JP7097138B2 - 通信制御装置、通信制御プログラム及び通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信制御装置、通信制御プログラム及び通信制御方法に関し、例えば、無線又は有線ネットワーク上で、消失訂正符号を用いたパケット通信システムに適用し得るものである。

ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）通信は、事前に転送チャネルや通信経路等の設定を行わず、送信元端末と宛先端末との間で明確なハンドシェイクを行なわないコレクションレスの通信方式である。従って、ネットワーク上でパケット消失が生じ得るため、通信の信頼性、パケットの順序性、データ完全性を保証していない。このような通信の信頼性を確保するために消失訂正符号が適用される。

消失訂正符号は、パケットの消失対策に関する技術であり、送信元端末が送信するデータパケットを分割し、冗長なデータパケットを付加して送信し、パケットが消失した場合には、他のデータパケットや冗長なデータパケットから消失したパケットを復元することができる。

従来のパケット通信では、複数の冗長性（例えば、伝送遅延、伝送レート、チャネル周波数、通信経路等）に対して各階層で個別に冗長度が定義されており、各階層技術で個別に冗長度が制御されている。例えば、トランスポート層の消失訂正符号、ネットワーク層のルーティングプロトコル、データリンク層のリンクアグリゲーション、物理層の誤り訂正符号などのように、各階層における技術が個別に冗長度を制御している。

例えば、特許文献１において、符号化パケットを複数システムに分配伝送し、符号化率を制御する手法が示されているが、パケット長や転送経路の制御は対象とされておらず、ネットワーク全体の冗長制御は行われていない。

特開２００９－２７８１６２号公報

しかしながら、各階層で個別に冗長性に関する冗長度が定義され、各階層技術で各冗長度を制御しようとすると、ネットワーク全体の冗長利用に無駄が生じ得る。

また、複数の冗長性を最適制御するために、送信元端末と宛先端末との間で定期的に監視パケットを流すなどしてネットワーク状態を把握することが必要となってしまい、ネットワークの負荷増大につながる。

そのため、本発明は、無線又は有線ネットワーク上で消失訂正符号を用いた通信システムにおいて、ネットワーク上の複数の冗長性を同時に利用して、ネットワーク情報に応じてネットワーク全体の冗長度を制御・決定することで、誤り率・データ伝送レート・遅延時間の改善を図ることを目的とするものである。

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る通信制御装置は、消失訂正符号化を施した符号化パケットを、ネットワークを介して宛先端末に通信する通信制御装置において、（１）宛先端末に送信する通信信号を消失訂正符号化に必要な複数のパケットに分割し、分割した複数のパケットのそれぞれに対して消失訂正符号化処理を行なう消失訂正符号化手段と、（２）ネットワーク情報を蓄積するネットワーク情報蓄積手段と、（３）消失訂正符号化を施した各符号化パケットの伝送に係る複数の冗長度のそれぞれを、ネットワーク情報に応じて要求される通信品質を満たすように包括的に逐次制御する冗長度制御手段とを備え、冗長度制御手段が、ネットワーク情報を用いて推定した、宛先端末までの経路を通じて伝送される符号化パケットの消失数及び宛先端末での復号遅延時間が、要求品質及び要求伝送遅延を満たしているか否かを判断して、複数の冗長度のそれぞれを制御することを特徴とする。

第２の本発明に係る通信制御プログラムは、消失訂正符号化を施した符号化パケットを、ネットワークを介して宛先端末に通信する通信制御プログラムにおいて、ネットワーク情報を蓄積するネットワーク情報蓄積手段を備えるコンピュータを、（１）宛先端末に送信する通信信号を消失訂正符号化に必要な複数のパケットに分割し、分割した複数のパケットのそれぞれに対して消失訂正符号化処理を行なう消失訂正符号化手段と、（２）消失訂正符号化を施した各符号化パケットの伝送に係る複数の冗長度のそれぞれを、ネットワーク情報に応じて要求される通信品質を満たすように包括的に逐次制御する冗長度制御手段として機能させ、冗長度制御手段が、ネットワーク情報を用いて推定した、宛先端末までの経路を通じて伝送される符号化パケットの消失数及び宛先端末での復号遅延時間が、要求品質及び要求伝送遅延を満たしているか否かを判断して、複数の冗長度のそれぞれを制御することを特徴とする。

第３の本発明に係る通信制御方法は、消失訂正符号化を施した符号化パケットを、ネットワークを介して宛先端末に通信する通信制御方法において、（１）消失訂正符号化手段が、宛先端末に送信する通信信号を消失訂正符号化に必要な複数のパケットに分割し、分割した複数のパケットのそれぞれに対して消失訂正符号化処理を行ない、（２）ネットワーク蓄積手段が、ネットワーク情報を蓄積し、（３）冗長度制御手段が、消失訂正符号化を施した各符号化パケットの伝送に係る複数の冗長度のそれぞれを、ネットワーク情報に応じて要求される通信品質を満たすように包括的に逐次制御し、冗長度制御手段が、ネットワーク情報を用いて推定した、宛先端末までの経路を通じて伝送される符号化パケットの消失数及び宛先端末での復号遅延時間が、要求品質及び要求伝送遅延を満たしているか否かを判断して、複数の冗長度のそれぞれを制御することを特徴とする。

本発明によれば、無線又は有線ネットワーク上で消失訂正符号を用いた通信システムにおいて、ネットワーク上の複数の冗長性を同時に利用して、ネットワーク情報に応じてネットワーク全体の冗長度を制御・決定することで、各階層で個別に冗長度を制御する場合に比べて、誤り率・データ伝送レート・遅延時間の改善することができる。

実施形態に係る送信元端末の内部構成を示す内部構成図である。 実施形態に係る通信システムの全体構成を示す全体構成図である。 実施形態に係る宛先端末の内部構成を示す内部構成図である。 実施形態に係る送信元端末における通信制御処理を示すフローチャートである。 実施形態に係る送信元端末が送信するフレームの構成例を示す構成図である。 実施形態に係る宛先端末が送信するフレームの構成例を示す構成図である。 実施形態に係る転送割合及び転送経路の決定方法を説明する説明図である。 実施形態に係る復号後消失確率と冗長度との関係を示す関係図である。 実施形態に係る消失数推定部による消失数推定処理を説明する説明図である。 実施形態に係る消失数推定部による消失数推定処理の変形例を説明する説明図である。 実施形態に係る復号誤り率の判断処理を説明する説明図である。 実施形態に係る転送経路決定部による経路割合の調整方法の一例を説明する説明図である。 実施形態に係る復号遅延に関するデータを説明する説明図である。 変形実施形態に係る送信元端末における通信制御処理を示すフローチャートである。

（Ａ）実施形態
以下では、本発明に係る通信制御装置、通信制御プログラム及び通信制御方法の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ａ－１）実施形態の構成
［通信システムの構成］
図２は、実施形態に係る通信システムの全体構成を示す全体構成図である。

図２に示すように、実施形態に係る通信システムＮＴは、複数の中継装置３を介して、パケット通信を行なう送信元端末１（１－１～１－ｎ；ｎは整数）、宛先端末２（２－１～２－ｍ；ｍは整数）を有する。

図２では、説明を容易にするために、送信元端末１と宛先端末２とを区別して説明するが、実際は、送信元端末１と宛先端末２の双方は、後述する送信元端末１の各種機能及び宛先端末２の各種機能を備えるものである。

通信システムＮＴは、例えばインターネットに代表されるＵＤＰ通信を採用しているネットワークである。又、通信システムＮＴでは、ＵＤＰ通信の信頼性を確保するため、消失訂正符号化技術を採用して、パケット転送中に消失したパケットを復元できるようにしている。通信システムＮＴの通信回線は、有線回線であってもよいし、無線回線を含むものであってもよい。

送信元端末１は、送信データを含むデータパケット（以下では、単に「パケット」と呼ぶ。）を宛先端末２に送信する送信端末である。送信データは、特に限定されるものではないが、例えば、映像、音（音声や音響も含む）、データ信号等がある。送信元端末１は、例えば、サーバ、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末、ウェアラブル端末、その他携帯端末等を適用することができる。

また、送信元端末１は、パケットを複数に分割し、消失訂正符号化技術で冗長なパケットを付与して宛先端末２に送信するものである。さらに、送信元端末１は、過去のパケット通信で利用したネットワーク情報を宛先端末２や中継装置３から収集・蓄積し、その蓄積しているネットワーク情報を利用して、ネットワーク全体の冗長度を制御する機能を有する。ここで、ネットワーク情報は、パケット損失に関する情報、送信バッファ使用率、トラフィック種別、ＱｏＳ等の一部又は全てを含む情報を適用する。なお、パケット損失に関する情報は、ネットワークを介して送信元端末１から宛先端末２に送信された経路毎の符号化パケットの損失を示す情報であり、例えばパケット損失率である場合を例示する。この実施形態では、パケット損失に関する情報をわかりやすく説明するため、「パケット消失数（消失パケット数）」、「パケット損失率」という用語を用いる。なお、ネットワーク情報を利用して、冗長度を制御する処理の詳細な説明は「（Ａ－２）実施形態の動作」の項で行なう。

宛先端末２は、送信元端末１から送信データを含むパケットを受信する受信端末である。宛先端末２は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末、ウェアラブル端末、その他携帯端末等を適用することができる。宛先端末２は、受信したパケットを解析して、パケット消失が生じているときには、消失訂正符号を用いた冗長なパケットを用いて消失訂正復号を行ない、消失したパケットを復元する機能を有する。また、宛先端末２は、パケットが中継されて受信するまでの経路毎にパケット損失率を求め、その経路毎のパケット損失率を送信元端末１に送信する。これにより、経路毎のパケット損失率を、ネットワーク情報の１つとして送信元端末１に通知することができる。

中継装置３は、無線又は有線ネットワークを構成するルータ装置、スイッチ装置、アクセスポイント等であり、送信元端末１と宛先端末２との間で授受されるパケットを中継するものである。

［送信元端末１の内部構成］
図１は、実施形態に係る送信元端末１の内部構成を示す内部構成図である。

図１において、実施形態に係る送信元端末１は、送受信部１０、消失訂正符号化部１１、パケット処理部１３、ネットワーク情報管理部１１０、冗長度制御部１２０を有する。

パケット処理部１３は、図示しない上位層（例えばアプリケーション層）から供給（入力）されたデータをパケット化して、消失訂正符号化部１１に与えるものである。パケット処理部１３は、冗長度制御部１２０で決定されたパケット長が通知され、消失訂正符号化の対象とするパケット長に分割する。

消失訂正符号化部１１は、冗長度制御部１２０で決定された符号化パラメータの１つである符号化率が通知されて、その符号化率に従って、パケット処理部１３から取得したパケットを用いた消失訂正符号化を行なうものである。消失訂正符号化には様々な方式がある。この実施形態は、消失訂正符号化の方式が特に限定されるものではなく、様々な方式を適用することができる。消失訂正符号化の方式として、例えば、パケットから冗長なパケット（「パリティパケット」とも呼ぶ。）を生成し、このパリティパケットを、パケットの後に付加する方式があり、この場合、例えば、パケットの数をＫ、パリティパケットの数をＰとすると、符号化率Ｒは、Ｒ＝Ｋ／（Ｋ＋Ｐ）で表される。また例えば、元の分割パケットも符号化の対象とし、パリティパケットという区別がなく、全て符号化パケットとして生成する方式もあり、この場合、例えば、元の分割パケットの数をＫ、符号化パケットの数をＮとすると、符号化率Ｒは、Ｒ＝Ｋ／Ｎで表される。なお、この実施形態では、説明便宜上、前者を採用する場合を例示する。

送受信部１０は、消失訂正符号化部１１から取得したパケットや冗長なパケット（パリティパケット）にヘッダを付与して、送信パケットを送信するものである。また、送受信部１０は、宛先端末２、中継装置３からネットワーク情報として、経路毎のパケット損失率、トラフィック種別、ＱｏＳ等を含むパケットを受信し、ネットワーク情報をネットワーク情報管理部１１０に与えるものである。

ネットワーク情報管理部１１０は、送受信部１０を通じて宛先端末２との間のネットワーク情報を収集し、ネットワーク情報を蓄積するものである。図１に示すように、ネットワーク情報管理部１１０は、ネットワーク情報を取得するネットワーク情報取得部１１１と、取得されたネットワーク情報を蓄積するネットワーク情報蓄積部１１２を有する。

なお、ネットワーク情報管理部１１０は、取得したネットワーク情報を用いて統計的な処理を施し、その結果をネットワーク情報として蓄積するようにしてもよい。例えば、後述するように、宛先端末２から所定時間のパケット損失率を取得した場合、その過去のパケット損失率と、最新の所定時間のパケット損失率とを用いて、パケット損失率の平均値を求め、その平均パケット損失率を求めるようにしてもよい。

また例えば、ネットワーク情報として、中継装置３の送信バッファ使用率を取得した場合に、その時点での中継装置３の送信バッファ使用率のみを蓄積することに限定されず、例えば、過去の当該中継装置３の送信バッファ使用率も用いて、送信バッファの使用率の変化率を求めるようにしてもよい。換言するとある時点の値に限定されるのではなく、時間的な変化率（変化値）をネットワーク情報として蓄積するようにしてもよい。

冗長度制御部１２０は、ネットワーク情報管理部１１０のネットワーク情報蓄積部１１２に蓄積されているネットワーク情報を利用して、ネットワーク全体の冗長度を制御するものである。

ここで、ネットワーク全体の冗長度とは、送信元端末１が宛先端末２に送信するデータを、宛先端末２で正しく受信できるようにするために、当該送信データ以外にチェックするために付加する余分な情報をいう。具体的には、消失訂正符号に係る符号化率、消失訂正符号化を施すパケット長、消失訂正符号化を施したパケットを複数の中継装置３を介して宛先端末２に伝達するまでの経路やその経路の転送割合等を含む。

冗長度制御部１２０は、従来各階層で定義されている冗長に関する冗長度を個別に制御するのではなく、蓄積した過去のネットワーク情報を参照して、送信元端末１から宛先端末２までの各中継装置３の廃棄パケット数を推定して経路を決定したり、その経路で転送した場合のパケット損失率から消失訂正符号化に係るパケット長や符号化率を決定したり、宛先端末２でのパケット消失数を推定したり、伝送遅延や伝送レートを決定したり、要求を満たす経路、符号化パラメータ、伝送遅延、伝送レートを適宜適応させながら決定する。換言すると、過去のネットワーク情報を参照して、各階層で定義されている冗長に関する冗長度を逐次最適化する。

冗長度制御部１２０は、転送経路決定部１２１、符号化率制御部１２２、パケット長制御部１２３、消失数推定部１２４、伝送遅延制御部１２５、伝送レート制御部１２６を有する。転送経路決定部１２１、符号化率制御部１２２、パケット長制御部１２３、消失数推定部１２４、伝送遅延制御部１２５、伝送レート制御部１２６のそれぞれの処理の詳細な説明は「（Ａ－２）実施形態の動作」の項で行なう。

冗長度制御部１２０のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、入出力インタフェース等を有する装置を適用することができ、ＣＰＵが、ＲＯＭに格納されている処理プログラム（例えば、通信制御プログラム等）を実行することにより、冗長度制御部１２０の各種機能が実現される。実施形態に係る通信制御プログラムがインストールされることにより構築されるようにしてもよく、その場合でも通信制御プログラムは、図１に例示する構成要素を有する。

［宛先端末２の内部構成］
図３は、実施形態に係る宛先端末２の内部構成を示す内部構成図である。

図３において、実施形態に係る宛先端末２は、送受信部２０、消失訂正復号部２１、パケット処理部２３、ネットワーク情報管理部２１０を有する。

送受信部２０は、送信元端末１から送信されたパケットを受信し、受信したパケットを消失訂正復号部２１に与えるものである。また、送受信部２０は、後述するネットワーク情報管理部２１０のパケット損失率算出部２１３により算出された経路毎のパケット損失率を含むパケットを取得し、そのパケットを送信元端末１に送信する。

消失訂正復号部２１は、送受信部２０から取得したパケットについて、消失したパケットがある場合に、消失訂正復号処理を行い、消失したパケットを復元するものである。消失訂正復号部２１は、パケット損失率の算出に寄与するために、パケット消失数をネットワーク情報管理部２１０に与える。なお、消失したパケットがない場合には、そのまま、受信パケットをパケット処理部２３に与える。

パケット処理部２３は、受信したパケットを取得し、パケットに含まれているデータを抽出して上位層（例えばアプリケーション層）に供給するものである。パケット処理部２３は、受信パケットの経路やトラフィック種別などを管理するため、受信パケットに含まれている経路情報やトラフィック種別等をネットワーク情報管理部２１０に通知する。また、送信元端末１にパケット損失率を通知するため、パケット処理部２３は、ネットワーク情報管理部２１０から経路毎のパケット損失率を取得してパケット化する。この経路毎のパケット損失率を含むパケットは、送受信部２０に与えられて、送信元端末１に向けて送信される。

ネットワーク情報管理部２１０は、送信元端末１との間のネットワーク情報を管理するものである。ネットワーク情報管理部２１０は、ネットワーク情報を取得するネットワーク情報取得部２１１と、取得されたネットワーク情報を蓄積するネットワーク情報蓄積部２１２と、ネットワーク情報蓄積部２１２に蓄積されているネットワーク情報を用いて、経路毎のパケット損失率を算出するパケット損失率算出部２１３とを有する。

（Ａ－２）実施形態の動作
次に、実施形態に係る送信元端末１及び宛先端末２との間の通信制御処理の動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。

図４は、実施形態に係る送信元端末１における通信制御処理を示すフローチャートである。

［ネットワーク情報更新；ステップＳ３００］
送信元端末１のネットワーク情報管理部１１０では、過去のパケット通信により無線又は有線ネットワーク上でのネットワーク情報がネットワーク情報蓄積部１１２に蓄積される（ステップＳ３００）。送信元端末１が宛先端末２との間でパケット通信が実施されるたびに、新しいネットワーク情報が逐次蓄積されていき、更新される。

ここで、ネットワーク情報の１つであるパケット損失率の取得方法の一例を例示する。

図５は、実施形態に係る送信元端末１が送信するフレームの構成例を示す構成図であり、図６は、宛先端末２が送信するフレームの構成例を示す構成図である。

図５及び図６では、消失訂正符号化されたパケット（以下、「符号化パケット」とも呼ぶ。）が、複数の中継装置（ここでは「ルータ」と呼ぶ。）３を介して、送信元端末１から宛先端末２に送信される場合を例示する。また、符号化パケットは、送信元端末⇒ルータ３－１⇒ルータ３－２⇒ルータ３－３⇒ルータ３－６⇒宛先端末２の経路で伝達されたものとする。

図５に例示するように、送信元端末１が送信するパケットに含まれるデータフレームには、送信元端末１が送信する符号化パケットの総数（送信数）が含まれる。具体的には、送信元端末１は、Ｅｔｈｅｒ（登録商標）フレームのうち、ＵＤＰセグメントフレームのＵＤＰペイロード内に符号化パケット総数（送信数）を格納して送信する。符号化パケット総数は、ＵＤＰペイロード内であれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＵＤＰペイロードの数ビットの先頭領域に格納する。つまり、送信元端末１が送信する符号化パケット総数が「１００」とすると、「１００」を示す情報が格納される。

宛先端末２では、ＵＤＰペイロード内に格納されている符号化パケット総数が、ネットワーク情報蓄積部２１２に蓄積される。また、宛先端末２では、実際に受信したパケット数を認識するために、経路毎に、所定時間内で受信した受信パケット数も蓄積する。従って、宛先端末２のネットワーク情報管理部２１０では、パケット損失率算出部２１３が、受信パケット数と符号化パケット総数とに基づいて、経路毎のパケット損失率（＝受信パケット数÷符号化パケット総数）を算出する。

そして、経路毎のパケット損失率を送信元端末１に通知するため、図６に示すように、宛先端末２は、経路毎のパケット損失率を含むパケットを送信元端末１に送信する。具体的には、図６に示すように、宛先端末２は、Ｅｔｈｅｒ（登録商標）フレームのうち、ＵＤＰセグメントフレームのＵＤＰペイロード内に、対象経路のパケット損失率を格納して送信する。例えば、符号化パケット総数が「１００」であり、宛先端末２での受信パケット数が「９５」であるときには、パケット消失数が「５」であり、パケット損失率は「０．０５」となる。従って、この場合、当該対象経路を特定する経路情報と、当該経路のパケット損失率「０．０５」を示す情報とをＵＤＰペイロード内に格納して送信元端末１に送信する。

ここで、宛先端末２は、対象経路のパケット損失率を示す情報量は大きくないため、所定時間毎に、対象経路を特定する経路情報と、当該対象経路のパケット損失率を送信元端末１に送信するようにしてもよい。しかし、パケット損失率を含むパケットが逐次送信元端末１に通知されることで、ネットワークで授受されるパケット数が増大し、ネットワークにおけるトラフィックも増大する可能性もあるため、パケット損失情報が閾値以上でありパケット損失が高い場合に（すなわち、パケット消失数もしくはパケット損失率が閾値以上である場合）対象経路のパケット損失率を送信元端末１に通知するようにしてもよい。

上記のようにして、送信元端末１は、経路毎のパケット損失率に関する情報を取得し、対象経路のパケット損失率をネットワーク情報蓄積部１１２に蓄積することができる。

また、ネットワーク情報管理部１１０は、経路毎に、所定時間毎のパケット損失率を取得できるので、過去のパケット損失率を用いて平均パケット損失率を経路毎に算出して蓄積するようにしてもよい。

［転送経路／割合の選択；ステップＳ３０１］
送信元端末１では、冗長度制御部１２０の転送経路決定部１２１が、ネットワーク情報蓄積部１１２に蓄積されているルータ３間のパケット損失率に基づいて、ルータ３間での転送割合を求めて、その転送割合を参照して、宛先端末２までの転送経路を決定する（ステップＳ３０１）。つまり、転送経路決定部１２１は、経由するルータ間のパケット損失率の合計値を算出して、その合計値（合計経路損失値）が最小となる経路を選択する。

ルータ３では、受信したパケットを一時的にバッファに蓄積しておき、送信タイミング毎に順番に蓄積しているパケットを次のルータ３若しくは端末に送信している。トラフィックの状況等でルータ３がパケットを転送できず、タイムアウトしたパケットは廃棄されるため、ルータ３間のパケット損失率が、消失訂正符号の符号化率や伝送遅延等に影響する。そこで、転送経路決定部１２１は、ルータ３間のパケット損失率（若しくは平均パケット損失率）に基づいて、パケット損失率が小さい経路を選択する。なお、ルータ３間のパケット損失率に関する情報は、各ルータ３やネットワーク管理サーバ（図示しない）から取得するようにしてもよいし、宛先端末２から通知された経路のパケット損失率を利用して求めるようにしてもよい。

図７は、実施形態に係る転送割合及び転送経路の決定方法を説明する説明図である。

ここでは、説明を容易にするために、ルータ３－１の分岐経路であるルータ３－２及びルータ３－４を例示して説明する。ルータ３－１とルータ３－２との間のパケット損失率が０．００［％］であり、ルータ３－１とルータ３－４との間のパケット損失率が０．０１［％］であるとすると、ルータ３－１とルータ３－２との間のパケット損失率が低損失である。この場合、ルータ３－１における、ルータ３－２への転送とルータ３－４への転送割合は「１：０」となる。このように、送信元端末１から宛先端末２までに経由するルータ間のパケット損失率を合計していき、その合計経路損失値が最小となる経路を決定する。なお、図７では単一経路を用いた場合が最小の合計損失となる例を示したが、複数経路を用いてもよく、最小の合計損失を持つものであれば複数経路にある割合で転送した場合が選択されても良い。

宛先端末２に対する最初の経路決定については、例えば、それまでの過去のルータ３間のパケット損失率に基づいて、合計経路損失値が最小となる経路のみを選択する。その後、当該宛先端末２との間のパケット通信が継続して実施され、ルータ３間のパケット損失率が更新されると、最新のネットワーク情報（ルータ３間のパケット損失率を含む）を用いて、転送経路を逐次変更するようにしてもよい。

［パケット長及び符号化率の選択；ステップＳ３０２及びＳ３０３］
パケット長制御部１２３は、消失訂正符号化に係るパケット長を決定し（ステップＳ３０２）、符号化率制御部１２２は、消失訂正符号化に係る符号化率を決定する（ステップＳ３０３）。

図８は、実施形態に係る復号後消失確率と冗長度との関係を示す関係図である。

図８は、消失訂正符号化に係る符号毎に、誤り率と符号化パケット数との関係を示している。なお、縦軸は復号後消失確率（すなわち、誤り率）を示し、横軸は冗長度（＝１－符号化率）を示している。一般的に符号化率と符号化パケット数とはトレードオフの関係にある。すなわち、復号性能を向上する（誤り率を下げる）ためには、符号化率を低くすることが望まれるが、符号化パケット数が多くなる。逆に、符号化パケット数を少なくするためには、符号化率を高くすることが望まれるが、復号性能が低下する（誤り率が上昇する）。一方で、パケット損失率が低い状況であれば、符号化率が同じ場合でも、パケット長を短くして情報パケット数を増やすほど、受信パケット数が増えて復号性能の向上につながる。

したがって、宛先端末２とのパケット通信において、最初は品質を優先するために、短いパケット長を設定し、低めの符号化率を設定する。最初の通信の際のパケット長及び符号化率は、予め設定したパケット長及び符号化率を用いるようにしてもよい。

なお、符号化パケット数＝情報パケット数÷符号化率で求めることができる。また、情報パケット数＝要求レート÷パケット長で算出することができる。

［パケット消失数の推定；ステップＳ３０４］
次に、消失数推定部１２４は、経路毎の、パケット損失率に基づいて、宛先端末２までのパケット消失数（合計消失数）を推定する（ステップＳ３０４）。

図９は、実施形態に係る消失数推定部１２４による消失数推定処理を説明する説明図である。

まず、消失数推定部１２４は、以下の式（１）に従って、ルータ３毎のパケット消失数を算出し、宛先端末２までの各経路での合計値（合計消失数）を宛先端末２での消失数として推定する。
パケット消失数＝（前段ルータの受信パケット数）×（転送割合）×（パケット損失率） …（１）

例えば、図９において、消失数推定部１２４は、ルータ３－１の分岐経路であるルータ３－２への転送とルータ３－４への転送割合を０．５：０．５とする。この場合、ルータ３－１からルータ３－４に転送した際に、パケット損失率が０．０２とすると、ルータ３－４にパケット転送したときに、パケット消失数は１（＝ルータ３－１の受信パケット数（１００）×０．５×０．０２）となる。

上記のように、消失数推定部１２４は、ルータ３毎のパケット消失数を算出し、経由する各ルータ３のパケット消失数を加算して合計消失数を求める。そうすると、宛先端末２での消失数は２となる。

なお、宛先端末２との間の最初のパケット通信のときには、上述したように式（１）に従って、宛先端末２までの合計消失数を求めることができる。

また、宛先端末２との間のパケット通信が継続的に実施されて、宛先端末２から経路毎のパケット損失率を蓄積した場合には、消失数推定部１２４は、経路毎のパケット損失率を用いて、式（２）に従って宛先端末２までの合計消失数を求めるようにしてもよい。
パケット消失数＝（送信元端末からの符号化パケット数）×（平均パケット損失率） …（２）

図１０は、実施形態に係る消失数推定部１２４による消失数推定処理の変形例を説明する説明図である。

消失数推定部１２４による消失数推定処理は、上記に限定されるものではなく、各ルータ３から取得した送信バッファ使用率を用いて、各ルータ３のパケット消失数を算出するようにしてもよい。

例えば、消失数推定部１２４は、各ルータ３の送信バッファ使用率を監視しており、経路上のルータ３の送信バッファ使用率が閾値以上となった場合には、そのルータ３を経由したパケットが廃棄されて、パケット消失数が大きくなる可能性がある。そこで、消失数推定部１２４は、以下の式（３）に従って、ルータ３の送信バッファ使用率を用いて、当該ルータ３のパケット消失数を求めるようにしてもよい。この場合、宛先端末２までの経路の各ルータ３の消失数を加算して合計消失数を求める。
パケット消失数＝（前段ルータの受信パケット数）×（転送割合）×（パケット損失率）×（１－送信バッファ使用率） …（３）

例えば、図１０の例の場合、送信バッファ使用率に関する閾値が０．８であり、ルータ３－４の送信バッファ使用率が０．８であるとすると、パケット消失数が１２となる。

［復号誤り率の判断；ステップＳ３０５］
消失数推定部１２４は、上記のようにして、各ルータ３のパケット消失数を算出し、宛先端末２までの合計消失数を推定すると、その推定した合計消失数に基づく符号化率が、要求される復号後消失確率を満たしているか否かを判断する（ステップＳ３０５）。要求を満たしている場合にはステップＳ３０８に移行し、要求を満たしていない場合にはステップＳ３０６に移行する。

［符号化率の再選択；ステップＳ３０６⇒ステップＳ３０３及びＳ３０７］
図１１は、実施形態に係る復号誤り率の判断処理を説明する説明図である。

図１１は、図８の復号後消失確率と冗長度との関係を示す関係図に対応する。ここでは、符号Ａの誤り率と符号化パケット数との関係を用いて説明する。

符号化率制御部１２２は、推定された宛先端末２の合計消失数を用いて、式（４）に従って、符号化率を求める。
符号化率＝情報パケット数÷（符号化パケット数－宛先端末２の合計消失数） …（４）

例えば、要求されている復号後消失確率（誤り率）が１×１０^－２とする。宛先端末２との最初のパケット通信の際に、推定された合計消失数を考慮した符号化率（ここでは初回に選択した符号化率とする。）が０．０８付近であるとする。

この場合の復号後消失確率は１×１０^－１程度であり、要求されている復号後消失確率１×１０^－２と比較して、要求の復号後消失確率を満たしているか否かを判断する。

この場合、要求されている復号後消失確率を満たしていないため、符号化率が低くなるようにして（横軸の冗長度が大きくなるようにして）、現時点で設定されているパケット長（すなわち、現在設定されている符号化パケット数）を用いた場合で、要求を満たす符号化率の候補があるか否かを判断する。

現在設定されているパケット長で、要求を満たす符号化率がある場合には、ステップＳ３０３に移行して、符号化率制御部１２２が、要求されている復号後消失確率を満たす候補の中から、再度符号化率の選択を行なう。その後ステップＳ３０３以降の処理を繰り返し実施する。

一方、現在設定されているパケット長で、要求を満たす符号化率がない場合には、ステップＳ３０７に移行する。

［パケット長の再選択；ステップＳ３０７⇒ステップＳ３０２及びＳ３０１］
パケット長制御部１２３は、現在設定されている経路での転送割合で要求を満たしている候補があるか否かを判断し（ステップＳ３０７）、要求を満たしている場合には、ステップＳ３０２に移行してパケット長を再度調整する。その後Ｓ３０２以降の処理を繰り返し実施する。

また、要求を満たしていない場合には、ステップＳ３０１に移行して、転送経路決定部１２１が、再度、宛先端末２までの経路の決定及び転送割合を選択する。その後Ｓ３０１以降の処理を繰り返し実施する。

図１２は、転送経路決定部１２１による経路割合の調整方法の一例を説明する説明図である。

図１２に示すように、転送経路決定部１２１は、要求を満たしていない場合に、ネットワーク情報蓄積部１１２に蓄積されているネットワーク情報を参照して、再度転送割合を設定するが、この場合には、例えば、各ルータ３間の転送割合を一律に調整するようにしてもよい。例えば、この例の場合、各ルータ３間の転送割合を「１：０」から「０．８：０．２」に変更する場合を例示している。

上述したように、転送割合を一律に変更するようにしてもよいし、各ルータ３の送信バッファ使用率を考慮して、送信バッファ使用率が閾値以上となるルータ３を経由する場合には、そのルータ３への転送が少なくなるように設定変更するようにしてもよい。

［伝送遅延の算出；ステップＳ３０８］
伝送遅延制御部１２５は、これまでの選択パラメータである経路及び転送割合、パケット長、符号化率を含む情報に基づいて、伝送遅延を推定する（ステップＳ３０８）。

例えば、複数経路にパケットを転送している場合は、伝送遅延制御部１２５は、下式（５）に従って、経路中の最大伝送遅延を算出する。
最大伝送遅延＝最大ホップ数×伝送遅延＋復号遅延 …（５）

式（５）において、最大ホップ数は、送信元端末１から宛先端末２までの複数の経路のうち、最大となるホップ数である。伝送遅延は、ルータ３間の伝送遅延時間を示す値であり、例えば１ｍｓ等のように任意の値を設定することができる。復号遅延は、宛先端末２における消失訂正符号化されたパケットの復号に要する遅延時間であり、例えば、図１３に例示する予め設定されたデータを利用して求めることができる。

図１３は、実施形態に係る復号遅延に関するデータを説明する説明図である。

図１３は、パケット長と復号に要する遅延時間との関係を示す説明図である。この場合、設定した消失訂正符号の対象とするパケット長に基づいて、復号遅延を求めることができる。例えば、パケット長１０２４ｂｙｔｅ、符号化率（例えば、対応する符号化パケット数１０２４個）を選択した場合は、復号遅延は約５００ｍｓとなり、この値を式（５）の復号遅延に代入する。

［伝送遅延の判断；ステップＳ３０９］
伝送遅延制御部１２５は、推定した最大伝送遅延の値が、要求されている伝送遅延（以下、「要求伝送遅延」と呼ぶ。）を満たしているか否かを判断する（ステップＳ３０９）。要求伝送遅延を満たしている場合には、ステップＳ３１０に移行し、満たしていない場合、ステップＳ３０７に移行する。

要求伝送遅延を満たしていない場合、ステップＳ３０７に移行して、パケット長制御部１２３が要求伝送遅延を満たすように、パケット長を長くする（ステップＳ３０２）。つまり、符号化パケット数を減らして低遅延化を図るようにする。

それでも、要求伝送遅延を満たさない場合には、ステップＳ３０１に移行し、転送経路決定部１２１が、ホップ数の低い経路を選択したり、若しくは、送信バッファの使用率の低いルータ３を経由する経路を選択したりする。

［伝送レートの算出；ステップＳ３１０］
伝送レート制御部１２６は、これまでの選択パラメータである経路及び転送割合、パケット長、符号化率、最大伝送遅延を含む情報に基づいて、伝送レートを推定する（ステップＳ３１０）。

より具体的には、伝送レート制御部１２６は、伝送遅延制御部１２５により算出された最大伝送遅延を用いて、式（６）に従って、伝送レートを算出する。
伝送レート[ｂｉｔ／ｓｅｃ]＝パケット長×符号化パケット数÷最大伝送遅延 …（６）

［伝送レートの判断；ステップＳ３１１］
伝送レート制御部１２６は、算出した伝送レートが、要求されている伝送レートを満たしているか否かを判断する（ステップＳ３１１）。要求の伝送レートを満たしている場合には処理を終了し、満たしていない場合、ステップＳ３０７に移行する。

要求されている伝送レートを満たしていない場合、ステップＳ３０７に移行して、パケット長制御部１２３が要求されている伝送レートを満たすように、パケット長を長くする（ステップＳ３０２）。つまり、符号化パケット数を減らして低遅延化を図るようにする。

それでも、要求されている伝送レートを満たさない場合には、ステップＳ３０１に移行し、転送経路決定部１２１が、ホップ数の低い経路を選択したり、若しくは、送信バッファの使用率の低いルータ３を経由する経路を選択したりする。

（Ａ－３）実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、過去のパケット通信を利用して宛先側で収集・蓄積したネットワーク情報（パケット損失率など）を必要に応じて送信元に通知することでネットワークへの負荷を抑えつつ、通知されたネットワーク情報とトラフィック種別・ＱｏＳに応じてネットワーク全体の冗長度（符号化パケットの符号化率、長さ、転送経路およびその割合）を制御・決定することができる。

（Ｂ）他の実施形態
上述した実施形態においても、本発明の変形実施形態を言及したが、本発明は、以下の変形実施形態にも適用できる。

（Ｂ－１）変形実施形態１
図１４は、変形実施形態に係る送信元端末１における通信制御処理を示すフローチャートである。

図１４では、上述した実施形態の図４における処理と同一の処理には、同一の符号を付して示している。

上述した実施形態では、消失訂正復号時のデータの品質を優先するため、最初のパケット長及び符号化率が低くなるように設定する場合を例示した。しかし、復号に要する遅延を下げるように、すなわち復号遅延を優先するようにしてもよい。この場合、符号化パケット数を少なくするために、パケット長を長めに設定するようにしてもよい。

例えば、図１４のステップＳ３０１では、転送経路決定部１２１は、ホップ数が最小となる最短経路選択する。ステップＳ３０２で、パケット長制御部１２３は、受信パケット数を減らして復号遅延を下げるようにするため、宛先端末２との最初のパケット通信ではパケット長を長めに設定する。ステップＳ３０３では、符号化パケット数を減らして復号遅延を減らすために、最初は符号化率を高めに設定する。

そして、上述した実施形態と同様に、伝送遅延制御部１２５が、最大伝送遅延を算出し（ステップＳ３０８）、最大伝送遅延が要求を満たしているか否かを判断し（ステップＳ３０９）、要求を満たしている場合には、ステップＳ３０４に移行し、そうでない場合には、ステップＳ３０６に移行する。

ここで、ステップＳ３０６では、現在よりも高い符号化率に設定可能であるか（候補があるか）否かを判断する。候補があれば、符号化率制御部１２２は、現在よりも高い符号化率に設定し（ステップＳ３０３）、ステップＳ３０３以降の処理を繰り返し実施する。一方、候補が無い場合は、ステップＳ３０７に移行して、現在よりも長いパケット長に設定可能であるか（候補があるか）否かを判断する。候補があれば、パケット長制御部１２３が、現在よりも長いパケット長に設定し（ステップＳ３０２）、ステップＳ３０２以降の処理を繰返し実施する。

上記繰返し処理の結果、それでも要求伝送遅延を満たさずステップＳ３０７で候補がない場合には、転送経路決定部１２１が、バッファ使用率が低い経路への転送割合を段階的に変更し（ステップＳ３０１）、Ｓ３０１以降の処理を繰返し実施する。

ステップＳ３０４では、上述した実施形態と同様に、消失数推定部１２４が、パケット損失率および送信バッファ使用率から宛先のパケット消失数を推定し、そして、推定した宛先端末２のパケット消失数を加味して判定する（ステップＳ３０５）。要求品質を満たしている場合にはステップＳ３１０に移行する。

一方、要求品質を満たしていない場合には、ステップＳ３０６に移行して、上述した実施形態と同様に、符号化率制御部１２２が符号化率を下げるように調整したり（ステップＳ３０６⇒ステップＳ３０３）、パケット長制御部１２３がパケット長を短くするように調整したり（ステップＳ３０７⇒ステップＳ３０２）、転送経路決定部１２１が、低損失経路への転送割合を段階的に増やすように調整する（ステップＳ３０７⇒ステップＳ３０１）。

そして、ステップＳ３１０及びＳ３１１では、上述した実施形態と同様に伝送レート制御部１２６が、伝送レートを算出し、要求レートを満たしているか否かの処理を行なうようにしてもよい。

（Ｂ－２）変形実施形態２
上述した実施形態及び変形実施形態における冗長度制御部１２０の処理について、機械学習のアルゴリズムを用いて、消失訂正符号の符号化率、パケット長、転送経路及びその転送割合の一部又は全部の最適化処理を実施するようにしてもよい。

１（１－１～１－ｎ）…送信元端末、２（２－１～２－ｍ）…宛先端末、３…中継装置、ＮＴ…通信システム、１０…送受信部、１１…消失訂正符号化部、１３…パケット処理部、１１０…ネットワーク情報管理部、１１１…ネットワーク情報取得部、１１２…ネットワーク情報蓄積部、１２０…冗長度制御部、１２１…転送経路決定部、１２２…符号化率制御部、１２３…パケット長制御部、１２４…消失数推定部、１２５…伝送遅延算出部、１２６…伝送レート制御部、２０…送受信部、２１…消失訂正復号部、２３…パケット処理部、２１０…ネットワーク情報管理部、２１１…ネットワーク情報取得部、２１２…ネットワーク情報蓄積部、２１３…パケット損失率算出部。

Claims (8)

1. 消失訂正符号化を施した符号化パケットを、ネットワークを介して宛先端末に通信する通信制御装置において、
   上記宛先端末に送信する通信信号を消失訂正符号化に必要な複数のパケットに分割し、分割した複数のパケットのそれぞれに対して消失訂正符号化処理を行なう消失訂正符号化手段と、
   上記ネットワークのネットワーク情報を蓄積するネットワーク情報蓄積手段と、
   消失訂正符号化を施した各符号化パケットの伝送に係る複数の冗長度のそれぞれを、上記ネットワーク情報に応じて要求される通信品質を満たすように包括的に逐次制御する冗長度制御手段と
   を備え、
   上記冗長度制御手段は、上記ネットワーク情報を用いて推定した、上記宛先端末までの経路を通じて伝送される上記符号化パケットの消失数及び上記宛先端末での復号遅延時間が、要求品質及び要求伝送遅延を満たしているか否かを判断して、上記複数の冗長度のそれぞれを制御する
   ことを特徴とする通信制御装置。
2. 上記冗長度制御手段が、上記ネットワーク情報を用いて算出した上記宛先端末までの経路を通じて伝送レートが要求伝送レートを満たしているか否かを判断して、上記複数の冗長度のそれぞれを制御することを特徴とする請求項１に記載の通信制御装置。
3. 上記冗長度制御手段が、上記各判断の結果に応じて、上記消失訂正符号化に係るパケット長、符号化率、転送経路及び経路の分岐転送割合のいずれか又は全てを制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信制御装置。
4. 上記冗長度制御手段が、上記ネットワーク情報に含まれる上記宛先端末でのパケット損失率に基づいて、上記符号化パケットの消失数を推定することを特徴とする請求項１に記載の通信制御装置。
5. 上記冗長度制御手段が、上記ネットワーク情報に含まれる要求データのトラフィック種別及び又はＱｏＳに基づいて、上記複数の冗長度のそれぞれを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の通信制御装置。
6. 上記冗長度制御手段が、機械学習アルゴリズムを用いて、要求される通信品種を満たすように上記複数の冗長度のそれぞれの最適化をすることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の通信制御装置。
7. 消失訂正符号化を施した符号化パケットを、ネットワークを介して宛先端末に通信する通信制御プログラムにおいて、
   上記ネットワークのネットワーク情報を蓄積するネットワーク情報蓄積手段を備えるコンピュータを、
   上記宛先端末に送信する通信信号を消失訂正符号化に必要な複数のパケットに分割し、分割した複数のパケットのそれぞれに対して消失訂正符号化処理を行なう消失訂正符号化手段と、
   消失訂正符号化を施した各符号化パケットの伝送に係る複数の冗長度のそれぞれを、上記ネットワーク情報に応じて要求される通信品質を満たすように包括的に逐次制御する冗長度制御手段と
   して機能させ、
   上記冗長度制御手段は、上記ネットワーク情報を用いて推定した、上記宛先端末までの経路を通じて伝送される上記符号化パケットの消失数及び上記宛先端末での復号遅延時間が、要求品質及び要求伝送遅延を満たしているか否かを判断して、上記複数の冗長度のそれぞれを制御する
   ことを特徴とする通信制御プログラム。
8. 消失訂正符号化を施した符号化パケットを、ネットワークを介して宛先端末に通信する通信制御方法において、
   消失訂正符号化手段が、上記宛先端末に送信する通信信号を消失訂正符号化に必要な複数のパケットに分割し、分割した複数のパケットのそれぞれに対して消失訂正符号化処理を行ない、
   ネットワーク蓄積手段が、上記ネットワークのネットワーク情報を蓄積し、
   冗長度制御手段が、消失訂正符号化を施した各符号化パケットの伝送に係る複数の冗長度のそれぞれを、上記ネットワーク情報に応じて要求される通信品質を満たすように包括的に逐次制御し、
   上記冗長度制御手段が、上記ネットワーク情報を用いて推定した、上記宛先端末までの経路を通じて伝送される上記符号化パケットの消失数及び上記宛先端末での復号遅延時間が、要求品質及び要求伝送遅延を満たしているか否かを判断して、上記複数の冗長度のそれぞれを制御する
   ことを特徴とする通信制御方法。

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