JP4989512B2 - 管理装置及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、管理装置との間で制御手順を行ってデータ通信を開始する第一の端末と、前記制御手順を行わずデータ通信を開始する第二の端末とが混在する通信システムにおける管理装置及びその制御方法に関する。
従来、映像などのストリーミング通信を行う際に、伝送路に充分な帯域を確保できるか否かを確認する方法として、以下のような方法がある。
一つ目としては、伝送路状態を測定するための試験パケットを送信する方法(例えば、特許文献1、2参照)がある。
二つ目としては、基地局やスイッチなどが管理する伝送路状態の情報を取得する方法がある。例えば、無線LANの場合、IEEE 802.11eに規定されているQBSS LoadのAvailable Admission Capacityの値を取得することである。このQBSS Loadは、無線LANアクセスポイントが管理している情報であり、ビーコン(beacon)やプローブ応答に記載することが規定されている。無線LAN端末は、ビーコンやプローブ応答を受信することにより、残存無線媒体(medium)量を知ることができる。
また、二つ目の方法の変形としては、例えば、無線LANの場合、IEEE 802.11eに規定されているADDTS(add Traffic Stream)の手順がある。このADDTSの手順は、以下のようになっている。
まず、無線LAN端末が平均速度などのトラヒックストリーム属性を含む要求を無線LANアクセスポイントに対して送出する。アクセスポイントは、無線媒体を管理しているので、状況に応じて、端末からの要求に肯定応答したり、否定応答したり、帯域削減応答したりする。肯定応答の場合、端末は、帯域が確保されたものとして、自身で伝送路の状態を測定することなく、通信を開始できる。
特開2004-236316号公報 特開2006-279660号公報
しかしながら、“帯域を要求する端末”と、“帯域を要求することなくストリーミング通信を行う端末”とが混在する場合がある。その場合、以下の問題が生じる。
帯域要求の手順を行わない端末が試験手順を開始し、その後、コンテンツ通信を行う。このとき、基地局は、一定の帯域を必要とする通信が行われていることを認識してない。次に、帯域要求手順を行う端末が帯域を要求すると、基地局は帯域を割り当てる。ここで、もし帯域要求を行った通信が優先制御の順位が高い通信であれば、帯域要求を行わない通信が影響を受けてしまう。その結果、試験手順が全くの無駄となってしまう。
また、もし帯域要求を行わない通信と帯域要求を行う通信の優先制御の順位が同じで、それぞれの通信帯域の和が伝送路の帯域を超えるような場合、両方の通信が影響を受けてしまう。
本発明は、データ通信のタイプが異なる端末が混在する通信システムにおける通信効率を向上させることを目的とする。
本発明は、管理装置にデータ通信の通信帯域を要求するための帯域要求手順を行ってデータ通信を開始する第一の端末と、前記帯域要求手順を行わずに通信路を測定するための試験手順を実行し、該試験手順の結果に応じてデータ通信を行う第二の端末とが混在する通信システムにおける管理装置であって、前記第二の端末による前記試験手順の開始を認識する認識手段と、前記認識手段により認識された前記試験手順後のデータ通信に使われる通信帯域を推定する推定手段と、前記認識手段により認識された前記試験手順の最中に前記第一の端末から前記帯域要求手順により通信帯域が要求された場合、前記推定手段により推定された通信帯域と前記第一の端末から前記帯域要求手順により要求された通信帯域とに応じて、前記第一の端末に前記要求に対する応答を送信する送信手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、管理装置にデータ通信の通信帯域を要求するための帯域要求手順を行ってデータ通信を開始する第一の端末と、前記帯域要求手順を行わずに通信路を測定するための試験手順を実行し、該試験手順の結果に応じてデータ通信を行う第二の端末とが混在する通信システムにおける管理装置の制御方法であって、認識手段が、前記第二の端末による前記試験手順の開始を認識する認識工程と、推定手段が、前記認識工程において認識された前記試験手順後のデータ通信に使われる通信帯域を推定する推定工程と、送信手段が、前記認識工程において認識された前記試験手順の最中に前記第一の端末から前記帯域要求手順により通信帯域が要求された場合、前記推定工程において推定された通信帯域と前記第一の端末から前記帯域要求手順により要求された通信帯域とに応じて、前記第一の端末に前記要求に対する応答を送信する送信工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、データ通信のタイプが異なる端末が混在する通信システムにおける通信効率を向上させることができる。
以下、図面を参照しながら発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
<実施形態1>
図1は、実施形態1における通信システムの構成の一例を示す図である。図1において、101は主導的な制御を行う管理装置である。102はアクセスポイント(AP)である。尚、管理装置101とAP102は、一体に構成されても良く、別筐体で構成されても良い。何れにしても、管理装置101はAP102の情報を把握できるものとする。
103及び105は共に端末であり、管理装置101に対して帯域要求手順を行う端末である。この端末103及び105をそれぞれSTA1及びSTA3とも表記する。
104、106及び107は共に端末であり、管理装置101に対して帯域要求手順を行わず、試験手順を行う端末である。これらの端末104、106及び107をそれぞれSTA2、STA4及びSTA5とも表記する。
次に、AP102とローカルバスで接続され、別筐体で構成されている場合の管理装置101の構成要素を、図2を用いて説明する。
図2は、実施形態1における管理装置の構成を示すブロック図である。図2において、CPU201は後述するプログラムやパラメータに従って管理装置101全体を制御する。ROM202は変更を必要としないプログラムやパラメータなどを格納するための半導体メモリである。RAM203は、外部装置などから供給される各種プログラムやデータを一時記憶するためのメモリである。
記憶装置204は、管理装置101で実行されるべきアプリケーションプログラムなどを格納する。この記憶装置204は、例えば管理装置101に固定して設置されたハードディスク(HDD)やメモリカードによって構成される。また、記憶装置204は、管理装置101から着脱可能なフレキシブルディスク(FD)やコンパクトディスク(CD)又はDVDなどの光ディスク、磁気カード、光カード、ICカード、メモリカードなどを含んでも良い。
表示装置205は、例えば液晶ディスプレイで構成され、管理装置101を搭載した装置の保持するデータや供給されたデータなどを表示する。206は操作卓であり、ポインティングデバイスやキーボードなどによって構成される。
尚、上述した各構成要素はバス207に接続されており、バス207にはAP102も接続されている。
以上の構成において、管理装置101との間で制御手順を行う第一の端末と、制御手順を行わずに測定を行い、その結果に応じてストリームを開始する第二の端末とが混在する通信システムの動作を説明する。ここで、制御手順とは、データ通信に必要な帯域を要求する帯域要求手順(通信品質を確立する通信品質確立手順)である。また、通信品質とは、少なくとも通信の平均速度、最大速度及び最小速度の1つである。
尚、第一の端末は、管理装置101との間で制御手順を行った後に、データ通信を行う端末103(STA1)及び端末105(STA3)である。また、第二の端末は、伝送路の測定を行った後、その結果に応じてデータ通信を行う端末104(STA2)、端末106(STA4)及び端末107(STA5)である。
図3及び図4は、実施形態1における管理装置101の処理手順を示すフローチャートである。尚、以下の説明では、管理装置101とAP102とは密接に接続されており、管理装置101の処理手順とAP102の処理手順とを明確に区別していない。つまり、AP102が認識したことはそのまま管理装置101が認識するものとする。
尚、管理装置101は、初期化処理が済んでいるものとする。ここで、初期化処理とは、例えば“試験手順を行っている端末が存在するかを示す状態変数”を「試験手順前」という値に設定すること、などである。また、STA1〜STA5の各端末は、AP102とのアソシエート処理(接続処理)が済んでいるものとする。
上述の初期化処理が終わると、管理装置101は利用者の操作や端末からの要求などのイベントを待つ状態になり(S300)、イベントが発生するのを監視する(S301)。ここで、システム内のSTA2が試験手順を開始したとする。AP102は、全ての通信パケットをキャプチャしているので、キャプチャイベントが発生したと判断して管理装置101に通知する。
この段階では、管理装置101は、試験手順やコンテンツ通信についての情報を備えていないので、S302及びS305の判断が何れも“NO”となり、キャプチャデータを解析するために保持する(S306)。ここで、管理装置101は、この試験手順でやり取りされるパケットを、所定の期間だけ、又は所定の量だけ、保持する動作を継続する。その後、記憶容量の空きがなくなると、保持動作を停止するか、上書きを行う。
次に、STA2がコンテンツ通信として、ストリーミングを開始する。ストリーミング通信には、長さが一定でTCPやUDPの決まったポートを使用するという傾向がある。ここで、試験手順とコンテンツ通信において、送信元と宛先の組み合わせは同じである。よって、ある時間内に発生する、ある規則性を備えるふたつの通信は、“初めが伝送路を測定する試験手順で、後に続くのがコンテンツ通信である”とみなすことができる。
そこで、試験手順の規則性を図9に示すように登録していく。この場合の規則性とは、図9に示す902〜906であり、907は規則性を解析した解析結果である。この例では、Ethernet(登録商標)タイプ902、TCP/UDPポート903、固有パターン(ペイロードの固定位置の固定値)904、最低繰り返し回数905、繰り返しタイミング906に基づいて解析する。
図9に示す最初のパターンについて具体的に説明する。これは、Ethernet(登録商標)タイプ902が0xABCD、固有パターン904が02、最低繰り返し回数が80回、繰り返しタイミング906が1ミリ秒以内、後続のコンテンツ通信パターン907がUDP通信であることを示している。そして、一連の通信を一つのパターンとみなしたことを示している。これがS306での具体的な処理である。
ここで図3に戻る。この段階では、試験手順と、その後のコンテンツ通信が何回か実行され、図9に示すように、パターンが登録されているとする。このとき、STA2が試験手順を始めると、管理装置101はこれが試験手順であると判断し(S302のYES)、初期状態とは異なる制御、即ち保護タイマを開始する(S303)。そして、システムの状態を管理する状態変数を「保護タイマ起動中」とし、イベント待ちの定常状態に戻る(S300)。
次に、STA1がSTA3と通信するために、帯域要求の手順を開始したとする。これにより、管理装置101は、S301でイベント発生と認識し、帯域要求なので、図4に示すS401で、システムの状態変数を確認する。この場合は、先にSTA2が試験手順を始めているので、状態変数は「保護タイマ起動中」となっている。よって、S402へ進み、試験手順を行っている端末が後に行う通信の帯域の推定を試みる。管理装置101が、後に続くコンテンツ通信が実際にどんな通信を行うのかわからない場合は、S406へ進む。このS406では、管理装置101はSTA1の帯域要求に対して、拒否応答を返す。
このようにして、STA2が試験手順中の場合、STA1からの帯域要求が拒否されるので、STA2のコンテンツ通信が円滑に行われることになる。
次に、管理装置101の別の動作について説明する。この別の動作は、上述のS402で、管理装置101がコンテンツ通信の使用帯域を推定できる場合である。例えば、試験手順が図9に示すインデックス901の2で、必ず20Mbpsのストリーム通信が行われることがわかっていれば、S403へ進む。
つまり、無線媒体の残存帯域が30Mbpsであれば、後に続くコンテンツ通信を考慮した残存帯域は、30Mbps−20Mbpsの10Mbpsとなる。従って、この残存帯域が、STA1が要求する帯域よりも大きい場合は、帯域要求に対して肯定応答する(S404)。
また、STA1が要求する帯域が12Mbpsであれば、要求を受け入れることができないので、例えば“10Mbpsは割り当て可能”という内容の削減応答を行う(S405)。
ここまでが、管理装置101の処理手順である。続いて、端末側の処理手順を説明する。図5は、帯域要求手順を行う端末群の処理手順を示すフローチャートである。尚、端末群のSTA1及びSTA3の構成は、管理装置101の構成と基本的には同じである。
まず、管理装置101の処理手順で説明したように、イベント待ちの状態(S500)で開始する。そして、イベントを検出すると(S501)、イベントの内容によって分岐する。
利用者からのコンテンツ通信開始指示のイベントは、STA1がストリーミングなどの通信開始を指示したときに発生する。STA1では、利用者が開始を指示した通信が必要とする帯域を確保する手順を行う。即ち、S502でAP102に帯域要求を送信する。この例では、管理装置101はAP102と一体に構成されているので、AP102への要求は管理装置101への要求と同義である。端末側から見ると、帯域要求は、あくまでAP102に対して行っているが、システム側で見ると、管理装置101がAP102を介して応答していることになる。そして、STA1は、AP102からの応答を待つ。
次に、S501で、イベントがAP102からの制御情報の受信であれば、STA1はその内容を判断する(S503)。判断の結果、制御情報がAP102からの帯域要求に対する肯定応答であれば、コンテンツ通信を開始する(S504)。しかし、制御情報がAP102からの帯域要求に対する削減応答や拒否応答であれば、その旨を利用者に理解できるように表示し、利用者に対して、次の操作を促す(S505)。
ここで、利用者から次の操作として「帯域削減受け入れ」が指示されると、STA1は指示された以前よりは削減した帯域の値を設定する(S506)。そして、その値で帯域要求を送信し直す(S502)。
また、利用者からの指示が「コンテンツ通信キャンセル」であれば、STA1はコンテンツ通信のために準備していた資源の解放などの処理を行う(S507)。
図6は、帯域要求手順を行わない端末群の処理手順を示すフローチャートである。尚、端末群のSTA2、STA4及びSTA5でも、管理装置101やSTA1と同じようにイベント待ちとなっている。
まず、イベント待ちの状態(S600)で開始する。そして、イベントを検出すると(S601)、イベントの内容によって分岐する。
イベントが「利用者からの試験手順開始指示」であれば、STA2は、試験パケットの送信を開始する(S602)。この例では、例えばSTA2からSTA4へ試験パケットが送信される。試験パケットで測定する項目は、STA2とSTA4間のエンド・エンドのスループット、遅延、ジッタ、エラーなどである。ここで、試験手順を更に詳しく説明する。
STA2からSTA4へ、予め決めておいた形式のパケットを送信すると、STA4が応答する。尚、これらの送受信パケットには、タイムスタンプが含まれており、STA2はRTT(Round Trip Time)からスループットや遅延、ジッタを計算可能に構成されている。また、シーケンス番号が含まれており、STA2は、パケット損失率、即ちエラー率を知ることができる。
この試験パケットにSTA4が応答すると、イベントが「試験パケットへ応答」となり、スループットの表示などを行う(S603)。
図10は、スループット表示の具体例を示す図である。図10に示す横軸に時間、縦軸にスループット(単位はMbps)となるように、測定する度にプロットする。この例では、高解像度映像(HDTV)に適したスループットが、標準解像度映像(SDTV)に適したスループットが確保できるかを利用者が判定できるように表示している。
ここで図6に戻り、イベントが「利用者からの通信開始指示」の場合、コンテンツ通信を開始する(S604)。
以上のように、STA2が開始する試験手順を帯域要求の手順と同等なものとして扱うことができるので、通信品質を向上させ、システムに収容できる端末の種類が多くなり、使い勝手が良くなる。
<実施形態2>
次に、図面を参照しながら本発明に係る実施形態2について詳細に説明する。実施形態2では、帯域要求を行わない端末107であるSTA5を新たに加えて、本発明の趣旨を改めて説明する。尚、実施形態1で説明した部分については、その説明を省略する。
図7は、複数の端末と管理装置との通信を示すシーケンス図である。各端末の処理手順をまとめたものである。尚、符号101〜107は、図1に示す通信システムに対応するものである。
まず、初期状態として、STA1〜STA5の5つの端末がAP102にアソシエートしており、互いに通信できるようになっている。この状態で管理装置101が本システムで通信されるパケットの監視を開始する(701)。ここで、「監視」とは、パケットをキャプチャしてパケットフォーマットを認識することである。
次に、STA2がSTA4との間で、伝送路の状態を測定するために、試験手順を開始する(702)。この試験手順を実行中、STA2はその結果を画面に表示する。例えば、スループットを折れ線グラフの形にし、図10に示すようにリアルタイムで表示する。STA2の利用者は、このグラフから、所望のコンテンツ通信のために充分な帯域を確保できるか否かを判断できる。ここで、利用者が充分なスループットが得られると判断すれば、コンテンツ通信を行う(703)。
同時に、管理装置101は、試験手順とその後、コンテンツ通信が続くことを解析し、図8に示すデータベースに記録する(704)。尚、試験手順が行われているか否かは、キャプチャしたパケットのフォーマットにより判断する。また、コンテンツ通信が行われているか否かは、IPフレームのポート番号と送信の時間間隔により判断する。
図8は、パケットのキャプチャと解析のデータベースを示す図である。図8の(A)はEthernet(登録商標)タイプがベンダ固有の場合であり、図8の(B)はEthernet(登録商標)タイプがIPのときである。このデータベースには、フレーム番号801、タイムスタンプ802、送信元アドレス803、宛先アドレス804、Ethernet(登録商標)タイプ805、ペイロードタイプ806が記録される。また、IPのときには、送信元IP807、宛先IP808、TCP/UDPポート809が更に含まれる。
その後、STA2が、今度はSTA5と試験手順を開始する(705)。試験手順は、STA4との間で実行したときと同じであるとする。
管理装置101は、キャプチャし、過去に試験手順であると判定したパケットのフォーマットと同じであるか否かを解析する。解析結果が同じであれば、この時点で管理装置101は、次にコンテンツ通信が実行されるであろうことを予測する。
そして、保護タイマに初期値をセットして計時を開始する(706)。この保護タイマの初期値は、試験手順が終了してからコンテンツ通信が開始されるまでの統計値である。統計値としては、平均或いは最大を用いる。
このタイマが有効である間に、STA1がSTA3と通信を行うために、帯域要求手順を起動したとする(707)。ここで、管理装置101は、帯域要求の手順をAP102と協調して行っている。よって、管理装置101は、STA1からの帯域要求を受ける。このとき、管理装置101は、STA2が試験手順を開始したことを認識しているので、他の端末には帯域を割り当てないように制御する。つまり、この帯域要求に対して拒否で応答する(708)。
続いて、STA2とSTA5の間でコンテンツ通信が開始される(709)。ここで、管理装置101がコンテンツ通信を認識すると、保護タイマを継続する(710)。
実施形態1、2では、管理装置101とAP102が一体に構成されていたが、別筐体であっても良い。
その場合、管理装置はEthernet(登録商標)のような有線インタフェースを備える場合と、無線LANのように無線インタフェースを備える場合とがある。何れにしても、管理装置とAPの間で一体型と同じような制御情報のやり取りが行われる。
また、APが複数存在しても良い。その場合、管理装置とAPが一体型であれば、管理装置が複数存在することになる。そのような場合でも、管理装置間で調整を行うことで、本発明の特徴的な制御を実行することができる。
以上説明した実施形態によれば、システムに種々の端末を収容した場合にも、使い勝手が良くなる。また、管理装置を介さずに端末間が独自に行う手順を無駄にせず、伝送路を有効に活用することができる。
尚、本発明は複数の機器(例えば、ホストコンピュータ,インターフェース機器,リーダ,プリンタなど)から構成されるシステムに適用しても、1つの機器からなる装置(例えば、複写機,ファクシミリ装置など)に適用しても良い。
また、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記録媒体を、システム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ(CPU若しくはMPU)が記録媒体に格納されたプログラムコードを読出し実行する。これによっても、本発明の目的が達成されることは言うまでもない。
この場合、コンピュータ読み取り可能な記録媒体から読出されたプログラムコード自体が前述した実施形態の機能を実現することになり、そのプログラムコードを記憶した記録媒体は本発明を構成することになる。
このプログラムコードを供給するための記録媒体として、例えばフレキシブルディスク,ハードディスク,光ディスク,光磁気ディスク,CD−ROM,CD−R,磁気テープ,不揮発性のメモリカード,ROMなどを用いることができる。
また、コンピュータが読出したプログラムコードを実行することにより、前述した実施形態の機能が実現されるだけでなく、次の場合も含まれることは言うまでもない。即ち、プログラムコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているOS(オペレーティングシステム)などが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理により前述した実施形態の機能が実現される場合である。
更に、記録媒体から読出されたプログラムコードがコンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込む。その後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるCPUなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理により前述した実施形態の機能が実現される場合も含まれることは言うまでもない。
実施形態1における通信システムの構成の一例を示す図である。 実施形態1における管理装置の構成を示すブロック図である。 実施形態1における管理装置101の処理手順を示すフローチャートである。 帯域要求手順を行う端末群の処理手順を示すフローチャートである。 帯域要求手順を行わない端末群の処理手順を示すフローチャートである。 複数の端末と管理装置との通信を示すシーケンス図である。 パケットのキャプチャと解析のデータベースを示す図である。 試験手順のフォーマットを登録するテーブルの構成を示す図である。 スループット表示の具体例を示す図である。
符号の説明
101 管理装置
102 アクセスポイント(AP)
103 端末(STA1)
104 端末(STA2)
105 端末(STA3)
106 端末(STA4)
107 端末(STA5)
201 CPU
202 ROM
203 RAM
204 記憶装置
205 表示装置
206 操作卓
207 バス

Claims (7)

  1. 管理装置にデータ通信の通信帯域を要求するための帯域要求手順を行ってデータ通信を開始する第一の端末と、前記帯域要求手順を行わずに通信路を測定するための試験手順を実行し、該試験手順の結果に応じてデータ通信を行う第二の端末とが混在する通信システムにおける管理装置であって、
    前記第二の端末による前記試験手順の開始を認識する認識手段と、
    前記認識手段により認識された前記試験手順後のデータ通信に使われる通信帯域を推定する推定手段と、
    前記認識手段により認識された前記試験手順の最中に前記第一の端末から前記帯域要求手順により通信帯域が要求された場合、前記推定手段により推定された通信帯域と前記第一の端末から前記帯域要求手順により要求された通信帯域とに応じて、前記第一の端末に前記要求に対する応答を送信する送信手段と、
    を有することを特徴とする管理装置。
  2. 前記推定手段は、前記試験手順の特性に基づいて、前記試験手順後のデータ通信に使われる通信帯域を推定することを特徴とする請求項1に記載の管理装置。
  3. 前記送信手段は、前記要求に対する肯定応答、割り当てることができる通信帯域を示す応答、又は前記要求に対する拒否応答を送信することを特徴とする請求項1に記載の管理装置。
  4. 前記帯域要求手順は、少なくとも通信の平均速度、最大速度及び最小速度の何れか1つを確立する手順であることを特徴とする請求項1に記載の管理装置。
  5. 管理装置にデータ通信の通信帯域を要求するための帯域要求手順を行ってデータ通信を開始する第一の端末と、前記帯域要求手順を行わずに通信路を測定するための試験手順を実行し、該試験手順の結果に応じてデータ通信を行う第二の端末とが混在する通信システムにおける管理装置の制御方法であって、
    認識手段が、前記第二の端末による前記試験手順の開始を認識する認識工程と、
    推定手段が、前記認識工程において認識された前記試験手順後のデータ通信に使われる通信帯域を推定する推定工程と、
    送信手段が、前記認識工程において認識された前記試験手順の最中に前記第一の端末から前記帯域要求手順により通信帯域が要求された場合、前記推定工程において推定された通信帯域と前記第一の端末から前記帯域要求手順により要求された通信帯域とに応じて、前記第一の端末に前記要求に対する応答を送信する送信工程と、
    を有することを特徴とする管理装置の制御方法。
  6. 請求項1乃至4の何れか1項に記載の管理装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
  7. 請求項6に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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