JP5063293B2 - 通信量制御システム、通信量制御システム用サーバ、および通信量制御システム用クライアント - Google Patents

Description

この発明は、パケット通信を行うネットワークシステムに関し、特に輻輳による無駄なトラフィックを避けて全体に効率的に通信できるようにするネットワークシステムに関するものである。

サーバ対クライアント形式の通信において、クライアントから多量のリクエストがサーバに集中した場合に輻輳が生じる。

これらの通信プロトコルには、通信量が多くなった場合の輻輳制御機構が備えられている（非特許文献１参照）。すなわちＴＣＰ／ＩＰ（ＲＦＣ７９３）においては、ＲＴＴ（Round Trip Time 往復遅延時間）等の制御により、相手からの応答を待つ時間（ウェイト）制御によって輻輳を回避しようとする。

有線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．３関係）においては、リピータＨＵＢ等を使用した場合にＣＳＭＡ／ＣＤ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）方式で衝突回避を行う。

無線ＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１関係）においては、ミクロ的にはＣＳＭＡ／ＣＤ方式、マクロ的にはＲＴＳ／ＣＴＳ（Request to Send／Clear to Send）制御によって輻輳を回避しようとする。
ＩＥインスティテュート、"コンパクト版インターネット辞典"、[online]、［平成１９年９月１２日検索］、インターネット＜http://dictionary.rbbtoday.com/＞

ところが、一般的なＴＣＰ／ＩＰ、有線ＬＡＮ、および無線ＬＡＮ等の通信プロトコルでは、いずれも輻輳制御にリアルタイム性がないので全体の通信効率が低下する。

すなわち、前記ＲＴＴは、あるデータを送ってから相手の確認応答（ＡＣＫ）が戻ってくるまでに掛かる時間であり、ＴＣＰではＲＴＴを定期的に測定し、統計的に処理して、再送タイマの値（確認応答の待ち時間）を決定する。すなわち、ＲＴＴを用いた輻輳制御では、ある程度の時間が経過しないと実動作に反映されないので、リアルタイム性がない。そのため実際に輻輳状態になった時の確認応答の待ち時間の制御および輻輳状態が解消した後の確認応答の待ち時間の設定に時間遅れが生じてしまう。

また有線ＬＡＮの場合、リピータＨＵＢ等を使用した場合に、一般的にネットワークの使用率が２０％を超えると通信できなくなってしまう。すなわち単にＣＳＭＡ／ＣＤ方式で衝突回避を行っても、通信量の増大に伴って輻輳が生じる。

無線ＬＡＮにおいても有線ＬＡＮと同様に、一定以上の通信要求があると通信できない状態に陥ってしまう。

そこで、この発明の目的は、ネットワークの使用率が増大してもリアルタイムに輻輳制御を行い、輻輳による無駄なトラフィックを避けて全体に効率良く通信できるようにした通信量制御システムを提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明は次のように構成する。
（１）中継装置を含むネットワークを介してサーバ対クライアントで通信を行うとともに通信量制御を行う通信量制御システムにおいて、
サーバは、クライアントからの受信信号に含まれる中継装置の識別情報を抽出し、中継装置毎に通信データの量を計測する通信量計測手段と、宛先のクライアントとの間の通信経路に含まれる中継装置（すなわち、クライアントとサーバ間の通信に用いる中継装置、またはクライアントが所属しているネットワークにある中継装置）の通信量情報を送信データに付加する通信量情報付加手段と、を備える。

また、クライアントは、サーバとの間の通信経路に含まれる中継装置の識別情報を取得する中継装置情報取得手段と、サーバからの受信データに含まれる中継装置の通信量情報を抽出するとともに、当該通信量情報を基にウェイト時間を設定するウェイト時間設定手段と、前記中継装置の識別情報を含むデータを当該ウェイト時間をまって通信するウェイト制御手段と、を備える。

この構成により、通信経路ごとの通信量がサーバ側で計測され、その情報がクライアントに通知されるので、クライアント側でその情報を基に適切な通信ウェイトを置くことによってクライアントからサーバへ送られるリクエストが減少し、輻輳による無駄なトラフィックが避けられる。その結果、全体として効率良く通信できるようになる。

（２）前記ウェイト時間設定手段は、前記サーバとの間で通信（送受）を行った時刻であるタイムスタンプを保存するとともに、前記通信量情報および前記タイムスタンプを基にウェイト時間を設定するものとする。

この構成により、最後にサーバからデータを受けた時刻からの経過時間も考慮してウェイト時間を設定することになり、例えば複数の通信を詰めて行うような場合に、前回通信してからの経過時間が短い通信に対してウェイトを入れることによって複数の通信を並行して効率良く行うことができる。

（３）前記中継装置は複数あって、そのうち前記中継装置情報を取得手段が取得する中継装置が変化したとき（すなわち、クライアントとサーバ間の通信に用いる中継装置、またはクライアントが所属しているネットワークにある中継装置が変化したとき）、既に求めたウェイト時間をクリアすることとする。

この構成により、例えば中継装置が無線ＬＡＮのアクセスポイントである場合に、クライアントである端末が移動して、用いるアクセスポイントが変化すれば、その用いるアクセスポイントを含む通信経路の状態（混雑具合）が異なるので、それに応じた最適なウェイト時間を速やかに設定できるようになる。

この発明によれば、最適なウェイト制御によりクライアントからサーバへの無駄なリクエストが減少し、輻輳による無駄なトラフィックが避けられる。その結果、全体として効率良く通信できるようになる。

図１は、この発明の実施形態である通信量制御システムを適用するネットワークのブロック図である。このネットワークは、無線ＬＡＮアクセスポイント２１，２２およびＨＵＢ２３〜２５等を備える通信網１０、それに繋がるサーバ１１，１２、クライアント３１〜３５を備えている。

例えばクライアント３１は、通信網１０内のＨＵＢ２３〜２５等を介してサーバ１１に対しリクエストし、サーバ１１から応答データを受信する。また無線端末３２〜３４は無線ＬＡＮアクセスポイント２１およびＨＵＢ（２３〜２５等）を経由してサーバ１１または１２と通信する。同様に、無線端末３５は無線ＬＡＮアクセスポイント２２を介して通信を行う。

図２は、図１に示したサーバ１１，１２およびクライアント３１〜３５が行う処理内容を示すフローチャートである。

図２において端末処理Ａは、クライアント３１〜３５が行う、通信経路が確定した時の処理であり、クライアントは、通信経路が確定したとき、通信量の管理を行う中継装置の情報を取得する。例えば無線ＬＡＮアクセスポイントから所定周期で送信されるビーコン信号を受信し、それに含まれる無線ＬＡＮアクセスポイントのＭＡＣアドレスの情報を抽出し、これを無線ＬＡＮアクセスポイントの識別情報とする。

その後、既に求められていたウェイト時間をリセットする。すなわち、既に求められていたウェイト時間は、前回の通信経路で最適化したウェイト時間であり、今回新たに確定した通信経路ではそのウェイト値をそのまま適用できないので、ここでリセットする。

なお、中継装置の識別情報としてはＭＡＣアドレスに限らず、ＩＰアドレス等、一意に定まる情報であればよい。

また、この例では無線ＬＡＮアクセスポイントを管理対象にする例を示したが、通信経路内の複数の中継装置を通信量管理の対象にしてもよい。

図２において端末処理Ｂは、クライアントの送信処理であり、まず後述するサーバから得られた通信量情報とそのタイムスタンプ（最後にサーバからデータを受けた時刻）および前回の通信成否等の情報を基にウェイト時間を算出し、そのウェイト時間だけ待つ。このウェイト時間は、対象としている通信路の帯域や特性等を考慮して、後述するように決定する。例えば狭い通信路に、その通信路の能力以上の通信を行おうとしていると分かった場合にウェイト時間を長くする。そのことによって輻輳を緩和する。逆に、十分に通信できる状態であれば、ウェイト時間を０にするといった制御を行う。

その後、中継装置の識別情報を送信データに付加してデータを送信する。そして、後のウェイト時間の算出に備えて、サーバとの間の通信の成否とそのタイムスタンプを記憶しておく。

図２において端末処理Ｃは、クライアントの受信処理であり、クライアントは、サーバから受信したデータから中継装置の通信量情報を抽出してそれをタイムスタンプとともに保存する。

図２においてサーバ処理Ａは、サーバ１１，１２が行うクライアントからの受信処理であり、クライアントから送られてきたデータから中継装置の情報を抽出し、中継装置毎に通信量をカウントする。この通信量のデータとしては、単位時間当たりの通信量として計算するのが望ましいが、サーバ側では単に通信量とタイムスタンプのみを記憶し、単位時間当たりの通信量はクライアント側で計算するようにしてもよい。（本発明において「通信量情報」はその両方を含む概念である。）
図２においてサーバ処理Ｂはサーバが行う送信処理であり、サーバはデータ送信毎に宛先のクライアントが所属している（クライアントが用いる）中継装置の通信量情報をデータに付加して送信する。

さらに、図２においてＡＰ処理は、無線ＬＡＮアクセスポイントとクライアントとの間での通信前の処理である。この無線端末との接続処理は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格の定めにより行う。この処理に伴い、無線端末は、端末処理Ａで示したように、接続できている無線ＬＡＮアクセスポイント（中継装置）のＭＡＣアドレスを求める。

次に、ウェイト処理の例について説明する。
（１）ウェイト処理の要否判断(a)
通信経路毎の通信量を見て、ウェイトの要否を判断する。
例えば一定量以上の通信量がある場合にのみウェイトさせる。このことによって過剰なウェイトが掛からないようにして効率化を図る。上記一定量の値は、監視対象の伝送路の特性によって算出する。

（２）ウェイト処理の要否判断(b)
過去の統計からの通信の成功期待値や前回の通信結果などから、ウェイトの要否を判断する。すなわち、前回失敗したクライアントを優先的に通信成功させるために、成功している端末にウェイトさせたり、逆に成功している端末を優先させるために、失敗しているクライアントにウェイトさせたりする。

（３）ウェイト処理の要否判断(c)
前回の通信からの経過時間を見て、一定時間内であるか否かでウェイトの要否を判断する。例えば、時間的に詰めて複数の通信を行うような場合には、前回通信してからの経過時間が短いクライアントであればウェイトを比較的大きくし、前回通信してからの経過時間が長いクライアントであればウェイトを比較的小さくするか０にする。

（４）ウェイト時間
ウェイト時間は一律の時間としても良い。しかし、衝突を避けるために一定幅内でランダムにしたり、「ウェイト処理の要否判断(b)」で求めた成功期待値や前回の通信結果などを用いて、時間を変化させたりしてもよい。また、これらを組み合わせて適用してもよい。

なお、以上に示した例では有線ＬＡＮおよび無線ＬＡＮの通信網を挙げたが、また中継装置として無線ＬＡＮアクセスポイントを例にしたが、本願発明は中継装置を介したパケット通信であれば、その中継装置やネットワークの形態に係わらず適用可能である。例えば、携帯電話からダイアルアップ通信やインターネット接続におけるＰＰＰｏＥ接続等、殆どのインターネット通信に応用可能である。

この発明の実施形態に係る通信量制御システムを適用するネットワークのブロック図である。 同ネットワークの各ノードでの処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０−通信網
１１，１２−サーバ
２１，２２−無線ＬＡＮアクセスポイント
２３〜２５−ＨＵＢ
３２〜３５−無線端末
（２１〜２５−中継装置）
（３１〜３５−クライアント）

Claims (5)

1. 中継装置を含むネットワークを介してサーバ対クライアントで通信を行うとともに通信量制御を行う通信量制御システムにおいて、
   サーバは、クライアントからの受信信号に含まれる中継装置の識別情報を抽出し、中継装置毎に通信データの量を計測する通信量計測手段と、宛先のクライアントとの間の通信経路に含まれる中継装置の通信量情報を送信データに付加する通信量情報付加手段と、を備え、
   クライアントは、サーバとの間の通信経路に含まれる中継装置の識別情報を取得する中継装置情報取得手段と、サーバからの受信データに含まれる中継装置の通信量情報を抽出するとともに、当該通信量情報を基にウェイト時間を設定するウェイト時間設定手段と、前記中継装置の識別情報を含むデータを当該ウェイト時間をまって通信するウェイト制御手段と、を備えたことを特徴とする通信量制御システム。
2. 前記ウェイト時間設定手段は、前記サーバとの間で通信を行った時刻であるタイムスタンプを保存するとともに、前記通信量情報および前記タイムスタンプを基にウェイト時間を設定する、請求項１に記載の通信量制御システム。
3. 前記中継装置は複数あって、そのうち前記中継装置情報取得手段が取得する中継装置が変化したとき、既に求めた前記ウェイト時間をクリアする手段を備えた請求項１または２に記載の通信量制御システム。
4. 中継装置を含むネットワークを介してサーバ対クライアントで通信を行うとともに通信量制御を行う通信量制御システムに用いられるサーバにおいて、
   クライアントからの受信信号に含まれる中継装置の識別情報を抽出し、中継装置毎に通信データの量を計測する通信量計測手段と、宛先のクライアントとの間の通信経路に含まれる中継装置の通信量情報を送信データに付加する通信量情報付加手段と、を備えたことを特徴とする通信量制御システム用サーバ。
5. 中継装置を含むネットワークを介してサーバ対クライアントで通信を行うとともに通信量制御を行う通信量制御システムに用いられるクライアントにおいて、
   サーバとの間の通信経路に含まれる中継装置の識別情報を取得する中継装置情報取得手段と、サーバからの受信データに含まれる中継装置の通信量情報を抽出するとともに、当該通信量情報を基にウェイト時間を設定するウェイト時間設定手段と、前記中継装置の識別情報を含むデータを当該ウェイト時間をまって通信するウェイト制御手段と、を備えたことを特徴とする通信量制御システム用クライアント。

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