JP4893216B2 - ネットワーク管理装置、帯域制御方法、及びプログラム - Google Patents

ネットワーク管理装置、帯域制御方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、帯域制御方法に関し、特に無線LANマルチホップネットワークにおける帯域制御方法に関する。
無線LAN(Local Area Network)の規格であるIEEE802.11b,a,gの普及に伴い、無線LANが企業や家庭などで幅広く利用されている。
近年、無線LANにおいて従来のデータ通信での用途の他に、VoIP(Voice over Internet Protocol)などリアルタイムトラヒック通信においても無線LANが利用されつつある。VoIPなどのリアルタイムトラヒックは遅延やパケット損による品質低下が著しいため、帯域確保といったQoS(Quality of Service)制御が必要となる。
しかし、無線LANマルチホップネットワークでは、複数のアクセスポイント(AP)からVoIPトラヒックが発生したり、トラヒックが無線リンクを経由するというように更に状況が複雑になるためQoSの定式化などが難しい。
また、ネットワークの帯域予約を行うプロトコルとしてRSVP(Resource reSerVation Protocol)といったものがIETF(Internet Engineering Task Force)で標準化されているが、経路上のノードすべてにおいてネットワーク資源などの予約や予約の更新といったことが必要であり、アクセスポイントすべてが対応しなければ動作しないという問題がある。なお、RSVPは、ネットワーク上で送信先までの帯域を予約し、通信品質を確保するプロトコルである。また、IETFは、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)などのインターネットで利用される技術を標準化する組織である。
また、トラヒック量を測定し、閾値以上の場合において帯域制御を行う方式が提案されている。しかし、この特許では、トラヒック量を随時モニタリングする必要があったり、トラヒックに対してクラス分けをしていないため混雑時にはVoIPトラヒックも一緒に帯域制御されてしまうといった問題が存在する。
多くの場合、トラヒックの大半を占めるデータトラヒックはTCPを用いている。TCPフローは、パケットを送信後、受信者側からの応答(ACK)により送信に成功したと判断し、自身の送信レートを上げ、応答が無い場合や、パケットが損失したと判断した場合、自身の送信レートを下げる。そのため、TCPフローはネットワークのボトルネックリンクに応じた送信レートとなるセルフクロッキングという性質を持つ。
このように、VoIPといったリアルタイム通信では遅延やパケット損による品質への影響が大きくQoS制御が必要になる。QoS制御を行う一つの方法としては、VoIP通信やデータトラヒックといったネットワーク内を流れるトラヒックの制御を行うトラヒックコントロールが挙げられる。
また、通常マルチホップ無線ネットワークにおいてはポータルが存在し、そこがボトルネックリンクとなる。マルチホップ無線ネットワークにおいては、ポータルがボトルネックリンクとなり、そのボトルネックを解消する必要がある。
関連する技術として、特開2001−298472号公報(特許文献1)に帯域制御装置及びトラヒック制御方法が開示されている。
この従来技術では、帯域制御装置は、バックボーンネットワークと複数のローカルエリアネットワーク(LAN)の間に設置して、LANに接続する複数の通信端末がバックボーンネットワークを介して行うパケット通信のトラヒック制御手段を備える帯域制御装置において、帯域制御装置に入力されたパケット信号から複数のLAN毎に輻輳を検出する輻輳検出手段と、LANに接続する端末が、バックボーンネットワークを介して行うパケット通信のトラヒックの量を制御するトラヒック制御手段を備えることを特徴とする。
また、特開2002−344531号公報(特許文献2)に通信帯域確保及び解放要求方法が開示されている。
この従来技術では、IP電話網は、端末間での通信に使用する帯域幅を確保し、使用済み帯域幅を解放可能なルータ装置と、複数の該ルータ装置から構成されるIP網と、電話端末が接続された一つ以上の電話網と、該IP網に接続されたゲートキーパ装置と、それぞれが、該IP網と電話網おのおのを接続する一つ以上のIP電話ゲートウェイ装置と、該IP網に接続された一つ以上のIP電話端末とから構成される。この従来技術の通信帯域確保方法は、IP電話ゲートウェイ装置間、又は、IP電話端末間、又は、IP電話端末とIP電話ゲートウェイ装置間のいずれかで通信するときに、ゲートキーパ装置は、発側IP電話ゲートウェイあるいは発側IP電話端末から受信した通信要求に伴う着側電話番号に対応した着側IP電話ゲートウェイあるいは着側IP電話端末を求める。発側、着側のIP電話ゲートウェイあるいはIP電話端末間の通信経路上に確保されている通信帯域幅が、通信要求に基づく接続が確立した後の総通信帯域幅よりも少ない場合、通信経路上に配置されるルータ装置に対して、通信に必要な通信帯域幅よりも大きな、予め指定した追加帯域幅で帯域の追加確保を要求する。要求結果を、発側IP電話ゲートウェイあるいは発側IP電話端末に着側IP電話ゲートウェイあるいは着側IP電話端末を通知することを特徴とする。
特開2003−124956号公報(特許文献3)に通信制御方法及びネットワークシステムが開示されている。
この従来技術では、少なくとも2種類の第1の及び第2のトラフィックの混在するネットワークにおける通信制御方法が、第1のノードに流入するトラフィックのうち第1のトラフィックについては第2のトラフィックに比し優先的に送信し、第2のトラフィックについてはフローコントロールを実行することを特徴とする。
特開2001−298472号公報 特開2002−344531号公報 特開2003−124956号公報
本発明の目的は、一つのポータルを持つマルチホップ無線LANシステムにおける帯域制御によるトラヒックコントロールを行う帯域制御方法を提供することである。
本発明の他の目的は、帯域制御を行うことで、ネットワークを流れるTCPフローのトラヒックを制限することができる帯域制御方法を提供することである。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために付加されたものである。但し、それらの番号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明のネットワーク管理装置(100)は、無線LANマルチホップネットワークにおけるネットワーク管理装置であって、優先キュー(103)と、非優先キュー(104)と、帯域制御部(105)とを具備する。優先キュー(103)は、優先トラヒックのキューである。非優先キュー(104)は、非優先トラヒックのキューである。帯域制御部(105)は、非優先キュー(104)に接続され、無線LANマルチホップネットワーク内で非優先トラヒックに対して帯域制御を行い優先トラヒックの帯域を確保する。
本発明のネットワーク管理装置(100)は、更に、カウント管理部(107)を具備する。カウント管理部(107)は、無線LANマルチホップネットワーク内で下流に接続するアクセスポイント数をカウントし管理する。帯域制御部(105)は、アクセスポイント数に基づいて優先トラヒックのトラヒック量を推定し、非優先トラヒックに対して帯域制御を行う。
帯域制御部(105)は、帯域制御のレートD、ボトルネックリンクの帯域B、及び優先トラヒックの帯域Vについて、D≦B−Vとなるように帯域制御を行う。
帯域制御部(105)は、非優先トラヒックがネットワークを双方向に流れる場合、帯域制御のレートをD/2以下とするように帯域制御を行う。
帯域制御部(105)は、アクセスポイント数に基づいて優先トラヒックの帯域Vを決定する。
本発明の帯域制御方法は、(a1)ポータルノードが、パケットの送信処理を開始した時に、優先キュー(103)にパケットが存在するかどうか確認するステップと、(a2)優先キュー(103)にパケットが存在していれば、ポータルノードが、優先キュー(103)のパケットを送信するステップと、(a3)優先キュー(103)にパケットが存在していなければ、ポータルノードが、非優先キュー(104)にパケットが存在するかどうか確認するステップと、(a4)非優先キュー(104)にパケットが存在していれば、ポータルノードが、非優先トラヒックの送信レートが帯域制御のレート以下であるかどうか確認するステップと、(a5)非優先トラヒックの送信レートが帯域制御のレート以下であれば、ポータルノードが、非優先キュー(104)のパケットを送信するステップと、(a6)非優先キュー(104)にパケットが存在していない場合、又は、非優先トラヒックの送信レートが帯域制御のレート以下でない場合、ポータルノードが、パケットの送信処理を終了するステップとを具備する。
本発明の帯域制御方法は、(b1)下流に接続するアクセスポイント数をカウントし管理するステップと、(b2)アクセスポイント数に基づいて優先トラヒックのトラヒック量を推定し非優先トラヒックに対して帯域制御を行うステップとを更に具備する。
本発明の帯域制御方法は、(c1)帯域制御のレートD、ボトルネックリンクの帯域B、及び優先トラヒックの帯域Vについて、D≦B−Vとなるように帯域制御を行うステップを更に具備する。
本発明の帯域制御方法は、(d1)非優先トラヒックがネットワークを双方向に流れる場合、帯域制御のレートをD/2以下とするように帯域制御を行うステップ
を更に具備する。
本発明の帯域制御方法は、(e1)アクセスポイント数に基づいて優先トラヒックの帯域Vを決定するステップ
を更に具備する。
本発明のプログラムは、上記の帯域制御方法をコンピュータに実行させる。
一箇所のノードで非優先のデータトラヒックへの帯域制御を行うことで、ノードを通過する非優先トラヒックの合計が帯域制御のレート以下に抑えられるため、ボトルネックを解消することができ、優先トラヒックへの帯域を確保できるようになる。また、外部へのルートが一箇所となっているため、帯域制御を行うノードは一箇所だけで済み、容易に実施できる。
本発明は、一つのポータル(有線ネットワークと無線ネットワークの接続点)から構成される無線LANマルチホップネットワークにおいて、ネットワーク内にあるアクセスポイント(AP)の数からVoIPトラヒック量を推定し、トラヒックが集中するノードにおいて帯域制御を行うことで、ネットワーク内を流れるデータトラヒックをVoIPトラヒックへ影響を与えないようにコントロールする方法である。
以下に本発明の第1実施形態について添付図面を参照して説明する。
本発明のネットワークトポロジー(Network Topology)は図1に示す。図1を参照すると、無線LANマルチホップネットワークは、ポータルノード(P)100と、アクセスポイント(AP)200と、アクセスポイント(AP)300を備える。
ポータルノード(P)100は、アクセスポイント(AP)200と無線によって通信する。また、外部ネットワークと有線又は無線によって通信する。
アクセスポイント(AP)200には、VoIP端末V11〜V1x(xは任意)、データ端末D11〜D1x、及びアクセスポイント(AP)300が接続する。アクセスポイント(AP)300には、VoIP端末V21〜V2x、データ端末D21〜D2xが接続する。ポータルノード(P)100−アクセスポイント(AP)200間、アクセスポイント(AP)200−アクセスポイント(AP)300間、及び各アクセスポイント(AP)に接続している端末間は、無線によって通信する。
図2に、ポータルノード(P)100の基本構成を示す。
ポータルノード(P)100は、入力リンク101と、パケット処理部102と、優先キュー103と、非優先キュー104と、帯域制御部105と、出力リンク106と、アクセスポイント(AP)カウント管理部107を備える。
入力リンク101は、アクセスポイント(AP)から無線によってパケットを受信する。パケット処理部102は、送信予定のパケットを優先キュー103又は非優先キュー104に振り分ける。優先キュー103は、優先的に送信するパケットを格納する。非優先キュー104は、優先的に送信する必要のないパケットを格納する。帯域制御部105は、非優先トラヒックに対して帯域制御を行う。すなわち、非優先キュー104に格納されたパケットの種類毎に、使用できる回線容量(通信速度)を制限する。このとき、最適な帯域制御のレートは、優先トラヒックに必要な帯域とネットワークでボトルネックリンクの帯域から設定する。出力リンク106は、優先キュー103又は非優先キュー104に格納されたパケットを、無線によってアクセスポイント(AP)にパケットを送信する。アクセスポイント(AP)カウント管理部107は、下流に接続するアクセスポイント(AP)の数を管理する。本実施形態では、ポータルノード(P)100はアクセスポイント(AP)機能を持つが、アクセスポイント(AP)機能を持たない場合もある。
ここで、最適な帯域制御のレート、すなわち設定するレートDの最大値は、ボトルネックリンクとなるポータルノード(P)−アクセスポイント(AP)200間の帯域をB、優先トラヒックの帯域をVとすると、B≧V+Dという制約条件より、D≦B−Vとなる。但し、無線LANは半二重通信であるため、非優先トラヒックがネットワークを双方向に流れる場合、設定レートはその半分であるD/2以下が基準となる。なお、優先トラヒック用に確保された帯域Vはアクセスポイント(AP)カウント管理部107が保持するアクセスポイント(AP)数によって決まる。
図1に示されているアクセスポイント(AP)200,アクセスポイント(AP)300は、図1中に示しているとおり、複数の送受信部を備える。例えば、アクセスポイント(AP)200は無線通信部201、202、203を備える。アクセスポイント(AP)300は無線通信部301,302,303を備える。アクセスポイント(AP)200,アクセスポイント(AP)300は、複数の無線通信部を備えること以外は標準的なアクセスポイント(AP)の構成と同様である。
ここでは、無線通信部201は、VoIP端末V11〜V1xと無線によって通信する。無線通信部202は、ポータルノード(P)100と無線によって通信する。無線通信部203は、無線通信部301及びデータ端末D11〜D1xと無線によって通信する。同様に、無線通信部301は、VoIP端末V21〜V2xと無線によって通信する。無線通信部302は、無線通信部201と無線によって通信する。無線通信部303は、データ端末D21〜D2xと無線によって通信する。
以下に、本実施形態の動作について説明する。
ここで、図1に示すネットワークにおいては、アクセスポイント(AP)300に接続したデータ端末D21,VoIP端末V21から送信された外部宛てのパケットpd1,pv1は、アクセスポイント(AP)300、アクセスポイント(AP)200を経由しポータルノード(P)100へ到達する。
図3に、ポータルノード(P)100でのパケット送出手順を示す。
(1)ステップS101
ポータルノード(P)100は、パケットの送信処理を開始する。
(2)ステップS102
ポータルノード(P)100は、優先キュー103にパケットが存在するかどうか確認する。
(3)ステップS103
ポータルノード(P)100は、優先キュー103にパケットが存在していれば、優先キュー103のパケットを送信する。
(4)ステップS104
ポータルノード(P)100は、優先キュー103にパケットが存在していなければ、非優先キュー104にパケットが存在するかどうか確認する。
(5)ステップS105
ポータルノード(P)100は、非優先キュー104にパケットが存在していれば、非優先トラヒックの送信レートが帯域制限値(帯域制御のレート)以下であるかどうか確認する。
(6)ステップS106
ポータルノード(P)100は、前記非優先トラヒックの送信レートが帯域制限値以下であれば、非優先キュー104のパケットを送信する。
(7)ステップS107
ポータルノード(P)100は、非優先キュー104にパケットが存在していない場合、又は、前記非優先トラヒックの送信レートが帯域制限値以下でない場合は、パケットの送信処理を終了する。
従って、ポータルノード(P)100でのパケット送出手順では、まず、優先トラヒックに属するpv1が優先的に外部ネットワークへ転送される。一方、非優先トラヒックのpd1は、優先トラヒックのキューが空、且つ、現在の非優先トラヒックの送信レートが帯域制御レート以下である場合、外部ネットワークへ転送される。そのため、データ端末D1の送信レートは、ポータルノード(P)100での転送レートに自動的に律速される。データを送信する端末が増えた場合でも、データ端末全体の送信レートは帯域制御のレートに律速される。すなわち、データ端末D1の送信レートは、ポータルノード(P)100での転送レートにより決定され、データ端末全体の送信レートは帯域制御のレートにより決定される。
また、同様に外部から入ってくるトラヒックに対しても同様のことが行われる。
以下に本発明の第2実施形態について説明する。
本発明の第1実施形態では、ポータルノード(P)100が帯域制御を行ったが、他にもアクセスポイント(AP)や、有線側にある外部ノードで行う場合も考えられる。例えば、アクセスポイント(AP)カウント管理部107を持つノードは、ポータルノード(P)100に限らず、アクセスポイント(AP)200又はアクセスポイント(AP)300でも良い。
また、TCPフローでなくても輻輳制御を持つ通信に対して有効である。例えば、本発明は、一つのポータルを持つネットワークにおける輻輳回避制御を持つ通信に対する制御において利用することが考えられる。
本発明の無線LANシステムは、以下の特徴を備える。
(1)一つのポータルを持つ無線LANマルチホップシステムにおいて、非優先トラヒックに対して帯域制御を行うことで、優先トラヒックの帯域を確保する。
(2)アクセスポイント(AP)数をカウントし優先トラヒックのトラヒック量を推定し、非優先トラヒックに対して帯域制御を行う。
以上のように、本発明では、一つのポータルから構成される無線LANマルチホップネットワークにおいて、ネットワークを流れるトラヒックを優先/非優先という二つのクラスに分け非優先トラヒックに対して帯域制御を行う。
無線LANマルチホップネットワークにおいては、データリンク層(第2層)の下位副層であるMAC(Media Access Control)層における再送制御があり、リアルタイムで通信量をモニタリングすることや優先トラヒックのトラヒック量を正確に求めることが難しい。本発明では、接続するアクセスポイント(AP)数をカウントすることで、確保すべき優先トラヒックの帯域を正確に求めることができる。また、使用するVoIPコーデックによらずアクセスポイント(AP)数だけで動作することが可能となる。
本発明では、非優先トラヒック対象となるデータトラヒックの多くが輻輳回避機能を持つTCP通信であり、外部との通信が主であることに着目した。規制対象となる非優先トラヒックに対してトラヒックが集中するノード一箇所において帯域制御を行うことで、非優先トラヒックのトラヒック量を一定以下に抑えることが可能となる。
それにより、優先トラヒックに対しての帯域を確保が可能となり、複数のノードでの帯域制御といった動作が不要でより簡単にネットワークを流れるトラヒック量をコントロールできる。一つのポータルを持つ無線LANマルチホップネットワークにおいては、外部とのTCPフローは共通のリンクを通るため、この手法には効果がある。
図1は、本発明のネットワークトポロジーを示す概念図である。 図2は、ポータルノード(P)の基本構成を示すブロック図である。 図3は、本発明の動作を示すフローチャートである。
符号の説明
100… ポータルノード(P)
101… 入力リンク
102… パケット処理部
103… 優先キュー
104… 非優先キュー
105… 帯域制御部
106… 出力リンク
107… アクセスポイント(AP)カウント管理部
200,300… アクセスポイント(AP)
201,202,203,301,302,303… 無線通信部

Claims (9)

  1. 優先トラヒックのキューである優先キューと、
    非優先トラヒックのキューである非優先キューと、
    前記非優先キューに接続され、無線LANマルチホップネットワーク内で前記非優先トラヒックに対して帯域制御を行い前記優先トラヒックの帯域を確保する帯域制御部と
    前記無線LANマルチホップネットワーク内で下流に接続するアクセスポイント数をカウントし管理するカウント管理部
    を具備し
    前記帯域制御部は、前記アクセスポイント数に基づいて前記優先トラヒックのトラヒック量を推定し前記非優先トラヒックに対して帯域制御を行う
    ネットワーク管理装置。
  2. 請求項1に記載のネットワーク管理装置において、
    前記帯域制御部は、前記アクセスポイント数に基づいて優先トラヒックの帯域Vを決定する
    ネットワーク管理装置。
  3. 請求項1又は2に記載のネットワーク管理装置において、
    前記帯域制御部は、帯域制御のレートD、ボトルネックリンクの帯域B、及び優先トラヒックの帯域Vについて、D≦B−Vとなるように帯域制御を行う
    ネットワーク管理装置。
  4. 請求項3に記載のネットワーク管理装置において、
    前記帯域制御部は、前記非優先トラヒックがネットワークを双方向に流れる場合、前記帯域制御のレートをD/2以下とするように帯域制御を行う
    ネットワーク管理装置。
  5. ータルノードが、パケットの送信処理を開始した時に、優先キューにパケットが存在するかどうか確認するステップと、
    記優先キューにパケットが存在していれば、前記ポータルノードが、前記優先キューのパケットを送信するステップと、
    記優先キューにパケットが存在していなければ、前記ポータルノードが、非優先キューにパケットが存在するかどうか確認するステップと、
    記非優先キューにパケットが存在していれば、前記ポータルノードが、前記非優先トラヒックの送信レートが帯域制御のレート以下であるかどうか確認するステップと、
    記非優先トラヒックの送信レートが前記帯域制御のレート以下であれば、前記ポータルノードが、前記非優先キューのパケットを送信するステップと、
    記非優先キューにパケットが存在していない場合、又は、前記非優先トラヒックの送信レートが前記帯域制御のレート以下でない場合、前記ポータルノードが、パケットの送信処理を終了するステップと
    下流に接続するアクセスポイント数をカウントし管理するステップと、
    前記アクセスポイント数に基づいて優先トラヒックのトラヒック量を推定し非優先トラヒックに対して帯域制御を行うステップと
    を具備する
    帯域制御方法。
  6. 請求項5に記載の帯域制御方法において、
    前記アクセスポイント数に基づいて優先トラヒックの帯域Vを決定するステップ
    を更に具備する
    帯域制御方法。
  7. 請求項6又は7に記載の帯域制御方法において、
    記帯域制御のレートD、ボトルネックリンクの帯域B、及び優先トラヒックの帯域Vについて、D≦B−Vとなるように帯域制御を行うステップ
    を更に具備する
    帯域制御方法。
  8. 請求項7に記載の帯域制御方法において、
    記非優先トラヒックがネットワークを双方向に流れる場合、前記帯域制御のレートをD/2以下とするように帯域制御を行うステップ
    を更に具備する
    帯域制御方法。
  9. 請求項5乃至8のいずれか一項に記載の帯域制御方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
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