JP4853319B2 - リアルタイム通信におけるメディア品質制御方法、品質制御通信システム、品質制御装置、及び制御プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、上記問題点に鑑み、第一に、ボトルネックリンク帯域の広狭に依存することなく、エンド−エンド遅延を一定に保つことによってメディア情報のサービス品質をより一層高めることのできるメディア品質制御方法、品質制御通信システム、品質制御装置、品質制御プログラムを提供することを、その目的とする。
これによって、送信レート割合が所定の閾値を下回る場合には、送信レートをそれ以上は下げない制御が行なえるので、必要以上にクロストラヒックに帯域を譲っていた従来の不都合を改善できる。
また、前記ボトルネックリンク帯域推定工程は、プローブパケットから推定されるラウンドトリップ時間(RTT)とプローブパケットのサイズからボトルネックリンク帯域の推定値を算出する推定工程であってもよい(請求項5)。
更に、前記送信レート制御手段はPID制御手段を具備していてもよい(請求項9)。
また、前記ボトルネックリンク帯域推定手段は、プローブパケットから推定されるラウンドトリップ時間(RTT)とプローブパケットのサイズとに基づいてボトルネックリンク帯域の推定値を算出する算出手段であってもよい(請求項10)。
また、前記メディア品質制御システムにおいて、前記ボトルネックリンク帯域推定手段は、プローブパケットから推定されるラウンドトリップ時間(RTT)とプローブパケットのサイズとに基づいてボトルネックリンク帯域の推定値を算出する算出手段であってもよい(請求項15)。
ここで、前記送信レート制御処理は、送信レートの割合が予め設定した送信レートの割合の閾値を下回った状態では送信レートをそのまま維持するか、又は上げるように制御を行う重み付け処理をコンピュータに実行させるように構成されていてもよい(請求項17)。
図1には、ネットワークを介してメディアデータを送受信するデータ送信装置101及びデータ受信装置111からなる本品質制御通信システムのブロック構成が示されている。先ず、構成の概要を説明する。
すなわち、本メディア品質制御部104は、キューイング遅延算出手段としての役割と、ボトルネックリンク帯域に対する送信レート割合を算出する送信レート割合算出手段としての役割と、送信レート制御手段としての役割の三つの役割を兼備している。
さらに、ボトルネックリンク推定部107は、ネットワークのボトルネックリンク帯域を推定するボトルネックリンク帯域推定手段としての役割をも兼ね備えている。
メディアデータの受信状況を示す受信レポートが、受信レポート計測手段を構成する受信レポート生成部114で作成され、それが受信レポート送信部115、ネットワーク、受信レポート受信部106を介して受信レポート解析部105へ送られ、そこで解析され、受信レートが算出される(ステップ401、受信レート計測工程)。
先ず、メディアデータの送受信の動作を説明する。
データ生成部102は、メディア品質制御部104で算出された送信レートの値を受け取り、受け取った値に基づいてメディアデータを生成する。生成されたメディアデータは、カメラやマイクなどのデバイスから得られたデータをエンコードしたデータであってもよく、例えば、映像や音声の場合、各コーデックによってエンコードされたデータをペイロードとするRTPパケットであってもよい。
データ処理部113では、データ受信部112で受信したメディアデータに対してデコード処理や再生処理など目的に応じた処理を行う。
先ず、データ受信装置111の受信レポート生成部114では、データ受信部112で受信した情報に基づいて受信レポートを生成し、受信レポート送信部115では、この受信レポートを送信側101に対して送信する。受信レポート受信部106では、この送信された受信レポートを受信する。
受信レポート解析部105では、この受信レポートに基づいてデータ受信装置111の受信レートを算出する。
ボトルネックリンク推定部107は、プローブパケット生成部108に対してボトルネックリンクの帯域を推定するためのプローブパケットを生成するように指示する。
プローブパケット生成部108では、ボトルネックリンク推定部107からの指示を受け、ボトルネックリンクの帯域を推定するためのプローブパケットを生成する。
プローブパケット送信部109では、プローブパケット生成部108で生成したプローブパケットをデータ受信装置111に対して送信する。
応答パケット生成部117では、プローブパケットを受信したことに対する応答を示す応答パケットを生成し、応答パケット送信部118では、生成された応答パケットをデータ送信装置101に対して送信する。
ボトルネックリンク推定部107では、応答パケットの情報からラウンドトリップ時間(RTT)を算定する(以上、RTT計測工程)。
ボトルネックリンクの帯域の推定方法は、プローブパケットを送信してから応答パケットが返ってくるまでの時間をラウンドトリップ時間(RTT)として計測し、得られたラウンドトリップ時間(RTT)やプローブパケットのサイズの情報からボトルネックリンクの帯域を推定する。
Packet−Pair推定法とは、連続した2つのUDPパケットを1組として受信側へ送信し、それぞれの到着時刻の差に基づいて送信側から受信側の間のボトルネックリンクの帯域を推定する方式である。
又、One−Packet推定法とは、単独のUDPパケットを受信側に対して様々にサイズを変えて送信することでラウンドトリップ時間(RTT)を複数回測定し、パケットサイズと各サイズでの最小ラウンドトリップ時間(RTT)の関係からボトルネックリンクの帯域を推定する方法である。
さらに、前記説明における受信レポートは、RTCP(RTP Control Protocol、RTP制御プロトコル)におけるRR(Receiver Report、受信端末からの通知)パケットであってもよい。
以上、メディア品質制御部104の概要とその動作に必要なネットワークの輻輳等の状態を示すラウンドトリップ時間(RTT)等の取得について述べた。
図3において、メディア品質制御部104は、差分器201、PID補償器202と、重み付け処理部203と、積分処理部204と、オブザーバ205とを備えて構成されている。
PID補償器202は、差分eを制御入力として受け取り、これに基づいてPID制御の演算を行い、制御出力Δuを算出する。
図4を参照すると、オブザーバが備えるネットワークモデル301は、送信者302と、受信者303と、クロストラヒック(送信)304と、クロストラヒック(受信)305と、固定遅延307と、ボトルネックリンクのバッファ306を備えて構成されている。
オブザーバのネットワークモデル301はエンド−エンド遅延を固定遅延とキューイング遅延に分割している。エンド−エンド遅延をdtとすると、dtは固定遅延daとキューイング遅延dqを用いて次式(1)で表すことができる。
dt=da+dq -----------(1)
ここで、エンド−エンド遅延dtは、ボトルネックリンク推定部から得られるラウンドトリップ時間(RTT)に基づいて推定する。本実施形態では、エンド−エンド遅延dtは往復時間であるラウンドトリップ時間(RTT)の半分であるとし、dt=RTT/2とする。
q(t)=∫[0,t]{u(τ−da)−v(τ)}dτ ---------(2)
同様に、クロストラヒック(送信)304が送信したデータがボトルネックリンクに蓄積している量をqcとし、クロストラヒック(受信)305の受信レートをvcとすると、時刻tにおけるqcは次式(3)で表される。
qc(t)=∫[0,t]{uc(τ)−vc(τ)}dτ ----------(3)
時刻tにおけるキューイング遅延dqは、ボトルネックリンクがq(t)+qc(t)のデータ量を、ボトルネックリンク帯域bの速度で送出するのに要する時間であるから、dqは次式(4)で表される。
dq(t)={q(t)+qc(t)}/b ----------(4)
ここで、送信者302の送信レートuは自身で把握できるため容易に観測することができる。また、受信者303の受信レートvは、受信レポート解析部から得られる。さらに、ボトルネックリンク帯域bは、ボトルネックリンク推定部から得られる。なお、この式(4)に、式(2)と式(3)を代入しても、クロストラヒックuc(τ),vc(τ)がわからないためキューイング遅延dqを算定することはできない。
q(t)=∫[t,t+dq(t)]v(τ)dτ ---------(5)
前記式(5)の右辺は次式(6)で近似できるので、
∫[t,t+dq(t)]v(τ)dτ≒v(t)×dq(t) -----(6)
結局、q(t)≒v(t)×dq(t)と表せる。このq(t)を式(2)の左辺q(t)に代入すると次式(7)を導出できる。
v(t)×dq(t)=∫[0,t]{u(τ−da)−v(τ)}dτ ---(7)
この式(7)と式(1)とをdaとdqについての連立方程式として解くことにより、固定遅延daとキューイング遅延dqを算出することができる。
ボトルネックリンクの帯域に対する送信レートの割合rは、次式(8)で表される。
r(t)=u(t−da)/{u(t−da)+uc(t)} --------(8)
まず、キューイング遅延が存在する場合(dq>0)、ボトルネックリンクから送出されるデータのビットレートはbと等しくなるため次式(9)が成り立つ。
vc=b−v -----------------(9)
この式(9)を使って式(3)のvcを消去し、次に式(2)、式(3)を式(4)に代入し、さらに、近似式∫[0,t]uc(τ)dτ≒uc(t)×tを使い、次式を導出することができる。
uc(t)=1/t{b×(t+dq)−∫[0,t]u(τ−da)dτ}-(10)
ボトルネックリンク帯域に対する送信レートの割合rは、上式(10)を式(8)に代入することによって算出することができる。即ち、ボトルネックリンク帯域に対する送信レートの割合rは、送信レート、ボトルネックリンク帯域、キューイング遅延に基づいて算出され、それを用いて上記した重み付け処理が可能になる。
r>u(t−da)/{u(t−da)+b−v(t)} -------(11)
上式(11)の右辺を用いると、キューイング遅延が零(dq=0)の場合にも、送信レート割合rの下限が求まるので、これと送信レート割合rの閾値rtを比較することで、上記した重み付けの処理が可能になる。
以上、オブザーバ205におけるキューイング遅延dqとボトルネックリンクの帯域に対する送信レート割合rの算出方法を説明した。これはメディア品質制御部104が備える三つの機能のうち、キューイング遅延算出機能と送信レート割合算出機能に対応するものである。これにより、図3に示すメディア品質制御部104の各構成要素の説明を終える。
先ず、キューイング遅延の目標値εとオブザーバ205からのキューイング遅延dqの差分が差分器201においてとられ、その結果の信号である差分eがPID補償器202へ供給され、PID制御の演算を受けて制御出力Δuが出力される。この制御出力Δuは
重み付け処理部203へ供給され、重みwを乗じられwΔuが出力される。
102 データ生成部
103 データ送信部
104 メディア品質制御部(キューイング遅延算出手段、送信レート割合算出手段、送信レート制御手段)
105 受信レポート解析部(受信レート計測手段)
106 受信レポート受信部
107 ボトルネックリンク推定部(RTT計測手段、ボトルネックリンク帯域推定手段)
108 プローブパケット生成部
109 プローブパケット送信部
110 応答パケット受信部
111 データ受信装置
112 データ受信部
113 データ処理部
114 受信レポート生成部
115 受信レポート送信部
116 プローブパケット受信部
117 応答パケット生成部
118 応答パケット送信部
201 差分器
202 PID補償器
203 重み付け処理部
204 積分処理部
205 オブザーバ
301 オブザーバのネットワークモデル
302 送信者
303 受信者
304 クロストラヒック(送信)
305 クロストラヒック(受信)
306 ボトルネックリンクのバッファ
307 固定遅延
Claims (18)
- ネットワークを介してメディアデータのリアルタイム通信を行なうデータ送信装置とデータ受信装置とからなるメディア通信システムにおけるメディアデータの品質制御方法であって、
前記メディアデータの受信レートを計測する受信レート計測工程と、前記データ送信装置と前記データ受信装置との間のラウンドトリップ時間(RTT)を計測するRTT計測工程と、前記受信レートと前記ラウンドトリップ時間(RTT)と前記データ送信装置の送信レートに基づいて前記ネットワークにおけるボトルネックリンクにおけるキューイング遅延を算出するキューイング遅延算出工程と、前記キューイング遅延とキューイング遅延の目標値との差分を用いて送信レートを制御する送信レート制御工程とを有することを特徴とするメディアデータの品質制御方法。 - ネットワークを介してメディアデータのリアルタイム通信を行なうデータ送信装置とデータ受信装置とからなるメディア通信システムにおけるメディアデータの品質制御方法であって、
前記メディアデータの受信レートを計測する受信レート計測工程と、前記データ送信装置と前記データ受信装置との間のラウンドトリップ時間(RTT)を計測するRTT計測工程と、前記ネットワークのボトルネックリンク帯域を推定するボトルネックリンク帯域推定工程と、前記受信レートと前記ラウンドトリップ時間(RTT)と前記データ送信装置の送信レートに基づいてボトルネックリンクにおけるキューイング遅延を算出するキューイング遅延算出工程と、前記ボトルネックリンクの帯域に対する送信レート割合を算出する送信レート割合算出工程と、前記キューイング遅延とキューイング遅延の目標値との差分及び前記送信レート割合とを用いて送信レートを制御する送信レート制御工程とを有することを特徴とするメディアデータの品質制御方法。 - 請求項2に記載のメディアデータの品質制御方法において、前記送信レート制御工程は、送信レート割合が予め設定した送信レート割合の閾値を下回った状態では送信レートをそのまま維持するか、又は上げるように制御を行う重み付け工程を備えていることを特徴とするメディアデータの品質制御方法。
- 請求項1乃至3に記載のメディアデータの品質制御方法において、前記送信レート制御工程はPID制御工程を備えていることを特徴とするメディアデータの品質制御方法。
- 請求項2乃至4に記載のメディアデータの品質制御方法において、前記ボトルネックリンク帯域推定工程は、プローブパケットから推定されるラウンドトリップ時間(RTT)とプローブパケットのサイズからボトルネックリンク帯域の推定値を算出する推定工程を備えていることを特徴とするメディアデータの品質制御方法。
- ネットワークを介してメディアデータのリアルタイム通信を行なうデータ送信装置とデータ受信装置とからなる品質制御通信システムであって、
前記データ送信装置は、メディアデータの受信レートを計測する受信レート計測手段と、前記データ受信装置との間のラウンドトリップ時間(RTT)を計測するRTT計測手段と、前記受信レートと前記ラウンドトリップ時間(RTT)と前記データ送信装置の送信レートに基づいて前記ネットワークにおけるボトルネックリンクにおけるキューイング遅延を算出するキューイング遅延算出手段と、前記キューイング遅延とキューイング遅延の目標値との差分を用いて送信レートを制御する送信レート制御手段とを備え、
前記データ受信装置は、前記データ送信装置に備わるRTT計測手段と協働して前記ラウンドトリップ時間(RTT)を計測のための応答パケット返送手段と、前記受信レートを計測し前記データ送信装置へ送出する受信レポート作成手段と、
を備えていることを特徴とする品質制御通信システム。 - ネットワークを介してメディアデータのリアルタイム通信を行なうデータ送信装置とデータ受信装置とからなる品質制御通信システムであって、
前記データ送信装置は、前記受信レートを計測する受信レート計測手段と、前記データ受信装置との間のラウンドトリップ時間(RTT)を計測するRTT計測手段と、前記ネットワークのボトルネックリンクの帯域を推定するボトルネックリンク帯域推定手段と、前記受信レートと前記ラウンドトリップ時間(RTT)と前記データ送信装置の送信レートに基づいて前記ネットワークにおけるボトルネックリンクにおけるキューイング遅延を算出するキューイング遅延算出手段と、前記ボトルネックリンクの帯域に対する送信レート割合を算出する送信レート割合算出手段と、前記キューイング遅延とキューイング遅延の目標値との差分を用いて送信レートを制御する送信レート制御手段とを備え、
前記データ受信装置は、前記データ送信装置に備わるRTT計測手段と協働して前記ラウンドトリップ時間(RTT)を計測のための応答パケット返送手段と、前記受信レートを計測し前記データ送信装置へ送出する受信レポート作成手段と、
を備えていることを特徴とする品質制御通信システム。 - 請求項7に記載の品質制御通信システムにおいて、前記送信レート制御手段は、送信レートの割合が予め設定した送信レートの割合の閾値を下回った状態では送信レートをそのまま維持するか、又は上げるように制御を行う重み付け手段を備えていることを特徴とする品質制御通信システム。
- 請求項6乃至8に記載の品質制御通信システムにおいて、前記送信レート制御手段はPID制御手段を具備していることを特徴とする品質制御通信システム。
- 請求項7乃至9に記載の品質制御通信システムにおいて、前記ボトルネックリンク帯域推定手段は、プローブパケットから推定されるラウンドトリップ時間(RTT)とプローブパケットのサイズとに基づいてボトルネックリンク帯域の推定値を算出する算出手段を備えていることを特徴とする品質制御通信システム。
- ネットワークを介してデータ受信装置とメディアデータのリアルタイム通信を行なうデータ送信装置におけるメディアデータの品質制御装置であって、
前記メディアデータの受信レートを前記データ受信装置に備わる受信レポート作成手段と協働して算出する受信レート計測手段と、前記データ受信装置との間のラウンドトリップ時間(RTT)を前記データ受信装置に備わる応答パケット返送手段と協働して計測するRTT計測手段と、前記受信レートと前記ラウンドトリップ時間(RTT)とデータ送信装置自身の送信レートに基づいてボトルネックリンクにおけるキューイング遅延を算出する手段と、前記キューイング遅延とキューイング遅延の目標値との差分を用いて送信レートを制御する送信レート制御手段とを備えていることを特徴とするメディアデータの品質制御装置。 - ネットワークを介してデータ受信装置とメディアデータのリアルタイム通信を行なうデータ送信装置におけるメディアデータの品質制御装置であって、
前記メディアデータの受信レートを前記データ受信装置に備わる受信レポート作成通知手段と協働して計測する受信レート計測手段と、前記データ受信装置との間のラウンドトリップ時間(RTT)を前記データ受信装置に備わる応答パケット返送手段と協働して計測するRTT計測手段と、前記ネットワークのボトルネックリンクの帯域を推定するボトルネックリンク帯域推定手段と、前記受信レートと前記ラウンドトリップ時間(RTT)と前記データ送信装置の送信レートに基づいてボトルネックリンクにおけるキューイング遅延を算出するキューイング遅延算出手段と、前記ボトルネックリンクの帯域に対する送信レート割合を算出する送信レート割合算出手段と、前記キューイング遅延とキューイング遅延の目標値との差分及び前記送信レート割合とを用いて送信レートを制御する送信レート制御手段とを備えていることを特徴とするメディアデータの品質制御装置。 - 請求項12に記載のメディアデータの品質制御装置において、前記送信レート制御手段は、送信レートの割合が予め設定した送信レートの割合の閾値を下回った状態では送信レートをそのまま維持するか、又は上げるように制御を行う重み付け手段を備えていることを特徴とするメディアデータの品質制御装置。
- 請求項11乃至13に記載のメディアデータの品質制御装置において、前記送信レート制御手段はPID制御手段を具備していることを特徴とするメディアデータの品質制御装置。
- 請求項12乃至14に記載のメディアデータの品質制御装置において、前記ボトルネックリンク帯域推定手段は、プローブパケットから推定されるラウンドトリップ時間(RTT)とプローブパケットのサイズとに基づいてボトルネックリンク帯域の推定値を算出する算出手段を備えていることを特徴とするメディアデータの品質制御装置。
- ネットワークを介してデータ受信装置とメディアデータのリアルタイム通信を行なうデータ送信装置におけるメディアデータの品質制御プログラムであって、
前記メディアデータの受信レートを前記データ受信装置に備わる受信レポート作成手段と協働して計測する受信レート計測処理と、前記データ受信装置との間のラウンドトリップ時間(RTT)を前記データ受信装置に備わる応答パケット返送手段と協働して計測するRTT計測処理と、前記ネットワークのボトルネックリンクの帯域を推定するボトルネックリンク帯域推定処理と、前記受信レートと前記ラウンドトリップ時間(RTT)と前記データ送信装置の送信レートに基づいてボトルネックリンクにおけるキューイング遅延を算出するキューイング遅延算出処理と、前記ボトルネックリンクの帯域に対する送信レート割合を算出する送信レート割合算出処理と、前記キューイング遅延とキューイング遅延の目標値との差分及び前記送信レート割合とを用いて送信レートを制御する送信レート制御処理とを、コンピュータに実行させる構成としたメディアデータの品質制御プログラム。 - 請求項16に記載のメディアデータの品質制御プログラムにおいて、前記送信レート制御処理は、送信レートの割合が予め設定した送信レートの割合の閾値を下回った状態では送信レートをそのまま維持するか、又は上げるように制御を行う重み付け処理を前記コンピュータに実行させるように構成したことを特徴とするメディアデータの品質制御プログラム。
- 請求項16又は17に記載のメディアデータの品質制御プログラムにおいて、前記ボトルネックリンク帯域推定処理は、プローブパケットから推定されるラウンドトリップ時間(RTT)とプローブパケットのサイズとに基づいてボトルネックリンク帯域の推定値を算出する算出処理とを前記コンピュータに実行させるように構成したことを特徴とするメディアデータの品質制御プログラム。
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