JP5923745B2

JP5923745B2 - 送信装置

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Publication number: JP5923745B2
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Inventors: 中村　健一; 健一中村; 中尾　正悟; 正悟中尾; 上　豊樹; 豊樹上; 木村　良平; 良平木村
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Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2016-05-25
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Description

本発明は、利用可能な帯域が時間あるいは場所により変動するネットワークを用いてデータを送受信する際の送信装置に関する。

放送のデジタル化に伴い、放送用途に割り当てられた周波数帯において、１次ユーザ（放送、マイクロフォンなど）が利用していない帯域の２次利用を認める、いわゆるTVホワイトスペースの有効活用が注目を集めている。一方、ネットブック、ポータブルAVプレーヤー、タブレットPCなどの爆発的な普及により、Wi-Fi（無線LAN）を用いるユーザが増加している。さらにかつポータブル型Wi-Fiルータ、あるいはWi-Fi機能付スマートフォンの登場により、Wi-Fiアクセスポイント数も急激に増加している。このため、Wi-Fiが利用できる周波数の枯渇が予想されている。

そこで、TVホワイトスペースで開放される周波数帯においてWi-Fi技術を用いることにより、このWi-Fiの周波数枯渇問題を解決することが検討されている（図１９、下記の非特許文献１を参照）。しかし、この帯域は6-8MHzと従来Wi-Fiが使っていた帯域幅(22MHz,20/40MHz)と比べ狭い上に、数人〜数十人のユーザが電波を共有する仕組みになっている。このため、ユーザ数あるいは単位ユーザあたりの伝送する情報量が大きい場合は、利用可能な帯域は制限されてしまう。

このように、利用可能な帯域が制限されるWi-Fiネットワークを用いて映像伝送のような大容量データの送受信を円滑に行うために、同一周波数帯内の複数帯域を束ねる、あるいは異種無線の帯域と束ねるといったような手段で広帯域を確保するといった試み（ヘテロジニアス型マルチ無線ネットワーク）が行われていた。このヘテロジニアス型マルチ無線ネットワークでパケットを送信する場合の手段として、受信機側で測定されたスループットあるいは遅延量に基づき２つの無線にパケットを振り分けたり、アプリケーションの特性により下位無線を使い分けたりするなど、さまざまな手段が検討されていた。

Microsoft Research ホームページ、http://research.microsoft.com/apps/pubs/default.aspx?id=80952

しかしながら、従来のヘテロジニアス型マルチ無線ネットワークにおけるパケット分配方式を、高画質ライブ映像伝送のような広帯域、低遅延、高品質の通信を必要とするアプリケーションに用いる場合、Wi-Fiネットワークの帯域の不安定さ及び遅延の大きさによるネットワーク状況のフィードバックの遅れから、ネットワークの変動に対する追従性が悪い。このため、送信可能な帯域を低く見積もって映像ストリームの伝送ビットレートを設定しなければ、ネットワークの何れかのノードで輻輳が発生し、映像品質が損なわれてしまう可能性がある。

また、帯域不足を生じたときに映像品質が低下するもう１つの要因として、映像ストリームを構成するすべてのパケットを一律に送信することにより帯域不足を生じたとき、パケットロスが発生することがあげられる。特に、低遅延のライブ映像伝送サービスにおいては、ネットワーク遅延量を最小限にするため、データグラムとして扱うことが多く、失われたパケットは再送されない。もし映像再生に必要なパケットが受信できなかった場合は映像の品質が低下するだけでなく、一定期間映像が再生できない等の状況が発生してしまう可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ヘテロジニアス型マルチ無線ネットワークにおける通信可能帯域の推定をより高速に行い、かつ通信可能帯域に不可避な変動が生じた場合でも映像品質の劣化を低減することができる送信データ処理方法、情報処理方法、送信装置、及び受信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、通信相手の受信装置に対してデータ送信を行う送信装置であって、前記受信装置との通信に用いられる第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスからなる無線通信手段と、前記無線通信手段を用いて前記受信装置へ複数のデータを送信する送信手段と、前記送信手段によって前記受信装置へ送信される前記データごとに所定の基準に基づいて優先度を付与する優先度付与手段と、前記送信装置から前記受信装置へ送信されたデータに関するフィードバック情報を前記受信装置から受信するフィードバック受信手段と、前記優先度と、受信した前記フィードバック情報とに基づいて、前記送信手段によって送信される前記複数のデータを前記第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスに振り分ける振り分け手段と、前記送信装置と前記受信装置との間のルーティングに関する情報と、あらかじめ取得された前記第一のインターフェイスと接続可能な、前記送信装置と前記受信装置との間の中継点のアドレス情報とを比較することにより、前記第一のインターフェイスによって利用されている中継点のアドレスを特定する特定手段と備え、前記送信手段は、特定された前記中継点のアドレスを経由点として指定させ、前記第一のインターフェイスを介して前記送信装置へ前記フィードバック情報を送信させるため、特定された前記中継点のアドレスの情報を前記受信装置へ送信する送信装置が提供される。この構成により、ヘテロジニアス型マルチ無線ネットワークにおける通信可能帯域の推定をより高速に行い、かつ通信可能帯域に不可避な変動が生じた場合でも映像品質の劣化を低減することができる。

本発明の送信装置は、ヘテロジニアス型マルチ無線ネットワークにおける通信可能帯域の推定をより高速に行い、かつ通信可能帯域に不可避な変動が生じた場合でも映像品質の劣化を低減することができる。

本発明の実施の形態における通信システムの構成の一例を示す図本発明の実施の形態に係る送信装置の構成の一例を示す構成図本発明の実施の形態に係る受信装置の構成の一例を示す構成図本発明の実施の形態におけるインターフェイスの通信品質の判断基準例を示す図本発明の実施の形態におけるMPEG-4 Part10（H.264）を用いた場合の優先度付与例を示す図本発明の実施の形態におけるLTEの取得送信パラメータ例を示す図本発明の実施の形態におけるIEEE802.11の取得送信パラメータ例を示す図本発明の実施の形態におけるLTEの通信可能帯域及び遅延量を推定した場合を示す図本発明の実施の形態におけるIEEE802.11の通信可能帯域及び遅延量を推定した場合を示す図本発明の実施の形態に係る送信装置の動作フローの一例を示すフローチャート本発明の実施の形態におけるパケットの割り当ての一例を示す図本発明の実施の形態における通信ボトルネックを推定するためのフローチャート本発明の実施の形態に係る受信装置の動作フローの一例を示すフローチャート本発明の実施の形態における通信システムの構成の一例を示す図本発明の実施の形態における他の通信システムの構成の一例を示す図本発明の実施の形態に係る送信装置の構成の一例を示す構成図本発明の実施の形態に係る受信装置の構成の一例を示す構成図本発明の実施の形態におけるRecord Routeオプションを適用したＩＰパケットを示す図本発明の実施の形態における中継局の特定方法を説明するための図本発明の実施の形態におけるLSRRオプションを適用したＩＰパケットの一例を示す図本発明の実施の形態におけるフィードバック情報の送信シーケンスの一例を示すシーケンスチャート本発明の従来技術を説明するための図

＜第１の実施の形態＞
まず、本発明の通信システムの概要について説明する。図１に示すように、本通信システムは送信装置１００、受信装置２００から構成される。送信装置１００と受信装置２００とは、第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスを用いて無線接続されている。ここで、第一のインターフェイスと第二のインターフェイスとは、特徴が異なる無線通信手段であり、第一のインターフェイスの方が信頼性が高い。すなわち、第一のインターフェイスが、第二のインターフェイスよりも高い通信品質を有する。インターフェイスの通信品質の判断基準例を図４の（Ａ）に示す。

送信装置１００、受信装置２００は、ともに第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスの通信状況（例えば、実際の通信ビットレート、遅延量など）を測定する機能を有する。受信装置２００は、送信装置１００に通信状況をフィードバックする機能を備えている。

次に、上記送信装置１００の構成の一例について説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかる送信装置１００のブロック図を示すものである。データ優先度付与手段２０１は、映像エンコーダ２０２から取得した映像パケット群を解析し、後述する優先度を付与してパケット振り分け手段２０３に送る。第一のインターフェイスの無線１送信パラメータ取得手段２０４及び第二のインターフェイスの無線２送信パラメータ取得手段２０５は、それぞれ第一のインターフェイスの無線１パラメータ設定手段２０６及び第二のインターフェイスの無線２パラメータ設定手段２０７より、変調方式、フレーム長、ネットワークの混雑度など各無線手段における通信可能帯域を推定するためのパラメータを入手する。すなわち、第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスにおける通信パラメータを取得する通信パラメータ取得手段を更に有し、パケット振り分け手段は、後述の無線帯域推定手段にて推定した通信可能帯域情報を更に用いて複数のデータ（複数のパケット）の振り分けを行う。ここで、通信可能帯域とは、ある通信インターフェイスを介して通信できる単位時間あたりの総ビット数を指す。オーバーヘッドとなるヘッダ情報、通信禁止期間などの情報をもとに後述の振り分け手段におけるパケットの振り分け量を設定できれば、どの通信層の情報を用いてもよい。例えば、無線パラメータを用いて通信可能帯域を推定する場合は、物理層あるいはMAC層で測定した情報に上位層のオーバーヘッド量を反映させる形で推定する。また、送信装置から受信装置に到るシステム全体の通信可能帯域を試験用パケットを用いて測定する場合は、IP層の通信可能帯域を推定することができる。

無線帯域推定手段２０８は、第一のインターフェイスの無線１送信パラメータ取得手段２０４及び第二のインターフェイスの無線２送信パラメータ取得手段２０５より入手した通信パラメータと、第一のインターフェイス経由で入手した受信装置２００側の第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスの受信パラメータとから、第一のインターフェイス、第二のインターフェイスに割り当てられるパケット量をパケット振り分け手段２０３に送付する。また、無線帯域推定手段２０８は、第一のインターフェイスと第二のインターフェイスとの合計通信可能帯域情報を映像エンコーダ２０２にフィードバックし、映像エンコードのビットレート目標値の変更を可能とする。すなわち、フィードバック情報に基づき、受信装置との通信に関する通信可能帯域を推定する推定手段を更に有し、振り分け手段は、推定手段の推定結果に基づいて複数のデータの振り分けを行う。

そして、パケット振り分け手段２０３では、無線帯域推定手段２０８より入手した第一のインターフェイス及び第２のインターフェイスの通信可能帯域情報に基づき、データ優先度付与手段２０１で付与された優先度をもとに、データが第一のインターフェイス及び第２のインターフェイスに振り分けられる。すなわち、振り分け手段は、データに付与された優先度に基づき、複数のデータを第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスへ振り分ける。具体的な振り分け方については後述する。第一及び第二のインターフェイスは、パケット振り分け手段２０３にて分配された映像パケットを送信するが、受信装置２００を介して実際の通信パラメータを測定する試験パケットも適宜送信する。

次に、上記受信装置２００の構成の一例について図３、図１０を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかる受信装置２００の構成を示すブロック図である。また、図１０は本発明の実施の形態に係る受信装置２００の動作例を示すフローチャートである。受信装置２００は、送信装置１００から第一のインターフェイス、第２のインターフェイスに分けて送信されたパケットを再び１つの映像ストリームデータとして結合し、映像デコーダ３０１に出力するとともに、受信装置２００側での通信状況を送信装置１００にフィードバックすることができる。

無線１パラメータ取得手段３０８及び無線２パラメータ取得手段３０９は、無線１受信手段３０３及び無線２受信手段３０４から第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスの受信装置２００側の通信パラメータを取得し（ステップＳ１００１）、無線情報処理手段３０７へ送信する（ステップＳ１００２）。各フレーム解析手段（無線１フレーム解析手段３０５及び無線２フレーム解析手段３０６）は、受信手段よりフレームに格納されたパケットを取得する（ステップＳ１００３）。各フレーム解析手段は、取得したパケットが試験パケットか否かを判断し、試験パケットである場合には（ステップＳ１００４Ｙｅｓ）、取得した試験パケット情報を無線情報処理手段３０７へ出力する（ステップＳ１００５）。

次に、無線情報処理手段３０７は、試験パケット情報より送信可能帯域、遅延量などを推定するための通信パラメータを算出する（ステップＳ１００６）。フィードバックが必要である場合には（ステップＳ１００７ＹＥＳ）、無線情報処理手段３０７は、パケット結合手段３０２、第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスの無線１受信手段３０３、無線２受信手段３０４より取得した通信パラメータより、画質制御に有効なパラメータを判断し、第一のインターフェイスの送信手段である無線１送信手段３１０から送信装置１００にフィードバックを行う（ステップＳ１００８）。一方、各フレーム解析手段において試験パケットでないと判定された場合には（ステップＳ１００４Ｎｏ）、パケット結合手段３０２において、第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスの無線１受信手段３０３及び無線２受信手段３０４より取得した映像パケットを再び束ねて映像ストリームデータとして映像デコーダ３０１に出力する（ステップＳ１００９、ステップＳ１０１０）。

次に、送信装置１００における具体的な動作について説明する。

・データ優先度の付与について
データ優先度とは、到達先で利用する際に、そのデータのアプリケーションの実行における必要性を客観的な指標で示したものである。例えば、ネットワークを通じて温度変化をセンサー情報を用いて検出する場合、温度変化があった場合のデータはその変化量を知る上で欠かすことができない。しかし、温度変化が無い場合は、変化が無い事実だけが判ればよく、個別データは必ずしも必要でない。この場合、温度変化がある時のデータは、温度変化が無いときのデータよりも優先度が高いと定義できる。

本発明の実施例のような映像ストリームの場合、映像ストリームを構成するパケットは大別して３種のパケット類に分類される。第一のパケット類は、映像ストリームの構成を表す映像シーケンス及び映像符号化条件を示すパラメータ群で構成され、これらのパケットが失われた場合、次のパラメータ群を受信するまでの間、映像を全く再生できなくなることもある。また、第一のパケット類が映像データよりも先に到着していないと映像の再生ができない。第二のパケット類は、そのパケットのみで少なくとも１枚の画像を再生することができるパケットで構成され、デジタル放送あるいはビデオ会議等に利用されているMPEG-2, MPEG-4, MPEG-4 Part10（H.264とも呼ばれる）ではIフレームと呼ばれるフレーム内圧縮符号化データが相当する。後述の第三のパケット類は、この第二のパケット類が失われた場合再生することができないため、次の第二のパケット類が到着するまで映像を全く再生できなくなることがある。第三のパケット類は、そのパケットのみでは映像を再生することができないパケットで構成され、前記Iフレームを参照して算出された差分値などで構成されている。MPEG-2, MPEG-4,MPEG-4 Part10では、Pフレーム、Bフレームと呼ばれるフレーム間圧縮符号化データが相当する。

それぞれのパケット類のなかでも、さらに優先度を細かく分けることができる。例えば、第二のパケット類において、Iフレーム中のデータが低解像度の映像を構成するコア部分と、そのコア部分に追加して高解像度の映像を構成するための拡張成分とに分けられる場合、コア部分に高い優先度を与えれば、解像度が粗いなりにも映像が途切れることがなく再生することができる。また、第二のパケット類において、参照先の映像との差分値の大きいフレームのデータに高い優先度を与えれば、同じデータ量でも映像の乱れを少なくすることができる。映像を途切れなく伝送するためには、少なくとも第一のパケット類と第二のパケット類の一部とを失うことなく送信しなければならず、これらのパケット類に一定以上の優先度を付与する必要がある。すなわち、優先度付与手段はデータの必要度に応じて優先度を付与する。

データ優先度付与手段２０１において、その一定以上の優先度を示すバリュー情報を例えばヘッダ情報あるいは付加ビットとして付与することにより、パケット振り分け手段２０３においてそのパケットを第一のインターフェイス若しくは第二のインターフェイスのいずれに振り分けるべきか判断することが可能となる。

図４ＢにMPEG-4 Part10（H.264）を用いた場合の優先度付与例を示す。この場合、プライオリティが“１”と記されたパケットを第一のインターフェイス経由で確実に届けることにより、電波状況が悪くなったとしても最低QVGAレベルの映像の再生ができる。さらに、電波情報が回復しプライオリティが“２”以下のパケットも送信できるようになれば、その送信可能パケット量が多くなるほど、映像は、HDレベルの高解像度の滑らかな映像に近づく。例えば第一のインターフェイスに小画面サイズの動画であれば送信できる程度の帯域がある場合において、優先度付与手段が、優先度を付与する際に最も優先度が高いデータとするのは、少なくとも映像シーケンスを表すパラメータと、映像符号化条件を表すパラメータと、フレーム内圧縮符号化データとである。また、小画面サイズの動画を送信できるほどの帯域が無い場合において、優先度付与手段が、優先度を付与する際に最も優先度が高いデータとするのは、少なくとも映像シーケンスを表すパラメータと、映像符号化条件を表すパラメータとである。

・送信装置側における通信パラメータの取得について
無線におけるデータ送信の状況を推測するためのパラメータは、通信方式により異なるので一般化して定義することはできない。しかし、通信方式が判っていれば、その通信方式で用いられるパラメータの中から適切なパラメータを指定すれば、その時の通信可能帯域、パケットロス率などを推定することができる。

例えば、LTE（Long Term Evolution）と呼ばれるセルラー方式の無線の場合、基地局より指定されるMCS（Modulation and Coding Scheme）と呼ばれるパラメータと、PRB（Physical Resource Block）と呼ばれるパラメータとから、おおよその物理層の通信可能帯域を推定することができる。つまり、無線リンクを制御している基地局側から送られたMCS情報をもとに、現在の通信状況において変調方式及び符号化率方式を示すパラメータを取得することと、PRB情報をもとに割り当てられた周波数帯域情報を取得し、これらの情報から自端末の送信可能帯域を推定することができる。また、Wi-Fi方式の場合、IEEE802.11仕様で定義されているNAV(Network Allocation Vector)値と呼ばれるパラメータ、方式(a/b/g/n)、帯域(20MHz/40MHz)などの情報の組み合わせにより、おおよそのビットレートを推定することができる。つまり、無線リンクの理想的なビットレートをベースに、送信禁止期間と自端末が送信可能な期間とから自端末のチャネル占有率を求めることにより、自端末の送信可能帯域を推定できる。

第一及び第二のインターフェイスの無線１及び無線２パラメータ取得手段３０８、３０９は、無線１及び無線２パラメータ設定手段３１１、３１２から、その通信方式における送信可能帯域の推定に必要な通信パラメータを取得する。このとき、無線１及び無線２パラメータ設定手段３１１、３１２において通信パラメータを変化させる度に無線１及び無線２パラメータ取得手段３０８、３０９にその変化を通知するような仕組みがない場合、無線１及び無線２パラメータ取得手段３０８、３０９は無線１及び無線２パラメータ設定手段３１１、３１２に対して最新の通信パラメータを要求してもよい。図５Ａ及び図５Ｂに、本発明の１つの実施例としてLTE及びIEEE802.11の取得送信パラメータ例を示す。

・受信装置側における通信パラメータの取得について
受信装置２００側で取得可能な通信パラメータは、通信パラメータを測定するために映像ストリームに追加されたパケットから取得できる通信パラメータと、無線受信手段である無線１及び無線２受信手段３０３、３０４から送信パラメータと同様な方法で取得できる通信パラメータとの２種類がある。前記の通信パラメータによって通信可能帯域を推定する方法としては、パケットペアを用いる方法、一定の長さを持つパケットを用いる方法などいくつかある。ここではその方法は特定しないが、それぞれの方法に応じたパラメータを、通信可能帯域を推定するための通信パラメータとする必要がある。

例えば、パケットペアを用いる方法は、送信装置１００側にて２つの試験パケットを２つのペアで送信し、受信装置２００側で受信間隔の変化を測定することにより通信可能帯域の変化を調べるものである。この場合、試験パケットの受信間隔が通信可能帯域を推定するために必要なパラメータとなる。このとき、試験パケットに対し受信装置２００側がデータを正しく受け取ったことを示すAcknowledgeを返答すれば、その間隔の違いを用いて送信装置１００側にて帯域を測定することも可能であるが、無線の信頼性が低い場合はその推定誤差が大きくなってしまう。

本発明のように、受信間隔データを信頼が高く遅延の小さい第一のインターフェイスを用いて返答すれば、上り回線でのデータ喪失あるいは伝送のゆらぎなどの影響を無視できるため、送信装置１００が把握している送信間隔データとの比較により高精度に帯域推定ができる。また、ネットワークの遅延量あるいはパケットロス率を測るやり方として、IPネットワークにおいてはpingを用いる方法が有力である。これは、送信装置１００側よりEcho Requestを送信すると受信装置２００側よりEcho Replyが返ってくることを利用したもので、Replyが返ってくるまでの時間及び応答率からRTT（Round Trip Time）あるいはパケットロス率を推定するものである。このとき、本発明のように特徴の違う無線方式を用いた場合、それぞれのEcho Requestに対してEcho Replyを送信する際に、信頼性が低く遅延の大きい第二のインターフェイスを用いて送ると、RTT値から片道の遅延量を算出する際の誤差が大きくなってしまったり、上り下り双方でパケットが失われてしまったりする可能性があるので、本来測定したい下り回線のパケットロス率の誤差が大きくなってしまう。

そこで、第二のインターフェイスでEcho Replyを返すのではなく、第一のインターフェイスと第二のインターフェイスとのEcho Request到達時間の差分量をフィードバックすることにより、信頼性の高い第一のインターフェイスの遅延量をRTTから算出した後に、前記到達時間の差分量を加えることにより、より高精度に第二のインターフェイスの遅延量を推定できる。また、第一のインターフェイスでEcho Requestを受信した後、一定時間第二のインターフェイスがEcho Requestを受信しなかった場合、受信しなかった回数を情報フィードバックすれば、第二のインターフェイスのパケットロス率をより高精度に推定できる。

受信装置２００から送信装置１００にフィードバックする情報として、少なくとも第一のインターフェイスの通信可能帯域を推定するための通信パラメータと、第二のインターフェイスの遅延量とが判ると、映像再生品質の劣化を防ぐのに有効である。すなわち、フィードバック受信手段は、受信装置側から送信されるフィードバック情報として、少なくとも第一のインターフェイスの受信可能帯域を推定するためのパラメータと、第二のインターフェイスの遅延量を推定するためのパラメータとを受信する。前者は、再生に必須なパケットを送るために必要な帯域を推定するのに必要である。また、第二のインターフェイスを用いて大量のデータを送ったとしても、最終パケットの到達時間が遅くなってしまい、パケット未達、あるいは受信装置側のバッファーのオーバーフローによるパケット喪失により、せっかく送付したパケットを再生に利用できない可能性がある。このため、ネットワークにて許容する範囲の遅延量（例えば、秒３０フレームで映像を送った場合、１０フレーム分を許容できるのであれば、第一のインターフェイスのデータ到達後３００ミリ秒まで）内に送れないデータは破棄した方がよい。これを判断するのに後者も必要となる。

・通信可能帯域の推定について
送信装置１００の無線帯域推定手段２０８は、受信装置２００から送られてきた帯域推定に必要な通信パラメータ群で通信可能帯域、例えば前記で示したようなパケットペアの間隔情報、Echo Requestとその差分量、Echo Request受信の有無等から２つの無線方式それぞれの通信可能帯域、遅延量、パケットロス率を推定する。すなわち、フィードバック受信手段は、通信可能帯域、パケットロス率、及び遅延に関するパラメータを受信装置から受信する。図６Ａ、図６Ｂに、本発明の１つの実施例として、LTE及びIEEE802.11の通信可能帯域および遅延量を推定した場合を示す。

しかしながら、これらのデータは、無線状況の変化に伴い、刻々と変化している。特にLTEあるいはHSPA(High Speed Packet Access)方式の場合、上り回線の方が通信可能帯域が小さくなることが多い。この場合、送信パラメータの変化を測定することにより、おおよその送信可能ビットレートの変化を推定することが可能である。例えば、図５Ａの送信パラメータで、PRB数が1/2になった場合、送信可能帯域もおおよそ1/2になると推測できるため、受信装置２００側からのフィードバックを待つことなく通信可能帯域の推定値を変更することができる。

・パケットの振り分けについて
無線帯域推定手段２０８より得られた通信可能帯域情報をもとに、パケット振り分け手段２０３は、パケットに付与された優先度をもとにパケットの配分を決定する。そのシーケンスは以下の通りである。
（１）第一のインターフェイスに一定の優先度以上のパケットから順番に振り分ける。最も優先度の高いパケットをすべて送信できない場合は、FEC（Forward Error Correction）などのエラー耐性手段（処理）を施した上で第二のインターフェイスに振り分ける。すなわち、振り分け手段は、優先度が一定以上のデータを、第一のインターフェイスに換えて第二のインターフェイスを用いて送信する場合には、送信するデータに対してエラー訂正をパケットに付与する等のエラー耐性処理を行って第二のインターフェイスに出力する。なお、第二のインターフェイス内でさらに無線状況の改善のためエラー対処を行うこともあり得る。
（２）残りのパケットを優先度の高い順に第二のインターフェイスに振り分ける。
（３）どちらのインターフェイスにも割り当てられないパケットを破棄する。

図７に、あるパケットを振り分け手段が受け取った際に振り分け先のインターフェイスを決めるシーケンスを表すフローチャートの一例を示す。図７に示すように、送信装置１００では、パケットの優先度をチェックし（ステップＳ７０１）、最優先のパケットの振り分けは完了したか否か判断し（ステップＳ７０２）、完了していなければ第一のインターフェイス（第一の通信手段、図２の無線１送信手段）で送信可能か否かを判断し（ステップＳ７０３）、可能であれば第一のインターフェイスでパケットを送信する（ステップＳ７０４）。ステップＳ７０３において送信可能でない場合、エラー訂正をパケットに付与し（ステップＳ７０５）、第二のインターフェイス（第二の通信手段、図２の無線２送信手段）でパケットを送信する（ステップＳ７０６）。

また、ステップＳ７０２において完了している場合には（ステップＳ７０２Ｙｅｓ）、優先度がＮのパケットの振り分けが完了したか否か判断し（ステップＳ７０７）、完了していない場合には第一のインターフェイスで送信可能か否かを判断し（ステップＳ７０８）、送信可能である場合には第一のインターフェイスでパケットを送信する（ステップＳ７０９）。ステップＳ７０８において送信可能でない場合には、第二のインターフェイスで送信可能か否かを判断し（ステップＳ７１０）、送信可能である場合には第二のインターフェイスでパケットを送信する（ステップＳ７１１）。送信可能でない場合にはパケットを破棄する（ステップＳ７１２）。ステップＳ７０７において完了している場合にはＮに１を加えてステップＳ７０７の処理を行う。

また、図８に本発明におけるパケットの割当の一例を示す。優先度１から３までの３種類のパケットに分類したケースである。ケース１では、優先度１のパケットをすべて第一のインターフェイス（第一の無線手段）に、優先度２、３のパケットをすべて第二のインターフェイス（第二の無線手段）に割り当てている。ケース２では、優先度１のパケットをすべて第一のインターフェイスでは送信できないため、一部の優先度１のパケットにエラー訂正パケットを加えた上で第二のインターフェイスに割り当てている。ケース３では、第二のインターフェイスの通信可能帯域が狭くなった場合で、優先度２、３のパケットは送信されず破棄されている。

以上の本実施の形態により以下の効果が期待できる。受信装置２００側からの通信パラメータが、第二のインターフェイスを使う場合に比較して、より早くより正確に送信装置１００側の無線帯域推定手段２０８に伝えられることにより、無線の状況変化への対応がより早くなり、かつ映像ストリームデータ再生時に必須なデータが失われる可能性が低くなるために、受信装置２００側で映像を再生する際の映像品質が向上する。特に映像の途切れを防止することができる。

＜第２の実施の形態＞
通信状況によっては、下り回線の通信可能帯域の方が大きい非対称のネットワークであっても受信装置２００側の下り回線の方が通信のボトルネックとなる場合がある。このことは、送信装置１００側の無線手段の送信パラメータから推定した通信可能帯域と、実際に受信した試験パケットから推定した通信可能帯域と比較することにより、どちらがボトルネックかを推定することができる。この場合も、ある特定の試験用パケットの到着を待つことなく、受信装置２００側の受信手段から取得したパラメータのフィードバックにより送信可能帯域の推定値を変更することができる。

通信ボトルネックを送信装置において推定するためのフローチャートを図９に示す。ここで、Th_Tは送信装置１００側で取得した無線パラメータより推定した通信可能帯域を、Th_Rは受信装置２００側で取得した無線パラメータより推定した通信可能帯域を、Th_Eは試験パケットを用いて推定した通信可能帯域を示す。図９に示すように、Th_T、Th_R、Th_Eが入力されると（Ｓ９０１）、If ΔTh_T>0, then ΔTh_E>Sを満たすか否か判断される（ステップＳ９０２）。ここで、ΔTh_T はTh_T の時間変動の絶対値を示す。ΔTh_E , ΔTh_R についても同様である。またSはユーザが定義する有意差のある変動幅を示す。If ΔTh_T>0, then ΔTh_E>Sを満たす場合には送信装置１００側がボトルネックであると推定される（ステップＳ９０３）。送信装置の無線パラメータの変動が、試験パケットにより推定された通信可能帯域へ与えた影響が大きいと考えられるからである。また、ステップＳ９０２において満たさないと判断されると、If ΔTh_R>0, then ΔTh_E>Sを満たすか否か判断され（ステップＳ９０４）、満たす場合には受信装置２００側がボトルネックであると推定され（ステップＳ９０５）、満たさない場合には無線区間以外にボトルネックがあると推定される（ステップＳ９０６）。

送信装置１００側の無線伝送手段がボトルネックと判断した場合、送信装置１００側の通信パラメータの変化をベースに送信可能帯域を推定してもよい。また、受信装置２００側の無線伝送手段がボトルネックと判断した場合、受信装置２００側の送信パラメータの変化をベースに送信可能帯域を推定してもよい。すわなち、推定手段は、送信装置側より取得した通信パラメータと受信装置側より取得した通信パラメータとを比較し、通信可能帯域への影響が大きい方の通信パラメータを用いて通信可能帯域を推定する。

ここで、通信可能帯域への影響が大きいとは、そのインターフェイスの通信状況に変化があったときに、送信装置１００と受信装置２００との間の通信可能帯域が大きく変化するかどうかを示すものである。例えば、送信装置１００と受信装置２００との間に3Mbpsの通信可能帯域があった場合、受信装置側インターフェイスの通信可能帯域が1/2になっても全体の通信可能帯域は3Mbpsのまま変化しないが、送信装置側インターフェイスの通信帯域が1/2になったときに全体の通信可能帯域が1.5Mbpsに変化した場合、送信装置側インターフェイスの方が通信可能帯域への影響が大きいと言える。

＜第３の実施の形態＞
また、本発明は、同一の無線システムが高信頼性チャネルと大容量チャネルとで構成されている場合でも、高信頼性チャネルを第一のインターフェイス、大容量チャネルを第二のインターフェイスとして利用することもできる。例えば、無線LANのように複数のチャネルから構成される無線方式において、そのうちの１つのチャネルを制御用として占有できる場合、上記制御用チャネルを本発明の第一のインターフェイスとし、残りのチャネルを本発明の第二のインターフェイスとして利用しても、同様の効果が期待できる。

なお、上記ホワイトスペースはテレビのホワイトスペースに限定されない。具体的には例えば、400MHz程度から6GHz以下の周波数帯域を用いる無線通信システムで、同一帯域に他に優先されるべき無線通信システムが存在する場合、当該システムは「ホワイトスペースを利用したシステム」と称されることがある。また、映像受信側若しくは映像送信側のいずれか一方が、ヘテロ型マルチ無線ではなく単一の無線通信システムを用いている場合にも本発明の各実施の形態は適用できる。その場合、パケット割り当て手段は、ヘテロ型マルチ無線を用いているリンクの情報(映像送信側又は映像受信側)のみを用いて割り当て制御を行う。更に、映像受信側が例えば有線接続されており、送信側がボトルネックとなることが明らかな場合には、受信機側からのパラメータフィードバックを受けずに、送信側のパラメータのみを用いてパケット割り当てを行ってもよい。

なお、上記各実施の形態では、送受信するデータを映像データを例に説明したが、本発明は映像データのみでなく、データを構成するパケットに異なる重要度が割り当てられる全てのデータに適用可能である。例えば、音声データにおいて人間の声の周波数域の音とそれ以外の周波数域の音とで異なる重要度を割り当てたり、センサーネットワークの出力データにおいて、変化量の多いポイントと変化量の無いポイントとで異なる重要度を割り当てたりするなどの場合がある。

＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態では、上述したフィードバックのための経路（フィードバック経路）の指定の方法について説明する。

・フィードバック経路の指定方法
送信装置が第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスを選択することは容易であるが、受信装置からフィードバックする情報を第一のインターフェイスを通じて送信装置へ送信するためには、フィードバック経路を指定する必要がある。図１１に示すように、第一のインターフェイスが対向の中継局Ｘ（中継ノードＸ、中継点Ｘともいう）を介してオープンなネットワークに接続されている場合、第一のインターフェイスの対向にある中継局Ｘのアドレスを指定することにより、第一のインターフェイスを必ず利用してフィードバック情報を送信することができるようになる。

また、図１２に示すように、第一のインターフェイスが閉じたネットワークに包含され、受信装置から送信装置のアドレスが直接見えない場合でも、この閉じたネットワーク中において外部ネットワークと接続される中継局Ｘのアドレスを指定することにより、第一のインターフェイスを必ず利用してフィードバック情報を送信することができるようになる。

フィードバック経路指定のための第一のステップとして、送信装置は上記中継局Ｘのアドレスを入手する。第一のインターフェイスが対向の中継局Ｘを介してオープンなネットワークに接続されている場合は、送信装置が中継局Ｘから直接入手できる場合もある。

また、第一のインターフェイスが閉じたネットワークに包含されている場合における中継局Ｘのアドレスも、不図示のネットワーク管理者への問い合わせにより入手可能である。しかし、この場合、中継局Ｘが複数設定されている場合、送信装置と受信装置との間のルーティングにおいて、複数設定されている中継局Ｘのアドレスのうちのいずれが用いられているか特定できない場合がある。

このような状況で、実際に使用されている中継局ＸのＩＰアドレスを特定する実施例の一つを以下に示す。図１８に示すように、送信装置は、第一のインターフェイスのみを使用した状況で、受信装置にルーティング検出フレームの要求を行う。要求を受けた受信装置は、ルーティング検出フレームを送信装置に向けて送信する。ルーティング検出フレームの一例として、RFC791で定義されたインターネットプロトコルのRecord Routeオプションを利用することが挙げられる。すなわち、ルーティング情報を取得するため、フィードバック受信手段が、受信装置から送信される、通過する中継点のアドレス情報を記録させる機能を持つパケットを含むルーティング情報検出フレーム（ルーティング検出フレームに相当）を受信する。

第４の実施の形態に係る送信装置の構成の一例を図１３に、受信装置の構成の一例を図１４にそれぞれ示す。図１３に示すように、第４の実施の形態に係る送信装置の特徴的部分は中継アドレス検出手段１３０１である。中継アドレス検出手段１３０１は、無線１送信手段を通じて送信されたルーティング検出フレーム要求により、無線１受信手段を介して受信したルーティング検出フレームと、あらかじめ取得された中継点アドレス情報（第一のインターフェイスと接続可能な中継点アドレス情報）とに基づいて、中継局ＸのＩＰアドレスを特定する。すなわち、送信装置と受信装置との間のルーティング情報と、あらかじめ取得された第一のインターフェイスと接続可能な、送信装置と受信装置との間の中継点のアドレス情報とを比較することにより、第一のインターフェイスによって利用されている中継点のアドレスを特定する特定手段を更に備え、送信手段が、特定された中継点のアドレスを経由点として指定させ、第一のインターフェイスを介して送信装置へフィードバック情報を送信させるため、特定された中継点のアドレスの情報を受信装置へ送信する。

また、図１４に示すように、第４の実施の形態に係る受信装置は、送信装置から送信されたルーティング検出フレーム要求を無線１受信手段を介して受信し、受信したルーティング検出フレーム要求に基づいて取得されたルーティング検出フレームを無線１送信手段を通じて送信装置へ送信する。なお、第４の実施の形態に係る送信装置及び受信装置の他の構成要素については、第１の実施の形態で説明したものと同様のため説明を省略する。

ここで用いられるプロトコルは、図１５に示すように、中継地点に到達すると自分（そのノード自身）のＩＰアドレスをデータ領域に記録して次の中継点に転送するしくみを定義しており、最終の目的アドレスに到達すると、それまでに通過した中継局のアドレスがデータ領域に順番に記録されているものである。

第一のインターフェイスを利用するすべてのデータは、必ず中継局ＸのＩＰアドレスのいずれかを経由する。そこで、図１３に示す中継アドレス検出手段１３０１を用いてこの記録されたアドレス群と中継局Ｘのアドレス群とを比較することにより、実際に使用されている中継局Ｘのアドレスを特定する。中継局Ｘのアドレス特定方法の一例を図１６に示す。中継局Ｘのアドレス群は、例えばネットワークの設定情報としてあらかじめ入手しておく。

その後、特定された中継局Ｘのアドレス情報を受信装置に通知するが、このアドレス情報の通知は、第一のインターフェイス、第二のインターフェイスいずれを用いてもよい。複数のインターフェイスを利用した通信を行っている際に、受信装置によってネットワーク情報のフィードバックの必要性が発生したら、中継局ＸのＩＰアドレスを経由することを指定した上で、送信装置にフィードバック情報を送信する。

この際に、中継局Ｘのアドレスを指定する方法の一つとして、RFC791で定義されたLoose Source and Record Route(LSRR)オプションが挙げられる。図１７に示すように、フィードバック情報を含むＩＰパケットにこのLSRRオプションを適用すると、送信装置より通知された中継局ＸのＩＰアドレスを、送信装置が持つＩＰアドレスよりも前に通過するように設定することにより、中継局Ｘを経由して必ず第一のインターフェイスを利用して送信装置にフィードバック情報を送信する。第４の実施の形態では、図１８に示すシーケンスによって、フィードバック情報を第一のインターフェイス経由で送信装置に送信することを実現している。

なお、ルーティング情報を取得する際に、下位層の情報などを用いて第一のインターフェイス経由で受信したルーティング情報を特定して利用してもよい。また、受信装置から送信装置に到るまでのルーティング情報を入手する際に、受信装置がルート中にある中継局のアドレス情報を個別に入手する（例えば、RFC1393で定義されているTrace Routeを用いれば、ルート中にある中継局のアドレス情報を入手できる）ことによりリスト化し、そのリストを送信装置に送るようにすれば、ホップ数が大きいネットワークにおいても効果的に本発明を実施できる。すなわち、フィードバック受信手段が、中継点のアドレスを検出するパケットを含むフレームの送信により取得されるルーティング情報を受信装置から受信する。また、第４の実施の形態では、中継局Ｘのアドレス情報を送信装置側で特定したが、送信装置から受信装置に中継局のアドレス情報を送信して受信装置側で特定してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明した。
なお、上記の本発明の各実施の形態の説明で用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩ（Large Scale Integration）として実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又はすべてを含むように１チップ化されてもよい。なお、ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ（Integrated Circuit）、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続あるいは設定を再構成可能なリコンフィギュラブルプロセッサを利用してもよい。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。例えば、バイオ技術の適用などが可能性としてあり得る。

本発明の送信装置は、ヘテロジニアス型マルチ無線ネットワークにおける通信可能帯域の推定をより高速に行い、かつ通信可能帯域に不可避な変動が生じた場合でも映像品質の劣化を低減することができるので、利用可能な帯域が制限されるネットワークを用いてデータを送受信する際の送信装置などに有用である。

Claims

通信相手の受信装置に対してデータ送信を行う送信装置であって、
前記受信装置との通信に用いられる第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスからなる無線通信手段と、
前記無線通信手段を用いて前記受信装置へ複数のデータを送信する送信手段と、
前記送信手段によって前記受信装置へ送信される前記データごとに所定の基準に基づいて優先度を付与する優先度付与手段と、
前記送信装置から前記受信装置へ送信されたデータに関するフィードバック情報を前記受信装置から受信するフィードバック受信手段と、
前記優先度と、受信した前記フィードバック情報とに基づいて、前記送信手段によって送信される前記複数のデータを前記第一のインターフェイス及び第二のインターフェイスに振り分ける振り分け手段と、
前記送信装置と前記受信装置との間のルーティングに関する情報と、あらかじめ取得された前記第一のインターフェイスと接続可能な、前記送信装置と前記受信装置との間の中継点のアドレス情報とを比較することにより、前記第一のインターフェイスによって利用されている中継点のアドレスを特定する特定手段と備え、
前記送信手段は、特定された前記中継点のアドレスを経由点として指定させ、前記第一のインターフェイスを介して前記送信装置へ前記フィードバック情報を送信させるため、特定された前記中継点のアドレスの情報を前記受信装置へ送信する送信装置。
前記ルーティングに関する情報を取得するため、前記フィードバック受信手段は、前記受信装置から送信される、通過する中継点のアドレス情報を記録させる機能を持つパケットを含むルーティング情報検出フレームを受信する請求項１に記載の送信装置。
前記フィードバック受信手段は、中継点のアドレスを検出するパケットを含むフレームの送信により取得される前記ルーティングに関する情報を前記受信装置から受信する請求項１に記載の送信装置。