うエッジルータである。尚、リソース管理装置１およびアプリケーションサーバ装置３は図示されていないＬＡＮ等のネットワークを介してネットワーク２に接続されている。

ネットワーク２は、コアルータ５１〜５３、エッジルータ６１〜６４から構成され、これらのルータの処理能力に応じた有限のリソース量（容量）を持ち、本例のシステムでは、このような有限のリソース容量を超える利用要求は拒絶する。

図１におけるリソース管理装置１、アプリケーションサーバ装置３、端末装置４，４１〜４６のそれぞれは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や主記憶装置（主メモリ）、表示装置、入力装置、外部記憶装置、周辺装置等を具備したコンピュータ構成からなり、例えば、リソース管理装置１は、周辺装置としての光ディスク駆動装置等を介してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記録されたプログラムやデータを外部記憶装置内にインストールした後、この外部記憶装置から主メモリに読み込みＣＰＵで処理することにより、図１に示すリンク情報収集手段１０、端末情報入力手段１１、リンクリソース管理テーブル作成手段１２、経路算出手段１３、リソース確保要求受付判定手段１４、エッジルータ制御手段１５等の各処理手段の機能を実行し、端末装置４１〜４６からのネットワーク２への新たな接続要求、例えば、アプリケーションサーバ装置３で提供される通信サービスの利用要求の受付を制御する。

例えば、リンクリソース管理テーブル作成手段１２では、ネットワーク２中の各リンク毎に、当該リンクの使用リソース量を求め、リンクリソース管理テーブル１２１を作成して記憶装置に記憶しておき、リソース確保要求受付判定手段１４では、新たに利用要求された接続に用いるリンクのリソース使用量をリンクリソース管理１２１を参照して求め、求めたリソース使用量と、当該リンクに対して予め当該利用要求の受付優先度別に定められたリソース量の閾値とを比較して、当該利用要求を受け付けるか否かを判定する。

各リンクに対する受付優先度別のリソース量の閾値の対応付けは、図２に例示すようにして行う。この図２における閾値の設定は、高優先クラス、中優先クラス、低優先クラスの３クラスの場合を示しており、中優先クラスの閾値と低優先クラスの閾値とが設定されている。

尚、この図２に示す高優先クラス、中優先クラス、低優先クラスの３クラスに対応した中優先クラスの閾値と低優先クラスの閾値等は、例えば、トラヒック量予測に基づき、各クラスの目標とする呼損率を達成できるように設計した上で設定される。

そして、低優先クラスの閾値内のリソース使用量であれば、高・中・低すべてのクラスで使用できるが、低優先クラスの閾値以上で中優先クラスの閾値内のリソース使用量状態であれば、低優先クラスでのフローは受付拒否され、高・中のクラスのフローのみが使用でき、さらに、中優先クラスの閾値以上でのリソース使用量状態であれば、低優先クラスのみならず中優先クラスでのフローも受付拒否され、高優先クラスのフローのみが受け付けられる。

このような閾値の設定情報は、リンクリソース管理テーブル作成手段１２により、図５に例示される内容で、リンクリソース管理テーブル１２１に設定される。すなわち、この図５に示すリンクリソース管理テーブル１２１では、各リンク毎（Ｒ１０１−Ｒ１０２，Ｒ１０１−Ｒ１０３，Ｒ１０２−Ｒ１０４，…）に、各受付優先度別のリソース量の閾値（９５Ｍ，９５Ｍ，１４０Ｍ，…）と共に、そのリソース容量（１００Ｍ，１００Ｍ，１５０Ｍ，…）とリソース使用量（５４Ｍ，２５Ｍ，６７Ｍ，…）が対応付けて記録されている。

各リソース使用量およびリソース容量は、リンク情報収集手段１０が、ネットワーク２中の各ルータ（５１〜５３，６１〜６４）で形成されるリンク毎に求めてリンクリソース管理テーブル作成手段１２に通知し、リンクリソース管理テーブル作成手段１２がリンクリソース管理テーブル１２１に登録する。

リソース確保要求受付判定手段１４は、リンクリソース管理１２１を参照して求めた使用リソース量が、予め受付優先度クラス別に定められた閾値を超えるか否かを判定し、超えれば当該通信サービスの利用要求の受付を拒否し、超えなければ当該通信サービスの利用要求を受け付ける。

エッジルータ制御手段１５は、本発明に係る転送制御手段として機能するものであり、各エッジルータ６１〜６４に対して、各端末装置４１〜４６からの通信サービスの利用要求で指定される転送優先度での転送制御を行うよう指示し、各エッジルータ６１〜６４間では当該転送優先度での情報転送制御が行われる。

このように、本例の通信サービス制御システムでは、従来の転送優先度に基づく情報転送制御を行うと共に、有限のリソース量（容量）を持つネットワーク２中の各リンク毎に、当該リンクで使用可能なリソース量の上限閾値（呼損率に対応）を、受付優先度クラス別に予め定めて記憶装置に登録しておき、サービス利用要求があれば、当該要求の受付優先度に対応付けられた上限閾値を読み出し、当該サービス提供に利用するリンクのリソース使用量と比較して、リソース使用量が上限閾値を超えるか否かを判定し、超えれば当該利用要求の受付を拒否し、超えなければ当該利用要求を受け付ける。

すなわち、本例では、ネットワーク２においてアプリケーションサーバ装置３で提供される通信サービスに関して、転送優先度と呼損率とを組み合わせて通信サービスの品質レベルを差別化することによって、転送優先度で特定される品質クラス別に、受け付けが拒否される確率に差を持たせることができ、複数の異なる品質レベルでのクラス分けが可能となり、通信サービスレベルのマルチクラス化を実現することができる。

以下、図５に示す本例の通信サービス制御システムに関してさらに詳細を説明する。本例の通信サービス制御システムを実装したリソース管理装置１は、ある端末装置とある端末装置の通信における経路を特定し、その通信にて利用するネットワーク２上のリソースを、その経路上の各リンクのそれぞれにおいて確保できるかどうかを判定し、確保できる場合は確保し、できない場合は、利用要求を拒む応答を行う。

そのため、リソース管理装置１は、リンク情報収集手段１０により、管理対象のネットワーク２中の、利用される可能性のある全てのリンクについて、そのリンクのリソース容量、接続情報（どのノードのどのインタフェースと、どのノードのどのインタフェースが接続されているリンクであるか）、リソース使用量、残リソース量を収集して管理する。

リソース管理装置１は、端末情報入力手段１１により、端末装置４による管理者の操作やアプリケーションサーバ装置３経由によるユーザの操作などによって、ネットワーク２に接続される各端末装置４１〜４６の情報を入力することが可能である。これによって、リソース管理装置１は、端末収容エッジ対応情報１１１として、例えば、図３に例示するように、ネットワーク２を利用する各端末装置４１〜４６のＩＰアドレス、及びその端末装置が収容されるエッジノード（６１〜６４）名や、エッジノードＩＰアドレスなどを特定できる情報を記憶装置に保持する。

また、リソース管理装置１は、経路算出手段１３により、リンク情報収集手段１０が収集した各リンクの接続情報をもとに、利用される可能性のある全てのエッジノードについて、あるエッジノードからあるエッジノードヘの通信が、どのリンクを通過するかの経路計算を行い、図４に例示する内容の経路情報１３１を作成して記憶装置に保持する。

また、リソース管理装置１は、リンク情報収集手段１０が収集した各リンクのリソース容量から、リンクリソース管理テーブル作成手段１２により、図５に例示する内容のリンクリソース管理テーブル１２１を作成して記憶装置に保持する。

このように保持した各情報を用いた通信開始時における通信サービス制御動作を、図６を用いて説明する。

アプリケーションサーバ装置３は、通信サービスを利用するユーザ（端末装置４１〜４６）向けに、映像配信、音声通信などのサービスの利用手段を提供するサーバである。例えばＷｅｂサーバ、映像配信制御サーバ、ＳＩＰサーバなどであり、認証、課金、アドレス解決、呼接続設定などを行い、端末装置４１〜４６に代わってリソース管理装置１に対して利用要求信号を送信する。

ユーザは、例えば端末装置４１からアプリケーションサーバ装置３の利用要求受付手段３１を用いて、希望する通信サービスの利用要求を行う。アプリケーションサーバ装置３は、該当の通信サービスが、利用リソースが確保された高品質な通信を必要とする場合は、利用要求受付手段３１が、ユーザの通信サービスの利用要求を受け付け、リソース確保要求手段３２が、リソース管理装置１に対し、その通信が利用するネットワークのリソース確保を要求する。

その際、その通信における発着ＩＰアドレス、および、確保するリソース量を通知するとともに、当該利用要求の受付優先度を通知する。この受付優先度は、端末装置４１〜４６から利用要求ごとに指定する技術、あるいは、アプリケーションサーバ装置３にて各利用者の契約条件を保持しておき、アプリケーションサーバ装置３が判断する技術を用いることができる。

リソース管理装置１は、アプリケーションサーバ装置３からのリソース確保要求を、リソース確保要求受付判定手段１４により受け付け、リソース確保要求受付判定手段１４は、以下のようにしてリソース確保が可能か否かを判定する。

判定のために、リソース確保要求受付判定手段１４は、まず、端末収容エッジ対応情報１１１からその通信の発側・着側端末が収容されているエッジノード（６１〜６４）を検索し、次に、経路情報１３１からその通信が通過するリンクを検索し、そして、リンクリソース管理テーブル１２１を参照して、そのリンク（１つまたは複数）において要求されたリソースが確保できるかを検索して判断する。

この判断は、各リンクに対して、受付優先度に対応するリソース量の閾値を上限として、残りのリソースに余裕があるか否かを確認することで行う。

図５においては、受付優先度に対する品質クラスとして「優先」、「非優先」の２クラスを設定した場合の、リンクリソース管理テーブル１２１の例を示している。

このような２クラスの場合、非優先クラスがリソース容量上限としての閾値を持つので、利用要求の受付優先度が「非優先」クラスだった場合、例えば、現在のリソース使用量に、新たに要求されたリソース量を加算した値が、この閾値を超えるか否かを確認する。

また、利用要求の受付優先度が「優先」クラスだった場合は、現在のリソース使用量に、新たに要求されたリソース量を加算した値が、リソース容量の上限を超えないか否かを確認する。

確認の結果、全てのリンクでリソースが確保できる場合は、該当するリンクで利用中リソース情報に対して、新たに利用されるリソースを加算する。このあとは、必要によっては、エッジルータ制御手段１５を用いて、当該エッジルータ（６１，６４）に、該当通信に対するポリシー設定し（該当通信のＩＰアドレス・ポート番号に対して優先転送クラスや転送可能最大レートなどを設定する）、アプリケーションサーバ装置３に対して、リソース確保要求の応答（リソース確保ＯＫ）を返答する。

アプリケーションサーバ装置３は、リソース管理装置１からのリソース確保要求の結果応答がＯＫだった場合は、その旨、当該端末装置（４１）に応答し、当該端末装置（４１）は通信を開始する。また、結果応答がＮＧだった場合は、当該端末装置（４１）にその旨応答する。この場合、当該端末装置（４１）は高品質クラスでの通信を行うことはできない。

図２の例を用いた場合は、高品質クラスの中で、呼損率の異なる２つのクラスを設定し、ベストエフォートクラスと合わせて３クラスとしている。すなわち、「高品質＆低呼損率クラス（最高品質クラス）」と「高品質クラス（通常の高品質クラス）」および「ベストエフォートクラス」の３クラスでの通信サービス制御を行っている。

「ベストエフォートクラス」は、そもそもリソース確保を要求せず、受け付け制御を介さない。また、「高品質クラス」の受付優先クラスに関しては、１つの閾値の設定により、高優先・低優先の２つのクラスに分類される。

このようなクラス分けに基づき、マルコフモデルのトラヒックを想定して、各受付優先クラスの呼損率を解析した結果を図７に示す。

図７においては、要求リソース量が、一定の「２００フロー」を収容できるものとし、受付優先クラスと非優先クラスの呼量が同等である条件とした。閾値は「１９７」とした。合計の呼量が、リソース容量と等しい「２００」のとき、受付優先クラス（「Ｂ_２」）の呼損率は１％以下、非優先クラス（「Ｂ_１」）の呼損率は約１１％と、呼損率の差別化がされている。尚、図中、Ｂtotalは受付優先クラス（「Ｂ_２」）の呼損率と非優先クラス（「Ｂ_１」）の呼損率の合計の呼損率、Ｂplaneは本例による制御がなかった場合の呼損率を示している。また、ここでは、解析の単純化のため、各フローの使用リソース量を加味しない、フロー数だけを用いた解析を行っている。

図７に示すように、本例によれば、全体の呼量がリソース容量の１．５倍（「３００」）にもなる高負荷状態においても、受付優先クラス（「Ｂ_２」）の呼損率は約９％に抑えることができる。このような高負荷の状態でも、高品質・低呼損率クラスは、１０回に９回は受け付けが許容されることになり、利用価値の高いクラスとしてサービス提供することができる。

なお、呼損率の差は、閾値の設定によって調節することができる。図８に閾値の設定による各クラスの呼損率の変動を示す。閾値を低くすれば、受付優先クラス（「Ｂ_２」）の呼損率をさらに低くしていくことができる。また、全体の呼損率（「Ｂtotal」）は、この制御を行わなかった場合の呼損率に比べてわずかの劣化に留まっていることもわかる。

以下、図９を用いて、このような呼損率の解析に関して説明する。生起間隔と保留時間が指数分布に従うマルコフモデルの生起呼に対して、本発明に係るマルチクラス受付制御を行った場合の呼損率を解析するものであり、解析の単純化のため、１つの呼が使用するリソース量は一定とし、１つの呼が１回線を使用するとし、回線数の容量、使用数を管理する即時式の受付制御を考える。

優先度１〜Ｎのクラス（値が高いものが高い優先度）があり、優先度ｎのクラスの呼量をａｎ、呼の生起率をλｎとする。平均保留時間は、どのクラスでも同等と考えられるので、終了率（平均保留時間の逆数）はいずれもμとする。

リンクの容量（最大収容回線数）をＬ、優先度ｎのクラスに設定する閾値をＴｎ（Ｔ_ｎ−１≦Ｔｎ≦Ｌ、Ｔｎ＝Ｌ）とする。優先度ｎの呼は、全体の使用中回線数ｒがＴｎ以上だった場合は、呼損となる。最高優先クラス（優先度Ｎ）の呼は、全体の使用回線数が１つでも空いていれば（ｒ＜Ｌであれば）受け付けられる。

微小時間△tの間に、使用回線数が「ｒ−１」から「ｒ（全体の使用回線数）」に遷移する確率をｐ_１、同様に「ｒ（全体の使用回線数）」から「ｒ＋１」に遷移する確率をｐ_２と置くと、ｒの状態遷移は、図９のように表せる。

また、「ｒ−１」から「ｒ」に遷移する確率p_１と、「ｒ」から「ｒ＋１」に遷移する確率p_２は、ｒ（全体の使用中回線数）の閾値に対する関係によって、下記の数１に示すように表せる。

ネットワークシステムが定常状態にあるとすると、他の状態からｒに遷移する確率と、ｒから他の状態に遷移する確率は等しいことから、使用中回線数がｒである確率Ｐｒについて下記の数２に示す式が成り立つ。

上記数２の式を「ｒ＝０」から「ｒ＝ｉ−１」まで辺々加え上げると、「ａｎ＝λｎ／μ」から、下記の数３に示す確率Ｐｒが得られる。

上記数３の式と下記数４に示す式とにより、確率Ｐｒを算出することができる。

優先度ｎのクラスの呼損率Ｂｎは、使用中回線数が閾値Ｔｎ以上であった場合であり、下記数５で算出することができる。

以上、図１〜図９を用いて説明したように、本例では、有限のリソース量（容量）を持つネットワーク２中の各リンク毎に、当該リンクで使用可能なリソース量の上限閾値（呼損率に対応）を、受付優先度別に予め定めて記憶装置に登録しておき、サービス利用要求があれば、当該要求の受付優先度に対応付けられた上限閾値を読み出し、当該サービス提供に利用するリンクのリソース使用量と比較して、リソース使用量が上限閾値を超えるか否かを判定し、超えれば当該利用要求の受付を拒否し、超えなければ当該利用要求を受け付ける。

このように、本例では、ネットワーク２においてアプリケーションサーバ装置３で提供される通信サービスに関して、フロー転送品質クラスと呼損率とを組み合わせてサービスレベルを差別化することによって、高品質転送クラス別に、受け付けが拒否される確率に差を持たせることができ、複数の高品質転送クラスを提供することができ、通信サービスレベルのマルチクラス化を実現することができる。

すなわち、エッジルータ制御手段１５により、ネットワーク２での情報転送を転送優先度に基づき制御すると共に、リンクリソース管理テーブル作成手段１２により、予め複数定められた、通信サービスの利用要求の受付優先度に対応付けて、リソース量の閾値を、リンクリソース管理テーブル１２１に登録し、通信サービスの利用要求があれば、リソース確保要求受付判定手段１４により、リンクリソース管理テーブル１２１を参照して、当該通信サービスに利用するリンクのリソース使用量を求め、当該利用要求の受付優先度に対応するリソース量の閾値を読み出し、読み出した閾値と求めたリソース使用量とを比較して、リソース使用量が閾値を超えなければ当該利用要求を受け付け、超えれば当該利用要求の受付を拒否する。これにより、通信サービスの高い転送優先度での利用要求に対しては、低い転送優先度での利用要求より低い呼損率で受付制御することができる。

このことにより、本例の技術によれば、従来のリソース管理・受け付け制御を用いて提供される「高品質」、「ベストエフォート」の２クラスのサービス品質に加えて、例えば「高品質・低呼損率」クラスを設定するなど、サービスクラスを多様化（マルチクラス化）することができる。例えば、「高品質・低呼損率」クラスでは、利用要求がリソース容量を超えるような高負荷の状態でも、低い呼損率を維持でき、高品質クラスを利用する利用者が、受け付けを拒否される可能性を低くすることができる。

特に、受付優先度毎のクラスを、通信サービスの利用者との間で料金別に定めることにより、高品質通信ネットワークを用いた通信ビジネスの利便性を高め、効果的なビジネスを展開することが可能となる。例えば、転送優先度が高いほど、および、受付優先度が高いほど、当該通信サービスの利用要求に高額の利用料金を課金することにより、高額な利用料金を払った利用者には、高品質な通信サービスを提供することができる。

尚、本発明は、図１〜図９を用いて説明した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。例えば、本例では、従来、リソース管理・受け付け制御を用いた通信ネットワークの提供クラスとして、転送優先度の高いフローとして収容する高品質クラスと、転送優先度を設定しないベストエフォートクラスの２クラスを、前記の受付優先度の違いによってさらに細分化し、「高品質かつ低呼損率」、「高品質」、「ベストエフォート」の３クラスとすることを実現しているが、呼損率クラスの細分化を３つ以上にすることでさらなる細分化を行い、全体のクラス数を４つ以上にすることも可能である。

また、受付優先度の違いによる品質クラスの差別化のみを用いることによっても、従来技術に無い、異なる複数の通信品質レベルでの通信サービスを提供することができる。例えば、リンクリソース管理テーブル作成手段１２による、受付優先度とリソース量の閾値との対応付けてのリンクリソース管理テーブル１２１への登録と、リソース確保要求受付判定手段１４による、当該通信サービスに利用するリンクのリソース使用量の算出と、当該利用要求の受付優先度に対応するリソース量の閾値の読み出し、および、読み出した閾値と求めたリソース使用量との比較に基づき当該利用要求の受付可否の判定を行うことだけでも良い。

また、本例では、アプリケーションサーバ装置３が、端末装置４１〜４６に代わってリソース管理装置１に対して利用要求信号を送信し、リソース管理装置１は、アプリケーションサーバ装置３からのリソース確保要求を、リソース確保要求受付判定手段１４により受け付ける構成としているが、アプリケーションサーバ装置３を介さずに、端末装置４１〜４６が、リソース管理装置１に対して直接、利用要求信号を送信するような適用形態もとりうる。

また、本例では、図２のコンピュータ構成例を示したが、キーボードや光ディスクの駆動装置の無いコンピュータ構成としても良い。また、本例では、光ディスクを記録媒体として用いているが、ＦＤ（Flexible Disk）等を記録媒体として用いることでも良い。また、プログラムのインストールに関しても、通信装置を介してネットワーク経由でプログラムをダウンロードしてインストールすることでも良い。

本発明に係る通信サービス制御システムの構成例を示すブロック図である。 本発明に係る通信サービス制御システムで設定される受付優先度別のリソース使用量の上限閾値の設定状況例を示す説明図である。 図１におけるリソース管理装置が登録管理する端末収容エッジ対応情報の詳細例を示す説明図である。 図１におけるリソース管理装置が登録管理する経路情報の詳細例を示す説明図である。 図１におけるリソース管理装置が登録管理するリンクリソース管理テーブル情報の詳細例を示す説明図である。 図１における通信サービス制御システムの本発明に係る処理動作例を示す説明図である。 図１における通信サービス制御システムでの呼損率の第１の具体例を示す説明図である。 図１における通信サービス制御システムでの呼損率の第２の具体例を示す説明図である。 図１における通信サービス制御システムでの使用中回線数の状態遷移例を示す説明図である。

符号の説明

１：リソース管理装置（「通信サービス制御システム」）、２：ネットワーク、３：アプリケーションサーバ装置、４：端末装置、１０：リンク情報収集手段、１１：端末情報入力手段、１２：リンクリソース管理テーブル作成手段、１３：経路算出手段、１４：リソース確保要求受付判定手段、１５：エッジルータ制御手段、３１：利用要求受付手段、３２：リソース確保要求手段、４１〜４６：端末装置、５１〜５３：コアルータ、６１〜６４：エッジルータ、１１１：端末収容エッジ対応情報、１２１：リンクリソース管理テーブル、１３１：経路情報。

Claims (5)

1. 有限のリソース量を持つネットワークを用いた通信サービスを異なる複数の通信品質レベルで提供するシステムであって、
   上記ネットワークでの情報転送を転送優先度に基づき制御する転送制御手段と、
   予め複数定められた上記通信サービスの利用要求の受付優先度に対応付けて、当該受付優先度が高いほど多くなる上記リソース量の閾値を記憶装置に記憶するリソース管理手段と、
   上記通信サービスの利用要求があれば、要求されたリソース使用量と当該通信サービスに利用するリンクの現在のリソース使用量とを加算すると共に、上記記憶装置から当該利用要求の受付優先度に対応する上記リソース量の閾値を読み出し、該読み出した閾値と上記加算したリソース使用量とを比較して、該リソース使用量が上記閾値を超えなければ当該利用要求を受け付け、超えれば当該利用要求の受付を拒否する受付制御手段と
   有し、
   同じ転送優先度の通信サービスに対し、受付優先度に応じて受付を許可できる残りリソース量の基準を変えて、同じ転送優先度の通信サービスの通信品質レベルを差別化することで、
   上記転送優先度に基づく転送制御と上記受付優先度に基づく受付制御とを組み合わせた複数の通信品質レベルでの通信サービスを提供することを特徴とする通信サービス制御システム。
2. 請求項１に記載の通信サービス制御システムであって、
   上記転送優先度が高いほど、および、上記受付優先度が高いほど、当該通信サービスの利用要求に高額の利用料金を課金する課金手段を有することを特徴とする通信サービス制御システム。
3. コンピュータを、請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載の通信サービス制御システムにおける各手段として機能させるためのプログラム。
4. 有限のリソース量を持つネットワークを用いた通信サービスを異なる複数の通信品質レベルで提供するシステムの通信サービス制御方法であって、
   上記システムは、プログラムされたコンピュータ処理を実行する手段として、転送制御手段と、リソース管理手段、受付制御手段を具備し、
   上記転送制御手段が、上記ネットワークでの情報転送を転送優先度に基づき制御する手順を実行し、
   上記リソース管理手段が、予め複数定められた上記通信サービスの利用要求の受付優先度に対応付けて、当該受付優先度が高いほど多くなる上記リソース量の閾値を記憶装置に記憶する手順を実行し、
   上記通信サービスの利用要求があれば、上記受付制御手段が、要求されたリソース使用量と当該通信サービスに利用するリンクの現在のリソース使用量とを加算すると共に、上記記憶装置から当該利用要求の受付優先度に対応する上記リソース量の閾値を読み出し、該読み出した閾値と上記加算したリソース使用量とを比較して、該リソース使用量が上記閾値を超えなければ当該利用要求を受け付け、超えれば当該利用要求の受付を拒否する手順と
   を実行し、
   同じ転送優先度の通信サービスに対し、受付優先度に応じて受付を許可できる残りリソース量の基準を変えて、同じ転送優先度の通信サービスの通信品質レベルを差別化することで、
   上記転送優先度に基づく転送制御と上記受付優先度に基づく受付制御とを組み合わせて複数の通信品質レベルでの通信サービスを提供することを特徴とする通信サービス制御方法。
5. 請求項４に記載の通信サービス制御方法であって、
   上記システムは、プログラムされたコンピュータ処理を実行する手段として、課金手段を具備し、
   上記転送優先度が高いほど、および、上記受付優先度が高いほど、上記課金手段が、当該通信サービスの利用要求に高額の利用料金を課金する手順を実行することを特徴とする通信サービス制御方法。

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