JP5112249B2 - 不安定な通信品質の通信リンクを介して移動端末と接続されるプロキシサーバ、プログラム及び代理接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動端末と接続されるプロキシサーバ、プログラム及び代理接続方法に関する。

近年、無線ＬＡＮ(Local Area Network)に代表される無線端末及び無線ネットワークの発達に伴って、その通信エリアも広がりつつある。一方で、通信リンクが不安定で切断が生じやすい通信エリアへの更なる対応も必要となる。例えば、地下鉄や高速道路等の通信エリアへの対応である。

このような通信エリアであっても、できる限り通信を可能とするために、ＤＴＮ(Delay・Disruption・Disconnect Tolerant Network)（又はChallenged Network）の技術がある（例えば非特許文献１参照）。この技術は、適用される通信リンクが、常に利用可能でなく（途切れることが多く）且つ信頼性が低いことを想定している。ＤＴＮは、非特許文献１によれば、遅延耐性（Delay Tolerant）ネットワーク及び通信失敗耐性（Disruption Tolerant）ネットワークの意味も含んでいるが、ここでは、主として「リンク切断耐性ネットワーク」として用いる。

図１は、プロキシサーバを介在させたシステム構成図である。

図１によれば、移動端末２とコンテンツサーバ３との間のネットワークに、プロキシサーバ１が介在している。プロキシサーバ１は、アクセスポイントによってカバーされる複数のエリアを移動する移動端末２へ、コンテンツサーバ３から送信されたデータパケットを代理転送する。

図１によれば、プロキシサーバ１は、通信インタフェース部１１と、トランスポートプロトコルレイヤ部１２と、ＤＴＮプロトコル部１３とを有する。ＤＴＮプロトコル部１３は、トランスポートプロトコルレイヤ部１２の上位層として搭載される。トランスポートプロトコルレイヤ部１２としては、例えば既存のＴＣＰ(Transmission Control Protocol)、ＳＣＴＰ(Stream Control Transmission Protocol)、ＵＤＰ(User Datagram Protocol)、ＤＣＣＰ(Datagram Congestion Control Protocol)又はワイヤレスＴＣＰを用いることができる。

ＤＴＮの技術によれば、前述したように通信相手装置と常に通信リンクが確立できているとは限らないため、いわゆる蓄積転送(Store - forward)方式を用いる。そのために、ＤＴＮプロトコル部１３は、データ受信部１３１と、バッファ部１３２と、データ送信部１３３とを有する。データ受信部１３１は、コンテンツサーバ３から、移動端末２へ送信すべきデータパケットを受信する。バッファ部１３２は、移動端末との間で通信切断中に、コンテンツサーバ３から受信したデータパケットを一時的に蓄積する。データ送信部１３３は、移動端末との間で通信接続中に、バッファ部１３２に蓄積されたデータパケットを移動端末へ送信する。

図１によれば、移動端末２−プロキシサーバ１間の第１の通信リンクと、プロキシサーバ１−コンテンツサーバ３間の第２の通信リンクとの２つのセッションに区分される。不安定な通信品質の通信リンクを介した第１の通信リンクが途切れたとしても、第２の通信リンクは接続されたままである。プロキシサーバ１は、第１の通信リンクが通信切断中であっても、コンテンツサーバ３から移動端末２を宛先とするデータパケットを受信し、これらデータパケットを一時的に蓄積する。その後、第１の通信リンクが回復した場合、プロキシサーバ１は、一時的に蓄積していたデータパケットを、移動端末２へ向けて送信する。

移動端末の第１の移動状態として、例えば移動端末が歩行中の利用者に所持されており、無線ＬＡＮのアクセスポイントと通信している場合がある。このとき、移動端末について、壁によるブロッキング等で通信リンクの瞬断が起きる可能性はあるけれども、通信切断中の継続時間は、通信接続中の継続時間よりも短い。

移動端末の第２の移動状態として、例えば移動端末が走行中の車両内に存在しており、道路をサービスエリアとする無線ＬＡＮのアクセスポイントと通信している場合がある。このとき、移動端末は、第１のアクセスポイントがカバーする第１のサービスエリアに存在する限り、コンテンツサーバ３からのデータパケットを、プロキシサーバ１を介して受信し続ける。移動端末が、第１のサービスエリアを外れると、プロキシサーバ１がその後のデータパケットを、コンテンツサーバ３から受信する。更に、その後、移動端末が、第２のアクセスポイントがカバーする第２のサービスエリアに入ると、プロキシサーバ１は、通信切断中に一時的に蓄積していたデータパケットを、移動端末２へ送信する。このように、移動端末は高速に移動しているために、１つのサービスエリアに存在する時間が短い。即ち、通信切断中の継続時間は、通信接続中の継続時間よりも長い。

図２は、経過時間に応じた転送済み累積データ量、転送レート及びＴＣＰウィンドウサイズの関係を表すグラフである。

トランスポートプロトコルレイヤ部１２は、パケットロス率又は遅延時間変動が同じである限り、転送レート（単位時間当たりの転送データ量）を制御するウィンドウサイズも、同様に制御される。従って、第１の移動状態（低速移動）にある移動端末も、第２の移動状態（高速移動）にある移動端末も、転送レートは同じである。一方で、図２に表されたように、第１の移動状態にある移動端末と、第２の移動状態にある移動端末とは、通信接続中の継続時間が異なる。そのため、所定時間Ｔ内に転送される累積データ量も異なる。

尚、ワイヤレスＴＣＰの技術によれば、エンドーエンドのＴＣＰセッションを代理サーバで分断することによって、その代理サーバと端末との間で専用のＴＣＰウィンドウを制御することもできる。但し、前述したように、この技術であっても、パケットロス率又は遅延時間変動が同じである限り、転送レートを制御するウィンドウサイズも、同様に制御される。

J. Ott, D. Kutscher、"A Disconnection-Tolerant Transport for Drive-thru Internet Environments,"、Infocom 2005、[online]、［平成２０年１０月１５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tzi.de/~dku/pub/infocom-2005-ott-kutscher.pdf＞

通常、利用者は、移動端末の移動状態に関わらず、一定の転送レートのサービスを契約している。従って、同一のサービスを契約している異なる利用者間で、その移動端末の移動状態に応じて転送レートが異なることは、ユーザ満足度に差が生じることとなる。

そこで、本発明は、不安定な通信品質の通信リンクを介して接続する移動端末と、安定した通信品質の通信リンクを介して接続する移動端末との間で、データ転送の累積データ量に生じる差をできる限り小さくすることができるプロキシサーバ、プログラム及び代理接続方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、アクセスポイントによってカバーされる複数のエリアを移動する移動端末へ、サーバから送信されたデータパケットを代理転送するプロキシサーバにおいて、
移動端末との間で通信切断中の継続時間を導出する通信切断継続時間導出手段と、
移動端末との間で通信切断中に、サーバから受信したデータパケットを一時的に蓄積するバッファ手段と、
移動端末との間で通信接続中に、バッファ手段に蓄積されたデータパケットを移動端末へ送信するデータ送信手段と、
通信切断中の継続時間に応じて、データ送信手段から送信されるデータパケットのレートを制御するレート制御手段と
を有することを特徴とする。

本発明のプロキシサーバにおける他の実施形態によれば、レート制御手段は、通信切断中の継続時間が、通信接続中の継続時間よりも長くなるほど、レートを高く制御することも好ましい。

本発明のプロキシサーバにおける他の実施形態によれば、通信切断継続時間導出手段は、通信切断中の継続時間をカウンタによって計測し、通信切断中に所定時間間隔でカウンタを増分し、通信接続中に所定時間間隔でカウンタを減分することも好ましい。

本発明のプロキシサーバにおける他の実施形態によれば、
移動端末から通信切断中の継続時間を含む端末情報を受信する端末情報受信手段を更に有し、
通信切断継続時間導出手段は、端末情報に含まれる通信切断中の継続時間を取り出すことも好ましい。

本発明のプロキシサーバにおける他の実施形態によれば、
移動端末から通信品質値を含む端末情報を受信する端末情報受信手段を更に有し、
通信切断継続時間導出手段は、端末情報に含まれる通信品質値に基づいて、通信切断中の継続時間を導出することも好ましい。

本発明のプロキシサーバにおける他の実施形態によれば、
データ送信手段は、ＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)又はＤＣＣＰ／ＩＰ(Datagram Congestion Control Protocol / Internet Protocol)を用いてデータパケットを送信し、
レート制御手段は、ＴＣＰにおけるウィンドウサイズを制御することも好ましい。

本発明のプロキシサーバにおける他の実施形態によれば、データ送信手段は、ＤＴＮ(Delay・Disruption・Disconnect Tolerant Network)によって移動端末との間の通信を確立することも好ましい。

本発明によれば、アクセスポイントによってカバーされる複数のエリアを移動する移動端末へ、サーバから送信されたデータパケットを代理転送する装置に搭載されたコンピュータを機能させるプロキシサーバ用のプログラムにおいて、
移動端末との間で通信切断中の継続時間を導出する通信切断継続時間導出手段と、
移動端末との間で通信切断中に、サーバから受信したデータパケットを一時的に蓄積するバッファ手段と、
移動端末との間で通信接続中に、バッファ手段に蓄積されたデータパケットを移動端末へ送信するデータ送信手段と、
通信切断中の継続時間に応じて、データ送信手段から送信されるデータパケットのレートを制御するレート制御手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、アクセスポイントによってカバーされる複数のエリアを移動する移動端末と、該移動端末へデータパケットを送信するサーバと、該サーバから送信されたデータパケットを移動端末へ代理転送するプロキシサーバとを有するシステムにおける代理転送方法において、
プロキシサーバは、移動端末との間で通信切断中の継続時間を導出しており、
移動端末との間で通信切断中に、サーバから受信したデータパケットを一時的に蓄積する第１のステップと、
移動端末との間で通信接続中に、蓄積されたデータパケットを移動端末へ送信する際に、通信切断中の継続時間に応じて該データパケットのレートを制御する第２のステップと
を有することを特徴とする。

本発明のプロキシサーバ、プログラム及び代理接続方法によれば、不安定な通信品質の通信リンクを介して接続する移動端末と、安定した通信品質の通信リンクを介して接続する移動端末との間で、データ転送の累積データ量に生じる差をできる限り小さくすることができる。

以下では、図面を用いて、本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。

図３は、本発明におけるプロキシサーバの機能構成図である。

図３によれば、プロキシサーバ１は、図１の機能構成に加えて、通信状態判定部１３４と、通信切断継続時間導出部１３５と、レート制御部１３６と、端末情報受信部１３７とを有する。これら機能構成部は、サーバに搭載されたコンピュータを機能させるプロキシサーバ用のプログラムを実行することによって実現される。

通信状態判定部１３４は、例えば移動端末から確認メッセージ（ＡＣＫ）を所定時間以上受信しなくなった場合に、通信切断中と判定する。その後、移動端末から回線復帰通知メッセージ（又は他のメッセージ）を受信した場合、又は、確認メッセージの受信が再開された場合、通信接続中に回復したと判定する。

端末情報受信部１３７は、移動端末２から、「通信切断中の継続時間」又は「通信品質値」を含む端末情報を受信する。「通信切断中の継続時間」に対する全時間間隔は、所定時間間隔Ｔであってもよいし、別途「通信接続中の継続時間」を含むことによる継続時間の和であってもよい。また、「通信品質値」は、例えば電波受信強度、その強度の変動量、無線システム名称、又は周波数帯である。

通信切断継続時間導出部１３５は、以下の３つの方式で、移動端末との間で通信切断中の継続時間を導出する。
［方式１］移動端末の通信切断中／通信接続中を計測するカウンタ
［方式２］移動端末から受信した通信切断中の継続時間
［方式３］移動端末から受信した通信品質値

［方式１］移動端末の通信切断中／通信接続中を計測するカウンタ
通信切断継続時間導出部１３５は、通信切断中の継続時間を表す「カウンタ」を備え、通信切断中に所定時間間隔でカウンタを増分し、通信接続中に所定時間間隔でカウンタを減分する。カウンタは、トランスポートセッション（例えばＴＣＰセッション）毎に備えられる。尚、カウンタには、上限があってもよい。カウンタは、セッションＳに対応してＣＮＴｓと記述する。

レート制御部１３６は、カウンタＣＮＴｓに応じて、データ送信部１３３から送信されるデータパケットの転送レートを制御する。ここで、レート制御部１３６は、カウンタが大きいほど、転送レートを高く制御する。

既存のＴＣＰによれば、ウィンドウサイズｗの時における１ＲＴＴ(Round Trip Time)毎のウィンドウサイズの増加幅は、以下のように３つのフェーズによって表される。
Ｓ（ｗ）：スロースタートフェーズ
Ｃ（ｗ）：輻輳回避フェーズ
Ｄ（ｗ）：ウィンドウ減少フェーズ
（重複ＡＣＫ（又はＲＴＴ増加）によって輻輳を検出した際の
ウィンドウの減少幅）

このとき、レート制御部１３６は、カウンタＣＮＴｓをパラメータとして含む関数を用いて、ウィンドウサイズを変更する。その関数は、例えば、以下のようにフェーズ毎に備えられる。
Ｓdtn（ｗ）＝ｆ（Ｓ（ｗ），ＣＮＴｓ）
Ｃdtn（ｗ）＝ｇ（Ｃ（ｗ），ＣＮＴｓ）
Ｄdtn（ｗ）＝ｈ（Ｃ（ｗ），ＣＮＴｓ）
ここで、例えば、パケット破棄に基づいてウィンドウサイズを変更するＴＣＰ Ｒｅｎｏによれば、Ｓ（ｗ）＝ｗ、Ｃ（ｗ）＝１、Ｄ（ｗ）＝ｗ／２である。

図４は、本発明における、経過時間に応じた転送済み累積データ量、転送レート及びＴＣＰウィンドウサイズの関係を表すグラフである。

図４によれば、図２と比較して、第２の移動状態の場合が異なる。図４の第２の移動状態によれば、通信接続中の短い継続時間における転送レート（即ちウィンドウサイズ）が、図２の場合の転送レートよりも大きい。そのために、第２の移動状態にあって通信接続中の継続時間が短くても、所定時間内の転送済み累積データ量を、第１の移動状態と第２の移動状態とで、できる限り同等に近づけることができる。

図４の第２の移動状態におけるウィンドウサイズによれば、通信切断中の継続時間にカウンタＣＮＴｓを大きく増加させる。その後、通信接続中にデータパケットを転送した後は、カウンタＣＮＴｓを減少させる。このように、通信切断中の継続時間に応じて、転送レートを制御するウィンドウサイズを変更する。

［方式２］移動端末から受信した通信切断中の継続時間
移動端末２が、通信切断中／通信接続中の継続時間を計測し、その端末情報をプロキシサーバ１へ送信するものであってもよい。この場合、プロキシサーバ１のＤＴＮプロトコル部１３は、移動端末２から端末情報を受信し、通信切断中の継続時間を取り出すことができる。端末情報は、移動端末２が自主的に送信されるものであってもよいし、プロキシサーバ１からの要求に応じて送信されるものであってもよい。また、端末情報は、コンテンツ要求メッセージに含まれてもよいし、回線復帰メッセージに含まれてもよい。

例えば、ＲＴｓ（セッションＳ毎）「通信接続中の継続時間／所定時間間隔」をパラメータとして含む関数を用いて、ウィンドウサイズを変更する。その関数は、例えば、以下のようにフェーズ毎に備えられる。
Ｓdtn（ｗ）＝ｆ’（Ｓ（ｗ），ＲＴｓ）
Ｃdtn（ｗ）＝ｇ’（Ｃ（ｗ），ＲＴｓ）
Ｄdtn（ｗ）＝ｈ’（Ｄ（ｗ），ＲＴｓ）
尚、所定時間経過後に、通常のＴＣＰと同様のウィンドウ制御アルゴリズムに戻ることも好ましい。

［方式３］移動端末から受信した通信品質値
通信切断継続時間導出部１３５は、通信品質値に基づいて、移動端末がそのエリアに在圏する時間（通信接続中の継続時間）を予測する。予測される通信接続中の継続時間は、例えば以下のような場合、短くなる。
（１）無線システムが無線ＬＡＮのようにカバーエリアの狭い無線システムである。
（２）受信電波強度が弱い。
（３）その受信電波強度の変動量が大きい。
即ち、このような場合、通信切断中の継続時間は長くなる。通信切断中の継続時間が長いほど、通信再開後の転送レートが大きくなるように、ウィンドウサイズが制御される。

尚、前述した実施形態によれば、トランスポートプロトコルレイヤ部１２が、ＴＣＰであるものとして説明したが、ＤＣＣＰやＴＲＦＣのようなＵＤＰに基づくプロトコルであってもよい。また、転送レートを制御する際に、ウィンドウサイズの変更ではなく、ＦＥＣ(Forward Error Correction)のような誤り訂正符号の冗長度を変更するものであってもよい。

以上、詳細に説明したように、本発明のプロキシサーバ、プログラム及び代理接続方法によれば、不安定な通信品質の通信リンクを介して接続する移動端末と、安定した通信品質の通信リンクを介して接続する移動端末との間で、データ転送の累積データ量に生じる差をできる限り小さくすることができる。

本発明によれば、転送レートに関するユーザ満足度を一定に保つために、その移動端末が置かれている状況に応じて、再接続時の転送レートを変更する。在圏予測時間が長い、即ち、通信切断継続時間が短い移動端末に対しては、通常の転送レートを適用する。一方で、在圏予測時間が短い、即ち、通信切断継続時間が長い移動端末に対しては、高い転送レートを適用する。これによって、移動端末の移動状況に応じて、転送レートに関するユーザ満足度を一定に保つことができる。

前述した本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

プロキシサーバを介在させたシステム構成図である。 経過時間に応じた転送済み累積データ量、転送レート及びＴＣＰウィンドウサイズの関係を表すグラフである。 本発明におけるプロキシサーバの機能構成図である。 本発明における、経過時間に応じた転送済み累積データ量、転送レート及びＴＣＰウィンドウサイズの関係を表すグラフである。

符号の説明

１ プロキシサーバ
１１ 通信インタフェース部
１２ トランスポートプロトコルレイヤ部
１３ ＤＴＮプロトコル部
１３１ データ受信部
１３２ バッファ部
１３３ データ送信部
１３４ 通信状態判定部
１３５ 通信切断継続時間導出部
１３６ レート制御部
１３７ 端末情報受信部
２ 移動端末
３ コンテンツサーバ、相手先サーバ

Claims (9)

1. アクセスポイントによってカバーされる複数のエリアを移動する移動端末へ、サーバから送信されたデータパケットを代理転送するプロキシサーバにおいて、
   前記移動端末との間で通信切断中の継続時間を導出する通信切断継続時間導出手段と、
   前記移動端末との間で通信切断中に、前記サーバから受信したデータパケットを一時的に蓄積するバッファ手段と、
   前記移動端末との間で通信接続中に、前記バッファ手段に蓄積されたデータパケットを前記移動端末へ送信するデータ送信手段と、
   前記通信切断中の継続時間に応じて、前記データ送信手段から送信されるデータパケットのレートを制御するレート制御手段と
   を有することを特徴とするプロキシサーバ。
2. 前記レート制御手段は、前記通信切断中の継続時間が、通信接続中の継続時間よりも長くなるほど、前記レートを高く制御することを特徴とする請求項１に記載のプロキシサーバ。
3. 前記通信切断継続時間導出手段は、前記通信切断中の継続時間をカウンタによって計測し、前記通信切断中に所定時間間隔でカウンタを増分し、前記通信接続中に所定時間間隔でカウンタを減分することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロキシサーバ。
4. 前記移動端末から前記通信切断中の継続時間を含む端末情報を受信する端末情報受信手段を更に有し、
   前記通信切断継続時間導出手段は、前記端末情報に含まれる前記通信切断中の継続時間を取り出すことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロキシサーバ。
5. 前記移動端末から通信品質値を含む端末情報を受信する端末情報受信手段を更に有し、
   前記通信切断継続時間導出手段は、前記端末情報に含まれる前記通信品質値に基づいて、前記通信切断中の継続時間を導出することを特徴とする請求項１又は２に記載のプロキシサーバ。
6. 前記データ送信手段は、ＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)又はＤＣＣＰ／ＩＰ(Datagram Congestion Control Protocol / Internet Protocol)を用いてデータパケットを送信し、
   前記レート制御手段は、ＴＣＰ又はＤＣＣＰにおけるウィンドウサイズを制御する
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプロキシサーバ。
7. 前記データ送信手段は、ＤＴＮ(Delay・Disruption・Disconnect Tolerant Network)について前記移動端末との間の通信を確立することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のプロキシサーバ。
8. アクセスポイントによってカバーされる複数のエリアを移動する移動端末へ、サーバから送信されたデータパケットを代理転送する装置に搭載されたコンピュータを機能させるプロキシサーバ用のプログラムにおいて、
   前記移動端末との間で通信切断中の継続時間を導出する通信切断継続時間導出手段と、
   前記移動端末との間で通信切断中に、前記サーバから受信したデータパケットを一時的に蓄積するバッファ手段と、
   前記移動端末との間で通信接続中に、前記バッファ手段に蓄積されたデータパケットを前記移動端末へ送信するデータ送信手段と、
   前記通信切断中の継続時間に応じて、前記データ送信手段から送信されるデータパケットのレートを制御するレート制御手段と
   してコンピュータを機能させることを特徴とするプロキシサーバ用のプログラム。
9. アクセスポイントによってカバーされる複数のエリアを移動する移動端末と、該移動端末へデータパケットを送信するサーバと、該サーバから送信されたデータパケットを前記移動端末へ代理転送するプロキシサーバとを有するシステムにおける代理転送方法において、
   前記プロキシサーバは、前記移動端末との間で通信切断中の継続時間を導出しており、
   前記移動端末との間で通信切断中に、前記サーバから受信したデータパケットを一時的に蓄積する第１のステップと、
   前記移動端末との間で通信接続中に、蓄積されたデータパケットを前記移動端末へ送信する際に、前記通信切断中の継続時間に応じて該データパケットのレートを制御する第２のステップと
   を有することを特徴とする代理転送方法。

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