JP5436473B2 - 帯域算出方法及び装置 - Google Patents
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前記ネットワークに収容する各フローに対し、フローの特性毎に目標スループットを設定するスループット算出手段と、
前記ネットワークに接続される全フローが目標スループットを維持した場合に必要となる同時接続帯域の確率分布において、該同時接続帯域の累積確率が予め定めた値以下となる帯域を必要帯域として算出する帯域算出手段と、を有する。
図1は、本発明の第1の実施の形態における帯域算出装置の構成を示す。
・HD画質の映像配信なので、15Mbpsとする;
・SD画質の映像配信なので、8Mbpsにする;
・ファイルサイズがXMBなので、通信時間をY分以内にするためにスループットを(X*8)/(Y*60) Mbpsと設定する;
等の種々の方法がある。
実際のネットワーク収容においては、フロー間の干渉があることから、上記の第1の実施の形態で求めた達成可能なスループットの最大値をそのまま目標値とすることは往々にして適切ではないこともある。そのため、本実施の形態では、該スループットの最大値をα倍した値を目標スループットとして設定する。αは0以上1以下の範囲の任意の値をとり、ファイルサイズに応じてαが変化してもよい。なお、αは任意の値であり、後述する実施例ではα=1としている。適正なαの値については、アプリケーション種別や、ユーザに提供する品質の考え方によって変化するため、本発明の範囲外とする。
・パケットサイズ(pkt);
・経路上の最も細い帯域(BWa);
・当該リンクにおけるバッファ量(bfa);
・キューイング遅延を除いた往復遅延時間(RTT);
を用いて、TCPのウィンドウサイズの遷移状態のモデル化を行い、
・スロースタートフェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ(cwndss);
・スロースタートフェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ到達後の再送パケット数(Rss);
・輻輳回避フェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ(cwndca);
・輻輳回避フェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ到達後の再送パケット数(Rca);
を求めることで、当該スループットの最大値を推定する。
スロースタートフェーズの輻輳ウィンドウサイズは前記のACKの動作に従い、i番目のタイムスロットにおける輻輳ウィンドウサイズcwndiは以下のように表される。
Rssはcwndssに依存した値となるため、本ステップにおいても、ステップ101での入力パラメータに応じた値となる。
ステップ102のcwndssの導出に従い、スロースタートフェーズから輻輳回避フェーズへの遷移の際に生じるパケットの再送数Rssは、
ステップ102のcwndssの導出に従い、スロースタートフェーズから輻輳回避フェーズへの遷移の際に生じるパケットの再送数Rssは、
スロースタートフェーズと輻輳回避フェーズの閾値であるssthreshssは、
輻輳回避フェーズでは、ひとつのACKを受け取るたびに原則2つのパケットを送出し、輻輳ウィンドウサイズが1パケット分増加した際にさらに1パケット送出する。すなわち、1タイムスロット経過するごとに輻輳ウィンドウサイズは1パケット相当分増加することになる。また、i番目のスロットにおける輻輳ウィンドウサイズ、送信パケット数および受信側で送信されるACKパケット数は、
前記ステップ102〜105で算出した各スロットにおける送信パケット数の合計値とフローのファイルサイズから想定される送信パケット数とを比較し、フローが終了するまでに要する時間を求める。フローサイズを該時間で割ることで、スループットを算出する。
実際のネットワーク収容においては、フロー間の干渉があることから、上記で求めた達成可能なスループットの最大値をそのまま目標値とすることは往々にして適切ではないことが考えられる。そのため、該スループットの最大値をα倍した値を目標スループットとして設定する。αは0以上1以下の範囲の任意の値をとり、ファイルサイズに応じてαが変化してもよい。
まず、第1の実施の形態におけるスループット算出部10について説明する。
フロー帯域算出部21は、ファイルサイズ分布が平均5MBの指数分布に従うとし、100秒間に1000フローがランダムで生起するとした場合に、必要とされる帯域を算出する。図5に、時系列で必要となる帯域の一例を示す。
ステップ201で求めた同時使用帯域から、使用帯域の累積確率分布を算出する。図6に、図5に対応する累積確率分布の補分布を示す。
必要帯域算出部26は、ステップ202で求めた使用帯域の累積確率分布に対して、必要帯域を算出する。図6により、N%点として99.9%を採用すると、必要帯域は590Mbpsとなる。
前述の第2の実施の形態の図3のフローチャートに沿って、具体的に説明する。
スループット算出部30のスループット上限算出部31は、パケットサイズpktを1500byte、経路上の最も細い帯域 BWaを100Mbps、当該リンクにおけるバッファ量 bfaを50パケット、キューイング遅延を除いた往復遅延時間 RTTを10msとおき、以下この条件下における達成可能なフローのスループットを算出する。
本ステップにより、TCPのスロースタートフェーズの輻輳ウィンドウサイズは
ステップ102に記載の通り、(条件1)RTT*BWa <= 2*bfa に対応することから、式(4)より、Rss=70となる。
ステップ102でcwndssが与えられるため、式(6)より,ssthreshssは101.5となる。
本ステップでは、輻輳回避フェーズにおける最大の輻輳ウィンドウサイズおよび該最大値到達後の再送パケット数を求める。本実施例では、式(8)より、cwndca=133となり、式(10)よりRca=1となる。
上記のステップ101〜ステップ105より、各フローのファイルサイズを転送するために必要となる経過時間を算出し、スループットを推定する。推定したスループットの結果を、図7に示す。
目標スループット設定部32は、αとして1を採用し,ステップ106で算出した値を目標値として設定する。
同時接続帯域算出部22は、ファイルサイズ分布が平均5MBの指数分布に従うとし、100秒間に1000フローがランダムに生起するとした場合に、必要とされる帯域を算出する。図8に、必要となる帯域の時系列変化の一例を示す。
累積確率分布算出部25は、前記ステップ201で求めた同時接続帯域から、同時接続帯域の累積確率分布を算出する。図9に、図8に対応する累積確率分布の補分布を示す。
ステップ202で求めた同時接続帯域の累積確率分布に対して、必要帯域算出部26は、必要帯域を算出する。図9から、N%点として99.9%を採用すると,必要帯域は904Mbpsとなる。
フローサイズごとに実行可能なフローのスループットの推定精度を評価した。単一フローのみを収容するネットワークにおけるスループットをシミュレーションにより評価した。本発明により得られたフローのスループットの推定値を図10に示す。図10に示す通り、本発明により得られるフローのスループットは、シミュレーション結果とよく一致しており、精度の高い推定方式となっていることが確認できる。
20 必要帯域算出部
21 フロー帯域算出部
22 同時接続帯域算出部
23 帯域合計値記憶部
24 累積確率分布記憶部
25 累積確率分布算出部
26 必要帯域算出部
30 スループット算出部
31 スループット上限算出部
32 目標スループット設定部
Claims (7)
- パケット交換により通信を行うネットワークを介して、受信端末が送信端末からのデータパケットの受信時に受信確認パケットを上記送信端末に返信する機能を有する受信端末と、受信確認パケットにより、受信端末が受信したデータ量を把握する機能とを有する送信端末と、を有し、ウィンドウサイズが該受信端末からの受信確認パケットが届く度に増加する通信システムを収容するネットワークにおける帯域算出装置であって、
前記ネットワークに収容する各フローに対し、フローの特性毎に目標スループットを設定するスループット算出手段と、
前記ネットワークに接続される全フローが目標スループットを維持した場合に必要となる同時接続帯域の確率分布において、該同時接続帯域の累積確率が予め定めた値以下となる帯域を必要帯域として算出する帯域算出手段と、
を有することを特徴とする帯域算出装置。 - 前記スループット算出手段は、
通信間の干渉がない状態において実現可能な最大のスループットのα倍をフローごとの目標スループットとして与える手段を含む
請求項1記載の帯域算出装置。 - 前記スループット算出手段は、
通信間の干渉がない状態において実現可能な最大のスループットを算出する際に、パケットサイズ、経路上の最も細い帯域、当該リンクにおけるバッファ量、およびキューイング遅延を除いた往復遅延時間を用いて、スロースタートフェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ、スロースタートフェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ到達後の再送パケット数、輻輳回避フェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ、輻輳回避フェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ到達後の再送パケット数を求め、スループットの最大値を推定する手段を含む
請求項2記載の帯域算出装置。 - パケット交換により通信を行うネットワークを介して、受信端末が送信端末からのデータパケットの受信時に受信確認パケットを上記送信端末に返信する機能を有する受信端末と、受信確認パケットにより、受信端末が受信したデータ量を把握する機能とを有する送信端末と、を有し、ウィンドウサイズが該受信端末からの受信確認パケットが届く度に増加する通信システムを収容するネットワークにおける帯域算出方法であって、
スループット算出手段が、前記ネットワークに収容する各フローに対し、フローの特性ごとに目標スループットを設定するスループット算出ステップと、
帯域算出手段が、前記ネットワークに接続される全フローが目標スループットを維持した場合に必要となる同時接続帯域の確率分布において、該同時接続帯域の累積確率が予め定めた値以下となる帯域を必要帯域として算出する帯域算出ステップと、
を行うことを特徴とする帯域算出方法。 - 前記スループット算出ステップにおいて、
通信間の干渉がない状態において実現可能な最大のスループットのα倍をフローごとの目標スループットとして与える
請求項4記載の帯域算出方法。 - 前記スループット算出ステップにおいて、
通信間の干渉がない状態において実現可能な最大のスループットを算出する際に、パケットサイズ、経路上の最も細い帯域、当該リンクにおけるバッファ量、およびキューイング遅延を除いた往復遅延時間を用いて、スロースタートフェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ、スロースタートフェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ到達後の再送パケット数、輻輳回避フェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ、輻輳回避フェーズにおける最大輻輳ウィンドウサイズ到達後の再送パケット数を求め、スループットの最大値を推定する
請求項5記載の帯域算出方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の帯域算出装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させるための帯域算出プログラム。
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