JPWO2005099188A1 - 通信品質管理方法および装置 - Google Patents

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Abstract

配信サーバ(１１)およびルータ(１３ａ)間にサーバ側プロクシ(１２)を配置して配信サーバ(１１)からのパケット(１９ａ)に品質情報を付加したパケット(１９ｂ)とする。複数の受信端末(１８ａ〜１８ｎ)の直前にはそれぞれ受信端末側プロクシ(１７ａ〜１７ｎ)が配置され、ネットワーク(１４)およびルータ(１３ｂ〜１３ｍ)を介して配信されるパケット(１９ｂ)から品質情報を除去して各受信端末(１８)へ必要情報のみを配信する。各受信端末側プロクシ(１７)は、品質情報取得部(１７Ａ)を含み品質情報を取得し、品質情報計算／送信部(１７Ｂ)から集計サーバ(１５)へ品質情報(５１)を送信する。集計サーバ(１５)は、パケット品質情報(５２)を受信端末(１８)毎に品質情報データベースに保存する。

Description

本発明は通信品質管理方法および装置に関し、特に配信サーバからインターネット等のネットワークを介して複数の受信端末へデータを同時にマルチキャストパケットで配信するマルチキャスト配信する際の通信品質管理方法および装置に関する。
ブロードバンドネットワークの普及により、ネットワークを介して種々のサービスが提供されるようになっている。斯かるサービスの中の１つにスポーツ中継等に代表されるストリーミング配信サービスがある。ここで、ストリーミング（streaming）とは、インターネット等で音声やビデオ映像等を配信する際に、ユーザがファイルをダウンロードし終えた後に再生するのではなく、ダウンロードしながら再生することをいう。
このストリーミング配信をユニキャスト（即ち、メッセージの宛先アドレスを１つのみ指定する１対１の通信形態）を使用して行う場合には、配信サーバの負荷やネットワークの帯域等、ユーザ数に応じたリソースが必要になり、大規模なサービスに適用するには問題があった。これに対して、マルチキャスト（即ち、同じデータを複数の宛先アドレスに配布する通信形態）は、１対多（複数）の通信を実現する技術であり、ストリーミングの配信等同時に多数の受信端末にデータを送信する目的に向いている。
しかし、マルチキャストでは、その性質より受信端末側からの到達確認や再送の仕組みが備わっていないので、各受信端末の受信状況の確認や品質を保証することが困難であった。特に、マルチキャスト配信を、課金を伴うサービスに適用する場合には、受信者毎の品質の管理や保障は必須の機能である。そのため、これらの機能がないことが、マルチキャスト配信の商用利用への障害となっていた。
マルチキャストに関する従来技術は、幾つかの文献に開示されている（例えば、特開平２００３−３４８１３３号公報，特開平２００３−３３３５７７号公報など参照）。
図７は、一般的な従来のマルチキャスト配信システムのシステム構成図を示す。このマルチキャスト配信システム７０は、配信サーバ７１、複数のルータ７２ａ〜７２ｍを有するバックボーンネットワーク７３および複数の受信端末７４ａ〜７４ｎにより構成される。配信サーバ７１は、ルータ７２ａに接続され、各ルータ７２ｂ、・・・、７２ｍには、それぞれ１以上の受信端末７４が接続される。図７に示す特定例では、ルータ７２ｂには、受信端末７４ａ、７２ｂが接続され、ルータ７２ｍには受信端末７４ｎが接続されている。
図７に示す一般的なマルチキャスト配信システム７０にあっては、配信サーバ７１からマルチキャストパケット７９が、ルータ７２ａおよび７２ｂを介して受信端末７４ａおよび７４ｂに配信される。また、マルチキャストパケット７９は、ルータ７２ａ、７２ｍを介して受信端末７４ｎに配信される。
斯かる従来のマルチキャスト配信システムでは、上述の如く、配信サーバから複数の受信端末への配信データの配信確認および配信品質の確認で不可能であるという課題があった。
本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、斯かる課題を克服し、従来のシステムに容易に組み込み可能な通信品質管理方法および装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる通信品質管理方法は、配信サーバからネットワークに接続されたルータを介して複数の受信端末へデータを配信するマルチキャスト配信の通信品質管理方法であって、前記配信サーバから配信されるマルチキャストパケットに品質情報を付与するステップと、前記ルータを介して配信されたマルチキャストパケットから前記品質情報を取得するステップと、前記品質情報が除去されたマルチキャストパケットを前記受信端末へ配信するステップとを備えている。
また、本発明にかかる通信品質管理装置は、配信サーバからネットワークに接続されたルータを介して複数の受信端末へデータを配信するマルチキャスト配信の通信品質管理装置であって、前記配信サーバおよび前記ルータ間に設けられマルチキャストパケットに品質管理情報を付与するサーバ側プロクシと、前記ルータおよび前記受信端末間に設けられ前記マルチキャストパケットから前記サーバ側プロクシで付与された品質情報を取得する品質情報取得部および品質情報計算／送信部を含み前記品質情報が除去されたマルチキャストパケットを前記受信端末へ配信する受信端末側プロクシと、前記受信端末側プロクシからの品質情報を受け取り集計する集計サーバとを備えている。
本発明の通信品質管理方法および装置によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、マルチキャストパケットを使用するデータ配信における品質情報の取得が可能である。また、既存の配信サーバ、受信端末およびネットワーク構成に一切変更を加えることなく、サーバ側および受信端末側にプロクシを付加するのみで、品質情報が取得できるので、既存の設備をそのまま使用することが可能である。
図１は、本発明による通信品質管理装置の第１実施例の全体構成を示すブロック図である。 図２は、図１のサーバ側プロクシで付加される品質情報ヘッダの具体例を示す図である。 図３Ａは、配信サーバから受信端末へ配信されるパケットの第１具体例のうち、配信サーバから送出され受信端末に受信されるパケットを示す説明図である。 図３Ｂは、配信サーバから受信端末へ配信されるパケットの第１具体例のうち、プロクシ間を配信されるパケットを示す説明図である。。 図４Ａは、配信サーバから受信端末へ配信されるパケットの第２具体例のうち、配信サーバから送出され受信端末に受信されるパケットを示す説明図である。 図４Ｂは、配信サーバから受信端末へ配信されるパケットの第２具体例のうち、プロクシ間で配信されるパケットを示す説明図である。 図５は、図１に示す通信品質管理装置の動作説明図である。 図６は、本発明による通信品質管理装置の第２実施例の動作説明図である。 図７は、従来のマルチキャスト配信システムのシステム構成図である。
以下、本発明による通信品質管理方法および装置の好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施例］
まず、図１を参照して、本発明の第１実施例にかかる通信品質管理装置について説明する。
図１に示すように、通信品質管理装置１０は、配信サーバ１１、サーバ側プロクシ（proxy）１２、インターネット等のネットワークであるバックボーンネットワーク１４に接続された複数のルータ１３ａ〜１３ｍ、受信端末側プロクシ１７ａ〜１７ｎ、複数の受信端末１８ａ〜１８ｎ、バックボーンネットワーク１4に接続された集計サーバ１５およびこの集計サーバ１５に接続された品質情報データベース１６により構成される。
上述した従来のマルチキャスト配信システム７０と対比すると明らかな如く、本発明の通信品質管理装置１０では、配信サーバ１１の直下、即ち配信サーバ１１とルータ１３ａ間にサーバ側プロクシ１２が配置されている。
また、受信端末１８ａ〜１８ｎの手前、即ち各受信端末１８ａ〜１８ｎとルータ１３ｂ〜１３ｍ間に受信端末側プロクシ１７ａ〜１７ｎが配置されている。更に、バックボーンネットワーク１４に集計サーバ１５を介して受信者（又は受信端末）毎の品質情報データベース１６が配置されている。
ここで、バックボーンネットワーク１４は、マルチキャスト転送に対応するネットワークであり、バックボーンネットワーク１４を構成するルータ１３ａ〜１３ｍは、マルチキャスト転送に対応したルータである。これらのルータ１３ａ〜１３ｍは、マルチキャスト転送に対応するその他の配信手段でもよい。
図１に示す通信品質管理装置１０において、サーバ側プロクシ１２は、配信サーバ１１から送出されるマルチキャストパケット（以下、単にパケットという）１９ａに品質情報を付与したパケット１９ｂとする品質情報付与機能を有する。他方、受信端末側プロクシ１７ａ〜１７ｎは、ルータ１３ａ〜１３ｍを介して転送される品質情報の付与されたパケット１９ｂから品質情報を除去したパケット１９ｃとして対応する受信端末１８ａ〜１８ｎへ配信する品質情報除去機能を有する。
次に、図２に示すように、この品質情報ヘッダは、パケット毎のシーケンス番号 (３２ビット) を入れるフィールド２１、1970/１/１ 0:00 をepochとした時刻を入れる時間（second:秒）フィールド２２および時間（microsecond:マイクロ秒）２３により構成される。この例において、全てのフィールド長は、それぞれ３２ビットであるが、必要に応じて異なるフィールド長でもよい。また、この例にはないが他に品質管理に基づく情報がある場合には、それらの情報を入れるフィールドを用意した別の品質情報ヘッダを使用してもよい。
次に、図３Ａ，図３Ｂ、図４Ａ、および図４Ｂを参照して、パケット１９ａに、品質情報ヘッダを付与したパケット１９ｂとする際の具体例を示す。図３Ａは、配信サーバ１１から送出され最終的な受信者である受信端末１８へ配信されるパケット１９ａ（又は１９ｃ）の１例を示す。一方、図３Ｂは、プロクシ間、即ちサーバ側プロクシ１２および各受信端末側プロクシ１７間を配信されるパケット１９ｂの具体例を示す。
図３Ａに示す如く、パケット１９ｃは、ＩＰ(Internet Protocol)ヘッダ３１、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）ヘッダ３２およびストリームデータ３３のそれぞれのフィールドにより構成される。一方、図３Ｂに示すパケット１９ｂは、ＩＰヘッダ３４、ＵＤＰヘッダ３５、品質情報ヘッダ３６、ＩＰヘッダ３７、ＵＤＰヘッダ３８およびストリームデータ３９により構成される。図３Ａおよび図３Ｂから明らかな如く、パケット１９ｂのＩＰヘッダ３７、ＵＤＰヘッダ３８およびストリームデータ３９は、それぞれパケット１９ａ（又は１９ｃ）のＩＰヘッダ３１、ＵＤＰヘッダ３２およびストリームデータ３３と同一であり、一切手を加えずそのまま使用され、品質情報ヘッダ３６、ＵＤＰヘッダ３５およびＩＰヘッダ３４を新たに付け加えて、新しいバケット１９ｂとしている。この例では、元のバケット１９ａに一切手を加えないので、処理が容易である。
他方、図４Ａ，図４Ｂにはパケットの他の例を示す。図４Ａは、配信サーバ１１から送出されるパケット１９ａ、即ち各受信端末１８へ配信されるパケット１９ｃの例を示す。図４Ｂは、サーバ側プロクシ１２および受信端末側１７間のパケット１９ｂの例を示す。図４Ａ，図４Ｂの具体例では、パケット１９ａ又は１９ｃは、図４Ａに示す如く、ＩＰヘッダ４１、ＵＤＰヘッダ４２およびストリームデータ４３より構成される点で、図３Ａの場合と同様である。しかし、プロクシ間のパケット１９ｂは、ＩＰヘッダ４４、ＵＤＰヘッダ４５、品質情報ヘッダ４６およびストリームデータ４７により構成される。ここで、パケット１９ｂのＩＰヘッダ４４、ＵＤＰヘッダ４５およびストリームデータ４７は、それぞれ図４ＡのＩＰヘッダ４１、ＵＤＰヘッダ４２およびストリームデータ４３と基本的に同様であるので、ＵＤＰヘッダ４５およびストリームデータ４７間に品質情報ヘッダ４６を加えているのみである。この場合には、パケット長やチェックサムの値等が変化するため、これらのフィールドを新たなパケット１９ｂに合わせて書き換える必要がある。しかし、図３Ａ，図３Ｂの例と比較して、パケット長が短くて済むという利点がある。また、図３Ａ，図３Ｂおよび図４Ａ，図４Ｂ以外のパケットフォーマットを使用してもよい。
次に、図５の動作説明図を参照して、図１に示す本発明による通信品質管理装置１０の動作を説明する。先ず、配信サーバ１１は、図３Ａ又は図４Ａに示すストリームデータ３３、４３を含むマルチキャストパケット１９ａを送出する。サーバ側プロクシ１２は、配信サーバ１１により送出されるパケット１９ａを受信し、サーバ側プロクシ１２が備える品質情報付与部１２Ａにおいて、品質管理情報が含まれた品質情報ヘッダ（図３Ａの３６又は図４Ａの４６参照）を、受信したパケット１９ａに付与した後に送信する。サーバ側プロクシ１２から送信された品質情報ヘッダ付きのパケット１９ｂは、ルータ（又はその他の配信手段）１３ａ〜１３ｍにより転送され、受信端末１８の手前に配置されている受信端末側プロクシ１７により受信される。
次に、受信端末側プロクシ１７は、品質情報取得部１７Ａおよび品質情報計算／送信部１７Ｂを備えている。そして、品質情報取得部１７Ａは、受信したパケット１９ｂから品質情報ヘッダ３６又は４６を除去する。そして、対応する受信端末側１８にパケット１９ｃを送信する。また、品質情報取得部１７Ａは、品質情報ヘッダ３６、４６から品質管理情報を取得し、品質情報計算／送信部１７Ｂへ送る。品質情報計算／送信部１７Ｂでは、パケット毎の品質管理情報中のシーケンス番号を見ることで、配信中に欠損したパケットの数を知ることが可能である。
具体例に基づいて更に詳細に説明する。例えば、シーケンス番号１０５６のパケット受信後に、次に受信したパケットのシーケンス番号が１０５９であったと仮定する。このときは、シーケンス番号１０５７および１０５８の２つのパケットが配信中に欠損したことが分かる。パケットの欠損数を計数し、一定時間毎に集計サーバ１５に送信する。また、品質情報計算／送信部１７Ｂでは、パケットを受信した時刻と、品質管理情報中のタイムスタンプの差分をとることで、パケット毎の配信遅延（即ち、サーバ側プロクシ１２から受信端末側プロクシ１７まで配信されるのに要した時間）が分かる。
品質情報計算／送信部１７Ｂでは、このパケット毎の配信遅延を記録しておき、その平均値、分散値を一定時間毎に集計サーバ１５に送信する。また、品質情報計算／送信部１７Ｂでは、続けて受信した２つのパケットから「ゆらぎ（又はジッタ）」に関する情報を得ることが可能である。例えば、続けて受信した２個のパケット１９ｂの品質管理情報中のタイムスタンプをta1およびta2そしてこれらパケット１９ｂの受信時刻をtb1およびtb2とすると、サーバ側プロクシ１２における２つのパケットの送信間隔は（ta2-ta1）、受信側プロクシ１７における２つのパケットの受信間隔は（tb2-tb1）となる。このとき、|(ta2-ta1)-(tb2-tb1)|を「ゆらぎ」と定義し、品質情報計算／送信部１７Ｂで「ゆらぎ」を計算して記録する。この「ゆらぎ」の情報も、一定時間毎にその平均値、分散値が計算され、集計サーバ１５に送信される。
これらのパケット欠損情報、配信遅延情報および「ゆらぎ」情報５１は、受信端末側プロクシ１７の品質情報送信部１７Ｂから集計サーバ１５へ送信される。集計サーバ１５に送信された各情報５１は、受信者（即ち、受信端末１８）毎に集計されて、受信端末１８毎のパケット品質情報５２として品質情報データベース１６に保存される。
［第２実施例］
次に、図６を参照して、本発明による通信品質管理装置の第２実施例について説明する。尚、上述した第１実施例と対応する構成要素には、説明の便宜上、同じ参照符号を使用する。図６に示す通信品質管理装置６０は、配信サーバ１１、サーバ側プロクシ１２、複数のルータ１３ａ〜１３ｍ、複数の受信端末側プロクシ１７、複数の受信端末１８、集計サーバ１５および品質管理サーバ２０により構成される。即ち、上述した図５との対比から明らかな如く、図５に示す第１実施例における受信者毎の品質情報データベース１６の代わりに品質管理サーバ２０を設ける点で相違する。
次に、図６に示す第２実施例の通信品質管理装置６０の動作を説明する。受信端末１８毎に設けられた受信端末側プロクシ１７の品質情報取得部１７Ａで取得され且つ品質情報計算／送信部１７Ｂから集計サーバ１５へ送信されることにより集計サーバ１５に集められたパケット品質情報５２は品質管理サーバ２０へ送られる。
品質管理サーバ２０は、集計サーバ１５から送られてきた品質情報５２に基づき、バックボーンネットワーク１４内の各ルータ１３に対してＱｏＳ（Quality of Service:通信品質制御技術）の設定５３を行うことにより、各受信端末１８の受信品質の向上を行う。
例えば、各ルータのＱｏＳの設定５３は、次の如く実行する。パケット１９の欠損を防止するために、ルータ１３に帯域制御の設定を行い、パケット配信のための必要帯域を確保しておく。また、遅延や「ゆらぎ」を小さくするために、ルータ１３に優先制御の設定を行い、パケットの転送を他のパケットより優先して行うようにする。
以下に、品質管理サーバ２０から各ルータ１３にＱｏＳの設定５３を行う事例を示す。
(１)特定の受信者の受信品質が、予め決められた基準を下回った場合には、該当する受信者へのマルチキャスト配信パス上のルータに、ＱｏＳの設定を行い、該当するパケットの配信品質を確保する。
(２)受信者全体の受信品質の平均又は最悪値が、予め決められた基準を下回った場合には、バックボーンネットワーク１４中の各ルータ１３にＱｏＳの設定を行い、該当するパケットの配信品質を確保する。
また、本実施例では、受信端末１８がパケットを受信している間は、受信者側プロクシ１２から一定時間毎に集計サーバ１５に品質に関する情報が上がってくるため、集計サーバ１５側で現時点での受信者数が把握できる。そのため、受信者数に応じた以下の制御を行うこともできる。
(３)各受信者の受信品質に拘らず、ある一定数以上の受信者が受信しているパケットに対して、ＱｏＳの設定５３により配信品質を確保する。
ここで、ＱｏＳの設定５３を行うとき、バックボーンネットワーク１４内のどのルータ１３にＱｏＳの設定を行うかを決定するアルゴリズムについては、任意の方法をとってもよい。例えば、上記 (１) のケースにおいて、受信者とその受信者の受信品質が悪化した場合には、ＱｏＳの設定を行うルータとの組を事前に登録しておくという方法でもよい。
また、上記 (２) のケースにおいて、受信者全体の受信品質の平均が下がったときに、バックボーンネットワーク１４内のルータ１３の状況を調べ、負荷の高いルータにのみＱｏＳの設定５３を行うという方法でもよい。
以上、本発明による通信品質管理方法および装置の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

Claims (8)

  1. 配信サーバからネットワークに接続されたルータを介して複数の受信端末へデータを配信するマルチキャスト配信の通信品質管理方法であって、
    前記配信サーバから配信されるマルチキャストパケットに品質情報を付与するステップと、
    前記ルータを介して配信されたマルチキャストパケットから前記品質情報を取得するステップと、
    前記品質情報が除去されたマルチキャストパケットを前記受信端末へ配信するステップと
    を備えることを特徴とする通信品質管理方法。
  2. 前記配信サーバからのパケット中のＩＰヘッダ、ＵＤＰヘッダおよびストリームデータ内に、品質情報ヘッダとして前記品質情報を付加するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の通信品質管理方法。
  3. 前記配信サーバからのパケットの前にＩＰヘッダ、ＵＤＰヘッダおよび品質情報ヘッダとして、前記品質情報を付加するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信品質管理方法。
  4. 前記品質情報に、パケット欠損情報、配信遅延情報およびゆらぎ情報を含めるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信品質管理方法。
  5. 前記マルチキャストパケットから取得された品質情報を、前記受信端末毎にデータベースとして保存するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の通信品質管理方法。
  6. 配信サーバからネットワークに接続されたルータを介して複数の受信端末へデータを配信するマルチキャスト配信の通信品質管理装置であって、
    前記配信サーバおよび前記ルータ間に設けられマルチキャストパケットに品質管理情報を付与するサーバ側プロクシと、
    前記ルータおよび前記受信端末間に設けられ前記マルチキャストパケットから前記サーバ側プロクシで付与された品質情報を取得する品質情報取得部および品質情報計算／送信部を含み前記品質情報が除去されたマルチキャストパケットを前記受信端末へ配信する受信端末側プロクシと、
    前記受信端末側プロクシからの品質情報を受け取り集計する集計サーバと
    を備えることを特徴とする通信品質管理装置。
  7. 前記集計サーバには、該集計サーバが取得計算し受信した品質情報を、前記受信端末毎に保存する品質情報データベースが接続されることを特徴とする請求項６に記載の通信品質管理装置。
  8. 前記集計サーバには、該集計サーバからのパケット品質情報を受け取り前記ルータのＱоＳ設定する品質管理サーバが接続されていることを特徴とする請求項６に記載の通信品質管理装置。
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