JP7168596B2 - コンテンツ配信システムのクライアント装置及びプログラム - Google Patents

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Description

本開示は、コンテンツ配信システムにおけるパケットロスの判定技術に関する。
コンテンツ名に基づきコンテンツの要求及び配信を行うコンテンツ配信システムが提案されている。非特許文献1は、その様なシステムの1つであるコンテンツ・セントリック・ネットワーク(CCN:Content Centric Networking)を開示している。
CCNにおいて、コンテンツを公開するサーバ装置は当該コンテンツを1つ以上のチャンクに分割し、クライアント装置は、この分割されたチャンク単位でコンテンツを取得する。また、CCNにおいて、チャンクの転送を行った通信装置(以下、転送装置と呼ぶ。)は、当該チャンクを保存(キャッシュ)できる。転送装置は、キャッシュしているチャンクを要求するインタレスト・パケット(要求パケット)をクライアント装置から受信すると、当該インタレスト・パケットをサーバ装置に向けて転送することなく、キャッシュしているチャンクを、当該インタレスト・パケットの送信元のクライアント装置に向けて送信できる。
以下に、転送装置の動作の一例を説明する。転送装置は、CS(Contents Store)と、FIB(Forward Information Base)と、PIT(PIT:Pending Interest Table)を管理する。CSは、キャッシュしているチャンクを示す情報である。FIBは、インタレスト・パケットが要求するチャンクと、当該インタレスト・パケットの転送のために、当該インタレスト・パケットを送信するインタフェースとの関係を示す情報である。PITは、転送したインタレスト・パケットが要求するチャンクと、当該転送したインタレスト・パケットを受信したインタフェースとの関係を示す情報である。
転送装置は、インタレスト・パケットを受信すると、CSを検索し、当該インタレスト・パケットが要求するチャンク(以下、要求チャンク)をキャッシュしているか否かを判定する。要求チャンクをキャッシュしている場合、転送装置は、キャッシュしている要求チャンクを含むデータ・パケットを、当該インタレスト・パケットの送信元のクライアント装置に向けて送信する。なお、当該データ・パケットを送信するインタフェースは、当該インタレスト・パケットを受信したインタフェースである。一方、要求チャンクをキャッシュしていない場合、転送装置は、PITを検索して、要求チャンクを要求する別のインタレスト・パケットを既に転送し、要求チャンクの受信待ち状態であるかを判定する。受信待ち状態であると、転送装置は、受信したインタレスト・パケットを転送せず、PITの当該要求チャンクのエントリに当該インタレスト・パケットの受信インタフェースを追加する。一方、要求チャンクの受信待ち状態ではない場合、転送装置は、FIBに基づき判定したインタフェースから当該インタレスト・パケットを送信(転送)し、PITに要求チャンクのエントリを追加する。このエントリは、要求チャンクを示す情報と、当該インタレスト・パケットを受信したインタフェースを示す情報を有する。
また、転送装置は、チャンクを含むデータ・パケットを受信すると、当該データ・パケットを送信するインタフェースをPITに基づき判定し、判定したインタフェースから当該データ・パケットを送信し、当該チャンクのエントリをPITから削除する。なお、データ・パケットを送信するインタフェースは、当該チャンクを要求するインタレスト・パケットを受信したインタフェースである。また、転送装置は、受信したデータ・パケットに含まれるチャンクをキャッシュするとCSを更新する。
この様に、CCNにおいて、チャンクを含むデータ・パケットは、当該チャンクを要求するインタレスト・パケットを受信したインタフェースに送信される。よって、チャンクは、当該チャンクを要求するインタレスト・パケットと同じ経路を逆向きに転送されて、当該チャンクを要求したクライアント装置に配信される。また、1つのコンテンツは、多数のチャンクに分割されるため、クライアント装置は、コンテンツの全体を取得するために多数のインタレスト・パケットを順に送信する。
非特許文献2及び非特許文献3は、CCNの輻輳制御技術を開示している。具体的には、クライアント装置がパケットロスを検出した場合、当該クライアント装置によるインタレスト・パケットの送信頻度を低減させることを、非特許文献2及び非特許文献3は開示している。なお、クライアント装置は、送信したインタレスト・パケットの応答であるデータ・パケットを所定期間内に受信しない場合にパケットロスを検出する。非特許文献2は、インタレスト・パケットを送信してから当該インタレスト・パケットの応答としてのデータ・パケットを受信するまでの時間(RTT)に基づき、当該所定期間を更新することも開示している。
V.Jacobson,et al.,"Networking Named Content",in Proceedings of ACM CoNEXT 2009,2009年12月 Amadeo,etal."Transport layer design for named data wireless networking",2014 IEEE Conference on Computer Communications Workshops(INFOCOM WKSHPS).IEEE,2014年 Schneider,et al."A practical congestion control scheme for named data networking",Proceedings of the 3rd ACM Conference on Information-Centric Networking,ACM,2016年
CCNにおいて、転送装置はチャンクをキャッシュできるため、RTTは大きく変動し得る。例えば、コンテンツの開始から途中までのチャンクが転送装置にキャッシュされており、残りの部分がサーバ装置のみに格納されているものとする。この場合、当該コンテンツを取得しているクライアント装置から見ると、チャンクを当該クライアント装置に向けて送信する装置が転送装置からサーバ装置に切り替わった際、RTTは急に増大することになる。この様な場合において、クライアント装置がパケットロスと判定するための所定期間を、それ以前のRTTに基づき設定していると、データ・パケットが正常に転送されているにも拘わらず、クライアント装置はパケットロスが発生したと誤検出する。
クライアント装置は、パケットロスを検出すると、受信できなかったチャンクを起点として、再度、インタレスト・パケットの再送を開始する。また、クライアント装置は、パケットロスを検出すると、インタレスト・パケットの送信頻度や、データ・パケットを受信することなく送信できるインタレスト・パケット数(ウィンドウサイズ)を減少させる。したがって、パケットロスの誤検出が生じるとスループットが不必要に低下する。
本発明は、精度良くパケットロスを検出する技術を提供するものである。
本発明の一態様によると、コンテンツを複数のチャンクに分割して配信するコンテンツ配信システムのクライアント装置は、第1チャンクを要求する第1要求パケットを送信する送信手段と、前記第1要求パケットを送信してから第1期間の間、前記第1チャンクを含む第1データ・パケットを受信したかを監視する監視手段と、パケットロスを判定する判定手段と、を備え、前記送信手段は、前記第1データ・パケットを受信することなく前記第1要求パケットを送信してから前記第1期間が経過すると、第2チャンクを要求する第2要求パケットを送信し、前記監視手段は、前記第2要求パケットを送信してから第2期間の間、前記第1データ・パケットを受信したかと、前記第2チャンクを含む第2データ・パケットを受信したかを監視し、前記判定手段は、前記第2期間の間において、前記第1データ・パケットを受信する前に前記第2データ・パケットを受信すると、パケットロスが生じたと判定することを特徴とする。
本発明によると、精度良くパケットロスを検出することができる。
一実施形態によるコンテンツ配信システムの構成図。 一実施形態によるシーケンス図。 一実施形態によるシーケンス図。 一実施形態によるクライアント装置の構成図。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
以下では、コンテンツ配信ネットワークが、CCNであるものとして本実施形態の説明を行う。しかしながら、コンテンツを複数の断片(チャンク)に分割して配信する任意のコンテンツ配信ネットワークに対して本発明を適用することができる。
<第一実施形態>
図1は、本実施形態によるコンテンツ配信システムの構成図である。サーバ装置3は、公開するコンテンツを複数のチャンクに分割して保持している。そして、サーバ装置3は、インタレスト・パケットを受信すると、要求チャンクを含むデータ・パケットを、当該インタレスト・パケットを受信したインタフェースから送信する。転送装置2は、上述した様にCS、FIB及びPITを管理し、インタレスト・パケットの処理、データ・パケットの処理等を行う。クライアント装置1は、コンテンツを取得する場合、当該コンテンツのチャンクを要求するインタレスト・パケットを順に送信する。なお、図1においては、1つのクライアント装置1と、1つの転送装置2と、1つのサーバ装置3のみを示しているが、これは例示であり、コンテンツ配信システムは、複数のクライアント装置と、複数の転送装置と、複数のサーバ装置と、を含み得る。
図2は、インタレスト・パケット及びデータ・パケット送受信のシーケンス図である。S1において、クライアント装置1は、インタレスト・パケットRkを送信する。なお、それ以前にクライアント装置が要求した要求チャンクは、転送装置2にキャッシュされており、クライアント装置1は、比較的短いRTTでインタレスト・パケットの応答であるデータ・パケットを受信していたものとする。したがって、パケットロスと判定する期間Twは、クライアント装置1と転送装置2との間のRTTに基づき設定されている。また、インタレスト・パケットRkの要求チャンクと、それ以降の要求チャンクをキャッシュしている転送装置2が存在しないものとする。よって、インタレスト・パケットRkや、それ以降のインタレスト・パケットはサーバ装置3に転送される。
クライアント装置1は、S1でインタレスト・パケットRkを送信すると、タイムアウト期間Twの間に、インタレスト・パケットRkの応答としてのデータ・パケットDkを受信するか否かを監視する。なお、クライアント装置1は、タイムアウト期間Twが経過する前においても、例えば、ウィンドウサイズに基づきインタレスト・パケットRkの要求チャンク以降のチャンクを要求するインタレスト・パケットを送信することができる。図1においては、タイムアウト期間Twの経過前に、n-1個のインタレスト・パケットを送信しているものとする。
S2において、サーバ装置3は、受信したインタレスト・パケットRkの応答としてデータ・パケットDkをクライアント装置1に向けて送信する。しかしながら、このデータ・パケットDkは、クライアント装置1においては、タイムアウト期間Twの経過後に受信される。つまり、クライアント装置1は、タイムアウト期間Twの経過時においてデータ・パケットDkを受信していない。通常のクライアント装置は、タイムアウト期間Twの経過によりパケットロスを検出する。この場合、通常のクライアント装置は、受信できなかったチャンクから、インタレスト・パケットの再送を開始する。一方、本実施形態では、タイムアウト期間Twの経過時にデータ・パケットDkを受信していない場合、タイムアウト期間Twの経過時であるS3において、未送信であるインタレスト・パケットRk+nを送信する。インタレスト・パケットRk+nの要求チャンクは、タイムアウト期間Tw内において最後に送信したインタレスト・パケットRk+n-1が要求するチャンクの次のチャンクである。
クライアント装置1は、S3でインタレスト・パケットRk+nを送信すると、所定のプローブ期間Tpの間に、インタレスト・パケットRkの応答としてのデータ・パケットDkを受信するか否かを判定する。そして、プローブ期間Tpの間に、データ・パケットDkを受信しないと、パケットロスが生じていると判定し、再送制御を行うと共に、インタレスト・パケットの送信頻度や、ウィンドウサイズを低減させる。なお、再送制御とは、受信できなかったチャンクからインタレスト・パケットを再送する制御である。一方、図2の例では、プローブ期間Tp内にデータ・パケットDkを受信している。この場合、クライアント装置1は、パケットロスが生じたのではなく、データ・パケットの送信元が変化したと判断する。この場合、再送制御は行わず、かつ、インタレスト・パケットの送信頻度やウィンドウサイズを低下させない。なお、タイムアウト期間Twについては、インタレスト・パケットRkの送信からデータ・パケットDkの受信までのRTTに基づき更新する。
なお、図2の例において、サーバ装置3は、S4で、データ・パケットDk+nを送信し、クライアント装置1は、プローブ期間Tp内にデータ・パケットDk+nを受信している。例えば、データ・パケットDk+nの受信時にデータ・パケットDk~Dk+n-
1を受信していないと、クライアント装置1は、プローブ期間Tpの完了を待つことなくパケットロスが生じていると判定して再送制御と、インタレスト・パケットの送信頻度又はウィドウサイズを低下させる制御を行う。また、データ・パケットDk+nを受信することなくプローブ期間Tpが経過し、その時点においてデータ・パケットDkを受信していないと、クライアント装置1は、上述した様に再送制御と、インタレスト・パケットの送信頻度を低下させる制御を行う。なお、プローブ期間Tpについては、予め決定してクライアント装置1に設定しておく。
以上、本実施形態によると、クライアント装置1は、タイムアウト期間Twにデータ・パケットDkを受信しないと、直ちにパケットロスが生じたと判定するのではなく、所定のプローブ期間Tpだけデータ・パケットDkの受信を監視する。また、タイムアウト期間Twが経過すると未要求のチャンクを要求するインタレスト・パケット(以下、プローブ・パケット)を送信する。そして、プローブ・パケットの応答としてのデータ・パケットの受信時点においてデータ・パケットDkを受信していないと、パケットロスが生じたと判定する。また、プローブ期間Tpの経過時にデータ・パケットDkを受信していないと、パケットロスが生じたと判定する。この構成により、パケットロスの誤検出を低下させ、不必要にスループットを低下させることを抑えることができる。
<第二実施形態>
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。図3は、本実施形態によるインタレスト・パケット及びデータ・パケット送受信のシーケンス図である。S10において、クライアント装置1は、インタレスト・パケットRkを送信する。なお、それ以前にクライアント装置が要求した要求チャンクは、転送装置2にキャッシュされており、クライアント装置1は、比較的短いRTTでインタレスト・パケットの応答であるデータ・パケットを受信していたものとする。したがって、パケットロスと判定する期間Twは、クライアント装置1と転送装置2との間のRTTに基づき設定されている。また、インタレスト・パケットRkの要求チャンクと、それ以降の要求チャンクをキャッシュしている転送装置2が存在しないものとする。よって、インタレスト・パケットRkや、それ以降のインタレスト・パケットはサーバ装置3に転送される。
クライアント装置1は、S10でインタレスト・パケットRkを送信すると、タイムアウト期間Twの間に、インタレスト・パケットRkの応答としてのデータ・パケットDkを受信するか否かを監視する。なお、クライアント装置1は、タイムアウト期間Twが経過する前においても、インタレスト・パケットRkの要求チャンク以降のチャンクを要求するインタレスト・パケットを送信する。図1においては、S11において、クライアント装置1は、インタレスト・パケットRk+1を送信している。なお、インタレスト・パケットRkを送信してからインタレスト・パケットRk+1を送信するまでの時間間隔はΔt1である。
S12において、サーバ装置3は、受信したインタレスト・パケットRkの応答としてデータ・パケットDkをクライアント装置1に向けて送信する。また、S13において、サーバ装置3は、受信したインタレスト・パケットRk+1の応答としてデータ・パケットDk+1をクライアント装置1に向けて送信する。データ・パケットDkは、クライアント装置1においては、タイムアウト期間Twの経過後に受信される。
本実施形態において、クライアント装置1は、S14でタイムアウト期間Twが経過した際、タイムアウトを検出したインタレスト・パケットRkを再送し、S15で、その次のインタレスト・パケットRk+1を再送する。ここで、インタレスト・パケットRkを再送してからインタレスト・パケットRk+1を再送するまでの時間間隔は、Δt1とは異なるΔt2である。なお、本実施形態では、Δt2をΔt1より大きくする。また、第一実施形態と同様に、クライアント装置1は、S14でインタレスト・パケットRkを再送すると、プローブ期間Tpの間、データ・パケットDkとデータ・パケットDk+1の受信を監視する。
クライアント装置1は、プローブ期間Tpの間に、データ・パケットDkとデータ・パケットDk+1の受信を監視する。プローブ期間Tpの間に、データ・パケットDkとデータ・パケットDk+1のいずれかを受信しないと、クライアント装置1は、パケットロスが生じたと判定して再送制御を行い、かつ、インタレスト・パケットの送信頻度やウィンドウを低減させる制御を行う。一方、プローブ期間Tp内にデータ・パケットDkとデータ・パケットDk+1を受信すると、クライアント装置1は、データ・パケットDkを受信してからデータ・パケットDk+1を受信するまでの時間間隔Δtrを判定する。そして、クライアント装置1は、ΔtrとΔt1の差と、ΔtrとΔt2との差のどちらが小さいかを判定する。ΔtrとΔt2との差よりΔtrとΔt1との差が小さいと、クライアント装置1は、受信したデータ・パケットDkとデータ・パケットDk+1が、S10及びS11で送信したインタレスト・パケットの応答であると判定する。この場合、クライアント装置は、パケットロスが生じていないと判定する。そして、クライアント装置1は、以後に送信するインタレスト・パケットの間隔(送信頻度)についてはΔt1のままとし、ウィンドウサイズも変更しない。また、タイムアウト期間Twについては、S10でインタレスト・パケットRkを送信してからデータ・パケットDkを受信するまでの期間と、S11でインタレスト・パケットRk+1を送信してからデータ・パケットDk+1を受信するまでの期間と、に基づき更新する。一方、ΔtrとΔt1との差よりΔtrとΔt2との差が小さいと、クライアント装置1は、受信したデータ・パケットDkとデータ・パケットDk+1が、S14及びS15で送信したインタレスト・パケットの応答であると判定する。この場合、クライアント装置1は、パケットロスが生じたと判定し、以後のインタレスト・パケットの送信頻度やウィンドウサイズを低下させる 。
図4は、第一実施形態や、第二実施形態で説明したクライアント装置1の構成図である。通信部10は、チャンクを要求するインタレスト・パケットを送信する。また、通信部10は、データ・パケットを受信する。監視部11は、インタレスト・パケットを送信してからタイムアウト期間Twの間、送信したインタレスト・パケットの応答としてのデータ・パケットを受信したかを監視する。通信部10は、タイムアウト期間内Tw内にデータ・パケットを受信しないとプローブ・パケットを送信する。なお、第一実施形態のプローブ・パケットは、S3で送信するインタレスト・パケットRk+1である。また、第二実施形態のプローブ・パケットは、S14及びS15で再送するインタレスト・パケットRk及びインタレスト・パケットRk+1である。判定部12は、プローブ・パケットの送信後、プローブ期間Tpの間、上記各実施形態で説明した様にデータ・パケットの受信を監視することで、パケットロスが生じたか否かを判定する。パケットロスが生じたと判定部12が判定すると、通信部10は、再送制御を行い、かつ、インタレスト・パケットの送信頻度やウィンドウサイズを低下させる。一方、プローブ・パケットの送信によりパケットロスが生じていないと判定部12が判定すると、通信部10は、再送制御を行わず、かつ、インタレスト・パケットの送信頻度を低下させない。なお、判定部12は、プローブ・パケットの送信によりパケットロスが生じていないと判定すると、上述した様にタイムアウト期間Twを更新する。
なお、本発明によるクライアント装置1は、コンピュータを上記クライアント装置1として動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。
発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。
10:通信部、11:監視部、12:判定部

Claims (11)

  1. コンテンツを複数のチャンクに分割して配信するコンテンツ配信システムのクライアント装置であって、
    第1チャンクを要求する第1要求パケットを送信する送信手段と、
    前記第1要求パケットを送信してから第1期間の間、前記第1チャンクを含む第1データ・パケットを受信したかを監視する監視手段と、
    パケットロスを判定する判定手段と、
    を備え、
    前記送信手段は、前記第1データ・パケットを受信することなく前記第1要求パケットを送信してから前記第1期間が経過すると、第2チャンクを要求する第2要求パケットを送信し、
    前記監視手段は、前記第2要求パケットを送信してから第2期間の間、前記第1データ・パケットを受信したかと、前記第2チャンクを含む第2データ・パケットを受信したかを監視し、
    前記判定手段は、前記第2期間の間において、前記第1データ・パケットを受信する前に前記第2データ・パケットを受信すると、パケットロスが生じたと判定することを特徴とするクライアント装置。
  2. 前記判定手段は、前記第2期間の間に前記第1データ・パケットを受信しないと、パケットロスが生じたと判定することを特徴とする請求項1に記載のクライアント装置。
  3. 前記判定手段は、前記第2期間の間において、前記第2データ・パケットを受信する前に前記第1データ・パケットを受信すると、パケットロスが生じていないと判定することを特徴とする請求項2に記載のクライアント装置。
  4. 前記判定手段は、パケットロスが生じていないと判定すると、前記第1要求パケットを送信してから前記第1データ・パケットを受信するまでの期間に基づき前記第1期間を更新することを特徴とする請求項3に記載のクライアント装置。
  5. コンテンツを複数のチャンクに分割して配信するコンテンツ配信システムのクライアント装置であって、
    第1チャンクを要求する第1要求パケットを送信し、前記第1要求パケットを送信してから第1時間が経過すると、第2チャンクを要求する第2要求パケットを送信する送信手段と、
    前記第1要求パケットを送信してから第1期間の間、前記第1チャンクを含む第1データ・パケットを受信したかを監視する監視手段と、
    パケットロスを判定する判定手段と、
    を備え、
    前記送信手段は、前記第1データ・パケットを受信することなく前記第1要求パケットを送信してから前記第1期間が経過すると、前記第1要求パケットを再送し、前記第1要求パケットを再送してから前記第1時間とは異なる第2時間が経過すると、前記第2要求パケットを再送し、
    前記監視手段は、前記第1要求パケットを再送してから第2期間の間、前記第1データ・パケットを受信したかと、前記第2チャンクを含む第2データ・パケットを受信したかを監視し、
    前記判定手段は、前記第2期間の間において、前記第1データ・パケット及び前記第2データ・パケットを受信すると、前記第1データ・パケットを受信してから前記第2データ・パケットを受信するまでの第3時間を判定し、前記第3時間と前記第1時間の差と、前記第3時間と前記第2時間の差のどちらが小さいかに基づきパケットロスが生じたか否かを判定することを特徴とするクライアント装置。
  6. 前記判定手段は、前記第3時間と前記第1時間の差より、前記第3時間と前記第2時間の差が小さいとパケットロスが生じたと判定することを特徴とする請求項5に記載のクライアント装置。
  7. 前記判定手段は、前記第2期間の間に前記第1データ・パケット及び前記第2データ・パケットの少なくとも1つを受信しないとパケットロスが生じたと判定することを特徴とする請求項5又は6に記載のクライアント装置。
  8. 前記判定手段は、前記第3時間と前記第2時間の差より、前記第3時間と前記第1時間の差が小さいとパケットロスが生じていないと判定することを特徴とする請求項6に記載のクライアント装置。
  9. 前記判定手段は、パケットロスが生じていないと判定すると、前記第1要求パケットを送信してから前記第1データ・パケットを受信するまでの期間と、前記第2要求パケットを送信してから前記第2データ・パケットを受信するまでの期間と、に基づき前記第1期間を更新することを特徴とする請求項8に記載のクライアント装置。
  10. 前記送信手段は、パケットロスが生じたと前記判定手段が判定すると、要求パケットの送信頻度を低減させることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のクライアント装置。
  11. 請求項1から10のいずれか1項に記載のクライアント装置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グラム。
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