JPH1042037A - 通信制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 個々のユーザの利得の最大化と通信網の共用
装置への負荷の平準化を図ること。 【解決手段】 通信網より共用装置の平均利用率と割当
て量定数を周期的に各ユーザに通知し（ステップ１）、
ユーザからの使用要求に対し（ステップ２）、最大利用
可能量を前記割当て量定数に従って割当て（ステップ
３）、負荷状況と入力トラヒックを一定時間測定し（ス
テップ４）、平均利用率の履歴と平均入力トラヒックの
履歴とにより割当て量定数を再計算する（ステップ５）
ことにより、例えば高負荷時に少ないトラヒックを入力
し、低負荷時に多くのトラヒックを入力するユーザに対
して、より大きな最大利用可能量を提供させることによ
って、共用装置の利用率の高い運用と高負荷時のトラヒ
ックを低減させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信網において複
数のユーザが通信を行うために利用する有限な共用装
置、例えば電話網やパケット網の交換機のＣＰＵ能力、
回線や帯域、データ蓄積装置を複数のユーザが要求し競
合している時に、当該共用装置の各ユーザへの割当てを
制御する方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の通信網のトラヒック制御では、特
定の通信網の共用装置にトラヒックが集中した場合、効
率的な網運用を行うため、パケット／セルの廃棄や呼／
コネクションの接続規制等が行われる。また、コンピュ
ータ間通信におけるホストでのトラヒック制御ではパケ
ット／セルの廃棄によるスループットの低下、いいかえ
ると利得の低下を防止するため、ホスト自ら入力トラヒ
ックを減らす。

【０００３】これらの従来の枠組みでは、基本的に制御
対象となるパケット／セル等の各ユーザの同量の通信網
の共用装置利用要求を同等に扱う、あるいは扱われるよ
うに振る舞う。但し、例外的に、電話では警察や消防と
いった緊急を要するものに関して優先処埋がなされる。

【０００４】従来型のトラヒック制御の例として、Post
al J.,"Transmission Control Protocol",ＲＦＣ７９
３，１９８１（文献１）に述べられた制御では、同じリ
ンクを利用している複数のコネクション間で、できるだ
け各コネクションに対して同等の帯域が与えられるよう
に扱うことが理想的な公平性として扱われる（石塚、北
爪、小池、”ＡＴＭ広帯域網上でのＴＣＰ／ＩＰ通信性
能のシミュレーション評価”情報通信ネットワークに関
する性能評価モデルの総合研究、1995、pp.46-55（文献
２）、Perloff M. and Reiss K.,"Improvements to TCP
performance",Communications of ACM, Vol.38, No.2,
1996, pp.91-109（文献３）参照）。あるいは電話網で
は、発呼地域に拘わらず一定の呼損率となるように規制
される（Wolf R.B.,"Advanced Techniques for Managin
g Telecommunications Network"IEEE Communication Ma
gazine, 1990, pp.76-81（文献４）参照）。

【０００５】つまり、これら従来のトラヒック制御で
は、各ユーザや入力トラヒック毎の利得の大きさについ
ては基本的に考慮されていない、あるいはユーザの意思
は反映されていない。

【０００６】これを解決する方法として、通信網の共用
装置の負荷状況に応じた料金設定方式が提案されている
（MacKie-Mason J.K. and Varian H.R.,"Pricing Conge
stible Network Resouces",IEEE JSAC, Vol.13, No.7,
1995, pp.1141-1149（文献５）、MacKie-Mason J.K. an
d Varian H.R.,"Pricing the Internet",Public Access
to the Internet, 1995（文献６）、Murphy j. and Mu
rphy L.,"DistributedPricing for Embedded ATM Netwo
rks",ITC-14, 1994（文献７）、Cocchi R., Estrin D.,
Shenker S. and Zhang L.,"Pricing in computer Netw
orking:Motivation, formulation and example",IEEE/A
CM Trans.Networking, Vol.1, 1993, pp.614-624（文献
８）参照）。

【０００７】これらの提案では、高負荷時には単位時間
当たりの単位リソースの使用料を動的に高く再設定する
ことにより、各ユーザは自己の通信実現により利得と金
銭的利得を勘案して、通信要求量を増減させる枠組みを
提供する。結果として、リソースの使用料が高額の場合
には、通信実現による利得が大きなユーザの通信要求で
リソース利用が占められることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の通信網のトラヒ
ック制御の場合には、通信網の共用装置の利用から得ら
れる各ユーザの利得を同じと考えるのであれば、方式目
標として妥当なものであった。しかしながら、これから
のマルチメディア時代においては、通信網の共用装置利
用による各ユーザ毎の利得は、その利用方法や利得要素
に応じて大きく異なると考えるのがより自然である。

【０００９】通信サービスにおけるマルチメディア時代
には、アプリケーションサービスの要求の多様化ととも
にユーザ要求の多様化をもたらす。アプリケーションサ
ービスの多様化は音声通信、画像通信、データ通信とい
ったリアルタイムと、非リアルタイムサービスといった
異なるＱｏＳをもつ様々なサービスが考えられる。これ
ら様々なアプリケーションサービスは各ユーザの目的や
事情に応じて使い分けられる。

【００１０】例えば、緊急時に、テレビ会議の音声だけ
でもいいから参加したいといったユーザ要求は、音声だ
けのコネクション設定だけでも実現を望む可能性があ
る。あるいは周期的に起動するように設定されたリモー
トのバックアップシステムでは、必ずしも決まった時間
間隔でデータ転送をしなくても良いと考えられる。

【００１１】このように、アプリケーションサービスの
多様化とともに、アプリケーションサービス自身の仕様
とは別に、そのアプリケーションサービスを利用するユ
ーザ自身の通信サービスへの要求条件も多様化するとと
もに、それらはユーザ自身だけが知り得る情報である。

【００１２】ユーザの立場から考えると、これらの多様
化を積極的に利用し、網の混雑時には通信網の共用装置
をより利得の大きなアプリケーションサービスやユーザ
が利用することにより、個々のユーザは利得を増加させ
ることができる。また、網にとってもユーザ利得合計を
増加させることができれば、通信網の共用装置を有効に
利用していることになる。

【００１３】また、通信網の共用装置の負荷状況に応じ
た料金設定方式では様々な問題がある。負荷状況に応じ
た料金設定を行う場合の欠点として、負荷に応じた料金
設定を行うためのシステム実装上の正確性が要求される
ことが挙げられている。ことに金銭に関わることである
ので、ユーザに請求される料金には間違いがゆるされな
い。また、そのためのユーザと網との間の通信網の共用
装置価格通知等のトランザクション費用が大きくなる可
能性がある。そこで、本発明では料金設定方式ではない
別の方式によって解決を図る。

【００１４】本発明の目的は、個々のユーザの利得の最
大化と通信網の共用装置への負荷の平準化を図ることが
できる通信制御方法及びその装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明では前記目的を達
成するため、複数のユーザ装置からのデータを転送する
ための共用手段をもつ通信網の通信制御方法において、
共用手段の平均利用率とユーザｉの割当て量定数ψ
_i（ｔ_k）を周期的にユーザに通知し、ユーザからの共用
装置使用要求に対し、ユーザｉの時点ｔ_kでの最大利用
可能量μ_i（ｔ_k）を、前記ユーザｉの割当て量定数ψ_i
（ｔ_k）に従って割当て、共用手段の平均利用率と各ユ
ーザのトラヒックを一定時間の間測定し、過去のある時
点から現在の時間区間ｔ_kまでにおける、共用手段の平
均利用率の履歴と、ユーザｉの平均入力トラヒックの履
歴とにより割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を再計算する通信制
御方法を提案する。

【００１６】また、複数のユーザ装置からのデータを転
送するための共用手段をもつ通信網の通信制御装置にお
いて、共用手段の平均利用率と各ユーザのトラヒックを
一定時間の間測定する測定手段と、過去のある時点から
現在の時間区間ｔ_kまでにおける、共用手段の平均利用
率の履歴と、ユーザｉの平均入力トラヒックの履歴とに
より、割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を再計算する割当て量算
出手段と、ユーザからの共用装置使用要求に対し、ユー
ザｉの時点ｔ_kでの最大利用可能量μ_i（ｔ_k）を、前記
ユーザｉの割当て量定数ψ_i（ｔ_k）に従って割当てる共
用手段と、前記共用手段の平均利用率と前記ユーザｉの
割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を周期的にユーザに通知する通
知手段とからなる通信制御装置を提案する。

【００１７】前記構成によれば、通信網の共用装置の負
荷状況とユーザ利得に応じて、通信網の共用装置を要求
する各ユーザに対して通信網の共用装置割当て量を変化
させることができ、この負荷状況に応じて動的な通信網
の共用装置割当て量を決定することによって、通信網の
共用装置の高負荷時においてはより利得の大きな特定ユ
ーザに対して通信網の共用装置を優先的に割当てること
ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明における通信サービスで
は、図１に示すように、前述のユーザと網とが協調でき
るように、定期的に網は各ユーザに対して、網の負荷情
報と各ユーザ毎の制御情報を広告する。

【００１９】インターネットのようなコネクションレス
通信網を対象に、各ユーザ毎に通信網の共用装置を割当
てる。図２に示すように、通信網の共用装置として単一
のリンクを考え、複数のユーザからの入力パケットはル
ータにおいてスケジューリングされ、リンクに送出され
るものとする。ここではルータが共用装置である。ま
た、ここではルータのバッファは無限にあると仮定し、
パケット損失は考えない。

【００２０】ここで、リンクの容量をＣ、ｋ番目の固定
時間測定区間をｔ_k、区間ｔ_kにおけるリンクの平均利用
率をρ（ｔ_k）とする。また、ユーザの総数をｎ、区間
ｔ_kにおけるユーザｉの平均入力トラヒックをｓ
_i（ｔ_k）、最悪遅延時間をｄ_i（ｔ_k）とする。

【００２１】図３は本発明の実施の形態の一例を示すも
のである。図中、１は制御装置であり、共用装置２、測
定装置３、割当て量算出装置４及び通知装置５からなっ
ている。共用装置（ルータ）２は各ユーザに帯域を供給
する。測定装置３は共用装置２の平均利用率ρ（ｔ_k）
と各ユーザの平均入力トラヒックｓ_i（ｔ_k）を測定す
る。割当て量算出装置４は測定装置３での測定結果に基
づき次回の区間で各ユーザに共用装置２の割当て量を算
出する。通知装置５は共用装置２の負荷状況と制御情報
をユーザに通知する。また、６はユーザ装置であり、ど
の捏度の入力トラヒックを発生させるかを決定し、トラ
ヒックを発生させる。

【００２２】各ユーザは、通信要求時において通信要求
毎の利得を勘案して通信要求を行うものとする。また、
この時、延期を含む各利得要素による利得は、各ユーザ
とも各通信要求において様々に変化し、固定的に決まっ
ていないものとする。それぞれのユーザにおける複数回
の通信要求全体の利得を大きくするように行動するなら
ば、ユーザはあえて元々の通信要求に対してそれを延期
したり、要求する共用装置量を少なくして通信要求を行
うと考えられる。

【００２３】ここで、通信要求とは、具体的には、トラ
ヒックの入力、例えば電話網の場合は呼設定要求、デー
タ網の場合はデータの送信等に対応する。

【００２４】本発明では、ある固定された時間区間ｔ_k
において、網はユーザｉに対して割当て量定数ψ
_i（ｔ_k）をもとに共用装置を割当てることができるとす
る。割当て量定数ψ_i（ｔ_k）は過去の入力トラヒックｓ
_i（ｔ_l）（但し、ｌ＝ｋ−Ｔ，ｋ−Ｔ＋１，……ｋ−
１）と、過去の共用装置の負荷ρ（ｔ_l）（但し、ｌ＝
ｋ−Ｔ，ｋ−Ｔ＋１，……ｋ−１）に依存して決められ
るものとする。

【００２５】この割当て量定数ψ_i（ｔ_k）に対して、実
際の共用装置割当て量をμ_i（ｔ_k）とすると、

【数７】 が常に成り立つものとする。但し、Ｙは時間区間ｔ_kに
おいて通信要求を行うユーザ集合とし、ｎはユーザ総
数、Ｃは共用装置容量を表すものとする。

【００２６】以下、図４、５に従って制御手順を説明す
る。

【００２７】（ステップ１）通知装置５は共用装置２の
負荷状況と制御情報を周期的に全ユーザに通知する。網
はユーザ自身が自律的な判断が可能なように、現在の網
負荷情報（平均利用率）と割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を通
知する。

【００２８】（ステップ２）ユーザ装置６は自己の利得
と将来の共用装置要求量と割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を考
慮して適切な量の共用装置要求を行う。

【００２９】（ステップ３）共用装置２は各ユーザの共
用装置要求を割当て量定数ψ_i（ｔ_k）に従って割当て
る。

【００３０】（ステップ４）測定装置３は共用装置２の
負荷状況と各ユーザの入力トラヒックを一定時間の間測
定する。

【００３１】（ステップ５）算出装置４は割当て量定数
ψ_i（ｔ_k）を割当て量関数ｆをもとに再計算する。ま
た、割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を決める割当て量関数ｆ
は、過去のある時点から現在の時間区間ｔ_kまでにおけ
る共用装置への負荷の履歴とユーザｉの入力トラヒック
履歴に関する関数とし、このψ_i（ｔ_k）の決め方は全ユ
ーザに対して事前に知らされているものとする。時間区
間ｔ_kにおいて共用装置が高負荷である時に多くのトラ
ヒックを入力するユーザに対しては割当て量定数ψ
_i（ｔ_k）を小さくし、低負荷である時に多くのトラヒッ
クを入力するユーザに対しては割当て量定数ψ_i（ｔ_k）
を大きくするものとする。その後、ステップ１に戻る。

【００３２】但し、本発明のもとでは、各ユーザ毎に過
去の入力トラヒック量の履歴を参照することにより、各
ユーザへの共用装置割当て量に差がつくことになる。つ
まり、共用装置割当て量は、過去の低負荷時において入
力トラヒックが多く、過去の高負荷時において入力トラ
ヒックが少ないユーザに対して、高負荷時に共用装置割
当てを多くする。また、過去の高負荷時において入力ト
ラヒックが多く、過去の低負荷時において入力トラヒッ
クが少ないユーザに対して、高負荷時に共用装置割当て
を少なくする。これにより、各ユーザはユーザ自身の自
律的判断に基づき自己の利得を最大化するためには、高
負荷時の入力トラヒックを少なくし、できるだけ低負荷
時に入力した方が有利であるような状況が生まれる。以
上のようにユーザ自身の利得全体を増加させるメカニズ
ムをもつ通信サービスが実現される。

【００３３】本例におけるψ_i（ｔ_k）を以下に示す。複
数のユーザ装置からのデータを転送するための共用装置
をもつ通信網において、当該共用装置が輻輳状態にある
場合にユーザｉへ許可する共用装置の最大利用可能量μ
_iを、ユーザｉの過去時点ｔ_kの入力データ量ｓ_i（ｔ_k）
のもとで、ψ_i（ｔ_k）を、

【数８】 と定める。

【００３４】次に、本例におけるψ_i（ｔ_k）の他の例を
示す。当該共用装置が輻輳状態にある場合にユーザｉへ
許可する共用装置の最大利用可能量μ_iを、ユーザｉの
過去時点ｔ_kの入力データ量ｓ_i（ｔ_k）と過去時点ｔ_kの
共用装置の利用率ρ（ｔ_k）との関係が、利用率ρ
（ｔ_k）とは独立な定数weight（ｔ_k）のもとで、ψ
_i（ｔ_k）を

【数９】 と定める。

【００３５】本発明における共用装置割当ての論理で
は、共用装置の高負荷時において通信要求を行うユーザ
は、それ以降の通信要求時において共用装置の割当て量
が少なくなる。このことは、共用装置の高負荷時に行わ
れる通信要求は、必要とされる共用装置量を減らした
り、延期した場合にユーザ利得が大きく低下する通信要
求であると考えており、同時にそれ以外の延期可能な通
信要求は延期することを期待している。あるいは、延期
を行う代りに要求する共用装置量を少なくしてもらうこ
とを期待している。

【００３６】インターネットのようなコネクションレス
通信網を対象に、各ユーザ毎に通信網の共用装置を割当
てるモデルを仮定する。ここでのモデル化は、単純な網
構成を前提にユーザの利得関数を仮定し、簡単な評価を
行う。図２のように通信網の共用装置として単一のリン
クを考え、複数のユーザからの入力パケットはルータに
おいてスケジューリングされ、リンクに送出されるもの
とする。また、ここではルータのバッファは無限にある
と仮定し、パケット損失は考えない。

【００３７】ここで、リンクの容量をＣ、ｋ番目の固定
時間測定区間をｔ_k、区間ｔ_kにおけるリンクの平均利用
率をρ（ｔ_k）とする。また、ユーザの総数をｎ、区間
ｔ_kにおけるユーザｉの平均入力トラヒックをｓ
_i（ｔ_k）、最悪遅延時間をｄ_i（ｔ_k）とする。

【００３８】次に、ユーザ利得について考える。ユーザ
の利得は、通信網の共用装置の利用量や通信目的あるい
はアプリケーションの内容によって異なると考えられ
る。また、同時にこれにはユーザ自身の価値判断も含ま
れる。ここでは、ユーザ利得のモデル化は文献５、６、
７等で用いられているものと同様に最も簡単なモデルと
して、ユーザ利得関数Ｕ_i（ｔ_k）を、

【数１０】 と仮定する。但し、ｕ_i（・）とｖ_i（・）はともに単調
増加で零以外で微分可能とする。また、各ユーザはＵ_i
（ｔ_k）を最大化するように行動すると仮定する。

【００３９】次に、ユーザの入力トラヒックとルータに
おけるスジューリングについて考える。ユーザは入力ト
ラヒックをリーキーバケット（常に一定量を出力し、決
められた最大容量までしか蓄積しないモデル）を通して
シェーピング（変動を整えるしくみ）を行うものとす
る。リーキーバケットを考える理由は、以下で述べる重
み付け公平待ち行列制御を用いた場合に最大遅延時間を
保証することができることによる。ここでは、ユーザｉ
のリーキーバケットの深さをσ_i、リーキーバケットへ
のトークンの到着率をλ_iとする。

【００４０】また、ルータでのスケジューリングは重み
付け公平待ち行列制御（Parekh A.K. and Gallager R.
G.,"A Generaliezed Processor Sharing Approach to F
low Control in Integrated Services Networks:The Si
ngle-Node Case",IEEE/ACM Trans.Networking, Vol.1,
No.3, 1993, pp.344-357（文献９）、Parekh A.K. andG
allager R.G.,"A Generaliezed Processor Sharing App
roach to Flow Control in Integrated Services Netwo
rks:The Multiple Node Case",IEEE/ACM Trans.Network
ing, Vol.2, No.2, 1994, pp.344-357（文献１０）参
照）に従うものとする。

【００４１】また、各ユーザに対して重み付けて網リソ
ースを割当てるための定数値をψ_i（ｔ_k）とする。この
時、重み付け公平待ち行列制御では時刻＃においてユー
ザｉへ割当てられるリンクの帯域μ_i ^#（ｔ_k）は、

【数１１】 と表わすことができる。但し、＃∈ｔ_kとし、Ｗは時刻
ｒにおいてバッファ内に待ちのあるユーザの集合とす
る。また、ψ_i（ｔ_k）は区間ｔ_kの間は一定とする。

【００４２】ここではμ_i ^r（ｔ_k）＞λ_i，∀_iを仮定す
ると、この区間ｔ_kにおけるユーザｉの最大遅延時間ｄ_i
^*（ｔ_k）について、

【数１２】 が成り立つ。

【００４３】ここではユーザｉの区間ｔ_kでの最小割当
て帯域μ_i（ｔ_k）と最悪遅延時間ｄ_i（ｔ_k）を考える。
区間ｔ_kにおいてＷに含まれることのないユーザはｓ
_i（ｔ_k）＝０となっているユーザだけなので、

【数１３】 となる。

【００４４】従来のトラヒック制御の考え方では、共用
装置をできるかぎり均等に割当てるようにしているる。
即ち、

【数１４】 としていると考えられる。式(8) は、式(6)においてψ_i
（ｔ_k）＝１とした場合に当たる。

【００４５】また、従来のトラヒック制御においては過
去の利用に依存しないことから、ψ_i（ｔ_k）は固定的に
割当てられていると考えることができる。この時、ユー
ザｉのｔ_kからｔ_k+Tまでの利得合計Ｕ_i ^total（ｔ_k）を

【数１５】 とすれば、

【数１６】 となることからユーザｉは区間ｔ_kにおいて入力トラヒ
ックを減らす理由はないことになる。即ち、ユーザ自身
が通信要求を発生した時点で、通信要求を減らす、ある
いは延期する理由はない。

【００４６】本発明では、過去の共用装置利用履歴によ
って、与えられるψ_i（ｔ_k）が依存するとする。また、
ここではｓ_i（ｔ_k）＜μ_i（ｔ_k）を仮定し、平均入力ト
ラヒックのｓ_i（ｔ_k）の上限は与えられ、帯域μ
_i（ｔ_k）となるとする。また、帯域μ_i（ｔ_k）が大きく
ないと最大延期ｄ_i（ｔ_k）は大きな値となってしまう。

【００４７】本発明においては網が各ユーザに与えるψ
_i（ｔ_j）（但し、ｊ＝ｋ＋１，ｋ＋２，……ｋ＋Ｔ）が
ｓ_i（ｔ_k）に依存するように、

【数１７】 が成り立つものとする。但し、ρ^threshは定数とする。
このψ_i（ｔ_k）の与え方のもとで、ユーザは高負荷では
入力トラヒックを自ら減らすか、あるいは延期すること
を期待する。

【００４８】まず、ユーザｉが入力トラヒックを自ら減
らす誘因が存在するかどうかを調べる。区間ｔ_kの入力
トラヒックが利得に影響を与えることができる区間ｔ_j
の利得Ｕ_i（ｔ_j）を考える。即ち、ｔ_j＜ｔ_k+Tの時の式
(3)の利得関数に関して、

【数１８】 ここで、式(7)と(11)より

【数１９】 となる。

【００４９】このことから、利得Ｕ_i（ｔ_j）を増大させ
るのは、ρ（ｔ_k）＜ρ^threshの時にはｓ_i（ｔ_k）を増
加させて、ρ（ｔ_k）＞ρ^threshの時にはｓ_i（ｔ_k）を
減少させる場合となる。つまり、前節の場合の従来の卜
ラヒック制御と比べて、高負荷時においてユーザ自身が
入力トラヒックを減らす誘因が存在することがわかる。
また、このことはユーザｉのｔ_kからｔ_k+Tまでの利得合
計Ｕ_i ^total（ｔ_k）を最大化する場合に、高負荷時にお
いて入力トラヒックを減らす誘因ともなる。

【００５０】次に、延期を考慮した場合のユーザ利得に
ついて考える。共用装置要求の発生時点ｔ_kにおける入
力トラヒックｓ_i（ｔ_k）に対して、その中のある一定量
の入力トラヒックを延期して入力するものとする。この
時、ｔ_kにおいて減らされた入力トラヒックをｅ
_i（ｔ_k）、ｔ_kにおいてもともと入力されるはずだった
トラヒックのうちｘ区間先に延期される入力トラヒック
をｒ_i（ｔ_k，ｘ）とする。また、ここでは延期される入
力トラヒックは全てｘ区間先に入力されるものする。

【００５１】これらより、ｅ_i（ｔ_k）＝ｓ_i（ｔ_k）−ｒ
_i（ｔ_k，ｘ）となる。なお、ここでは区間ｔ_kにおいて
入力トラヒックを単に減らすことは考えないものとす
る。この時のｒ_i（ｔ_k，ｘ）によるユーザ利得をｕ
^*（ｒ_i（ｔ_k，ｘ），ｘ）とし、ｕ^*（ｙ₁，ｙ₂）はｙ₁
に関して単調増加関数でｙ₂に関して単調減少関数とす
る。また、ｔ_k時点以前に延期された入力トラヒックの
うちで区間ｔ_kに入力されるトラヒックをｈ（ｔ_k）とす
る。

【００５２】この時、ｔ_kにおいて入力されるトラヒッ
ク合計ｓ_i ^*（ｔ_k）は、ｓ_i ^*（ｔ_k）＝ｅ_i（ｔ_k）＋ｈ_i
（ｔ_k）となる。但し、

【数２０】 を満足する必要がある。

【００５３】以上より、延期を考慮した場合のユーザ利
得は、

【数２１】 となる。

【００５４】ここで、ユーザｉが入力トラヒックを自ら
延期する誘因が存在するかどうかを調べる。区間ｔ_jの
利得Ｕ_i（ｔ_j）について、区間ｔ_kの入力トラヒックｓ_i
（ｔ_k）の一部を区間ｔ_k+xに延期する場合を考える。区
間ｔ_kの延期により減らされるトラヒックに関しては、
ｔ_j＜ｔ_k+Tならば、式(16)の利得関数に関して式(12)，
(13)が成り立つ。よって、ここでも利得Ｕ_i（ｔ_j）を増
大させるのは、ρ（ｔ_k）＜ρ^threshの時にはｓ
_i（ｔ_k）を増加させて、ρ（ｔ_k）＞ρ^threshの時には
ｓ_i（ｔ_k）を減少させる場合となる。

【００５５】また、ｔ_k+xに延期されるトラヒックに関
しても同様の考え方により、延期されるトラヒックが影
響を与える区間ｔ_k+x＜ｔ_j＜ｔ_k+x+Tであるなら、

【数２２】 となる。

【００５６】この場合には、延期される区間ｔ_k+xにつ
いてρ（ｔ_k）＜ρ^threshとなっているなら、即ちもと
もとの入力トラヒックが発生している区間ｔ_kが高負荷
で、延期して入力する区間ｔ_k+xが低負荷であるならユ
ーザの利得は単に入力トラヒックを減じる場合に比べて
大きくなることがわかる。

【００５７】前述したようにユーザ自身がトラヒックを
減らすあるいは延期を行うことを考えた時、ｅ_i（ｔ_k）
の代りに減らされた入力トラヒックｅ_i ^'（ｔ_k）（但
し、ｅ_i ^'（ｔ_k）＜ｅ_i（ｔ_k））を考えると、各ユーザ
は区間ｔ_kにおいて次の最適化問題を解くことになる。

【００５８】

【数２３】 但し、この最適化問題を解くに当たって、必ずしも高負
荷のトラヒックを低下させる方向に解をもつとは言えな
い。また、将来のψ_i（・）の値を想定するに当たっ
て、将来時点の他のユーザを含めた入力トラヒックを推
定あるいは仮定する必要がある。しかしながら、ユーザ
自身が将来ある程度の網への負荷を予測することができ
れば、近似的に最適化を行うことができる。そこで、簡
単なユーザ利得モデルを仮定し、発見的な方法を用いて
この最適化問題を解く。

【００５９】ψ_i（ｔ_k）を式(2)において延期を考慮し
た式

【数２４】 とする。この定義によるとψ_i（ｔ_k）＞０においては式
(11)を満足する。以下の方式によって式(6)のように帯
域を各ユーザに割り振ることが可能となる。

【００６０】また、各ユーザの入力トラヒックにはクラ
スｈとｌがあるとする。クラスｈは即時性が高く、延期
によるユーザ利得が大幅に低下するとし、その時のもと
もとの入力トラヒックをｓ_i ^h（ｔ_k）、延期により減ら
されたトラヒックをｅ_i ^h（ｔ_k）、区間ｔ_k+xに延期され
た入力トラヒックをｓ_i ^*hとする。クラスｌは即時性が
低く、延期によるユーザ利得が低下しないとし、その時
のもともとの入力トラヒックをｓ_i ^l（ｔ_k）、延期によ
り減らされたトラヒックをｅ_i ^l（ｔ_k）、区間ｔ_{k+ x}に延
期された入力トラヒックをｓ_i ^*lとする。

【００６１】

【数２５】 とする。この時、γ₁，γ₂は定数とする。その時の利得
は、

【数２６】 となる。

【００６２】この時、ユーザは区間ｔ_kにおいて、この
利得の最大化を図るように最適化問題である式(18)を解
くことになる。なお、ここで、各ユーザが制御する変数
はｅ_i ^l（ｔ_k）とｒ_i ^l（ｔ_k，ｘ）あるいはｈ_i ^l（ｔ_k）
である。クラスｈに関しては延期することによりその利
得は零になることから、延期の対象としないことにす
る。この最適化問題を解くことは困難であることから、
ここではクラスｌだけを対象に以下の発見的方法を用い
る。

【００６３】

【数２７】 但し、ａ，ｂは定数とし、β（ｔ_k）はρ（ｔ_i）（但
し、ｊ＝ｋ−Ｔ，ｋ−Ｔ＋１，……ｋ−１）によって決
まる値、ｇ_i（ｔ_k）は延期されていたトラヒックで、

【数２８】 とする。この

【数２９】 は区間ｔ_kにおいてユーザが推定する通信網の共用装置
の負荷であり、ここでは

【数３０】 とする。

【００６４】前述の網モデルと発見的方法を用いた場合
のユーザ利得と網の利得に関して、シミュレーションに
よる数値例を示す。次の３つのケースについて、シミュ
レーションを行った。ケース１では全ユーザとも発見的
方法を利用せず、入力トラヒックの要求があった時点で
そのまま入力する。ケース２ではユーザ１だけが発見的
な方法を用いる。ケース３では全ユーザとも発見的方法
を用いる。

【００６５】以下に前述の網モデルにおけるパラメータ
値を示す。Ｃ＝１６０、ｎ＝５、ｓ_i（ｔ_k）＝｛０，２
０｝、γ₁＝１０、γ₂＝１０、σ_i＝１０、Ｔ＝１００
とした。区間ｔ_kにおける入力トラヒックｓ_i（ｔ_k）は
マルコフ連鎖で推移し、異なる状態への推移確率は０．
２とした。また、ここでの発見的方法のパラメータの値
は、ａ＝０．５、ｂ＝１０、

【数３１】 とした。

【００６６】この３つのケースに関して、シミュレーシ
ョン結果を図６に示す。同図(a)のケース１、２、３を
比ベてわかるように、発見的方法を用いているユーザは
ケース１に比べて、その利得を大きくしていることがわ
かる。特にケース２においては、発見的方法を用いでい
るユーザ１だけが高い利得を得ている。また、ケース３
においては全ユーザがケース１の場合に比べて高い利得
となっている。

【００６７】次に、網の負荷について述べる。ここでは
通信要求は要求する共用装置量を減らすことはなく、延
期の場合だけを考えているので、平均的に網に加わる負
荷は、ケース１、２、３ともに同程度であるが、負荷の
分散に関してはケース１、２、３と順番に小さくなって
いることがわかる。また、時系列的な網への負荷の変動
の様子を図７に示す。これらのことより、網へ加わる負
荷の平準化が図れていることがわかる。また、延期を考
慮していない式(2)によっても、同様の効果が得られる
ことは明かである。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ユーザの入力トラヒックを制御することにより、網の高
負荷状況を回避し、輻輳制御が可能となる。また、網の
運用上においても、ユーザに対し、高負荷時に少ないト
ラヒックを入力し、低負荷時に多くのトラヒックを入力
するユーザに対して、共用装置がより大きな最大利用可
能量を提供することにより、共用装置の利用率の高い運
用と、高負荷時のトラヒックを低減させる効果が期待で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ユーザと通信網との協調関係を示す説明図

【図２】本発明が対象とする通信網のモデルを示す概念
図

【図３】本発明の実施の形態の一例を示す構成図

【図４】本発明の通信処理手順を示すフローチャート

【図５】本発明の通信処理手順を示す説明図

【図６】ユーザ利得及び網利得のシミュレーション結果
を示す説明図

【図７】図６のシミュレーション結果に基づく通信網へ
の負荷の変動のようすを示すグラフ

【符号の説明】

１…制御装置、２…共用装置、３…測定装置、４…割当
て量算出装置、５…通知装置、６…ユーザ装置。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のユーザ装置からのデータを転送す
   るための共用手段をもつ通信網の通信制御方法におい
   て、 共用手段の平均利用率とユーザｉの割当て量定数ψ
   _i（ｔ_k）を周期的にユーザに通知し、 ユーザからの共用装置使用要求に対し、ユーザｉの時点
   ｔ_kでの最大利用可能量μ_i（ｔ_k）を、前記ユーザｉの
   割当て量定数ψ_i（ｔ_k）に従って割当て、 共用手段の平均利用率と各ユーザのトラヒックを一定時
   間の間測定し、 過去のある時点から現在の時間区間ｔ_kまでにおける、
   共用手段の平均利用率の履歴と、ユーザｉの平均入力ト
   ラヒックの履歴とにより割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を再計
   算することを特徴とする通信制御方法。
2. 【請求項２】 前記最大利用可能量は、過去の時間区間
   ｔ_kにおいて、高負荷時に少ないトラヒックを入力し、
   低負荷時に多くのトラヒックを入力するユーザｉに対し
   て、共用手段がより大きな最大利用可能量を割当てるこ
   とを特徴とする請求項１記載の通信制御方法。
3. 【請求項３】 前記ユーザｉの時点ｔ_kでの割当て量定
   数ψ_i（ｔ_k）を、ｊ番目の固定時間測定区間をｔ_j、区
   間ｔ_jにおけるリンクの平均利用率をρ（ｔ_j）、区間ｔ
   _jにおけるユーザｉの平均入力トラヒックをｓ
   _i（ｔ_j）、ρ^threshを定数として、 【数１】 により算出することを特徴とする請求項１記載の通信制
   御方法。
4. 【請求項４】 前記ユーザｉの時点ｔ_kでの割当て量定
   数ψ_i（ｔ_k）を、ｌ番目の固定時間測定区間をｔ_l、区
   間ｔ_lにおけるリンクの平均利用率をρ（ｔ_l）、区間ｔ
   _lにおけるユーザｉの平均入力トラヒックをｓ
   _i（ｔ_l）、ρ（ｔ_l）と独立な定数をweight（ｔ_l）とし
   て、 【数２】 により算出することを特徴とする請求項１記載の通信制
   御方法。
5. 【請求項５】 前記ユーザｉの時点ｔ_kでの最大利用可
   能量μ_i（ｔ_k）を、前記ユーザｉの割当て量定数をψ_i
   （ｔ_k）、時間区間ｔ_kにおいて通信要求を行うユーザ集
   合をＹ、Ｃを共用手段の容量として、 【数３】 により算出することを特徴とする請求項１、３、４いず
   れか記載の通信制御方法。
6. 【請求項６】 複数のユーザ装置からのデータを転送す
   るための共用手段をもつ通信網の通信制御装置におい
   て、 共用手段の平均利用率と各ユーザのトラヒックを一定時
   間の間測定する測定手段と、 過去のある時点から現在の時間区間ｔ_kまでにおける、
   共用手段の平均利用率の履歴と、ユーザｉの平均入力ト
   ラヒックの履歴とにより、割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を再
   計算する割当て量算出手段と、 ユーザからの共用装置使用要求に対し、ユーザｉの時点
   ｔ_kでの最大利用可能量μ_i（ｔ_k）を、前記ユーザｉの
   割当て量定数ψ_i（ｔ_k）に従って割当てる共用手段と、 前記共用手段の平均利用率と前記ユーザｉの割当て量定
   数ψ_i（ｔ_k）を周期的にユーザに通知する通知手段とか
   らなることを特徴とする通信制御装置。
7. 【請求項７】 前記割当て量算出手段は、過去の時間区
   間ｔ_kにおいて、高負荷時に少ないトラヒックを入力
   し、低負荷時に多くのトラヒックを入力するユーザｉに
   対して、共用手段がより大きな最大利用可能量μ
   _i（ｔ_k）を割当てることを特徴とする請求項６記載の通
   信制御装置。
8. 【請求項８】 前記割当て量算出手段は、ユーザｉの割
   当て量定数ψ_i（ｔ_k）を、ｊ番目の固定時間測定区間を
   ｔ_j、区間ｔ_jにおけるリンクの平均利用率をρ
   （ｔ_j）、区間ｔ_jにおけるユーザｉの平均入力トラヒッ
   クをｓ_i（ｔ_j）、ρ^{thre sh}を定数として、 【数４】 とすることを特徴とする請求項６記載の通信制御装置。
9. 【請求項９】 前記割当て量算出手段は、前記ユーザｉ
   の割当て量定数ψ_i（ｔ_k）を、ｌ番目の固定時間測定区
   間をｔ_l、区間ｔ_lにおけるリンクの平均利用率をρ（ｔ
   _l）、区間ｔ_lにおけるユーザｉの平均入力トラヒックを
   ｓ_i（ｔ_l）、ρ（ｔ_l）と独立な定数をweight（ｔ_l）と
   して、 【数５】 とすることを特徴とする請求項６記載の通信制御装置。
10. 【請求項１０】 前記共用手段は、ユーザｉの時点ｔ_k
    での最大利用可能量μ_i（ｔ_k）を、前記ユーザｉの割当
    て量定数をψ_i（ｔ_k）、時間区間ｔ_kにおいて通信要求
    を行うユーザ集合をＹ、Ｃを共用手段の容量として、 【数６】 により算出することを特徴とする請求項６、８、９いず
    れか記載の通信制御方法。