JP4721286B2 - ネットワークにおけるトラフィック分離に基づいた帯域幅予約機構 - Google Patents

ネットワークにおけるトラフィック分離に基づいた帯域幅予約機構 Download PDF

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Description

本発明はネットワーク通信に関し、特に、帯域幅予約のための方法および装置に関する。本発明は、特に、米国電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）８０２．１１規格に従って動作するワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（無線ＬＡＮ）システムにおける実施に適している。
従来、ＩＥＥＥ ８０２．１１に基づくアーキテクチャは、ネットワーク・スタックの高位層に対してトランスペアレントなステーションの可動性を提供するために相互作用する、幾つかのコンポーネントおよびサービスによって構成される。ＩＥＥＥ ８０２．１１に基づくネットワークでは、ワイヤレス媒体と接続し、ＩＥＥＥ ８０２．１１プロトコルの機能性、即ち、ＭＡＣ（媒体アクセス制御）、ＰＨＹ（物理層）、およびワイヤレス媒体との接続を含むコンポーネントとして、ステーションを定義する。通常、ＩＥＥＥ ８０２．１１プロトコルは、ネットワーク・インタフェース・カードのハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実施される。
ステーションは、ラップトップＰＣ、ハンドヘルド・デバイス、またはアクセス・ポイント（ＡＰ）にすることができる。ステーションは、可動式、携帯式、または固定式にしてよく、全てのステーションは、認証、認証解除、プライバシ、およびデータ送給というＩＥＥＥ ８０２．１１のステーションのサービスをサポートする。
ＭＡＣ層の基本機能は、共用ワイヤレス媒体のアクセスを制御する公平な機構を提供することである。しかしながら、フレームを送信する前に、ＭＡＣ層は、ネットワークへのアクセスを得る必要があり、二種類のアクセス機構、即ち、分散制御方式（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＤＣＦ）と呼ばれる競合に基づく機構と、集中制御方式（Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ＰＣＦ）と呼ばれる中央制御アクセス機構とによって、これを行う。
集中制御方式（ＰＣＦ）モードでは、サービス品質（ＱｏＳ：Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）機構の実施が可能だが、これはオプションであり、移動端末と中間デバイス（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅ：ＩＤ）との間でＱｏＳの交渉を行うために、余分な相互作用が必要となる。分散制御方式（ＤＣＦ）モードは、デフォルト・モードと考えられ、ＱｏＳ機構を全く提供しない。結果として、基地局ＩＤを含む無線ＬＡＮ内の全てのステーションでは、媒体内でデータを取得および送信する確率が同じになる。この種のサービスは、「ベスト・エフォート」と呼ばれる。
三種類のフレーム間隔（Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ：ＩＦＳ、一定時間）のインターバルは、ＩＥＥＥ ８０２．１１ステーションの媒体へのアクセスを延期させ、様々な優先レベルを提供する。各インターバルは、前のフレームにおける最後のシンボルの終わりと、次のフレームにおける最初のシンボルの始まりとの間の持続時間を定義する。短フレーム間隔（Ｓｈｏｔ Ｉｎｔｅｒｆｒａｍｅ Ｓｐａｃｅ：ＳＩＦＳ、短い一定時間）は、ＡＣＫフレーム、受信準備完了（Ｃｌｅａｒ−ｔｏ−Ｓｅｎｄ：ＣＴＳ）フレーム、或いは前のデータ・フレームの断片等、一部のフレームを他のフレームの前に媒体にアクセスさせることで、最高の優先レベルを提供する。
任意の一期間には、一つのみのトランスポート・ストリームを送信可能であるため、同時送信の試みは、ダウンリンクでの衝突につながる。高トラフィック負荷の期間中には、問題が特に深刻となり、プロトコルを不安定にする恐れがある。ＩＥＥＥ ８０２．１１のＭＡＣ層は、データを同時に送受信するために、衝突検出ではなく、衝突回避を使用する。衝突を解消するために、後続の送信の試行は、通常、二進指数バックオフを使用して、時間的にランダムにずらされる。分散制御方式（ＤＣＦ）では、アクティビティ用のチャネルの検知後にアクセスの試行を可能にする二進指数バックオフと共に、物理および仮想キャリア・センス機構（キャリア・センス多重アクセス／衝突回避（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ａｖｏｉｄａｎｃｅ：ＣＳＭＡ／ＣＡ））を使用する。
ブロードキャストまたはマルチキャスト発信元が移動端末である場合、ブロードキャストまたはマルチキャスト・データは、最初に、ユニキャスト送信において、移動端末から中間デバイス（ＩＤ）へ転送される。ＩＥＥＥ ８０２．１１の仕様によれば、ブロードキャスト／マルチキャスト・メッセージは、ＩＤによってＢＳＳへ配信し得る。フレームの長さに関係なく、ＲＴＳ（Ｒｅｑｕｅｓｔ ｔｏ Ｓｅｎｄ／ＣＴＳ（Ｃｌｅａｒ ｔｏ Ｓｅｎｄ）交換は使用できない。加えて、マルチキャスト／ブロードキャスト・フレーム（群）の任意の受信者によるＩＤへの肯定応答（ＡＣＫ）の送信は許可されない。ＩＤから送信されたブロードキャストまたはマルチキャスト・フレームでのＭＡＣレベルの回復は存在しない。
幾つかのデバイスが同じ媒体を共有する時には、媒体の取得を仲裁するための機構が必要となる。この機構は、従来、ＭＡＣ（媒体アクセス制御）層において実施される。機構を分散させるとき（即ち、中央コントローラが存在しないとき）、ＱｏＳは実現できない。上位プロトコル層に提供されるサービスは、「ベスト・エフォート」であると言われている。しかしながら、ネットワーク（ＩＰ）またはトランスポート（ＴＣＰ／ＵＤＰ）のような上位層において実施される一部の機構を使用して、ある程度のサービス品質を提供する必要がある。レガシ・デバイスに対処するために、機構は、エンド・デバイス（端末またはサーバ）に影響を与えるべきではない。そのため、ＡＰまたはブリッジのような中間デバイスにおいて実施されるべきであり、本明細書において、ブリッジおよび／またはＡＰは、ルータおよび／またはブルータ、或いは同等の機能を有する任意のデバイスを含むものとする。ＩＰ層には、パケットが属するディフサーブ（Ｄｉｆｆｓｅｒｖ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）クラスに従って、全ての着信パケットを異なる待ち行列に格納するＤｉｆｆｓｅｒｖのような機構が存在する。待ち行列は、最高クラス番号に関連する待ち行列に属するパケットの優先順位を決めるアルゴリズム、或いは他の何らかの所定アルゴリズム／方法に従って空にする。
こうした機構の問題は、パケット廃棄およびパケット再送信が持ち込まれることである。ネットワーク、例えば、無線ＬＡＮ環境において、パケット廃棄を回避する機構が必要である。
（発明の概要）
本発明のコンテクストは、移動デバイスのアクセスと、有線ローカル・エリア・ネットワークおよびインターネット等のグローバル・ネットワークといった他のネットワークへのアクセスとを提供する、アクセス・ポイント（ＡＣ）、ブリッジ、ルータ、およびブルータ等の中間デバイス（ＩＤ）を定めるＩＥＥＥ ８０２．１１規格に基づいたワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワークまたは無線ＬＡＮのファミリとなる。アクセス放送のビデオ・ストリーミングにおいて利用されるワイヤレス受信ポイントは単純なシステム内のセットトップ・ボックスを含む場合があるが、商業用中継放送システムでは、トランスコーダ／マルチプレクサ／デマルチプレクサまたはＴＭＤが、ローカル・ビデオ・サーバと連動して動作し得る。インターネット・データの受信では、従来のインターネット・プロトコル／伝送制御プロトコル／ユーザ・データグラム・プロトコル（ＩＰ／ＴＣＰ／ＵＤＰ）プロトコルにおいて動作する共通ゲートウェイを利用し得る。
サービス品質（ＱｏＳ）機構が提供されない場合、ベスト・エフォート環境において、本発明は、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）トラフィックを減速することで、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）トラフィック用の帯域幅予約機構を提供する、トランスポート・レベル（ＴＣＰ／ＵＤＰ）の機構を提案する。更に、本発明は、無線ＬＡＮ環境において一般的な遠近問題に対処する。
ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）トラフィックが一般的にビデオに使用されるという前提に基づいて、本発明は、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを扱う機構について説明する。ＵＤＰトラフィック（一般的にビデオに使用される）を優先するために、中間デバイス（例えば、ＡＰ）は、ＴＣＰトラフィックを測定し、スループットが特定の閾値を通過したとき、ＴＣＰ ＡＣＫパケットを減速することで、ＴＣＰトラフィックを減速する。
この技術においては、無線ＬＡＮ環境で伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）の効率を高める方法は公知である。しかしながら、帯域幅予約の目的で、無線ＬＡＮ中間デバイス（ＩＤ）におけるスループット・レートを限定するために、ＴＣＰトラフィックを制御することについては教示されていない。
本発明では、特定のタイプまたはクラス／カテゴリのデータ・パケットのために、特定の最小帯域幅（従って、ＱｏＳ）を確保する目的で、中間デバイス（ＩＤ）内において高レベル／高位層で帯域幅予約機構を実施する方法について説明する。
本発明は、分散制御方式（ＤＣＦ）モードに関し、ダウンリンクでの帯域幅割り当てについて現行の中間デバイス（ＩＤ）規格との互換性を維持するものであり、従って、ビデオ・ブロードキャストまたはマルチキャストのダウンリンク・ストリームを優先させる。しかしながら、本明細書で説明する方法は、アップリンク、またはアップリンクとダウンリンクとの両方で使用してもよい。
ネットワークにおいて第１のデータ・パケット・タイプのスループット・レートをデバイスによって決定し、スループット・レートが所定のレベルに達した時に、第１のデータ・パケット・タイプのスループット・レートを低減し、これにより、第２のデータ・パケット・タイプに最小帯域幅を保証することで、シングル・レートおよびマルチ‐レート・ネットワークにおいて第１および第２データ・パケット・タイプの帯域幅割り当てを制御するシステムおよび方法について説明する。加えて、下方閾値との比較を行い、スループット・レート低減を継続するべきか、或いは、スループット・レートを引き上げるべきかについて決定する。デバイスは、通常、中間デバイスであり、例えば、アクセス・ポイント（ＡＣ）、ブリッジ、ルータ、またはブルータにしてよい。
本発明の機構は、従って、エンド・デバイス（端末、サーバ）に影響を与えることなく、特定のトラフィック・カテゴリ／クラスのために帯域幅を予約する方法を提供する。機構は、無線ＬＡＮ環境、およびユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）トラフィック（例えば、ビデオ・ブロードキャスト）を他のトラフィックに優先させる必要がある時に、特に適している。
本発明の機構は、無線ＬＡＮの遠近問題にも対処できる。遠近問題は、適応型（または動的）適応機構がワイヤレス通信の一部となる場合に存在する。物理モード（変調および誤り訂正体系）は、無線信号の品質に応じて常に変化し得る。その結果の一つとして、最大ビット・レートは、セルの縁部において低くなり（遠）、中間デバイスに近いほど高くなる（近）。ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）トラフィックは、ブロードキャスト／マルチキャスト（例えば、ビデオ・マルチキャスト）であると仮定される。これは、特定の最大範囲が目標として設定されることを意味し、この範囲を超えるビット・レートとエラー・レートとの組み合わせにより、マルチキャストは実行不可能となる。例えば、目標は１００メートルになり得る。中間デバイスは、物理コーディング・モード（コーディングおよび変調）がＵＤＰパケット送信のための最大ビット・レート５．５Ｍｂｐｓに対応するように構成される。ユーザが構成した最大帯域幅によるＵＤＰトラフィック／データ・パケット用に十分な帯域幅が存在する必要がある。新しい伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）セッション毎に、ＵＤＰトラフィック／データ・パケット要件に従って、ＴＣＰパケット・スループット・レートの再計算が生じる。
例えば、全てのユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）トラフィック／データ・パケットが１００メートルを目標にすると仮定する。即ち、ＵＤＰトラフィック／データ・パケットは、中間デバイスから１００メートル（±デルタ）のデータ・パケット・カテゴリ／クラスのメンバにマルチキャスト／ブロードキャストされる。１００メートルの位置において、物理コーディング・モードのための最大ビット・レートは、５．５Ｍｂｐｓとなる。中間デバイスからの距離は最大ビット・レートを決定づけることから、これは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）セッションのメンバと、中間デバイスからのＴＣＰセッションの距離との両方を制御する。ＴＣＰセッションと、付随するＴＣＰデータ・パケットの送信とは、ネットワークにおいて、更には、ユーザ・デバイスが移動端末／移動デバイス（ＭＴ／ＭＤ）であると想定されることから、特に無線ＬＡＮにおいて、絶えず変化するため、所定の上方および下方閾値は、絶えず再計算される。即ち、上方および下方閾値は静的になり得るものの、動的となる可能性が高い。
本発明は、好適な実施形態の詳細な説明と、以下の図面とを参照することで最も良く理解されよう。
図１は、本発明を実施するのに適した例示的なディジタル・ビデオおよびオーディオ・システムを例示している。ヘッド・エンドにおいて、多重ビデオおよびオーディオ・コンテンツ・ストリームは、ディジタル形式（通常は、ＭＰＥＧ−２規格に従う）に変換され、例えば、衛星を介して、セットトップ・ボックスと呼ばれるレシーバ、或いはＴＭＤのような他の適切な手段に取り付けられた、受信用アンテナまたはその他の適切な手段へ送信される。米国特許第６，５１０，５１９号では、ヘッド・エンドと、チューナ、復調器、デコーダ、トランスポート・デマルチプレクサ、マイクロプロセッサ、プログラム・メモリ、ビデオ・ピクチャ・メモリ、ＭＰＥＧビデオ・デコーダ、ディスプレイ、およびスマート・カードを含むセットトップ・ボックスとを利用する代表的なシステムを説明している。殆どのディジタル・ブロードキャスト・システムのデータ・ストリームは、セキュリティの目的から、トランスミッタにおいてエンコードおよびスクランブル化され、レシーバにおいて復号およびデコードされると、システムは、メモリにおいてビデオ・コンポジット画像を構築し、所望の画像を音声コンポーネントと同期させてモニタに表示する。番組のデスクランブルに加えて、一般には、特定のレシーバが番組または一組の番組を受信可能となっていることを保証するために、更なる認証が提供される。
図１に更に図示したように、ローカル・ビデオ・サーバと連動して動作するＴＭＤは、ビデオＬＡＮおよびワイヤレスＡＰと更に通信するように設計および構成してよく、説明の例においては、ダウン・ラインのレシーバに対して、ビデオおよびオーディオ・コンテンツの伝送に必要な同期信号を含む逆多重化ビデオおよびオーディオ伝送ストリームを提供する。
本明細書で説明する方法では、無線ＬＡＮにしてよい共用媒体（ネットワーク）において帯域幅割り当てを制御することを教示する。機構は、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）およびユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）トラフィックを分離し、ＵＤＰトラフィックのために帯域幅を予約する。機構は、ＴＣＰトラフィックのみが存在する場合にも機能する。この場合、機構は、特定のトラフィック（データ・パケット）のクラス／カテゴリのために帯域幅を予約する機能を果たす。
第１の実施形態において、媒体によって提供される最大帯域幅は、固定される。例えば、帯域幅は、コーディングおよび変調が変化できないような短い受信範囲を有する１０Ｍｂｉｔ／ｓのＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）セグメントまたは無線ＬＡＮネットワークにすることができる。物理コーディング・モードは、常に同一となるように強制される。結果として、最大受信範囲は、常に同一となる。第２の実施形態は、ネットワーク（例えば、無線ＬＡＮ）技術の特定のケースに対処するものであり、このケースにおいて、最大ビット・レートは、ユーザ端末の位置の関数として変化する場合があり、例えば、ネットワークは無線ＬＡＮにしてよく、ユーザは、移動端末／移動デバイス（ＭＴ／ＭＤ）を使用してよい。ネットワーク内の中間デバイス（ＩＤ）からのユーザ端末の位置（距離）の関数として、最大ビット・レートが変化する任意のネットワークは、本発明の第２または代替の実施形態の説明を目的とする例示的なネットワークとして適格である。
方法は、基地局（またはＡＰ）を通過するトラフィックを二種類のデータ・パケット（伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）およびユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ））に分離することと、どのようなＴＣＰトラフィックであっても、ＵＤＰトラフィックに十分な帯域幅が存在するように、ＵＤＰトラフィック用に帯域幅を予約することとを含んでいる。本発明の機構は、一方向のみ（即ち、アップリンクまたはダウンリンク）、或いは双方向において、適用可能である。
図２は、本発明のブロック図であり、「ユーザ」ブロックは、全てのユーザ、即ち、現在、通信に関与しているＭＴを表す。一部は伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）セッションに関与しており、他のものはユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）伝送に関与している。
伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）トラフィックを制御するためには、基地局を通るＴＣＰスループット（ＴＴ）を測定し、許可される最大ＴＣＰスループットと比較する必要がある。
伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）スループットは、ＮｔのＴＣＰセッション・スループットＴＴｉの総和であり、連続的に測定される。
Figure 0004721286
ＭＴＴは、提供する必要がある最大ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）スループット（ＭＵＴ）を差し引いた無線インタフェースから予想できる最大可能スループット（ＭＰＴ）である。ＭＵＴは固定値にしてよく、これは、リソースが実際の必要性に基づいて提供されることを意味する。代替として、ＭＵＴは、超過不可能な最大構成ＵＤＰトラフィック（ＭＣＵＴ）を有する現在のＵＤＰトラフィック・スループット（ＵＴ）にしてよい。
２．ＭＴＴ＝ＭＰＴ−ＭＵＴ
３．ＵＴ＜ＭＣＵＴの場合、ＭＵＴ＝ＵＴ或いはＭＵＴ＝ＭＣＵＴ
ＴＴがＭＴＴより大きくなる場合、機構は、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）肯定応答を減速することで、ＴＣＰトラフィックを限定する。全ての受信ＴＣＰ ＡＣＫは、ＴＴが予め定められた特定の閾値を下回るまで、体系的に減速させる。ＴＣＰトラフィックを減速させるのに必要な時間（ＳＴ）は、次のように計算される。
４．ＳＴ＝（ＴＴ−ＭＴＴ）／ＴＴ
次に、全体の時間（ＳＴ）を、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケット間で比例的に分散させる。個別の各ＴＣＰパケットにおいて、対応するＴＣＰ ＡＣＫは、パケット・サイズ（ＳＰ）に応じて減速され、ここで、ＳＴｐは、パケット当たりの減速時間となる。
５．ＳＴｐ＝（Ｓｐ／ＴＴ）＊ＳＴ
均等分散アルゴリズムを使用する等、全体の時間ＳＴを伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケット間で分散する他の方法が存在してよく、この場合、ＳＴは、ＴＣＰセッションの数で分割される。各セッションｉにおいて、ＡＣＫは、対応するＳＴ（ＳＴｉ）に応じて減速される。この方法は公平ではないが、代わりに、大きなスループットを有するＴＣＰセッションにとって有利となる。この方法において、ＳＴｉは、セッション当たりの全体的な減速時間であり、ＳＴｐｉは、セッション当たりのパケット毎の減速時間であり、ＳＰｉは、セッション当たりのパケットサイズである。
６．１ ＳＴｉ＝ＳＴ／Ｎｔ
６．２ ＳＴｐｉ＝（Ｓｐｉ／ＴＴｉ）＊ＳＴｉ
減速が開始されると、損失パケットに対処するためにＲＴＴ（ラウンド・トリップ・タイムアウト）を平滑化する伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）輻輳機構により、予想された不活発状態が生じる（即ち、損失パケットに応じたＲＴＴの増加は発生しない）。従って、ＴＣＰスループットの限定を開始するための閾値は、ＭＴＴより小さくするべきである。ＴＣＰ ＡＣＫ減速機構をトリガする高閾値をＫとする。Ｋは、ＭＴＴに依存する。
新しい伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）セッションを開始する時には、ＴＣＰスループット（ＴＴ）に対する影響を計算するために、ある程度の時間が必要となる。更に、ＴＣＰサーバにおけるＲＴＴの解決を考慮することが重要である。これは、ＴＣＰ ＡＣＫが非常に短い期間だけ減速された場合、ＴＣＰサーバが反応しない（ＲＴＴが更新されない）ことを意味する。従って、ＴＣＰ ＡＣＫの減速を停止する低閾値（下方限界）として、Ｙが選択される。
７．１ Ｙ＜Ｋ、ここで、ＫおよびＹ＝ｆ（ＭＴＴ）
式４は、次のようになる。
７．２ ＳＴ＝（ＴＴ−Ｙ）／ＴＴ
図３は、ＹおよびＫと、ＹおよびＫそれぞれを越えた際の伝送制御プロトコル（ＴＣＰ） ＡＣＫの減速の遅延とを例示するグラフである。スループット・レートの減少および増加は、共にほぼ同じ量だけ遅延されることに留意されたい。
本発明の第２または代替の実施形態は、マルチ‐ビット・レート・ネットワーク実施形態とも呼ばれ、無線ＬＡＮ ＩＥＥＥ ８０２．１１またはＥＴＳＩ Ｈｉｐｅｒｌａｎ２等のネットワークにおいて、無線インタフェース全体において利用可能なビット・レートは、ユーザ（例えば、ＭＴ）と、ネットワークにアクセスするポイント（例えば、ＡＰ）との間の距離によって決まる。この距離に従って、物理層（ＰＨＹ）は、様々な誤り訂正機構と、様々な変調体系とを適用する。例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ仕様に従って、ＡＰ受信範囲は、１Ｍｂｉｔ／ｓにおいて４００ｍ、２Ｍｂｉｔ／ｓにおいて１７０ｍ、５．５Ｍｂｉｔ／ｓにおいて１００ｍ、１１Ｍｂｉｔ／ｓで５０ｍとなる。ユーザ、例えばＭＴは、移動可能であると想定され、従って、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）トラフィックによって使用されるビット・レートの制御は、ユーザの位置（ＡＰからユーザ（ＭＴ）の距離）によって決まる。
ダウンリンクユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）は、中間デバイス（ＩＤ）によって、同じ一定のビット・レート、例えば５．５Ｍｂｉｔ／ｓを使用して転送されると仮定する（アクセス・ポイントは、これらのダウンリンクＵＤＰパケット毎に物理モードを強制する）。更に、無線インタフェースには、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットのＳＮＲ（信号／雑音比）等の測定に応じて変調／誤り訂正体系の変更をトリガするための機構が既に存在していると仮定する。
中間デバイス（ＩＤ）とユーザ端末との間で確率される伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）セッションは、ＩＤとユーザ端末との間の距離の関数として、従って、物理的コーディング（変調）の関数として、帯域幅を消費する。前の実施形態において詳述したような規則および式を適用するためには、ＴＣＰセッションに関連するスループットについて、そのセッションで使用される物理モードを考慮に入れて変換を行う必要がある。一例として、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）トラフィックが５．５Ｍｂｐｓの物理モードを使用して転送されると仮定する。この場合、任意のＴＣＰセッション・スループットの計算は、５．５Ｍｂｐｓモードに従って変換される。例えば、アクセス・ポイント（ＩＤ）から遠くに位置する移動デバイスが、１Ｍｂｐｓのビット・レートに関連する物理モードを必要としていたとする。この移動デバイスは、５００Ｋｂｐｓを消費するＴＣＰセッションに関与している。変換後（１Ｍｂｐｓのビット・レートで、５００Ｋｂｐｓは０．５秒を要する）、移動デバイスに関連するＴＣＰセッションは、５．５Ｍｂｐｓの物理モードビット・レートを考慮すると、２．７５Ｍｂｐｓを消費する。式１で必要となるＴＴｉは、次のように計算される。
８．１ ＴＴｉ＝ＵＰＭ＊ＴＴＲｉ／ＴＰＭｉ
ＵＰＭは、上の例において５．５Ｍｂｐｓとなるユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）物理モードのビット・レートであり、ＴＴＲｉは、最大ビット・レートＴＰＭｉ（上の例では１Ｍｂｐｓ）に関連する現在使用中の物理モードで測定された実際の伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）スループット（上の例では５００Ｋｂｐｓ）である。当然ながら、式５の計算後、対応するＴＣＰセッションに関連する物理モードに従ってパケットを減速する必要がある時間を計算するために、対称変換が必要となる。各ＴＣＰパケット（ＲＳＴｐ）の実際の減速時間は、次のように計算される。
８．２ ＲＳＴｐ＝ＳＴｐ＊ＴＰＭｉ／ＵＰＭ
ＳＴｐは、式５を使用して計算され、ＵＰＭは、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）物理モードのビット・レート（上の例において５．５Ｍｂｐｓ）であり、ＴＰＭｉは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットに関連するＴＣＰセッションｉによって現在使用される物理モードに関連する最大ビット・レートである（上の例において１Ｍｂｐｓ）。
この機構は、Ｄｉｆｆｓｅｒｖ等のレイヤ３機構をサポートするように構成できる。Ｄｉｆｆｓｅｒｖは、ストリーム・クラスに従って、様々なレベルのサービス品質（ＱｏＳ）の適用を許可する機構である。基本的に、各データ・パケットは、Ｄｉｆｆｓｅｒｖドメインの縁部にある進入ルータ／ブリッジ／ブルータによってマーク付けされる。進入ルータ／ブリッジ／ブルータは、サービス・タイプ（ＴｏＳ）と呼ばれるＩＰパケット・ヘッダの専用フィールドをＩＰＶ４に設定する。値は、構成規則に従って選択され、例えば、特定のソース・アドレスを有する全バケットが同じＴｏＳとなる。マーク付けされたＩＰパケットがＤｉｆｆｓｅｒｖドメイン内のルータ／ブリッジ／ブルータを通るとき、ルータ／ブリッジ／ブルータは、ＴｏＳフィールドに従って、転送動作を適用する。動作は、スケジューリング、キューイング、および／またはポリシングに関する。各Ｄｉｆｆｓｅｒｖクラスは、分離された伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）トラフィックのクラス／カテゴリに対応してよい。その場合、Ｄｉｆｆｓｅｒｖトラフィック（データ・パケット）はＴＣＰのみであると仮定される。
図４は、本発明の例示実施形態による、本発明を適用し得るコンピュータ・システム１００を示すブロック図である。コンピュータ処理システム１００は、ワイヤレスＬＡＮ（無線ＬＡＮ）を有線ＬＡＮネットワークに相互接続するのに使用する中間デバイス（ＩＤ）によって実施してよい。例えば、無線ＬＡＮアクセス・ポイントのコンピュータ処理システム１００は、システム・バス１０１を介して、適切に作用可能に他のコンポーネントに結合される少なくとも一つのプロセッサ（ＣＰＵ）１０２を含んでいる。読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１０４、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）１０６、電気的にプログラム可能な読み取り専用メモリ（ＦＬＡＳＨ）１１４、および少なくとも二つのネットワーク・アダプタ１１０および１１２は、それぞれ有線ネットワークをワイヤレス・ネットワークに相互接続する。ネットワーク・アダプタ１１０は、ＬＡＮアダプタ（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））アダプタであり、ネットワーク・アダプタ１１２は、無線ＬＡＮアダプタ（例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１）である。
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の例示的な実施形態を示すフローチャートである。まず図５Ａを参照すると、シングル・レート・ネットワークにおいて、アクセス・ポイント（ＡＰ）、ブリッジ、ルータ、ブルータ、または何らかの等価デバイスといった中間デバイスは、第１のデータ・パケット・タイプに対するスループット・レートを決定する。伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）セッションは、ＩＰパケットのペイロードを調べることで、中間デバイス（ＩＤ）（例えば、ＡＰ）によって検出される。ＴＣＰセッションを開始するために使用される専用のパケットタイプが存在する。ＴＣＰパケットタイプに対する平均スループットを決定するために、ＩＤは、特定の期間内にＩＤを通ったＴＣＰペイロードのバイト数を計算する。ＩＤは、既存の各ＴＣＰセッションの平均スループットを連続的に合計する。次に、中間デバイスは、レシーバ端末によって返送されるＴＣＰ肯定応答を減速することで、既存の全ＴＣＰセッションに属する全てのＴＣＰパケットのスループット・レートを低減する。このスループット・レートの低減によって、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）パケットである第２のデータ・パケット・タイプが十分な帯域幅を利用可能な状態が保証される。
次に、図５Ｂを参照すると、ここでもシングル・レート・ネットワークが想定されており、中間デバイスは、５１５において、第１のデータ・パケット・タイプのスループット・レートを決定する。中間デバイスによって決定されたスループット・レートは、５２０において、所定の上方閾値について評価される。スループット・レートが上方閾値Ｙを上回る場合、中間デバイスは、５２５において、第１のデータ・パケット・タイプに関連するトラフィックを減速する。中間デバイスは、スループット・レートを連続的に監視し、５３０において、スループット・レートを下方閾値Ｋと比較する。スループット・レートが下方閾値を下回る場合、中間デバイスは、５３５において、第１のデータ・パケット・タイプに関連するトラフィックの減速を停止する。このスループット・レートの引き上げにより、低減前のレートに回復してもよく、或いは回復しなくてもよい。スループット・レートの引き上げ後、スループット・レートの決定によりプロセスをリスタートし、上方閾値を上回っていないかを確認する。
本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェア、或いはその任意の組み合わせによって実施してよいことは理解されよう。更に、図面に示した構成システムコンポーネントおよび方法のステップの一部はソフトウェアにおいて実施してもよいことから、システムコンポーネント（またはプロセスステップ）間の実際の接続は、本発明をプログラムする方法に応じて異なってもよいことは理解されよう。本明細書の教示を前提として、当業者は、本発明の上記および同様の実施または構成を想到し得よう。
また、図示したような本発明の形態は、好適な実施形態にすぎないことは理解されよう。添付特許請求の範囲において定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、部品の機能および配置に様々な変更を施してもよく、また、等価手段を例示および説明したものの代用としてもよく、更には特定の機能を他の機能から独立して使用してもよい。例えば、ＩＥＥＥ ８０２．１１に基づく無線ＬＡＮのコンテクストにおいて、本発明を説明しているが、本発明は、同期が維持される他のワイヤレスＬＡＮ規格に基づいた構造に適用してもよいことは理解されよう。
本発明を実施するのに適した例示的なディジタル・ビデオおよびオーディオ・システムを示す図である。 本発明のブロック図である。 本発明において使用される伝送制御プロトコル（ＴＣＰ） ＡＣＫのための上方および下方閾値を例示するグラフである。 本発明を実施し得る例示的なシステムのブロック図である。 本発明の実施形態の方法を例示するフローチャートである。 本発明の実施形態の方法を例示するフローチャートである。

Claims (29)

  1. ネットワークにおいて第１および第２のデータ・パケット・タイプの帯域幅割り当てを制御する方法であって、
    前記ネットワークにおいて前記第１のデータ・パケット・タイプのスループット・レートを中間デバイスによって決定するステップと、
    前記決定する動作の結果を上方閾値と比較するステップと、
    前記スループット・レートが所定のレベルに達した時に、前記ネットワークを介した前記第１のデータ・パケット・タイプの前記スループット・レートを前記中間デバイスによって低減するステップと、
    前記低減後、前記第１のデータ・パケット・タイプのスループット・レートを下方閾値と比較し、前記比較の結果に基づいて、前記スループット・レートを増加させるステップと、
    を備える、前記方法。
  2. 前記第１のデータ・パケット・タイプは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを備え、前記第２のデータ・パケット・タイプは、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）パケットを備える、請求項１記載の方法。
  3. 前記低減する動作は、第１のデータ・パケット・タイプに対する肯定応答（ＡＣＫ）パケットが送信される速度を低減するステップを備える、請求項１記載の方法。
  4. 前記ネットワークは、無線ＬＡＮである、請求項１記載の方法。
  5. 前記中間デバイスは、アクセス・ポイント（ＡＰ）、ブリッジ、ルータ、およびブルータの何れかである、請求項１記載の方法。
  6. 前記ネットワークは、任意の共用媒体である、請求項１記載の方法。
  7. 前記ネットワークは、シングル・ビット・レート・ネットワークである、請求項１記載の方法。
  8. ネットワークにおいて複数のデータ・パケット・カテゴリのそれぞれの帯域幅割り当てを制御する方法であって、
    前記ネットワークにおいて前記複数のデータ・パケット・カテゴリの一つのスループット・レートを中間デバイスによって決定するステップと、
    前記決定する動作の結果を、前記残りのデータ・パケット・カテゴリの一つに対する上方閾値と比較するステップと、
    前記スループット・レートが所定のレベルに達した時に、前記ネットワークを介した前記複数のデータ・パケット・カテゴリの前記一つの前記スループット・レートを前記中間デバイスによって低減するステップであって、
    前記ネットワークは、マルチ‐ビット・レート・ネットワークであり、前記データ・パケット・カテゴリのそれぞれの最大ビット・レートは、前記データ・パケット・カテゴリのそれぞれを使用したユーザ・デバイスと、前記中間デバイスとの間の距離に基づく、前記低減するステップと、
    前記残りのデータ・パケット・カテゴリの一つの前記スループット・レートを下方閾値と比較し、前記比較の結果に基づいて、前記残りのデータ・パケット・カテゴリの前記一つの前記スループット・レートを増加させるステップと、
    を備える
    前記方法。
  9. 前記複数のデータ・パケット・カテゴリの一つは、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）パケットを固定レートで送信し、残りのデータ・パケット・カテゴリは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを送信する、請求項８記載の方法。
  10. 前記低減する動作は、前記残りのデータ・パケット・カテゴリの一つに対する肯定応答（ＡＣＫ）パケットが送信される速度を低減するステップを備える、請求項８記載の方法。
  11. 前記ネットワークは、無線ＬＡＮである、請求項８記載の方法。
  12. 前記中間デバイスは、アクセス・ポイントである、請求項８記載の方法。
  13. 前記ネットワークは、動的リンクに適応する任意の無線媒体である、請求項８記載の方法。
  14. 前記中間デバイスは、前記残りのデータ・パケット・カテゴリのそれぞれの前記最大ビット・レートを考慮に入れ、前記残りのデータ・パケット・カテゴリのそれぞれの前記スループット・レートを合計することで、前記残りのデータ・パケット・カテゴリのそれぞれの前記スループット・レートを決定する、請求項８記載の方法。
  15. ネットワークにおいて第１および第２のデータ・パケット・タイプの帯域幅割り当てを制御するシステムであって、
    前記ネットワークを介して第１のデータ・パケット・タイプおよび第２のデータ・パケット・タイプを送信するための第１のデバイスと、
    前記第１のデータ・パケット・タイプおよび前記第２のデータ・パケット・タイプを介してデータを受信するための複数の第２のデバイスと、
    を備え、
    前記第１のデバイスは、前記ネットワークにおける前記第１のデータ・パケット・タイプのスループット・レートを決定し、
    前記スループット・レート決定の結果を上方閾値と比較し、
    前記第１のデバイスは、前記スループット・レートが所定のレベルに達した時に、前記ネットワークを介した前記第１のデータ・パケット・タイプの前記スループット・レートを低減し、
    前記低減後、前記第１のデータ・パケット・タイプのスループット・レートを下方閾値と比較し、前記低減後の比較の結果に基づいて、前記スループット・レートを増加させる、
    前記システム。
  16. 前記第１のデータ・パケット・タイプは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを備え、前記第２のデータ・パケット・タイプは、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）パケットを備える、請求項１５記載のシステム。
  17. 前記第１のデータ・パケット・タイプは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを備え、前記第２のデータ・パケット・タイプは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを備える、請求項１５記載のシステム。
  18. 前記スループット・レート低減は、第１のデータ・パケット・タイプに対する肯定応答（ＡＣＫ）パケットが送信される速度を低減するステップを備える、請求項１５記載のシステム。
  19. 前記ネットワークは、無線ＬＡＮである、請求項１５記載のシステム。
  20. 前記ネットワークは、任意の共用媒体である、請求項１５記載のシステム。
  21. 前記第１のデバイスは、アクセス・ポイント（ＡＰ）、ブリッジ、ルータ、およびブルータの何れかである、請求項１５記載のシステム。
  22. 前記ネットワークは、シングル・ビット・レート・ネットワークである、請求項１５記載のシステム。
  23. ネットワークにおいて複数のデータ・パケット・カテゴリの帯域幅割り当てを制御するシステムであって、
    前記ネットワークを介してデータを送信するための第１のデバイスと、
    前記複数の前記データ・パケット・カテゴリの一つを介してデータを受信するための複数の第２のデバイスと、
    を備え、
    前記第１のデバイスは、前記ネットワークにおける前記複数のデータ・パケット・カテゴリの前記一つのスループット・レートを決定し、
    前記残りのデータ・パケット・カテゴリの前記一つの前記スループット・レート決定の結果を前記残りのデータ・パケット・カテゴリの前記一つに対する上方閾値と比較し、
    前記第１のデバイスは、前記スループット・レートが所定の上方レベルに達した時に、前記ネットワークを介した前記複数の前記データ・パケット・カテゴリの前記一つの前記スループット・レートを低減し、前記ネットワークは、マルチ‐ビット・レート・ネットワークであり、前記データ・パケット・カテゴリのそれぞれの最大ビット・レートは、前記データ・パケット・カテゴリのそれぞれを使用した第２のデバイスと、前記第１のデバイスとの間の距離に基づき、
    前記低減後、前記残りのデータ・パケット・カテゴリの前記一つの前記スループット・レートを下方閾値と比較し、前記低減後の比較の結果に基づいて、前記残りのデータ・パケット・カテゴリの前記一つの前記スループット・レートを増加させる、
    前記システム。
  24. 前記複数のデータ・パケット・カテゴリの一つは、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）パケットを固定レートでマルチキャストし、残りのデータ・パケット・カテゴリは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを送信する、請求項２３記載のシステム。
  25. 前記複数のデータ・パケット・カテゴリの一つは、ユーザ・データグラム・プロトコル（ＵＤＰ）パケットを固定レートで送信し、残りのデータ・パケット・カテゴリは、伝送制御プロトコル（ＴＣＰ）パケットを送信する、請求項２３記載のシステム。
  26. 前記低減は、前記残りのデータ・パケット・カテゴリの前記一つに対する肯定応答（ＡＣＫ）パケットの速度を低減するステップを備える、請求項２４記載のシステム。
  27. 前記ネットワークは、無線ＬＡＮである、請求項２３記載のシステム。
  28. 前記ネットワークは、動的リンクに適応する任意の無線媒体である、請求項２３記載のシステム。
  29. 前記第１のデバイスは、アクセス・ポイント（ＡＰ）である、請求項２３記載のシステム。
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