JP7173587B2 - パケット伝送システムおよび方法 - Google Patents
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Description
本出願は、(1)2016年12月21日に出願された「パケット伝送システムおよび方法」という発明の名称の米国特許出願第62/437635号、および(2)2017年9月14日に出願された「パケット伝送システムおよび方法」という発明の名称の米国特許出願第62/558610号の非仮出願であり、かつそれらの優先権を含む全ての利益を主張するものである。これらの出願の両方は全て参照により組み込まれている。
1)MPTCPは、MPTCPを使用して処理することができるようにするために両方のエンドポイント(クライアント(C)およびサーバ(S))を必要とする。両方のエンドポイントは複数のパスについて知っているので、それらのうちのそれぞれの上で独立した輻輳制御アルゴリズムを実行させ、かつエンドポイントは、標準的なTCPスタックに関する上記問題に遭遇しない。対照的に、ここに開示されているシステムは、いくつかの実施形態では、エンドポイントがMPTCPと同時に使用するように構成されていない場合に機能したり、あるいは複数のパスはエンドポイントに直接接続されていなかったりする(すなわち、複数のパスはエンドポイント間の中間ホップにのみ知られている)。
2)MPTCPは、輻輳リンク(「連結された輻輳制御」)を通る他の非MPTCPフローと競合する場合に公平になるように試みる。広範囲にわたって配備されない明示的輻輳通知(ECN)を使用しない場合、MPTCPシステムは自身が見ている任意の輻輳が全てのサブフローによって共有されているリンク上にあるか否かを推測する。それは多くの場合に誤って推測し、予想よりも低いスループットが生じる。
1.低レイテンシ、低~中程度のジッター、乱れた順番であってもよいパケット、高帯域幅(ライブHDビデオ放送)、
2.特に低レイテンシ、低~中程度のジッター、乱れた順番であってもよいパケット、中帯域幅(Skype(商標)、FaceTime(商標))(ジッターはアーティファクトまたは通信の低下を引き起こす可能性があるため、リアルタイム通信において問題を含んでいる)、
3.低レイテンシ、低~中程度のジッター、乱れた順番であってもよいパケット、低帯域幅(DNS、VoIP)、
4.低レイテンシ、ジッター要求なし、順番どおりであるのが好ましいパケット、低帯域幅(対話型SSH)
5.レイテンシ要求なし、ジッター要求なし、順番どおりであるのが好ましいパケット、中~高帯域幅(例えば、SCP、SFTP、FTP、HTTP)、および
6.レイテンシ要求なし、ジッター要求なし、順番どおりであるのが好ましいパケット、帯域幅要求なし、持続的大容量データ転送(例えば、ファイル/システムのバックアップ)など
である。
a.レイテンシ、
b.帯域幅/スループット、
c.ジッター、
d.パケットの順序付け、および
e.データ転送の体積
が挙げられる。
1)接続1:1msの往復時間(RTT)、0.5Mbpsの推定帯域幅、および
2)接続2:30msのRTT、10Mbpsの推定帯域幅。
1.LTE:30Mbps、50msのレイテンシ、
2.3G:2Mbps、120msのレイテンシ、および
3.衛星:10Mbps、500msのレイテンシ
を検討する。
パケット1@t=50ms(LTEを介して送信される)
パケット4@t=50+ms(LTEを介して送信される)
パケット2@t=120ms(3Gを介して送信される)
パケット5@t=120+ms(3Gを介して送信される)
パケット3@t=500ms(衛星を介して送信される)
パケット6@t=500+ms(衛星を介して送信される)
で到達するパケットを観察する。
パケット1@t=50ms(LTEを介して送信される)
パケット2@t=120ms(3Gを介して送信される)
パケット3@t=500ms(衛星を介して送信される)
パケット4@t=500+ms(LTEを介して送信され、かつシーケンサによってバッファされる)
パケット5@t=500+ms(3Gを介して送信され、かつシーケンサによってバッファされる)
パケット6@t=500+ms(衛星を介して送信される)
である。
接続1-1パケットの帯域幅、レイテンシ50ms、
接続2-1パケットの帯域幅、レイテンシ120ms、および
接続3-1パケットの帯域幅、レイテンシ500ms
である。
パケット1@t=50ms(接続1を介して送信される)
パケット2@t=100ms(接続1を介して送信される)
パケット3@t=120ms(接続2を介して送信される)
パケット4@t=150ms(接続1を介して送信される)
パケット5@t=200ms(接続1を介して送信される)
パケット6@t=240ms(接続2を介して送信される)
でパケットを受信する。
・全てのRtPropi(t)が<=低レイテンシフローのレイテンシ要求である接続のサブセットが存在し、かつ
・サブセットの少なくとも1つを通る[ki×bdpi(t)]の合計が>=低レイテンシフローによって生成されるデータの体積である、
という条件である限り解決することができる。
・低レイテンシサブセット
・RtProp_mini(t)が<=低レイテンシフローのレイテンシ要求である全ての接続を見つけ、かつ
・bdp_mini(t)の合計が>=低レイテンシフローによって生成されるデータの体積であるこれらの接続を通る全てのサブセットを見つける
・高レイテンシサブセット
・残りの接続(サブセットの中にない接続)上にある上で計算した各実行可能なサブセットの場合、bdp_maxi(t)を合計する。その目標はこの合計を最大化するサブセットを見つけることである
単純な事例では、kiは定数であり、故に接続のためのバッファサイズを接続のためのBDPのいくらかの割合として選択する。経験に基づいて、ki=1.2の値が実際に十分に機能することを見出した(例えば、本システムは所与のリンクのBDPの20%超をバッファするように構成されている)。
Claims (39)
- 複数のネットワーク接続を通してデータフローをルーティングするためのネットワークゲートウェイであって、前記ネットワークゲートウェイは、
前記複数のネットワーク接続を通してデータを伝送するための複数のネットワークインタフェースと、
少なくとも1つのプロセッサであって、
前記複数のネットワーク接続の時変ネットワーク伝送特性を監視することと、
パケットのデータフローの少なくとも1つのパケットを解析して前記データフローのためのデータフロークラスを特定することであって、前記データフロークラスは、前記データフローの少なくとも1つのネットワークインタフェース要件に関連づけられていることと、
前記データフロークラスおよび前記時変ネットワーク伝送特性に基づいて前記データフロー内のパケットを前記複数のネットワーク接続を通してルーティングすることと、
前記データフロー内のパケットの各パケットのために、前記データフロー内のパケットが所望のシーケンスで宛先ノードに到着するように、前記複数のネットワーク接続の監視されたレイテンシに基づく前記複数のネットワーク接続および前記データフロー内の他のパケットのネットワーク接続のうちの1つを通してルーティングするために前記パケットを提供することと、
のために構成された、プロセッサと、
を備える、ネットワークゲートウェイ。 - 前記時変ネットワーク伝送特性を監視することは、前記監視される時変ネットワーク伝送特性に基づいて前記複数のネットワークの少なくとも1つのネットワークインタフェースの帯域幅遅延積を生成することを含み、かつ前記データフロー内のパケットをルーティングすることは、前記少なくとも1つのネットワークインタフェースの帯域幅遅延積に基づいている、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、
パケットの複数のデータフローのそれぞれの少なくとも1つのパケットを解析し、かつ
前記複数のデータフローのそれぞれのデータフロークラス、および前記それぞれのデータフローのデータフロークラスに対応している前記ネットワーク接続の利用可能な帯域幅に基づいて、前記複数のデータフローのそれぞれの中のパケットをルーティングする
ように構成されている、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、
前記複数のネットワークインタフェースの第1のネットワークインタフェースを通してパケットの順次バーストを送信することと、
前記パケットの順次バースト内のパケットが受信ノードにおいて受信される際に記録されるタイムスタンプおよび前記パケットのサイズに基づいて、前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することと、
前記第1のネットワークインタフェースの生成された帯域幅の推定値に基づいて前記複数のネットワーク接続を通して前記データフロー内のパケットをルーティングすることと、
のために構成されている、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。 - 前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、前記バースト内の第1のパケットと前記バースト内の第2のパケットとの間のパケットのパケットサイズの合計を前記第1のパケットのためのタイムスタンプと前記第2のパケットのためのタイムスタンプとの間で経過した時間で割ることを含み、ここでは前記第1のパケットは前記バースト内の最初のパケットではなく、かつ前記第2のパケットは前記バースト内の第1のパケットの後のものである、請求項4に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、前記バースト内の最初もしくは最後のパケットと合体されていない前記バースト内のパケットのタイムスタンプに基づいて前記帯域幅を生成することを含む、請求項4に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、前記バースト内の特定のパケットの受信タイムスタンプを前記特定のパケット後に送信されたパケットの送信タイムスタンプと置き換えることを含む、請求項4に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記受信ノードが定期的な間隔で受信されたパケットを処理する場合、前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、
前記帯域幅決定においてエンドパケットとして選択された前記バースト内のパケットの受信タイムスタンプを用いることによって下限帯域幅値を生成することと、
前記エンドパケットとして選択された前記バースト内のパケットの受信タイムスタンプを前記エンドパケットに先行する前記バースト内のパケットの受信タイムスタンプと置き換えることによって上限帯域幅値を生成することと、
を含む、請求項4に記載のネットワークゲートウェイ。 - 前記所望のシーケンスは前記データフロー内のパケットの元のシーケンスである、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記所望のシーケンスは、前記シーケンス内でのパケットの再送をトリガーしないパケットの少なくとも1つの誤順序付けを含むシーケンスである、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、
前記複数のネットワーク接続を介して宛先ノードにルーティングするためにソースインタフェースからパケットを受信することと、
前記パケットを前記宛先ノードにルーティングする前に肯定応答を前記ソースインタフェースに送信することと、
前記パケットが前記宛先ノードにルーティングされる前に前記パケットを少なくとも1つのバッファに格納することと、
のために構成されている、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。 - 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記複数のネットワーク接続に関連づけられた帯域幅遅延積に基づいて前記少なくとも1つのバッファのサイズを動的に制御することのために構成されている、請求項11に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記複数のネットワーク接続の伝送特性の監視および前記データフローの受信における不均等分配に基づいて、前記パケットの肯定応答の送信および格納を制御することのために構成されている、請求項11に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記複数のネットワーク接続の帯域幅の推定値、およびそれを通して前記データフローがルーティングされるネットワーク接続の数の減少のうちの少なくとも1つに基づいて前記パケットをルーティングするように構成されている、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記少なくとも1つのプロセッサは、前記複数のデータフローのパケットをグループ化し、かつ前記複数のデータフローの分類に基づいてグループ化されたパケットを前記複数のネットワーク接続を通してルーティングするように構成されている、請求項3に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記複数のデータフローの1つのデータフロークラスは、対応するデータフローの閾値体積のデータがルーティングされると自動的に変わる、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記パケットのデータフローはビデオおよび音声データのうちの少なくとも1つを含むデータパケットである、請求項1に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記パケットの順次バーストは、帯域幅の推定値の決定を行うために利用されるテストパケットならびにビデオおよび音声データのうちの少なくとも1つを含むデータパケットの両方を含む、請求項4に記載のネットワークゲートウェイ。
- 前記パケットの順次バーストを通して伝送される前記ビデオおよび音声データのうちの少なくとも1つを含む前記データパケットは、冗長データパケットである、請求項18に記載のネットワークゲートウェイ。
- 複数のネットワーク接続を通してデータを伝送するために複数のネットワークインタフェースを通してデータフローをルーティングするための方法であって、前記方法は、
前記複数のネットワーク接続の時変ネットワーク伝送特性を監視することと、
パケットのデータフローの少なくとも1つのパケットを解析して前記データフローのためのデータフロークラスを特定することであって、前記データフロークラスは、前記データフローの少なくとも1つのネットワークインタフェース要件に関連づけられていることと、
前記データフロークラスおよび前記時変ネットワーク伝送特性に基づいて前記データフロー内のパケットを前記複数のネットワーク接続を通してルーティングすることと、
前記データフロー内のパケットの各パケットのために、前記データフロー内のパケットが所望のシーケンスで宛先ノードに到着するように、前記複数のネットワーク接続の監視されたレイテンシに基づく前記複数のネットワーク接続および前記データフロー内の他のパケットのネットワーク接続のうちの1つを通してルーティングするために前記パケットを提供することと、
を含む、方法。 - 前記時変ネットワーク伝送特性を監視することは、前記監視される時変ネットワーク伝送特性に基づいて前記複数のネットワークの少なくとも1つのネットワークインタフェースの帯域幅遅延積を生成することを含み、かつ前記データフロー内のパケットをルーティングすることは、前記少なくとも1つのネットワークインタフェースの帯域幅遅延積に基づいている、請求項20に記載の方法。
- パケットの複数のデータフローのそれぞれの少なくとも1つのパケットを解析することと、
前記複数のデータフローのそれぞれのデータフロークラス、および前記それぞれのデータフローのデータフロークラスに対応している前記ネットワーク接続の利用可能な帯域幅に基づいて、前記複数のデータフローのそれぞれの中のパケットをルーティングすることと、
を含む、請求項20に記載の方法。 - 前記複数のネットワークインタフェースの第1のネットワークインタフェースを通してパケットの順次バーストを送信することと、
前記パケットの順次バースト内のパケットが受信ノードにおいて受信される際に記録されるタイムスタンプおよび前記パケットのサイズに基づいて、前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することと、
前記第1のネットワークインタフェースの生成された帯域幅の推定値に基づいて前記複数のネットワーク接続を通して前記データフロー内のパケットをルーティングすることと、
を含む、請求項20に記載の方法。 - 前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、前記バースト内の第1のパケットと前記バースト内の第2のパケットとの間のパケットのパケットサイズの合計を前記第1のパケットのためのタイムスタンプと前記第2のパケットのためのタイムスタンプとの間で経過した時間で割ることを含み、ここでは前記第1のパケットは前記バースト内の最初のパケットではなく、かつ前記第2のパケットは前記バースト内の第1のパケットの後のものである、請求項23に記載の方法。
- 前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、前記バースト内の最初もしくは最後のパケットと合体されていない前記バースト内のパケットのタイムスタンプに基づいて前記帯域幅を生成することを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、前記バースト内の特定のパケットの受信タイムスタンプを前記特定のパケット後に送信されたパケットの送信タイムスタンプと置き換えることを含む、請求項23に記載の方法。
- 前記受信ノードが定期的な間隔で受信されたパケットを処理する場合、前記第1のネットワークインタフェースの帯域幅の推定値を生成することは、
前記帯域幅決定においてエンドパケットとして選択された前記バースト内のパケットの受信タイムスタンプを用いることによって下限帯域幅値を生成することと、
前記エンドパケットとして選択された前記バースト内のパケットの受信タイムスタンプを前記エンドパケットに先行する前記バースト内のパケットの受信タイムスタンプと置き換えることによって上限帯域幅値を生成することと、
を含む、請求項23に記載の方法。 - 前記所望のシーケンスは前記データフロー内のパケットの元のシーケンスである、請求項20に記載の方法。
- 前記所望のシーケンスは、前記シーケンス内でのパケットの再送をトリガーしないパケットの少なくとも1つの誤順序付けを含むシーケンスである、請求項20に記載の方法。
- 前記複数のネットワーク接続を介して宛先ノードにルーティングするためにソースインタフェースからパケットを受信することと、
前記パケットを前記宛先ノードにルーティングする前に肯定応答を前記ソースインタフェースに送信することと、
前記パケットが前記宛先ノードにルーティングされる前に前記パケットを少なくとも1つのバッファに格納することと、
を含む、請求項20に記載の方法。 - 前記複数のネットワーク接続に関連づけられた帯域幅遅延積に基づいて前記少なくとも1つのバッファのサイズを動的に制御することを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記複数のネットワーク接続の伝送特性の監視および前記データフローの受信における不均等分配に基づいて、前記パケットの肯定応答の送信および格納を制御することを含む、請求項30に記載の方法。
- 前記複数のネットワーク接続の帯域幅、およびそれを通して前記データフローがルーティングされるネットワーク接続の数の減少のうちの少なくとも1つに基づいて前記パケットをルーティングすることを含む、請求項20に記載の方法。
- 前記複数のデータフローのパケットをグループ化することと、前記複数のデータフローの分類に基づいてグループ化されたパケットを前記複数のネットワーク接続を通してルーティングすることとを含む、請求項22に記載の方法。
- 前記複数のデータフローの1つのデータフロークラスは、対応するデータフローの閾値体積のデータがルーティングされると自動的に変わる、請求項20に記載の方法。
- 前記パケットのデータフローはビデオおよび音声データのうちの少なくとも1つを含むデータパケットである、請求項20に記載の方法。
- 前記パケットの順次バーストは、帯域幅の推定値の決定を行うために利用されるテストパケットならびにビデオおよび音声データのうちの少なくとも1つを含むデータパケットの両方を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記パケットの順次バーストを通して伝送される前記ビデオおよび音声データのうちの少なくとも1つを含む前記データパケットは、冗長データパケットである、請求項37に記載の方法。
- 実行されると、1つ以上のプロセッサに請求項20~38のいずれか1項に記載の方法を行わせる機械解釈可能命令のセットを格納するコンピュータ可読媒体。
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