JP5382805B2 - メッシュ型ネットワーク及びパケットレート割り当て方法及び関連装置 - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークを利用した通信システムにおいて、システムの回線を効率よく利用する技術に関する。特に、無線メッシュ網において、ユーザあたりのスループットをなるべく公平に割り当てる技術に関する。

無線メッシュ網で、システムの回線を効率よく利用してユーザあたりのスループットを高める手法として、従来から、負荷分散経路制御が知られている。

従来の負荷分散経路制御における制御は、簡単に言えば、
まず、メッシュ網の各リンクに対して、チャネル利用率やそのリンクを使用するフローの数をもとに「チャネル負荷コスト」を設定する。次に、宛先までに経由するリンクのチャネル負荷コストの和が最小となる経路を選択するというものである。

この手法は、特定の制御ノードを必要としない自律分散的制御であることが利点であるが、負荷分散を主目的としているため、送信ノード・受信ノードのペアごとの帯域利用の公平性を保つことは困難である。この現象は送信ノード・受信ノードのペアごとに利用できる経路の数が異なる時に特に顕著となる。

先行特許文献の例
例えば、下記特許文献１には、ネットワーク上の経路を効率的に決定する方法が提案されている。特に各リンク毎の公平性を考えにいれたモデル化を行うことが開示されている。

また、下記特許文献２には、ネットワークを流れるトラヒック量や通信経路を調整して負荷分散を図る技術が開示されている。

また、下記特許文献３には、ネットワーク上で公平な混雑制御を行えるシステムが開示されている。

また、下記特許文献４及び下記特許文献５には、各加入者に対して公平な帯域割り当てが行えるシステムが開示されている。特に、論理的に多重化されたＶＬＡＮについて、トラヒック量の大きなＶＬＡＮに物理リンクが占有されてしまうことを防ぐことができ、公平性を確保できる技術が開示されている。

また、下記特許文献６には、加入者チャネルの帯域割り当てを動的に変えて、効率の良い通信を行える技術が開示されている。特に、この技術によれば、セッション待ち行列を用いて多重アクセスの際の、バースト特性を有するデータ通信が生じた場合でも効率の良い伝送を実現できるとされている。

特開平０６−０９０２３５号公報 特開２００１−０１６２６２号公報 特開２００３−１２４９５４号公報 特開２００３−２０４３４３号公報 特開２００４−１０４７０８号公報 特開２００７−２５１９６６号公報

従来の負荷分散経路制御の様子を示す説明図が図１に示されている。

図１に示す網１０においては、各無線基地局がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊで表されている。また、送信端末（送信ノード）が、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３で表されている。さらに、受信端末（受信ノード）がＤ１、Ｄ２、Ｄ３で表されている。

各無線基地局間は、無線リンク（以下、単に「リンク」と呼ぶ）により結ばれており、図１においてこのリンクは破線で示されている。

この図１に示す網１０の下では、まず、無線基地局（Ａ￣Ｊ）間を結ぶ各リンクの伝送速度は等しいものとしてこの伝送速度をＲと表す。そして、各リンクには、互いのチャネル干渉が無視できる範囲で異なるチャネルが割り当てられるとする。

図１に示すように、ユーザペアＳ１−Ｄ１と、Ｓ３−Ｄ３はそれぞれ経路が１本のみであるが、ユーザペアＳ２−Ｄ２には取りうる経路が２本あることが理解されよう。すなわち、
Ｓ２−Ｂ−Ｄ−Ｆ−Ｉ−Ｄ２
Ｓ２−Ｂ−Ｅ−Ｇ−Ｉ−Ｄ２
の２経路である。

さて、このような状況下で、各ユーザペアＳ１−Ｄ１、 Ｓ２−Ｄ２、 Ｓ３−Ｄ３がファイル転送等のデータ通信を行う場合を想定する。そして、その際の各々のペアのスループットをＴｈ（１）、 Ｔｈ（２）、 Ｔｈ（３） で表す。

図１から、あきらかに、ユーザペアＳ２−Ｄ２は、隣接する他のユーザペアＳ１−Ｄ１、又は、Ｓ３−Ｄ３とリンクの帯域を共有することになる。したがって、上述したスループットＴｈ（１）、Ｔｈ（２）、Ｔｈ（３）はＳ２−Ｄ２の取る経路によって変化し、それぞれ以下のような値をとることが容易に理解されよう。

（１）Ｓ２−Ｄ２の経路がＢ−Ｄ−Ｆ−Ｉである場合：
Ｔｈ（１）＝Ｒ／２、 Ｔｈ（２）＝Ｒ／２、Ｔｈ（３）＝Ｒ
（２）Ｓ２−Ｄ２の経路がＢ−Ｅ−Ｇ−Ｉである場合：
Ｔｈ（１）＝Ｒ、 Ｔｈ（２）＝Ｒ／２、Ｔｈ（３）＝Ｒ／２
このように従来の負荷分散経路制御では、各ペアのスループットは異なる値となってしまう。これは、従来の負荷分散ルーティングでは解決することが困難な問題である。なお、図１中では、上記（１）の場合のフロー示す矢印が示されている。

さて一方、図２に示すように、ユーザペアＳ２−Ｄ２が２種の経路の各々にフローを分散設定し、かつ各フローで流れるデータの量を最適に制御することによって、ユーザペア単位で公平性を維持することが可能となると考えられる。

例えば、図２においては、ユーザペアＳ２−Ｄ２が２種の経路の各々にフロー（１／３）Ｒずつ設定し、合計のフローが（２／３）Ｒとなっている。一方、ユーザペアＳ１−Ｄ１とユーザペアＳ１−Ｄ１とについても、（２／３）Ｒずつフローを設定すれば、全ペアが、フローとして（２／３）Ｒづつ享有することができ、公平な割り当てができる。

このような制御は、ネットワーク（メッシュ網１０）全体のフローの分布を把握する必要があり、従来の自律分散制御で行うことは困難であると考えられる。

本発明の課題・目的
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、従来の負荷分散経路制御では困難であった公平なフローの割り当てが可能な方式を実現することを目的とする。

特に、本発明では、後述するように、無線メッシュ網にネットワークマネージャ２０と呼ばれる集中制御ノードを置き、集中制御ノードがユーザペアのフロー数、各リンクで帯域を共有しているフローの数を把握するように構成している。このネットワークマネージャ２０が、各ユーザペアの各フローが利用できる帯域を制限することで、ユーザペア単位で帯域利用の公平性を実現することができたのである。

なお、公平とは、なるべく均一なパケットレートを割り当てることを意味する。

また、請求の範囲においては、便宜上、ネットワークマネージャを、装置であることを明確にするために、「ネットワークマネージャ装置」と称しているが、両者は実質的に同様の装置を意味する。

（１）本発明は、上記課題を解決するために、メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、１個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、 前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワークにおいて、前記中継基地局装置は、自己に接続するフローが利用するリンクが、他のフローが利用する前記リンクと競合しているか否かを判断する判断手段と、前記判断結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、を備え、前記レート制限装置は、自己を通過するフローのパケットレートを測定する測定手段と、前記測定結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、前記ネットワークマネージャ装置から送信されてきたパケットレートの上限値に基づき、自己を通過するフローのパケットの送信を制限する制限手段と、を備え、前記ネットワークマネージャ装置は、前記中継基地局装置、及び、前記レート制限装置、から受信した報告に基づき、本ネットワーク上の各フロー毎に、そのパケットレートの大きさの上限値を設定する上限値設定手段と、前記設定した各上限値を、前記レート制限装置に送信する送信手段と、を含み、前記上限値設定手段は、前記各フローに対して、他のフローのリンクと競合していない非競合フローに対しては、前記パケット上限値を設定せず、他のフローのリンクと競合する競合フローに対しては、以下の３種の動作のいずれかを実行することを特徴とするメッシュ型ネットワークである。

（ａ）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上で最小であれば、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ増加させる。

（ｂ）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上の他のユーザペアと同じ値であれば、その競合フローに対するパケット上限値は変えない。

（ｃ）上記（ａ）（ｂ）以外の場合は、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ減少させる。

（２）本発明は、上記課題を解決するために、メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、１個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワーク上で、前記各フローへのパケットレート割り当て方法において、前記中継基地局装置が、自己に接続するフローが利用するリンクが、他のフローが利用する前記リンクと競合しているか否かを判断する判断ステップと、前記判断結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告ステップと、
を実行し、前記レート制限装置は、自己を通過するフローのパケットレートを測定する測定ステップと、前記測定結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告ステップと、前記ネットワークマネージャ装置から送信されてきたパケットレートの上限値に基づき、自己を通過するフローのパケットの送信を制限する制限ステップと、を実行し、前記ネットワークマネージャ装置は、前記中継基地局装置、及び、前記レート制限装置、から受信した報告に基づき、本ネットワーク上の各フロー毎に、そのパケットレートの大きさの上限値を設定する上限値設定ステップと、前記設定した各上限値を、前記レート制限装置に送信する送信ステップと、を実行し、前記上限値設定ステップは、以下の３種のステップを含むことを特徴とするパケットレート割り当て方法である。

（ａ）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上で最小であれば、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ増加させるステップ。

（ｂ）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上の他のユーザペアと同じ値であれば、その競合フローに対するパケット上限値は変えないステップ。

（ｃ）上記（１）（２）以外の場合は、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ減少させるステップ。

（３）本発明は、上記課題を解決するために、メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、１個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワークで用いられる前記ネットワークマネージャ装置において、前記ネットワークマネージャ装置は、前記中継基地局装置、及び、前記レート制限装置、から受信した報告に基づき、本ネットワーク上の各フロー毎に、そのパケットレートの大きさの上限値を設定する上限値設定手段と、前記設定した各上限値を、前記レート制限装置に送信する送信手段と、を含み、前記上限値設定手段は、前記各フローに対して、他のフローのリンクと競合していない非競合フローに対しては、前記パケット上限値を設定せず、他のフローのリンクと競合する競合フローに対しては、以下の３種の動作のいずれかを実行することを特徴とするネットワークマネージャ装置である。

（ａ）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上で最小であれば、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ増加させる。

（ｂ）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上の他のユーザペアと同じ値であれば、その競合フローに対するパケット上限値は変えない。

（ｃ）上記（１）（２）以外の場合は、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ減少させる。

（４）本発明は、上記課題を解決するために、メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、１個又は複数個の前記中継基地局に接続している１個以上のレート制限装置と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワーク上で用いられる前記中継基地局装置において、自己に接続するフローが利用するリンクが、他のフローが利用する前記リンクと競合しているか否かを判断する判断手段と、前記判断結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、を備えることを特徴とする中継基地局装置である。

（５）本発明は、上記課題を解決するために、メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、１個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワーク上で用いられる前記レート制限装置において、自己を通過するフローのパケットレートを測定する測定手段と、前記測定結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、前記ネットワークマネージャ装置から送信されてきたパケットレートの上限値に基づき、自己を通過するフローのパケットの送信を制限する制限手段と、を備えることを特徴とするレート制限装置である。

以上述べたように、本発明によれば、データの送信と受信とを行っているペア（送信端末、受信端末）に対して公平な通信帯域を割り当てる（パケットレートを割り当てる）ことが可能となった。

従来のメッシュ網の様子を示す説明図である。 図１のメッシュ網と同様のシステムを示す図であり、Ｓ２−Ｄ２の経路が、２個に分割されていることを表す従来技術の説明図である。 本実施の形態にかかるメッシュ網の様子を示す説明図である。 ネットワークマネージャ、中継基地局、レート制限装置の役割を示す概念図である。 本実施の形態にかかるフロー管理テーブルの様子を示す説明図である。 ネットワークマネージャがフロー管理テーブルに基づき、パケットレートの上限値を計算し、割り当てる動作を説明するフローチャートである。 本実施の形態におけるメッシュ網の様子を示す説明図であって、パケットレートが調整される前の状態を示す説明図である。 図５のフロー管理テーブルについて図６等の処理を行った結果であるフロー管理テーブルを示す説明図である。 処理を行った後のメッシュ網１０の様子を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づき説明する。

１ 本実施の形態におけるシステムの構成と用語説明
１．１ 構成
（１）全体構成
本実施の形態で説明する無線メッシュ網１０（以下、単に網１０と呼ぶ場合もある）のシステム構成が図３に示されている。

網１０全体に対してネットワークマネージャ２０が１台設けられ、各中継基地局（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６）と制御用の無線リンクで接続される。図３においては、基地局は２種類存在する。他の基地局とのみ通信を行う中継のための中継基地局Ｒ１〜Ｒ６）と、ユーザ端末と無線リンクで接続される収容機能を持つ基地局（Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８）である。本実施の形態では、このように、「基地局」「中継基地局」と呼び分けている。

なお、請求の範囲では、便宜上、装置であることを明確にするために「中継基地局装置」と称しているが、これは、本実施の形態における中継基地局と実質的に同様の装置である。

また、ユーザ端末は、送信ノードを、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と呼び、受信ノードをＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４と呼ぶ（図３参照）。

制御用の無線リンクは概念的に灰色の雲で表している。また、データ通信用の無線リンクは、図１・図２と同様に破線で示されている。データ通信用の無線リンクは、以下、単に「リンク」と記す。

図３中、ネットワークマネージャ２０は、網１０の各リンクのチャネル利用率とそのリンクを使用するフローについての情報を収集し、後述するレート制限装置（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）にその情報を通知する役割を有する。

（２）レート制限装置
本実施の形態において特徴的なことは、ユーザ端末を収容する基地局（Ｅ１〜Ｅ８）には、レート制限装置（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）が、それぞれ接続されていることである。

本実施の形態においてさらに特徴的なことは、図３に示すように、ユーザ端末を収容する基地局Ｅ１〜Ｅ６についてのみレート制限装置が設けられていることである。同じ基地局でも中継のみを行う基地局（Ｒ１〜Ｒ４）についてはレート制限装置Ｌは設けられていない。このような構成によって、より効率的にフローの分配・割り当てが可能となったものである。

レート制限装置Ｌの重要な働きの一つは、ネットワークマネージャ２０から与えられたフローの競合に関する情報に基づいて、対応する基地局Ｅが収容するフローのパケットが網１０に流入する情報量を制限することである。この動作によって、レート制限装置（Ｌ１〜Ｌ８）が接続されているそれぞれの基地局（Ｅ１〜Ｅ８）は、その収容フローから予め定めた値を超過したパケットを受信した場合に、その基地局は超過したパケットの一部を破棄するのである。このような動作によって、フローの公平な割り当てが可能となる。詳しくは次節でその動作を説明する。

（３）複数のフロー
なお、本実施の形態では、１組のユーザペアに対して網１０内で設定されるフローは、１本でもよいし２本以上設定してもかまわない。原理的に、フローの本数に制限は設けられていない。但し、１組のユーザ端末ペアに対してフローを２本以上設定する場合は、各フローの経路が可能な限りリンク独立になるように網１０側が経路を選択するものとする。そのユーザペアは、設定された各フローに対してそれぞれ個別に、ＴＣＰ等のフロー制御と輻輳制御の機能を備えたトランスポートコネクションを設定する。

２．２ 用語説明
（１）競合フローと非競合フロー
競合フローとは、フローが経由するいずれかのリンクで、他のフローとリンクの帯域を競合しているフローである。つまり、ある単一の同じリンクを、２本以上のフローが使用しており、かつそのリンクのチャネル利用率がある決められた閾値より高い場合、それらのフローを競合フローと呼ぶ．そして、この条件に合致しないフローを非競合フローと呼ぶ．
例えば図１で、Ｓ１−Ｄ１、Ｓ２−Ｄ２のフローは競合フローであるが、Ｓ３−Ｄ３のフローは非競合フローである。図２では全てのフローが競合フローである。但し、図２において、仮にＳ３−Ｄ３のフローが存在しない場合は、Ｓ２−Ｄ２間のフローＢ−Ｅ−Ｇ−Ｉのフローは非競合フローとなる一方、Ｂ−Ｄ−Ｆ−Ｉのフローは依然として競合フローのままである。このように、一組のユーザペアの通信の中に競合フローと非競合フローが混在する場合もある。

３．本実施の形態において採用している方式の概要
本実施の形態で採用する方式においては、まず、ネットワークマネージャ２０が網１０の各リンクのチャネル利用率および網１０内の競合フローおよび非競合フローの数を把握している。

この把握した情報に基づいて、各フローの送信端末Ｓの最寄りの基地局Ｅに接続されているレート制限装置Ｌは、そのフローのパケットレートに上限値を設定するのである。

そしてレート制限装置Ｌは、設定したこの上限値を超えて受信するパケットを破棄するのである。

本実施の形態では、このような動作によって、ユーザペア単位での帯域利用公平性を実現している。詳しい動作については、次節から順に説明する。

３．１ ネットワークマネージャ、中継基地局およびレート制限装置の役割
上記の各々の装置の役割を表す概念図が図４に示されている。

（ａ）まず、網１０内の各中継基地局Ｒは、自らに接続する無線リンクを使用する各フローが競合フローであるのか、それとも非競合フローであるのかを、上記２．２用語説明で述べた定義に沿って判定する。そして、各中継基地局Ｒは、その判定結果を、定期的にネットワークマネージャ２０に報告する。後述するように、ネットワークマネージャ２０は、この報告に基づき、フロー管理テーブルを構築し、また、更新していく。

中継基地局Rの装置は、基本的に一般的な中継装置と同様のハードウェア構成・ソフトウェア構成を採用している。また、各無線リンクを構成する通信手段も、当業者であれば、従来の中継装置と同様の手段を採用することで容易に構築可能である。従来の中継装置は、基本的にコンピュータの構成に無線リンクを実現するためのインターフェースを組み合わせることによって構成されており、本実施の形態でも同様の構成を採用する。

そして、競合フローであるか、非競合フローであるかの判断の手段は、このコンピュータの構成の部分のソフトウェアによって構成することが好適である。中継装置内のコンピュータは従来からデータのフローの監視や制御を行っているので、このコンピュータの記憶手段内に所定のプログラムを格納して、上記コンピュータのプロセッサにこのソフトウェアを実行させて、競合フローか非競合フローかを判断させることが好適である。

競合フローか、非競合フローかを判断するには、そのフローが利用する無線リンクを、他のフローが利用しているか否かを判断すればよい。一般に従来から中継装置では、各無線リンク毎にどのフローがそのリンクを利用しているかを記憶させたテーブルを記憶手段内に構築し、そのテーブルに基づき各無線リンク及びフロー制御する場合が多い。このようなテーブルを検査することによって、あるフローが利用する無線リンクを選択する。そして、その無線リンクを利用するフローはテーブルを検査することによって容易に見つけ出すことができる。見つけたフローが１種のみであれば、そのフローは非競合フローであると判断できるし、フローが２種以上あれば、それらは競合フローであると判断することができる。なお、判断した結果は、上述したように、ネットワークマネージャ２０に報告されるが、制御・管理の点から、上記テーブル中に格納しておくことも好適である。

（ｂ）次に、レート制限装置Ｌは、当該装置を経由して網１０に流入する各フローのパケットレートを測定する。そして、レート制限装置Ｌは、その測定結果を定期的にネットワークマネージャに報告する。後述するように、ネットワークマネージャ２０は、この報告に基づき、フロー管理テーブルを構築し、また、更新していく。

この報告は、パケットレートの測定には一定時間係ることから、定期的に行うことが好ましいが、新しいフローが設定された場合等は、必ずしも定期的でなくても良い。また、各「フロー毎に定期的」であってもよい。この場合は、各フロー毎にばらばらに報告がなされることになる。また、パケットレートの変化が乏しい場合は、報告の周期を長くしても良いし、パケットレートが急峻に変化する場合は、周期を自動的に短くするように構成しても良い。

レート制限装置は、一般に従来からコンピュータに所定の通信インターフェースを組み合わせて構成されることが多い。上記レートの測定は、このコンピュータ部分に行わせることが好適である。このコンピュータの記憶手段内にレート測定のためのソフトウェアを格納しておき、コンピュータのプロセッサ部分にこのソフトウェアを実行させることによって、上記レートの測定手段を構成することが恋うてである。レートの測定は、単位時間あたりのパケットの数を計数することによって行われる。パケットの計数は、従来からコンピュータが行ってきたことであるので、当業者であればこのような手段（ソフトウェア）を構築することは容易である。

（ｃ）次に、ネットワークマネージャ２０は、上記（ａ）（ｂ）により得られた情報に基づき、各フローに対するパケットレートの上限値を決定する。そして、ネットワークマネージャ２０は、そのフローを収容するレート制限装置Ｌにその値を通知する。

レート制限装置Ｌは、内部にその通知された上限値を記憶（設定）しておき、この上限値を越えて流入するパケットを破棄する。具体的には、ネットワークマネージャ２０は、フロー管理テーブルを構築し、その内容に基づき、フロー管理テーブルを逐次更新していくことによって、上記のような処理を行っている。

また、レート制限装置Lは、上述したように、コンピュータと無線リンクを構成する所定の通信インターフェースとを組み合わせて構成されているが、このコンピュータの記憶手段内に各フローに対するパケットレートのテーブルを構築することが好適である。特に、上記パケットレートの上限値はこのテーブルに格納しておき、上記コンピュータのプロセッサが、この上限値を読み取るのである。そして、この上限値を超えないように各無線リンクのための他通信インターフェースを制御することによって、各フローの帯域を制御（制限）することが可能となる。帯域の制限・制御自体は従来の装置で広く行われてきたことであるので、そのように通信インターフェースを制御するソフトウェアを構築して上記プロセッサに実行させることは当業者であれば容易である。

さて、以上のような動作で、フローの公平な割り当てが可能となる。具体的なアルゴリズムを次に述べる。

３．２．パケットレートの上限値設定のアルゴリズム
次に、上述したネットワークマネージャ２０におけるパケットレート上限値設定のアルゴリズムを説明する。

（１）ネットワークマネージャ２０はフロー管理テーブル２２を持ち、中継基地局Ｒおよびレート制限装置Ｌから報告された情報を管理する。

ネットワークマネージャ２０も所定のコンピュータと通信インターフェースとを組み合わせて構成されている。そのコンピュータの記憶手段内に各動作を実行するソフトウェアを格納し、上記コンピュータのプロセッサにこのソフトウェアを実行させることによって、下記の各種動作を実現している。なお、図３で示したネットワーク１０に対するフロー管理テーブル２２の例が図５に示す．このフロー管理テーブルも、ネットワークマネージャ２０のコンピュータ部分の記憶手段内に構築することが好適である。

（２）ネットワークマネージャ２０は下記のポリシーにより各フローへのパケットレート上限値を設定する。

（２−１）まず、非競合フローについてはパケットレートの上限値を設定しない．
（２−２）競合フローについては、 同じリンクを使用する他の全てのフローとの 間で、フローが属するユーザペアの総パケットレートを比較する。その 結果に応じて以下の３通りの設定を行う。

（２−２−１）着目するフローのユーザペアの総パケットレートが、他のユー ザペアと比較して最小であれば、そのフローのパケットレート の上限値を今の値よりもα（ｂｉｔ／ｓｅｃ）だけ上げる。

（２−２−２）着目するフローのユーザペアの総パケットレートが、他の全て のユーザペアと同じであれば、そのフローのパケットレートの 上限値は変更しない。

（２−２−３）上述した（２−２−１）、（２−２−２）以外の場合は、その フローのパケットレートの上限値を今の値よりもα（ｂｉｔ／ ｓｅｃ）だけ下げる。

ここで、総パケットレートとは、そのユーザペアに属する全てのフローのパケットレートの合計値である。上述したように、本ネットワークでは、送信端末と受信端末との間のフローは、１個だけでなく２個以上でもかまわない。このような場合、総パケットレートとは、送信端末・受信端末のペアの間に設けられている全てのフローのそれぞれのパケットレートの合計である。つまり、総パケットレートは、そのユーザペア（送信端末・受信端末）の間の実質的なパケットレートとも言うべきものである。

さて、上述した動作をフローチャートの形で書くと図６の通りとなる。ネットワークマネージャ２０は、図５に示すフロー管理テーブル２２の各フロー毎に、以下の処理を実行する。

まず、図６のステップＳ６−１において、ネットワークマネージャ２０は、着目しているフローが競合フローか、非競合フローかを判断する。競合フローである場合は、ステップＳ６−２に処理が移行し、非競合フローである場合は、後述するステップＳ６−４に処理が移行する。

次に、ステップＳ６−２においては、着目しているフローと帯域を競合している他のフローとの間で、ユーザペアの総パケットレートを比較する。

ステップＳ６−３においては、上記比較の結果、着目しているフローのユーザペアの総パケットレートが、他のすべてのフローのユーザペアのそれと等しい場合は、ステップＳ６−４に処理が移行する。等しくない場合は、後述するステップＳ６−５に処理が移行する。

ステップＳ６−５においては、着目しているフローのユーザペアの総パケットレートが、他のフローのユーザペアのそれと比較して最小か否か検査を行う。その結果、最小であれば、後述するステップＳ６−６に処理が移行し、最小でなければステップＳ６−７に処理が移行する。

ステップＳ６−６においては、その着目しているフローのパケットレートの上限を所定量α（ｂｉｔ／ｓｅｃ）だけ増加させる。

一方、ステップＳ６−７においては、その着目しているフローのパケットレートの上限を所定量α（ｂｉｔ／ｓｅｃ）だけ減少させる。

以上のような処理によって、それぞれのフローに設定されていパケットレートを適宜更新していくのである。この結果、最終的には、各ユーザペアの総パケットレートの差が徐々に少なくなり、公平なレートの割り当てが実現される。

ここでは、説明をわかりやすくするために、一つのフローが他のフローと帯域を競合するリンクが経路上で１つのみである場合について説明した。しかし、一般には経路上の２つ以上のリンクで、各々異なるフローと帯域を競合する場合があり得る。この場合は、各競合しているリンクのそれぞれに対して上述した処理を行い、その結果算出された上限値の中で最も低い値を、そのフローへのパケットレートの上限値とする。

４．動作例
動作の具体的な例を図７に基づき説明する。図７には、無線メッシュ網１０で通信を行うユーザペアが、Ｓ１−Ｄ１、Ｓ２−Ｄ２、Ｓ３−Ｄ３、Ｓ４−Ｄ４の４種類が存在する例が示されている。

それぞれのユーザペアに対して、図７中の太い矢印で示すように２本、１本、２本、１本のフローが設定され、通信をそれぞれ開始している。説明をわかりやすくするために、各フローには”Ｓ１−Ｅ１−Ｒ１−Ｒ２−Ｅ５−Ｄ１”という形で、フローが経由するノードを順に並べたものを識別子として与える。

この時、当初、各フローのスループット（パケットレート）は図７中の矢印の横に示した値となっている。

このような初期状態に対して、上述した３．発明方式の概要の３．２で述べた手順に沿って、本発明におけるパケットレート上限値設定の動作の例を示そう。

（１）フロー管理テーブルの作成
まず、上述したように、ネットワークマネージャ２０は、各中継基地局Ｒから報告されてきた情報に基づき、上述したようにフロー管理テーブルを作成する。ここで、作成されるフロー管理テーブルは、図５に示されているとおりである。つまり、図７のメッシュ網１０において、最初に作成されるフロー管理テーブルは図５と同一である。

この図５に示すように、フロー管理テーブルは、各フローの情報が格納されている。例えば、図５に示すように、ユーザペア（Ｓ２，Ｄ２）に対しては、フローは１種のみ設定されており、その経路は、Ｓ２−Ｅ２−Ｒ３−Ｒ４−Ｅ６−Ｄ２である。このうち、Ｒ３−Ｒ４のリンクが他のフロート競合している。競合している他のフローは２種存在する。その一つは、ユーザペア（Ｓ１、Ｄ１）の第２フロー（Ｓ１−Ｅ１−Ｒ３−Ｒ４−Ｅ５−Ｄ１）であり、二つ目は、ユーザペア（Ｓ３、Ｄ３）の第１フロー（Ｓ３−Ｅ３−Ｒ３−Ｒ４−Ｅ７−Ｄ３）である。

なお、図５のフロー管理テーブルにおいて、「パケットレート」はパケットレートの上限値を表している。

このフロー管理テーブルは、ネットワークマネージャ２０上の記憶装置上に配置される。例えば、ハードディスク装置・半導体記憶装置等が好適である。

（２）各フローへのパケットレート上限値の設定
上記（１）で作成した、フロー管理テーブル中の各値に基づき、ネットワークマネージャ２０は、パケットレート上限値を以下のように決定していく。

（２−１）まず、非競合フローであるＳ１−Ｅ１−Ｒ１−Ｒ２−Ｅ５−Ｄ１のフローに対しては、上限値を設定しない．設定しないとは、そのリンクの物理的な上限を設定することを意味する。図５のフロー管理テーブルにおいては、物理的な上限である「Ｒ」を設定・記入している（図５参照）。

（２−２）次に、リンクＲ３−Ｒ４では、上述したように、３種のフローが競合している。この中で、ユーザペアの総パケットレートが最小であるフローは、ユーザペア（Ｓ２，Ｄ２）のＳ２−Ｅ２−Ｒ３−Ｒ５−Ｅ６−Ｄ２であるので、この最小のフローに関しては、上限値を現在のパケットレート＋α（ｂｉｔ／ｓｅｃ）と設定する。一方、残りの他の２つのフローについては、上限値を現在のパケットレート−α（ｂｉｔ／ｓｅｃ）と設定する。

ここで、αは、パケットレートの上限（Ｒ）より十分に小さい値とするが、小さすぎればパケットレートの公平な割り当てに至るまでの時間が長くなるので、物理的な上限値Ｒの数％〜数１０％程度に設定することが好ましいが、用途・目的に応じて適切な値に随時設定することが可能である。また、αの値はその絶対値を動的に変化させても好適である。

同様にして、リンクＲ５−Ｒ６では２つのフローが競合しており、各々のリンクへのパケットレートの上限値の設定は、Ｒ３−Ｒ４の場合と同様に行う．
以上のような処理を各フローに対して行った結果、フロー管理テーブルの内容は、図８のように変化する。ネットワークマネージャ２０はこのフロー管理テーブル結果を各レート制限装置Ｌに通知する。すなわち、ネットワークマネージャ２０は、フロー管理テーブル内の各フローのパケットレートの上限値（図８のテーブルの「パケットレート」で表されている）を、各レート制限装置Ｌに通知し、各レート制限装置Ｌは、内部でこの値を記憶し、各フローに対してこのパケットレート上限値を適用するのである。

ネットワークマネージャ２０が、以上のような処理を周期的に行うことによって、各フローに割り当てられるパケット上限値は、各フローに対して均一化され、最終的には公平な値が割り当てられるのである。

このアルゴリズムが動作すれば、各フローのパケットレートは最終的に図９に示すような値に到達する。すなわちユーザペア（Ｓ１、Ｄ１）がパケットを送出できるフローは実質的に非競合フローのみとなり、リンクの帯域を競合するフローをもつ他の３つのユーザペア（Ｓ２、Ｄ２）、（Ｓ３、Ｄ３）、（Ｓ４、Ｄ４）については、総パケットレートが全て等しくなる。

これは、上述したアルゴリズムが、割り当てられているパケットレートが他より小さいものは増やされ（＋αされ）、それ以外は減らされる（−αされる）ことに基づく。このような処理の結果、各フローのパケットレートは均一となり、公平な割り当てが可能となるのである。

レート制限装置による帯域制限の実施方法
さて、レート制限装置Ｌでは、自らが管理するフローの各々に対してバッファが備えられている。そして、レート制限装置は、所定のフローからパケットを受信するとそれを対応するバッファに一度格納し、バッファから出力するパケットの情報量が上記の動作例で説明した当該フローへのスループット制限を超えないように制御する（制限する）ことで、目的を実現している。

バッファは、半導体記憶装置等の記憶手段を用いて構成することが好ましい。いわゆる半導体メモリで構成しても良いし、ＦＩＦＯ等のキューや、その他種々の記憶装置が利用可能である。レート制限装置Ｌ内のプロセッサは、上記各フローごとのバッファから出力されるデータ量を監視しており、その値がそのフローに割り当てられたパケットレートに達すると、データ出力を停止させることによって、上記の通り、スループットの制限を行うのである。

５．まとめ
以上述べたように、本実施の形態では、以下のようにして各ユーザペアに対して公平なフローを割り当てるように構成することができた。

（１）各中継基地局Ｒが、自己に接続するフローの情報を、ネットワークマネージャ２０に送信する。特に、上述したように、そのフローに競合フローか、非競合フローであるのかについて、情報をネットワークマネージャ２０に送信する。

（２）レート制限装置Ｌは、自己を通過するパケットレートを測定して、この情報をネットワークマネージャ２０に送信する。

（２）ネットワークマネージャ２０は、上記送信されてきた情報に基づきフロー管理テーブルを構築し、管理している。つまり、送信されてくる情報に基づき、適宜フロー管理テーブルは更新されている。

（３）また、ネットワークマネージャ２０は、このフロー管理テーブルの内容を定期的に検査し、各フローに割り当てられるパケットレートの上限値を計算して、決定する。決定した上限値もフロー管理テーブルに格納される。

（４）ネットワークマネージャ２０は、上記計算したパケットレートの上限値をレート制限装置Ｌに送信する。

（５）レート制限装置Ｌは、送信されてきたパケットレートの上限値を内部に記ｏｋするとともに、この上限値で、対応するフローの通信の制限を行う。

以上のような手法によって、各ユーザペアに対して公平なフローの割り当てが可能となったものである。

５．１ 応用例・変形例
（１）上述した本実施の形態では、各リンクは無線リンクであるとし、また、ユーザ端末も無線を利用する例を示したが、通信を行うことができれば、無線には限られず優先による通信を利用した網でも本実施の形態と同様の手法を適用することが可能である。

（２）本実施の形態では、基地局Ｅと、レート制限装置Ｌとが別体である例を示したが、同一筐体に内蔵しても好適である。この場合は、基地局の交換装置がレート制限装置Ｌを兼ねる構成とすることが便利であろう。

（３）レートの変化量である上記αは、用途に応じて種々の値を採用することが可能である。実際のフローのレートに比べて十分に小さい値とすることも好適であるし、リンクの物理的な上限値より十分に値にすることもまた好適である。

（４）また、フローのパケットレートの大きさに応じて、αの値を変化させることも好適である。フローのパケットレートが大きい場合は、αも大きくし、フローのパケットレートが小さい場合は、それに応じてαも小さくすることが好適である。

（５）さらに、各フローのパケットレートの差が大きい場合は、このαも大きく設定し、フローのパケットレート差が小さくなってきた場合は、αも小さな値にすることも好適である。差が大きい場合は、大きなαで迅速にパケットレートの差を小さくし、差が大きくない場合は、小さなαで精密に調整することができると考えられる。

（６）また、上述した実施の形態では、図６等の処理を周期的に行うとしているが、その周期は、使用する用途・目的に応じて適宜定めればよい。また、中継基地局Ｒやレート制限装置Ｌからの報告を受けるたびに、行うことも好適である。

１０ メッシュ網、網
１２ 基地局
２０ ネットワークマネージャ
２２ フロー管理テーブル
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７、Ｅ８、基地局
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６ 中継基地局
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８ レート制限装置
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７ 送信端末
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７ 受信端末

Claims (5)

1. メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、
   １個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、
   前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、
   を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワークにおいて、
   前記中継基地局装置は、
   自己に接続するフローが利用するリンクが、他のフローが利用する前記リンクと競合しているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、
   を備え、
   前記レート制限装置は、
   自己を通過するフローのパケットレートを測定する測定手段と、
   前記測定結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、
   前記ネットワークマネージャ装置から送信されてきたパケットレートの上限値に基づき、自己を通過するフローのパケットの送信を制限する制限手段と、
   を備え、
   前記ネットワークマネージャ装置は、
   前記中継基地局装置、及び、前記レート制限装置、から受信した報告に基づき、本ネットワーク上の各フロー毎に、そのパケットレートの大きさの上限値を設定する上限値設定手段と、
   前記設定した各上限値を、前記レート制限装置に送信する送信手段と、
   を含み、
   前記上限値設定手段は、前記各フローに対して、
   他のフローのリンクと競合していない非競合フローに対しては、前記パケット上限値を設定せず、
   他のフローのリンクと競合する競合フローに対しては、以下の３種の動作のいずれかを実行することを特徴とするメッシュ型ネットワーク。
   （１）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上で最小であれば、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ増加させる。
   （２）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上の他のユーザペアと同じ値であれば、その競合フローに対するパケット上限値は変えない。
   （３）上記（１）（２）以外の場合は、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ減少させる。
2. メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、
   １個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、
   前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、
   を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワーク上で、前記各フローへのパケットレート割り当て方法において、
   前記中継基地局装置が、
   自己に接続するフローが利用するリンクが、他のフローが利用する前記リンクと競合しているか否かを判断する判断ステップと、
   前記判断結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告ステップと、
   を実行し、
   前記レート制限装置は、
   自己を通過するフローのパケットレートを測定する測定ステップと、
   前記測定結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告ステップと、
   前記ネットワークマネージャ装置から送信されてきたパケットレートの上限値に基づき、自己を通過するフローのパケットの送信を制限する制限ステップと、
   を実行し、
   前記ネットワークマネージャ装置は、
   前記中継基地局装置、及び、前記レート制限装置、から受信した報告に基づき、本ネットワーク上の各フロー毎に、そのパケットレートの大きさの上限値を設定する上限値設定ステップと、
   前記設定した各上限値を、前記レート制限装置に送信する送信ステップと、
   を実行し、
   前記上限値設定ステップは、以下の３種のステップを含むことを特徴とするパケットレート割り当て方法。
   （１）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上で最小であれば、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ増加させるステップ。
   （２）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上の他のユーザペアと同じ値であれば、その競合フローに対するパケット上限値は変えないステップ。
   （３）上記（１）（２）以外の場合は、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ減少させるステップ。
3. メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、
   １個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、
   前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、
   を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワークで用いられる前記ネットワークマネージャ装置において、
   前記ネットワークマネージャ装置は、
   前記中継基地局装置、及び、前記レート制限装置、から受信した報告に基づき、本ネットワーク上の各フロー毎に、そのパケットレートの大きさの上限値を設定する上限値設定手段と、
   前記設定した各上限値を、前記レート制限装置に送信する送信手段と、
   を含み、
   前記上限値設定手段は、前記各フローに対して、
   他のフローのリンクと競合していない非競合フローに対しては、前記パケット上限値を設定せず、
   他のフローのリンクと競合する競合フローに対しては、以下の３種の動作のいずれかを実行することを特徴とするネットワークマネージャ装置。
   （１）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上で最小であれば、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ増加させる。
   （２）その競合フローが属する送信端末と受信端末との間の全てのフローのパケットレートの合計値が、本ネットワーク上の他のユーザペアと同じ値であれば、その競合フローに対するパケット上限値は変えない。
   （３）上記（１）（２）以外の場合は、その競合フローに対するパケット上限値を所定のαだけ減少させる。
4. メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、
   １個又は複数個の前記中継基地局に接続している１個以上のレート制限装置と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、
   前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、
   を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワーク上で用いられる前記中継基地局装置において、
   自己に接続するフローが利用するリンクが、他のフローが利用する前記リンクと競合しているか否かを判断する判断手段と、
   前記判断結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、
   を備えることを特徴とする中継基地局装置。
5. メッシュ型に接続され、他の中継基地局装置との間でリンクを張る複数の中継基地局装置群と、
   １個又は複数個の前記中継基地局装置に接続している１個以上のレート制限装置と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、データを送信する送信端末と、
   いずれかの前記レート制限装置に接続され、前記送信端末が送信するデータを受信する受信端末と、
   前記中継基地局装置と接続されるネットワークマネージャ装置と、
   を備え、前記送信端末と前記受信端末間にフローが設定されることによって、前記データの送信を行うネットワーク上で用いられる前記レート制限装置において、
   自己を通過するフローのパケットレートを測定する測定手段と、
   前記測定結果を、前記ネットワークマネージャ装置に報告する報告手段と、
   前記ネットワークマネージャ装置から送信されてきたパケットレートの上限値に基づき、自己を通過するフローのパケットの送信を制限する制限手段と、
   を備えることを特徴とするレート制限装置。

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