JP4994283B2

JP4994283B2 - ホームゲートウェイ装置およびホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法

Info

Publication number: JP4994283B2
Application number: JP2008089759A
Authority: JP
Inventors: 喬雄勝田; 信司古谷; 哲也横谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009246630A

Description

本発明は、ＩＰネットワークを介して配信される映像ストリームを制御し、映像受信端末側で再生される映像品質を向上させるホームゲートウェイ装置およびホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法に関するものである。

近年、ＩＰネットワークを介した映像配信サービスの普及が進んでいる。ＩＰネットワークを介した映像ストリーム配信は、ＩＥＴＦのＲＦＣ３５５０で標準化されているＲＴＰ(real-time transport protocol)／ＲＴＣＰ(RTP control protocol)を用いて実現されている。映像配信サーバからＲＴＰパケットを連続的に映像受信端末に送信することによって、映像ストリームが配信されるが、ＩＰネットワーク内では伝送帯域や遅延が変動するため、受信時にＲＴＰパケット損失が発生する可能性がある。

このため、映像受信端末が受信時刻やＲＴＰパケットの廃棄率をＲＲ（Receiver Report）パケットに記録し、ＲＲパケットを映像配信サーバへ通知して、映像配信サーバのレート制御に反映させる手段がＲＦＣに規定されている。しかしながら、ＲＴＣＰを用いてレート制御をおこなう手順については、ＲＦＣに規定されていない。

この問題を解決するために、以下の従来技術がある。この従来技術においては、映像受信端末から送信されるＲＴＣＰのＲＲパケットを映像配信サーバが受信する。さらに、ＲＲパケットの廃棄率からＩＰネットワーク上で発生する輻輳度合いに応じて映像配信サーバの送信レートを制御し、映像品質を向上させている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００６−０４２３３５号公報特開２００３−２４４６９５号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。図１５および図１６は、従来技術におけるＲＴＰパケットの廃棄の様子を示した説明図である。図１５に示すように、ＲＴＰパケットの廃棄は、ＩＰネットワークの輻輳によって失われた分だけでなく、アプリケーション内部の受信バッファがＲＴＰストリームであふれた分も反映される。

アプリケーション内部でのこの受信バッファあふれは、図１６に示すように、映像受信端末で他のアプリケーション処理に資源が消費され、映像受信アプリケーションに必要な資源が確保できないために発生する。

また、映像配信サーバやＩＰネットワーク内部の機器の特性により、伝送帯域がバースト的に変動することもある。この影響で、映像受信アプリケーションのバッファが、ＲＴＰパケットであふれることもある。

このため、特許文献１、２に示された技術では、実際にはアプリケーション内部の受信バッファあふれでＲＴＰパケットの廃棄が発生しているにもかかわらず、ＩＰネットワークの輻輳と見なされて、ＲＴＰパケットの送信レートが制御されてしまう。このため、結果として、必要以上に映像ストリームの配信レートが低くなり、高品質な映像が得られないという問題が発生する。

最近、宅内にＩＰネットワーク接続環境を提供するホームゲートウェイ装置の開発が進んでいる。従って、上述した問題の解決が急務である。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、ＩＰネットワークの輻輳状態によらず、映像受信端末のバッファあふれを防ぎ、受信映像の品質向上を可能とするホームゲートウェイ装置およびホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法を得ることを目的とする。

本発明に係るホームゲートウェイ装置は、外部ネットワークに接続された映像配信サーバからホームネットワークに接続された映像受信端末へ映像ストリームを送信する際に、外部ネットワークおよびホームネットワークとの通信を中継するホームゲートウェイ装置であって、映像受信端末から映像配信サーバへ定期的に送信される映像ストリーム受信結果パケットを監視し、映像ストリーム受信結果パケットに含まれる映像受信端末で受信された映像ストリームを特定するための第１の識別子、受信パケット数、および廃棄パケット数を取得し、取得したデータと今回取得したデータから廃棄率を算出するＲＴＣＰ監視機能部と、映像受信端末へ映像ストリームを送信するために映像配信サーバから連続して送信されるＲＴＰパケットを一時的にバッファリングするバッファと、ＲＴＰパケットを監視し、ＲＴＰパケットに対応する映像ストリームを特定するための第２の識別子を取得するとともに、ＲＴＣＰ監視機能部から第１の識別子および廃棄率を取得し、第１の識別子と第２の識別子が一致することにより廃棄率を現在送信中のＲＴＰパケットの廃棄率と特定し、特定した廃棄率が所定閾値以上のときは、バッファから映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートを下降させる通知を出力するＲＴＰ識別機能部と、出力レートを下降させる通知および廃棄率を受け取り、廃棄率に応じて、バッファから映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートをシェーピングするトラヒック制御機能部とを備えるものである。

また、本発明に係るホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法は、外部ネットワークに接続された映像配信サーバからホームネットワークに接続された映像受信端末へ映像ストリームを送信する際に、外部ネットワークおよびホームネットワークとの通信を中継するホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法であって、映像受信端末から映像配信サーバへ定期的に送信される映像ストリーム受信結果パケットを監視し、映像ストリーム受信結果パケットに含まれる映像受信端末で受信された映像ストリームを特定するための第１の識別子、受信パケット数、および廃棄パケット数を取得し、取得したデータと今回取得したデータから廃棄率を算出するステップと、映像受信端末へ映像ストリームを送信するために映像配信サーバから連続して送信されるＲＴＰパケットを監視し、ＲＴＰパケットに対応する映像ストリームを特定するための第２の識別子を取得するとともに、第１の識別子および廃棄率を取得し、第１の識別子と第２の識別子が一致することにより廃棄率を現在送信中のＲＴＰパケットの廃棄率と特定し、特定した廃棄率が所定閾値以上のときは、ＲＴＰパケットを一時的にバッファリングするバッファから映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートを下降させる通知を出力するステップと、出力レートを下降させる通知および廃棄率を受け取り、廃棄率に応じて、バッファから映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートをシェーピングするステップとを備えるものである。

本発明によれば、宅内に接続される映像受信端末から送信される受信レポートから、映像受信端末に起因する映像ストリームの廃棄率を検出し、検出した廃棄率に応じて映像ストリームの出力をシェーピングすることによって、ＩＰネットワークの輻輳状態によらず、映像受信端末のバッファあふれを防ぎ、受信映像の品質向上を可能とするホームゲートウェイ装置およびホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法を得ることができる。

以下、本発明のホームゲートウェイ装置およびホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるホームゲートウェイ装置を含むネットワーク構成を示した図である。図１において、ホームゲートウェイ装置１は、宅内に設置され、光ファイバや電話線を通じて、外部ネットワーク（ＩＰネットワーク）１１に接続されている。

また、ホームゲートウェイ装置１は、宅内のネットワーク（ホームネットワーク）１２を介して、映像受信端末４１と接続されている。映像配信サーバ２１から配信される映像ストリームは、外部ネットワーク１１、ホームゲートウェイ装置１、およびホームネットワーク１２を介して、映像受信端末４１へ配信される。

ここで、映像ストリームとは、映像配信サーバ２１から映像受信端末４１への連続的に送信されるＲＴＰパケット３１の流れである。映像受信端末４１は、一定時間内に受信したＲＴＰパケット３１の個数、廃棄されたＲＴＰパケット３１の個数、およびＲＴＰパケット３１の識別子をＲＴＣＰのＲＲパケット３２に記録する。そして、映像受信端末４１は、このＲＲパケット３２を映像配信サーバ２１へ送信し、以降、周期的に送信を繰り返す。

次に、本発明を実施するためのホームゲートウェイ装置１の基本形態について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるホームゲートウェイ装置１の基本形態における構成図である。ホームゲートウェイ装置１は、外部ネットワーク１１につながる機器とホームネットワーク１２につながる機器との通信を制御するために、通信制御部２、およびパケット送受信部３、４を備えている。

パケット送受信部３は、ホームゲートウェイ装置１と外部ネットワーク１１とのパケット送受信を行う。一方、パケット送受信部４は、ホームゲートウェイ装置１とホームネットワーク１２とのパケット送受信を行う。そして、通信制御部２は、ホームゲートウェイ装置１を流れる全パケットの通信制御を行う。

ここで、ホームゲートウェイ装置１の通信制御部２からパケット送受信部４へ流れる回線６１において、ＲＴＰパケットの伝送を制御するために、ＲＴＰ識別機能部６２、バッファ６３、およびトラヒック制御機能部６４を設けている。

一方、パケット送受信部４から通信制御部２へ流れる回線７１においては、映像受信端末４１から送信されるＲＴＣＰのＲＲパケット３２を監視するために、ＲＴＣＰ監視機能部７２を設けている。

ここで、ＲＴＣＰ監視機能部７２は、映像受信端末４１から送信されるＲＲパケット３２を検出した場合には、ＲＲパケット３２から第一のＳＳＲＣ、受信ＲＴＰパケット数、および廃棄パケット数Ｐを取得する。そして、前回受信したＲＲパケットの受信時刻Ｔ１、受信ＲＴＰパケット数Ｃ１、廃棄ＲＴＰパケット数Ｄ１、今回受信したＲＲパケット３２の受信時刻Ｔ２、受信ＲＴＰパケット数Ｃ２、および廃棄ＲＴＰパケット数Ｄ２を用いて、廃棄率Ｐ１を計算する。

廃棄率Ｐ１は、下式（１）によって計算できる。
Ｐ１＝（Ｄ２−Ｄ１）／（Ｃ２−Ｃ１）／（Ｔ２−Ｔ１）（１）

ＲＴＣＰ監視機能部７２は、識別子Ｓと、上式（１）にて計算した廃棄率Ｐ１を、メッセージ８１として、ＲＴＰ識別機能部６２に通知する。ＲＴＰ識別機能部６２は、ＲＴＣＰ監視機能部７２から廃棄率Ｐ１の通知を受けると、回線６１を流れるＲＴＰパケット３１から取得した第二のＳＳＲＣと比較し、同一であれば、テーブル９１に、識別子Ｓ、廃棄率Ｐ１を記録する。

図３は、本発明の実施の形態１におけるテーブル９１の構成例を示した図である。ＲＲパケット３２を受信した映像ストリームのリストと、一部の映像ストリームがシェーピングされている状態を示したものである。なお、映像ストリームの特定には、ＳＳＲＣだけでなく、映像ストリームの発信ＩＰアドレスと宛先ＩＰアドレス、およびＲＲパケットの発信ＩＰアドレスと宛先ＩＰアドレスによって特定してもよい。

次に、映像受信端末４１の受信バッファ４２でＲＴＰパケット３１があふれた場合の動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態１において、映像受信端末４１の受信バッファ４２でＲＴＰパケット３１があふれた状態を示した説明図である。また、図５は、本発明の実施の形態１において、ＲＴＰパケット３１があふれた状態でのホームゲートウェイ装置１の処理動作に関する説明図である。

図５において、映像受信端末４１は、あふれたＲＴＰパケット３１の個数Ｐとストリーム識別子ＳをＲＲパケット３２に設定し、ＲＲパケット３２をホームゲートウェイ装置１へ送信する。ホームゲートウェイ装置１にてＲＲパケット３２が受信されると、ＲＴＣＰ監視機能部７２は、廃棄率Ｐ１を計算し、ＲＴＰ識別機能部６２に通知する。

ＲＴＰ識別機能部６２は、ＲＴＣＰ監視機能部７２から通知を受けると、出力レートの下降を判断するための一連の処理を実行する。図６は、本発明の実施の形態１におけるＲＴＰ識別機能部６２がトラヒック制御機能部６４に、バッファ６３からの出力レート下降を通知するための一連の処理を示したフローチャートである。

まず始めに、ＲＴＰ識別機能部６２は、ＲＴＣＰ監視機能部７２から識別子Ｓおよび廃棄率Ｐ１を取得し、テーブル９１に記録されているデータを更新する（ステップＳ６０１）。さらに、ＲＴＰ識別機能部６２は、廃棄率Ｐ１があらかじめ設定された閾値Ｆを超過しているか否かを判断する（ステップＳ６０２）。

ＲＴＰ識別機能部６２は、ステップＳ６０２で廃棄率Ｐ１が閾値Ｆを超過していないと判断した場合には、一連の処理を終了する。一方、ＲＴＰ識別機能部６２は、ステップＳ６０２で廃棄率Ｐ１が閾値Ｆを超過していると判断した場合には、ステップＳ６０３において、閾値Ｆを超過した廃棄率Ｐ１に対応する映像ストリームをバッファ６３から出力させる際の、映像ストリームの出力レート下降をトラヒック制御機能部６４に対して通知し、一連の処理を終了する。

出力レート下降を通知するための一連の処理としては、図６のフローチャートに示した処理には限定されない。図７は、本発明の実施の形態１におけるＲＴＰ識別機能部６２がトラヒック制御機能部６４に、バッファ６３からの出力レート下降を通知するための一連の処理を示した別のフローチャートである。この図７のフローチャートでは、図６のフローチャートにおけるステップＳ６０１とＳ６０２の間に、ステップＳ７０１、Ｓ７０２の処理をさらに行っている。

まず始めに、ＲＴＰ識別機能部６２は、ＲＴＣＰ監視機能部７２から識別子Ｓおよび廃棄率Ｐ１を取得する（ステップＳ６０１）。次に、ＲＴＰ識別機能部６２は、回線６１を流れるＲＴＰパケット３１のシーケンス番号を取得する（ステップＳ７０１）。

シーケンス番号は、ＲＴＰパケット３１が１個送信されるたびにインクリメントされていく。従って、ＲＴＰ識別機能部６２は、シーケンス番号抜け回数をカウントすることによって、映像配信サーバ２１からホームゲートウェイ装置１までに抜けたＲＴＰパケットの個数、すなわち、映像配信サーバ２１からホームゲートウェイ装置１までのＲＴＰパケットの廃棄率Ｐ２を特定できる。

次に、ＲＴＰ識別機能部６２は、ステップＳ６０１で取得した廃棄率Ｐ１と、ステップＳ７０１で特定した廃棄率Ｐ２とを比較する（ステップＳ７０２）。廃棄率Ｐ１が廃棄率Ｐ２以下である場合には、ＲＴＰ識別機能部６２は、トラヒック制御機能部６４へバッファ６３からの出力レート下降を通知することなく、一連の処理を終了する。

一方、廃棄率Ｐ１が廃棄率Ｐ２よりも大きい場合には、ステップＳ６０２に進む。そして、ＲＴＰ識別機能部６２は、先の図６で説明したステップＳ６０２、Ｓ６０３の処理を実行する。すなわち、廃棄率Ｐ１が、あらかじめ設定された閾値Ｆを超過している場合には、廃棄率Ｐ１に対応する映像ストリームをバッファ６３から出力させる際の、映像ストリームの出力レート下降をトラヒック制御機能部６４に対して通知し、一連の処理を終了する。

先の図５におけるトラヒック制御機能部６４は、ＲＴＰ識別機能部６２から通知を受けると、バッファ６３から出力されるＲＴＰパケット３１をシェーピングしていく。図８は、本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部６４で行われるＲＴＰパケット３１の出力をシェーピングする方法の説明図である。

具体的には、トラヒック制御機能部６４は、バッファ６３から出力されるＲＴＰパケット３１の送出間隔１００を、送出間隔１０１へ伸ばすことによって、ＲＴＰパケット３１の出力をシェーピングしていく。トラヒック制御機能部６４は、ＲＴＰパケット３１の送出間隔について、各ＲＴＰパケットのタイムスタンプをＲＴＰ識別機能部６２から取得することによって、計測することができる。

また、映像配信開始前に予約帯域をメッセージとして映像受信端末４１が送信している場合には、このメッセージをＲＴＣＰ監視機能部７２が検出し、ＲＴＰ識別機能部６２がこのメッセージを認識することができる。従って、このような場合には、トラヒック制御機能部６４は、予約帯域を基準にバッファからの出力をシェーピングしていくこともできる。

ここで、バッファ６３からのＲＴＰパケットの出力レートを下げるときには、急激に下げてしまうとバッファ６３があふれてしまう。そこで、トラヒック制御機能部６４は、例えば、図８の右側に示したようなグラフに基づいて、出力レートを制御することができる。

このグラフでは、時間経過とともに、レートの下降量が多くなるように設定されている。例えば、時刻ｔがｔ１を経過後ｔ２に達するまでの間は、下降量ｄ１でレートを下げ、時刻ｔがｔ２を経過後ｔ３に達するまでの間は、下降量ｄ１よりも大きな下降量ｄ２でさらにレートを下げる様子を示している。

次に、このように設定されたグラフを用いた出力レートの下降制御について、フローチャートに基づいて、具体的に説明する。図９は、本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部６４による出力レートの下降制御を時間経過に沿って示したフローチャートである。まず始めに、トラヒック制御機能部６４は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に対して、出力レートＲ１をレート下降量ｄ１分だけ減少させ、ＲＴＰパケット３１の出力間隔を一時的に調整する（ステップＳ９０１）。

ここでのレート下降量ｄ１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に対応するレート下降量ｄ２よりも小さい値である。これにより、ＲＴＰパケットの出力レートを急激に下げることによるバッファ６３のあふれを防止できる。そして、トラヒック制御機能部６４は、時刻ｔ２になるまで待った（ステップＳ９０２）後、時刻ｔ２の時点でバッファ６３にたまっているＲＴＰパケット数Ｂを調べる（ステップＳ９０３）。

さらに、トラヒック制御機能部６４は、ＲＴＰパケット数Ｂが、バッファ６３の最大値に対して余裕があるか否かを判断する（ステップＳ９０４）。この判断に当たっては、例えば、バッファ６３の最大値の半分を閾値として用いることができる。ステップＳ９０４において、ＲＴＰパケット数Ｂがバッファ６３の最大値の半分以上であると判断した場合には、トラヒック制御機能部６４は、一定時間待って（ステップＳ９０２）、再度バッファ６３にたまっているＲＴＰパケット数Ｂを見る（ステップＳ９０３）。

一方、もし、ステップＳ９０４において、ＲＴＰパケット数Ｂがバッファ６３の最大値の半分未満であると判断した場合（すなわち、ＲＴＰパケット数Ｂがバッファ６３の最大値に比べて相当少ないと判断した場合）には、トラヒック制御機能部６４は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に対して、ＲＴＰパケットの出力レートＲ１をレート下降量ｄ２分だけさらに減少させ、ＲＴＰパケット３１の出力間隔１００を出力間隔１０１まで伸ばし、一時的に調整する（ステップＳ９０５）。

ここでのレート下降量ｄ２は、先の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に対応するレート下降量ｄ１よりも大きい値である。これにより、ＲＴＰパケットの出力レートを時刻に伴って徐々に大きく下げることができる。そして、トラヒック制御機能部６４は、バッファ６３にたまっているＲＴＰパケット数Ｂを調べる（ステップＳ９０６）。

さらに、トラヒック制御機能部６４は、ＲＴＰパケット数Ｂが、バッファ６３の最大値に対して、まだ余裕があるか否かを判断する（ステップＳ９０７）。この判断に当たっては、例えば、バッファ６３の最大値の１０分の９を閾値として用いることができる。ステップＳ９０７において、ＲＴＰパケット数Ｂがバッファ６３の９／１０以上であると判断した場合（すなわち、最大値に達しそうであると判断した場合）には、トラヒック制御機能部６４は、バッファ６３の最大量を動的に増やして（ステップＳ９０８）、バッファ６３がＲＴＰパケットであふれないようにしておく。

なお、バッファ６３がＲＴＰパケットであふれないようにするための方法としては、バッファ６３の最大量を動的に増やす手段に限定される必要はなく、レート下降量を見直すことで実現してもよい。

一方、ステップＳ９０７において、ＲＴＰパケット数Ｂがバッファ６３の最大値の９／１０未満であると判断した場合（すなわち、ＲＴＰパケット数Ｂがバッファ６３の最大値に達しそうにないと判断した場合）、あるいはステップＳ９０８において、バッファ６３の最大量を動的に増やした後に、トラヒック制御機能部６４は、時刻ｔ３になるまで待った後（ステップＳ９０９）、時刻ｔ３の時点で、テーブル９１から廃棄率Ｐ１を取得する。

さらに、トラヒック制御機能部６４は、廃棄率Ｐ１が所定の閾値Ｆ未満であるか否かを判断する（ステップＳ９１１）。ステップＳ９１１において、廃棄率Ｐ１が所定の閾値Ｆ未満であると判断した場合には、トラヒック制御機能部６４は、シェーピングを停止し、出力レートＲ１の一連の下降処理を終了する。

一方、ステップＳ９１１において、廃棄率Ｐ１が所定の閾値Ｆ以上であると判断した場合には、トラヒック制御機能部６４は、ステップＳ９０５以降の処理を繰り返すことにより、引き続き、出力レートが下降するようにＲＴＰパケット３１の出力間隔を伸ばしていく。

なお、一連のレート下降処理は、バッファ６３にたまるＲＴＰパケット３１があふれなければよく、図８に示したレート制御、および図９に示した一連のレート下降処理３１０に限定される必要はない。図１０は、本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部６４で行われるＲＴＰパケット３１の出力をシェーピングする別の方法の説明図である。

図１０に示すように、時刻ｔ１からｔ２に対応するレート下降量ｄ１と、時刻ｔ２からｔ３に対応するレート下降量ｄ２とを同じ値にして、徐々に一定量毎にレートを下降させる方法を取ることもできる。また、図９の一連の処理において、ステップＳ９０１〜Ｓ９０４の処理を省略し、出力レートの下げ幅をヒステリシスに変動させない代わりに、バッファ６３にためるＲＴＰパケット３１の量を自動的に増やす方法を取ることもできる。

次に、上述した一連のレート下降処理を実施してＲＴＰパケットの廃棄がなくなった後に行われるレート上昇処理について説明する。先の図５におけるトラヒック制御機能部６４は、このレート上昇処理を実施することにより、ＲＴＰパケットの出力間隔を徐々に縮めていくことになる。

図１１は、本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部６４で行われるＲＴＰパケット３１の出力レートを上昇させる方法の説明図である。トラヒック制御機能部６４は、図１０に示したようなグラフに基づいて、例えば、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間に、レート上昇量ｉ１分だけ出力レートを上昇させることができる。

そこで、このように設定されたグラフを用いた出力レートの上昇制御について、フローチャートに基づいて、具体的に説明する。図１２は、本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部６４による出力レートの上昇制御を時間経過に沿って示したフローチャートである。まず始めに、トラヒック制御機能部６４は、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間に対して、出力レートＲ１をレート上昇量ｉ１分だけ増加させ、ＲＴＰパケット３１の出力間隔を一時的に調整する（ステップＳ１２０１）。

そして、トラヒック制御機能部６４は、一定時間待った（ステップＳ１２０２）後に、テーブル９１から廃棄率Ｐ１を取得する（ステップＳ１２０３）。さらに、トラヒック制御機能部６４は、取得した廃棄率Ｐ１が所定の閾値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１２０４）。ステップＳ１２０４において、廃棄率Ｐ１が所定の閾値Ｆ以上であると判断した場合には、トラヒック制御機能部６４は、レート上昇を停止し、一連のレート上昇処理を終了する。

一方、ステップＳ１２０４において、廃棄率Ｐ１が所定の閾値Ｆ未満であると判断した場合には、トラヒック制御機能部６４は、先のステップＳ１２０１でレート上昇量ｉ１分だけ増加された現在の出力レートＲ１が、元のレートと等しいか否かを判断する（ステップＳ１２０５）。

そして、ステップＳ１２０５において、現在の出力レートＲ１が元のレートと等しい場合には、トラヒック制御機能部６４は、レート上昇を停止し、一連のレート上昇処理を終了する。一方、ステップＳ１２０５において、現在の出力レートＲ１が元のレートと等しくない場合（すなわち、現在の出力レートが元の出力レートまで戻っていない場合）には、トラヒック制御機能部６４は、ステップＳ１２０１以降の処理を繰り返し、元のレートに戻るまで段階的にＲＴＰパケット出力間隔を縮めて、レートを徐々に上昇させていく。

なお、ＲＴＰパケットの出力レート下降開始から上昇終了までの間（より具体的には、図８の時刻ｔ１から、図１１の時刻ｔ６までの間）に、次に示す処理を行ってもよい。時刻ｔ１において、ＲＴＰ識別機能部６２がレート下降開始をトラヒック制御機能部６４にメッセージ８２で通知したとき、ＲＴＣＰ監視機能部７２にＲＴＰパケット３１のレート制御中の通知をメッセージ８３で行う（図５参照）。

ＲＴＣＰ監視機能部７２は、メッセージ８３による通知を受けると、映像受信端末４１から受信したＲＲパケット３２を終端するか、または、ＲＲパケット３２の廃棄パケット数をゼロに書き換え、通信制御部２に転送する。

そして、時刻ｔ６において、レート上昇が終了したとき、トラヒック制御機能部６４は、メッセージ８４にて終了をＲＴＰ識別機能部６２に通知し、ＲＴＰ識別機能部６２は、メッセージ８３を用いて、レート上昇終了をＲＴＣＰ監視機能部７２に通知する（図５参照）。ＲＴＣＰ監視機能部７２は、メッセージ８３によるレート上昇終了の通知を受けると、ＲＲパケットの処理を停止する。以上の処理によって、映像配信サーバ２１によるレート制御の競合を防ぎ、映像受信端末４１での配信レートを上げることが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、宅内に接続される映像受信端末から送信される受信レポートから、映像受信端末に起因する映像ストリームの廃棄を検出し、映像ストリームの出力をシェーピングすることができる。これにより、ＩＰネットワークの輻輳状態によらず、映像受信端末のバッファあふれを防ぎ、受信映像の品質向上を可能とするホームゲートウェイ装置およびホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法を得ることができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、シェーピングをするとき、ＲＴＰパケット３１の出力レートをホームゲートウェイ装置１が自律的に制御する場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、外部ネットワーク１１の中継機器に対してシェーピングを指示する場合について説明する。図１３は、本発明の実施の形態２におけるホームゲートウェイ装置１を含むネットワーク構成を示した図である。

本実施の形態２において、次の２つの手順は、基本的には、先の実施の形態１の手順と同じである。
手順１）ホームゲートウェイ装置１が映像受信端末４１からＲＲパケット３２を受信し、ＲＲパケット３２から計算されるＲＴＰパケット３１の廃棄率が閾値Ｆを上回った場合に、ＲＴＰパケット３１のシェーピングを行う手順
手順２）出力レート下降後、廃棄率が閾値Ｆを下回った場合に、ＲＴＰパケット３１のシェーピングをゆるめる手順

ただし、本実施の形態２では、シェーピングをするときの方法が先の実施の形態１とは異なっている。先の実施の形態１では、上述したように、ＲＴＰパケット３１の出力レートをホームゲートウェイ装置１が自律的に制御していた。

これに対して、本実施の形態２では、ＲＴＰパケットのシェーピングを行うために、ホームゲートウェイ装置１は、図１３に示すように、外部ネットワーク１１にあるＳＩＰサーバ５１に対して、中継機器１５を介してＳＩＰメッセージを用いて出力レートを通知することで、シェーピングを指示している。

図１３では、ホームゲートウェイ装置１の内部構成を記載していないが、先の図２あるいは図５と同じ構成を有している。そして、ホームゲートウェイ装置１内の通信制御部およびパケット送受信部３が、外部制御部として機能し、外部ネットワーク１１上の各機器と通信を行うこととなる。

本実施の形態２におけるホームゲートウェイ装置１は、映像受信端末４１でバッファあふれが発生した場合に、ＳＩＰＵＰＤＡＴＥメッセージ３３に独自の属性（シェーピングレート）を設定する。そして、外部ネットワーク１１内のＳＩＰサーバ５１に、このＳＩＰＵＰＤＡＴＥメッセージ３３を通知する。

ＳＩＰサーバ５１は、ホームゲートウェイ装置１からＳＩＰＵＰＤＡＴＥメッセージ３３を受けると、ＳＩＰメッセージ３４を用いて、中継機器１４、１５に対してＲＴＰパケットの出力レート制御をおこなうように通知する。中継機器１４、１５は、ＳＩＰメッセージ３４による通知を受けると、出力されるＲＴＰパケット３１のレートのシェーピングを行う。

同様に、映像受信端末４１でバッファあふれがなくなった場合には、ホームゲートウェイ装置１は、出力レートを元に戻すためのシェーピングレートをＳＩＰＵＰＤＡＴＥメッセージ３３に設定の上、ＳＩＰサーバ５１へ通知する。そして、通知を受けたＳＩＰサーバ５１は、中継機器１４、１５にＳＩＰメッセージ３４を通知する。この結果、中継機器１４、１５にてシェーピングが行われる。

以上のように、実施の形態２によれば、ホームゲートウェイ装置から外部ネットワーク内のＳＩＰサーバに対して、出力レート制御を行うためのメッセージを通知する構成を備えている。このような構成をとることにより、ＲＴＰパケットの出力レートをホームゲートウェイ装置が自律的に制御するのではなく、外部ネットワーク内の中継機器でＲＴＰパケットのレートのシェーピングを行うことができる。

実施の形態３．
本実施の形態３では、先の実施の形態２と同様に、外部ネットワーク１１の中継機器に対してシェーピングを指示する際に、帯域予約機能を適用する場合について説明する。図１４は、本発明の実施の形態３におけるホームゲートウェイ装置１を含むネットワーク構成を示した図である。

この図１４の構成においては、ホームゲートウェイ装置１、映像配信サーバ２１、および外部ネットワーク１１内の中継機器１６、１７が帯域予約機能とシェーピングをサポートする。すなわち、図１４は、各機器で帯域予約機能をサポートしているネットワーク環境を示したものである。

帯域予約機能を備えた帯域予約対応中継機器１６、１７は、帯域予約を維持するためのシグナリングを利用して、ＲＴＰパケットのシェーピングを制御するものである。なお、シェーピングの判断手法は、先の実施の形態１と同様である。

次に、図１４のネットワーク構成における動作について説明する。まず、映像配信サーバ２１は、帯域予約を維持するための確認メッセージ５２をホームゲートウェイ装置１に送信する。ホームゲートウェイ装置１に送信されるまでに、外部ネットワーク１１内の中継機器１６、１７は、確認メッセージ５２を受信し、帯域予約に備えておく。

そして、ホームゲートウェイ装置１は、確認メッセージ５２を受け取ると、確保したいリソースの情報（帯域、クラスなど）を決定する。さらに、ホームゲートウェイ装置１は、決定したリソース情報を、帯域予約を維持する応答メッセージ５３に追加し、応答メッセージ５３を上流の中継機器１７へ送信する。

中継機器１７は、応答メッセージ５３を受信すると、応答メッセージ５３に設定された情報に従って帯域を予約する。さらに、中継機器１７は、応答メッセージ５３をさらに上流の中継機器１６へ伝達する。このような流れで、応答メッセージ５３は、最終的に映像配信サーバ２１まで到達し、帯域予約が完了する。帯域予約をサポートする外部ネットワーク１１では、以上の動作を定期的に繰り返している。

一方、映像受信端末４１でバッファあふれが発生したことをホームゲートウェイ装置１が検出した場合には、ＲＴＰパケットの出力をシェーピングする際に次の動作を行うこととなる。映像受信端末４１でのバッファあふれを検出したホームゲートウェイ装置１は、応答メッセージ５３に中継機器１６、１７でシェーピングを実施する新たな属性と、シェーピングレートを追加する。そして、ホームゲートウェイ装置１は、必要な情報が追加された応答メッセージ５３を、外部ネットワーク１１へ送信する。

外部ネットワーク１１にある中継機器１７は、この応答メッセージ５３に示された情報を見て、シェーピングを実施する属性が有為に設定されていれば、シェーピングに必要なリソースを確保する。さらに、中継機器１７は、応答メッセージ５３に記されたシェーピングレートに従って、ＲＴＰパケットの出力をシェーピングしていき、応答メッセージ５３を、さらに上流の中継機器１６や映像配信サーバ２１へ伝達していく。

この動作を繰り返しながら映像配信サーバ２１まで応答メッセージ５３が伝達されていくことで帯域制御が完了し、映像受信端末４１でのバッファあふれを抑えることが可能となる。

また、上述のような一連の処理を行った結果、バッファあふれが抑えられたのをホームゲートウェイ装置１が確認した場合には、次のようにして、シェーピングレートを上昇させる。まず、ホームゲートウェイ装置１は、バッファあふれが抑えられたことを確認すると、シェーピングレートを上昇させるようにレートを計算する。そして、ホームゲートウェイ装置１は、応答メッセージ５３のシェーピング属性を有為に設定し、計算後のシェーピングレートを応答メッセージ５３に設定し、上流の中継機器１７へ伝達する。

そして、上流の中継機器１７は、応答メッセージ５３を見て、シェーピングに必要なリソースを確保し、ＲＴＰパケットのシェーピングレートを徐々に上げる。また、中継機器１７は、さらに上流の中継機器１６へ応答メッセージ５３を伝達し、最終的に映像配信サーバ２１まで応答メッセージ５３が伝達される。この応答メッセージ５３が映像配信サーバ２１に伝達された時点で、帯域制御が完了し、映像品質の向上が可能となる。

以上のように、実施の形態３によれば、各機器で帯域予約機能をサポートできるネットワーク環境を備えている。このような構成をとることにより、帯域予約を行いながら、映像受信端末での受信バッファあふれを防ぎ、映像受信端末に対して高品質な映像を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１におけるホームゲートウェイ装置を含むネットワーク構成を示した図である。本発明の実施の形態１におけるホームゲートウェイ装置の基本形態における構成図である。本発明の実施の形態１におけるテーブルの構成例を示した図である。本発明の実施の形態１において、映像受信端末の受信バッファでＲＴＰパケットがあふれた状態を示した説明図である。本発明の実施の形態１において、ＲＴＰパケットがあふれた状態でのホームゲートウェイ装置の処理動作に関する説明図である。本発明の実施の形態１におけるＲＴＰ識別機能部がトラヒック制御機能部に、バッファからの出力レート下降を通知するための一連の処理を示したフローチャートである。本発明の実施の形態１におけるＲＴＰ識別機能部がトラヒック制御機能部に、バッファからの出力レート下降を通知するための一連の処理を示した別のフローチャートである。本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部で行われるＲＴＰパケットの出力をシェーピングする方法の説明図である。本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部による出力レートの下降制御を時間経過に沿って示したフローチャートである。本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部で行われるＲＴＰパケットの出力をシェーピングする別の方法の説明図である。本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部で行われるＲＴＰパケットの出力レートを上昇させる方法の説明図である。本発明の実施の形態１におけるトラヒック制御機能部による出力レートの上昇制御を時間経過に沿って示したフローチャートである。本発明の実施の形態２におけるホームゲートウェイ装置を含むネットワーク構成を示した図である。本発明の実施の形態３におけるホームゲートウェイ装置を含むネットワーク構成を示した図である。従来技術におけるＲＴＰパケットの廃棄の様子を示した説明図である。従来技術におけるＲＴＰパケットの廃棄の様子を示した説明図である。

符号の説明

１ホームゲートウェイ装置、２通信制御部、３、４パケット送受信部、１１外部ネットワーク、１２ホームネットワーク、１４、１５中継機器、１６、１７帯域予約対応中継機器、２１映像配信サーバ、４１映像受信端末、４２受信バッファ、５１ＳＩＰサーバ、６１回線、６２ＲＴＰ識別機能部、６３バッファ、６４トラヒック制御機能部、７１回線、７２ＲＴＣＰ監視機能部。

Claims

外部ネットワークに接続された映像配信サーバからホームネットワークに接続された映像受信端末へ映像ストリームを送信する際に、前記外部ネットワークおよび前記ホームネットワークとの通信を中継するホームゲートウェイ装置であって、
前記映像受信端末から前記映像配信サーバへ定期的に送信される映像ストリーム受信結果パケットを監視し、前記映像ストリーム受信結果パケットに含まれる前記映像受信端末で受信された映像ストリームを特定するための第１の識別子、受信パケット数、および廃棄パケット数を取得し、前回取得したデータと今回取得したデータから廃棄率を算出するＲＴＣＰ監視機能部と、
前記映像受信端末へ映像ストリームを送信するために前記映像配信サーバから連続して送信されるＲＴＰパケットを一時的にバッファリングするバッファと、
前記ＲＴＰパケットを監視し、前記ＲＴＰパケットに対応する映像ストリームを特定するための第２の識別子を取得するとともに、前記ＲＴＣＰ監視機能部から前記第１の識別子および前記廃棄率を取得し、前記第１の識別子と前記第２の識別子が一致することにより前記廃棄率を現在送信中のＲＴＰパケットの廃棄率と特定し、特定した前記廃棄率が所定閾値以上のときは、前記バッファから前記映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートを下降させる通知を出力するＲＴＰ識別機能部と、
前記出力レートを下降させる通知および前記廃棄率を受け取り、前記廃棄率に応じて、前記バッファから前記映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートをシェーピングするトラヒック制御機能部と
を備えることを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項１に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記ＲＴＰ識別機能部は、前記出力レートを下降させる通知を出力した後に、ＲＴＰパケットの廃棄率と特定した値が前記所定閾値未満となった場合には、出力レートを上昇させる通知を出力し、
前記トラヒック制御機能部は、前記出力レートを上昇させる通知前記廃棄率を受け取り、前記廃棄率に応じて、前記バッファから前記映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートを上昇させる
ことを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項１または２に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記トラヒック制御機能部は、前記バッファにたまっているＲＴＰパケット数を確認し、前記ＲＴＰパケット数が前記バッファの最大量を超過しないように、前記バッファにたまっているＲＴＰパケット数および前記廃棄率に応じて前記出力レートをシェーピングすることを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記ＲＴＣＰ監視機能部は、前記ＲＴＰ識別機能部から前記出力レートの下降処理中あるいは上昇処理中である通知を受け取り、前記通知を受け取った場合には、算出した廃棄率をゼロに書き換えて外部ネットワークへ転送する、または前記映像ストリーム受信結果パケットを終端することを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記ＲＴＰ識別機能部は、順次流れているＲＴＰパケットのシーケンス番号を監視し、シーケンス番号抜け回数をカウントすることにより、前記映像配信サーバから送られてくるＲＴＰパケットの廃棄率を第２の廃棄率として特定し、前記ＲＴＣＰ監視機能部で算出された廃棄率よりも前記第２の廃棄率が大きい場合には、前記出力レートのシェーピングを見合わせることを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記ＲＴＰ識別機能部により特定された前記廃棄率が前記所定閾値以上であり、かつ前記外部ネットワーク内に前記映像配信サーバと前記映像受信端末を結ぶセッションを制御する交換機がある場合には、前記トラヒック制御機能部で設定したシェーピングレートで前記ＲＴＰパケットの出力レートを下げるように、前記交換機に対して前記セッションの更新手順を通知する外部制御部をさらに備えることを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項６に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記外部制御部は、前記出力レートを下げるように通知した後に、前記ＲＴＰ識別機能部により特定された前記廃棄率が前記所定閾値未満に戻った場合には、出力レートを元に戻すように、前記交換機に対して前記セッションの更新手順を通知することを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記ＲＴＰ識別機能部により特定された前記廃棄率が前記所定閾値以上であり、かつ前記外部ネットワーク上に帯域予約可能な中継機器があり、前記外部ネットワークに接続された前記映像配信サーバとの間で定期的に帯域予約を維持するためのメッセージを交換している場合には、帯域予約維持のための応答メッセージに、出力レートを下げるようにシェーピングレートを追加して送信することで、上流にある中継機器が前記メッセージを受け取ったとき、前記シェーピングレートにて再予約しながら、上流の中継機器へ前記応答メッセージを伝達していくことを可能にさせる外部制御部をさらに備えることを特徴とするホームゲートウェイ装置。
請求項８に記載のホームゲートウェイ装置において、
前記外部制御部は、前記出力レートを下げる前記応答メッセージを送信した後に、前記ＲＴＰ識別機能部により特定された前記廃棄率が前記所定閾値未満に戻った場合には、帯域予約維持のための応答メッセージに、出力レートを元に戻すようにシェーピングレートを追加して送信することを特徴とするホームゲートウェイ装置。
外部ネットワークに接続された映像配信サーバからホームネットワークに接続された映像受信端末へ映像ストリームを送信する際に、前記外部ネットワークおよび前記ホームネットワークとの通信を中継するホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法であって、
前記映像受信端末から前記映像配信サーバへ定期的に送信される映像ストリーム受信結果パケットを監視し、前記映像ストリーム受信結果パケットに含まれる前記映像受信端末で受信された映像ストリームを特定するための第１の識別子、受信パケット数、および廃棄パケット数を取得し、前回取得したデータと今回取得したデータから廃棄率を算出するステップと、
前記映像受信端末へ映像ストリームを送信するために前記映像配信サーバから連続して送信されるＲＴＰパケットを監視し、前記ＲＴＰパケットに対応する映像ストリームを特定するための第２の識別子を取得するとともに、前記第１の識別子および前記廃棄率を取得し、前記第１の識別子と前記第２の識別子が一致することにより前記廃棄率を現在送信中のＲＴＰパケットの廃棄率と特定し、特定した前記廃棄率が所定閾値以上のときは、前記ＲＴＰパケットを一時的にバッファリングするバッファから前記映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートを下降させる通知を出力するステップと、
前記出力レートを下降させる通知および前記廃棄率を受け取り、前記廃棄率に応じて、前記バッファから前記映像受信端末へ送信されるＲＴＰパケットの出力レートをシェーピングするステップと
を備えることを特徴とするホームゲートウェイ装置の通信品質制御方法。