JPWO2010032370A1 - 伝送レート制御装置及び伝送レート制御方法 - Google Patents

Abstract

ベストエフォート型のネットワークを介して第２の通信端末と通信を行う第１の通信端末は、通信履歴を通信端末毎に記憶する通信履歴記憶部と、第２の通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出する往復遅延時間算出部とを備える。第２の通信端末は、通信履歴に記録されている第２の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、第２の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて、第１の通信端末が第２の通信端末との通信で設定する目標損失イベント率を算出する目標損失イベント率算出部を備える。第１の通信端末は、前記目標損失イベント率と前記往復遅延時間とに基づいて算出した目標伝送レートに、現時点で設定されている伝送レートから変更する。当該伝送レート制御装置によれば、ネットワークを介した通信中に利用可能と推定される帯域が急激に変化すると判断したとき、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更できる。

Description

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて、伝送レートを制御する伝送レート制御装置及び伝送レート制御方法に関する。

近年、インターネットに代表されるベストエフォート型のネットワークを介して、映像や音声等のストリーミングデータを送信端末から受信端末に実時間的に伝送する技術が普及しつつある。ベストエフォート型のネットワークを介したデータ伝送では、送信端末で設定された伝送レートがネットワーク帯域より大きいと、ネットワーク上で輻輳が発生する。このため、送信端末は、宛先端末との間のネットワークの混雑状況や回線状況等によって変化する利用可能な帯域に応じて、ストリーミングデータの伝送レートを変更する。

ベストエフォート型のネットワークを介したリアルタイム系のデータ伝送に特化した輻輳制御技術として、非特許文献１に開示されたＴＦＲＣ（TCP Friendly Rate Control）が知られている。ＴＦＲＣを利用する端末は、端末間のデータの往復遅延時間を示すＲＴＴ（Round Trip Time）及びパケットの損失状況等より、下記の式（１）用いて伝送レートＸを算出する。

上記式（１）中のＸ［ｂｐｓ］は、ネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じた伝送レートである。ｓはパケットサイズ［ｂｙｔｅ］、ＲはＲＴＴ［秒］、ｂは定数である。Ｔ＿ＲＴＯは、ＴＣＰプロトコルによるタイムアウトを示す値であり、４Ｒが用いられる。Ｐは、パケット損失状況を表す損失イベント率である。損失イベント率Ｐとは、ＴＦＲＣが滑らかな伝送レートの制御を行うために規定された損失率であり、１往復時間以内に発生するパケット損失を１損失イベントとカウントし、この損失イベントの履歴を用いて算出される。

図８は、非特許文献２に開示された、損失イベントの履歴を用いて損失イベント率を計算する方法を示すグラフである。図８に示す縦軸２１は、パケット中のシーケンシャル番号を示し、横軸２２は時間の経過を示す。到着パケット（□，Packet Arrival）のプロット２３は、受信端末にパケットが到着した時刻とそのときのシーケンシャル番号を示す。損失パケット（×，Packet Lost）のプロット２４は、損失イベントが発生した時刻とそのときのシーケンシャル番号を示す。

直近の損失からの到着パケット数２５は、直近のイベント損失発生以降、受信端末に到着したパケット数を表す。損失イベント間隔２６_１〜２６_８は、損失イベントと損失イベントの間に受信端末に到着したパケット数を表す。重み２７_１〜２７_８は、対応する損失イベント間隔２６に乗算する重みを示す。重み付きイベント損失２８_１〜２８_８は、損失イベント間隔２６と重み２７を乗算して得られる。

ＴＦＲＣでは、図８に示すように、過去８世代分の損失イベント間隔２６に対する加重平均をとった重み付きの損失イベント間隔の逆数が、損失イベント率（Ｐ）として算出される。なお、損失イベント間隔は、（損失イベント間隔２６_１×重み２７_１＋…＋損失イベント間隔２６_８×重み２７_８）／（重み２７_１＋…＋重み２７_８）で求める。このように、ＴＦＲＣは、損失イベントの履歴を用いて算出される重み付きの損失イベント率をパラメータの１つとして用いることで、伝送レートが滑らかに変化するよう制御している。しかし、逆の見方をすれば、ＴＦＲＣは、宛先端末との間の通信で利用可能な帯域の急激な変化に対して、即座に伝送レートを適当な値に変更できない。

上記説明した技術は、例えばテレビ会議システムに用いられる。図９は、ベストエフォート型のネットワークを利用したテレビ会議システムの構成の一例を示す図である。図９に示すテレビ会議システムには、映像や音声のストリーミングデータを送受信する端末１１，１２，１３が設けられている。各端末は、上記説明したＴＦＲＣを用いて伝送レートを設定する。

端末１１と端末１２とは、国内ネットワークＮＤを介して通信可能に接続されている。また、端末１３と端末１１及び端末１２とは、国内ネットワークＮＤ、海外線Ｌ及び海外ネットワークＮＡを介して通信可能に接続されている。なお、以下に示す例では、国内ネットワークＮＤ及び海外ネットワークＮＡとも例えば１０Ｍｂｐｓといった広帯域の伝送を実現できる。但し、海外線Ｌを介した伝送は、海外線Ｌがボトルネックとなり、２Ｍｂｐｓ程度の帯域が限界である。

このテレビ会議システムでは、端末間の通信で利用されている帯域の内、最も狭い帯域に合わせて伝送レートが設定される。例えば、端末１１，１２，１３が３者間通信を行う際、各端末は、国内ネットワークＮＤ、海外線Ｌ及び海外ネットワークＮＡを介した通信の実績に合わせて伝送レートを設定する。本例では、国内ネットワークＮＤ及び海外ネットワークＮＡはそれぞれ１０Ｍｂｐｓ程度の伝送を実現できる一方、海外線Ｌは２Ｍｂｐｓ程度の伝送しか実現できない。したがって、各端末は、伝送レートを２Ｍｂｐｓに設定する。

端末１１，１２，１３による３者間通信が行われている状況で、端末１３が通信を中断し、国内ネットワークＮＤのみを利用する端末１１，１２の２者間通信に切り替わったと想定する。このとき、端末１１，１２は、国内ネットワークＮＤのみを介した通信の実績に合わせて伝送レートを設定する。本例では、国内ネットワークＮＤは１０Ｍｂｐｓ程度の伝送を実現できる。このため、端末１１，１２は、伝送レートを２Ｍｂｐｓから１０Ｍｂｐｓに変更する。

日本国特開２００４−７２７２０号公報

Ｍ．Ｈａｎｄｌｅｙ他著，「ＴＣＰ Ｆｒｉｅｎｄｌｙ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＴＦＲＣ）：Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」，ＲＦＣ ３４４８,２００３年１月，ｐ．１−２４ Ｓ．Ｆｌｏｙｄ他著，「Ｅｑｕａｔｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｕｎｉｃａｓｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，２０００年８月，ｐ．１−１４

上述したように、ＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御では、伝送レートは滑らかに変更される。したがって、図９に示したテレビ会議システムにおいて、端末１３が通信を中断した結果、端末１１，１２間の通信で利用可能な帯域が急激に上がっても、端末１１，１２における伝送レートは即座に高ビットレートに移行しない。高ビットレートに移行するまでの間は、前記利用可能な帯域と伝送レートとの整合性がとれておらず、当該ネットワーク帯域を充分に活用できていない状態である。このため、伝送レートが高ビットレートに移行するまでの時間は短い方が望ましい。

なお、利用可能な帯域が急激に上がったとき、伝送レートの制御にＴＦＲＣを用いず、伝送レートを急激に高ビットレートに移行すると、パケットが輻輳して想定以上のパケット損失が発生する。その結果、受信端末における映像や音声に乱れが生じる。

本発明の目的は、ネットワークを介した通信中に利用可能と推定される帯域が急激に変化するとき、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更可能な伝送レート制御装置及び伝送レート制御方法を提供することである。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した２つの通信端末間の通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御システムで用いられる伝送レート制御装置であって、前記ネットワークを介して行った通信履歴を通信端末毎に記憶する通信履歴記憶部と、前記ネットワークを介した所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出する往復遅延時間算出部と、前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レート、及び前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間に基づいて前記所定の通信端末が算出した目標損失イベント率と、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間と、に基づいて目標伝送レートを算出する目標伝送レート算出部と、前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レート算出部が算出した目標伝送レートに変更するよう伝送レートを制御する伝送レート制御部と、を備えた伝送レート制御装置を提供する。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御装置であって、前記ネットワークを介して行った通信履歴を通信端末毎に記憶する通信履歴記憶部と、前記ネットワークを介した通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出する往復遅延時間算出部と、前記通信履歴に記録されている所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて、前記所定の通信端末との通信で設定する目標伝送レートを算出する目標伝送レート算出部と、現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更する伝送レート制御部と、を備えた伝送レート制御装置を提供する。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した２つの通信端末間の通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御システムで行われる伝送レート制御方法であって、前記ネットワークを介して第２の通信端末と通信を行う第１の通信端末が、前記ネットワークを介した前記第２の通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出し、前記第２の通信端末が、前記第１の通信端末が行った当該第２の通信端末との通信で実現された過去伝送レート、及び前記第１の通信端末で算出された往復遅延時間に基づいて目標損失イベント率を算出し、前記第１の通信端末が、前記第２の通信端末で算出された目標損失イベント率と、前記往復遅延時間とに基づいて目標伝送レートを算出し、前記第１の通信端末が、前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更するよう伝送レートを制御する伝送レート制御方法を提供する。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御方法であって、前記ネットワークを介した通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出し、所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて、前記所定の通信端末との通信で設定する目標伝送レートを算出し、現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更する伝送レート制御方法を提供する。

本発明に係る伝送レート制御装置及び伝送レート制御方法によれば、ネットワークを介した通信中に利用可能と推定される帯域が急激に変化したとき、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

送信端末Ｘ１，Ｘ２及び受信端末Ｙ１，Ｙ２がネットワークＮに接続された通信システムを示す図 第１の実施形態の送信端末Ｘ１の内部構成を示すブロック図 第１の実施形態の受信端末Ｙ１の内部構成を示すブロック図 第１の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理を示すタイミングチャート 第２の実施形態の送信端末Ｘ２の内部構成を示すブロック図 第２の実施形態の受信端末Ｙ２の内部構成を示すブロック図 第２の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理を示すタイミングチャート 非特許文献２に開示された、過去の損失イベントの履歴を用いて損失イベント率を計算する方法を示すグラフ ベストエフォート型のネットワークを利用したテレビ会議システムの構成の一例を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、図１に示すように、ストリーミングデータを送信する送信端末Ｘ１，Ｘ２及びストリーミングデータを受信する受信端末Ｙ１，Ｙ２が、ベストエフォート型のネットワークＮに接続された通信システムについて説明する。なお、送信端末Ｘ１，Ｘ２及び受信端末Ｙ１，Ｙ２は、ＴＦＲＣ（TCP Friendly Rate Control）の技術を利用する通信端末である。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態の送信端末Ｘ１の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、第１の実施形態の送信端末Ｘ１は、エンコーダ１０１と、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）１０３と、パケット処理部１０５と、バッファ１０７と、パケット送信部１０９と、制御パケット受信部１１１と、ＲＴＴ算出部１１３と、通信履歴記憶部１１５と、伝送レート算出部１１７と、制御部１１９と、呼監視部１２１と、変更方法決定部１２３と、一時伝送レート通知部１２５と、ＡＲＱ部１２７と、クロック１２９とを備える。

エンコーダ１０１は、所定の符号化レートに応じて映像や音声等のコンテンツデータの符号化を行う。冗長符号処理部１０３は、エンコーダ１０１で符号化されたコンテンツデータから、受信端末Ｙ１がＦＥＣ（Forward Error Correction）等の誤り検出、又は誤り訂正を行なうための冗長符号を生成する。さらに、冗長符号処理部１０３は、この生成した冗長符号を、エンコーダ１０１で符号化されたコンテンツデータに付与して出力する。

上記説明した冗長符号は、ＸＯＲ演算による符号やリードソロモン符号等である。また、冗長符号処理部１０３による冗長符号の生成は、後述するパケット処理部１０５によって得られたパケットに対して行っても良い。さらに、生成された冗長符号は、符号化されたコンテンツデータと共にひとつのパケットに合成されても、符号化されたコンテンツデータのパケットとは別のパケットに設けられても良い。

パケット処理部１０５は、エンコーダ１０１で符号化されたコンテンツデータに冗長符号が付加されたデータをパケット化し、作成したパケットをバッファ１０７に格納する。バッファ１０７は、ネットワークＮに送出される前のパケットを一時蓄積する。なお、バッファ１０７にパケットを蓄積する際には、符号化されたコンテンツや冗長符号が生成された順に蓄積しても、インターリーブして蓄積しても良い。

パケット送信部１０９は、バッファ１０７に蓄積されたパケットを、制御部１１９から指示された伝送レートでネットワークＮに送出する。なお、パケット送信部１０９が送信する一部のパケットには、ネットワークＮを介した送受信端末間の通信で生じた往復遅延時間（以下「ＲＴＴ」という。）を送信端末Ｘ１が計測するために用いられる、パケットの送信時刻Ｔｘを示す情報が付与される。送信時刻Ｔｘを示す情報が付与されるパケットは、コンテンツデータを含むＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）パケットである。また、送信時刻Ｔｘを示す情報が付与されるパケットは、ＲＴＰパケットの伝送を制御するためのＲＴＣＰ（Real-time Transport Control Protocol）パケット、またはその他の制御用パケット等である。なお、送信時刻Ｔｘは、送信端末Ｘが備えるクロック１２９から得られる。

制御パケット受信部１１１は、受信端末Ｙ１から送信された受信者レポート及びフィードバックパケットを受信する。受信者レポートは、受信端末Ｙ１で算出された損失イベント率Ｐに関する情報を含むＲＴＣＰパケットである。また、フィードバックパケットには、送信端末Ｘから送信された送信時刻Ｔｘが付与されている。なお、受信者レポートには、送信端末Ｘから送信された送信時刻Ｔｘを含めても良い。

ＲＴＴ算出部１１３は、制御パケット受信部１１１が受信したフィードバックパケットの受信時刻Ｒｘと、このフィードバックパケットに付与されている送信時刻Ｔｘとの差分（＝Ｒｘ−Ｔｘ）を、ＲＴＴとして算出する。

通信履歴記憶部１１５は、過去に行った各通信端末との通信の伝送レート、損失率、損失イベント率及び往復遅延時間（ＲＴＴ）の各々の最大値、最小値及び平均値を含む通信履歴を通信端末毎に記憶する。なお、通信履歴記憶部１１５には、損失率、損失イベント率及びＲＴＴのそれぞれに関する分散率が記録されていても良い。また、通信履歴記憶部１１５に記録される統計値は、各通信端末の通信時間全体の統計値である必要はなく、通信切断前の所定時間の間の統計値であっても、通信時間帯毎の統計値であっても良い。

伝送レート算出部１１７は、ＲＴＴ算出部１１３が算出したＲＴＴ、及び制御パケット受信部１１１が受信した受信者レポートに含まれる損失イベント率Ｐ等より、背景技術で説明した式（１）を用いて伝送レートを算出する。制御部１１９は、伝送レート算出部１１７が算出した伝送レートでパケットを送出するようパケット送信部１０９に指示する。

呼監視部１２１は、送信端末Ｘ１がネットワークＮを介して通信を行う通信端末との接続状況を監視する。呼監視部１２１は、受信端末Ｙ１との通信で利用可能な帯域が急激に変化する可能性があるか否かを判断し、当該帯域が急激に変化すると判断した場合には、次に説明する変更方法決定部１２３が動作するよう制御する。具体的には、呼接続先の端末の追加、削除、やＲＴＴの急激な変化を契機として、利用可能な帯域が急激に変化すると判断する。例えば、背景技術の説明で述べたように、海外ネットワークの端末との通信が終了したときや、開始されたとき、回線切替などの理由によって急激にＲＴＴが短縮した場合や増加した場合は、利用可能な帯域が急激に変化すると判断する。

変更方法決定部１２３は、通信履歴記憶部１１５に記録されている受信端末Ｙ１との通信履歴に含まれる、伝送レートの最大値（以下「過去伝送レート」という）Ｘｐと、現在の伝送レートとに基づいて、変更方針ＣＰを決定する。なお、過去伝送レートは、伝送レートの最大値に限らず平均値であっても良い。また、過去伝送レートは、通信履歴記憶部１１５に記録されている受信端末Ｙ１との通信履歴に含まれる損失イベント率の最大値、又は平均値であっても良い。また、過去伝送レートは、ＲＴＴ算出部１１３で算出された往復遅延時間（ＲＴＴ）等を、式（１）に代入して得られたものであっても良い。

変更方針ＣＰは、現在の伝送レートから過去伝送レートＸｐにどのように変化させるかを示す。線形的なビットレートの変化は、変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰと表される。線形的なビットレートの変化とは、例えば、ＲＴＴ毎に伝送レートを段階的に上げる又は下げる変化である。また、定常的なビットレートの変化は、変更方針ＣＰ＿ＣＢＲと表される。また、伝送レートを上げる場合と下げる場合とでビットレートの変化の形態が異なる場合は、変更方針ＣＰ＿ＡＩＭＤと表される。形態が異なるビットレートの変化とは、例えば、伝送レートを上げる場合には変更方針ＣＰ＿ＣＢＲを適用し、伝送レートを下げる場合には変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰを適用した変化である。

変更方法決定部１２３は、現在の伝送レートと過去伝送レートＸｐの差分に応じて、これら３つの変更方針ＣＰの内からいずれか１つを決定する。例えば、変更方法決定部１２３は、当該差分が所定値より大きいとき変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰを選択し、当該差分が所定値以下のとき変更方針ＣＰ＿ＣＢＲを選択する。なお、変更方法決定部１２３は、予め設定された変更方針に決定しても良い。

また、変更方法決定部１２３は、過去伝送レートＸｐから現在の伝送レートを引いた値の符号に応じて、現在の伝送レートから過去伝送レートＸｐに変更するまでの所要時間Ｔｒを決定する。変更方法決定部１２３は、当該値の符号が正のとき、すなわち伝送レートを上げる場合には、ＲＴＴ算出部１１３によって算出された往復遅延時間Ｒのｎ倍（ｎは正の整数であり定数）を所要時間Ｔｒに設定する。一方、当該値の符号が負のとき、すなわち伝送レートを下げる場合、変更方法決定部１２３は、往復遅延時間Ｒのｌｏｇ（ｎ）倍を所要時間Ｔｒに設定する。

一時伝送レート通知部１２５は、通信履歴記憶部１１５から読み出した過去伝送レートＸｐ、変更方法決定部１２３が決定した変更方針ＣＰ、及び所要時間Ｔｒを受信端末Ｙ１に送信する。さらに、一時伝送レート通知部１２５は、ＲＴＴ算出部１１３によって算出された往復遅延時間Ｒに関する情報を受信端末Ｙ１に送信する。

ＡＲＱ部１２７は、受信端末Ｙ１から送られたＲＴＰパケットの再送要求（ＮＡＫ）を受け付ける。ＡＲＱ部１２７は、受け付けたＮＡＫが示すパケットがバッファ１０７に蓄積されていれば、そのパケットを受信端末Ｙ１に再送するようパケット送信部１０９に指示する。

図３は、第１の実施形態の受信端末Ｙ１の内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、第１の実施形態の受信端末Ｙ１は、パケット受信部２０１と、バッファ２０３と、パケット処理部２０５と、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）２０７と、デコーダ２０９と、状況監視部２１１と、通信履歴記憶部２１３と、目標損失イベント率算出部２１５と、一時損失イベント間隔算出部２１７と、呼監視部２１９と、損失イベント率算出部２２１と、受信者レポート生成部２２３と、制御パケット送信部２２５と、ＡＲＱ部２２７と、クロック２２９とを備える。

パケット受信部２０１は、ネットワークＮを介して送信端末Ｘから送信されたパケットを受信する。バッファ２０３は、パケット受信部２０１が受信したパケットを一時蓄積する。パケット処理部２０５は、バッファ２０３からパケットを読み出して、符号化されたコンテンツデータ及び冗長符号を抽出する。冗長符号処理部２０７は、読み出した冗長符号を用いて、符号化されたコンテンツデータの誤り検出又は誤り訂正を定期的に行う。デコーダ２０９は、誤り検出又は誤り訂正後の符号化されたコンテンツデータを復号する。

状況監視部２１１は、非特許文献１に示されるＲＦＣ３４４８で規定された損失イベントの発生を検知する機能を用いて、バッファ２０３に蓄積されたパケットに基づいて、送信端末Ｘ１から送出されたパケットの到着状況を監視する。状況監視部２１１は、損失イベントが発生した時刻とそのときのシーケンシャル番号から得られる損失イベント間隔ｃ（ｋ）を、通信履歴記憶部２１３に記録する。なお、損失イベントが発生した時刻は、受信端末Ｙ１が備えるクロック２２９から得られる。背景技術で説明した図８は、受信端末Ｙ１における損失イベントの履歴の一例を示すグラフでもある。

通信履歴記憶部２１３は、状況監視部２１１から出力された損失イベント間隔ｃ（ｋ）を通信履歴として通信端末毎に記憶する。また、通信履歴記憶部２１３は、一時損失イベント間隔算出部２１７、及び損失イベント率算出部２２１で用いられる８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）の情報を記憶する。なお、当該重みは、図８中に示した重み２７_１〜２７_８と同様である。

目標損失イベント率算出部２１５は、送信端末Ｘ１から送られた過去伝送レートＸｐ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒ等より、下記式（２）を用いて目標損失イベント率ＴＰを算出する。なお、線形的なビットレートの変化を示す変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰの場合、下記式（２）中に代入されるパラメータＸｐには、現在の伝送レートと過去伝送レートＸｐの間の伝送レートが用いられる。

ＴＰ＝α｛ｓ／（Ｘｐ・Ｒ）｝^２ …（２）

上記式（２）中のαは、調整パラメータである。ｓは、パケットサイズ［ｂｙｔｅ］である。Ｒは、送信端末Ｘ１から送られたＲＴＴ［秒］である。Ｘｐは、送信端末Ｘ１から送られた過去伝送レート［ｂｐｓ］である。

一時損失イベント間隔算出部２１７は、算出された目標損失イベント率ＴＰ、及び８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）を用いて、８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）を式（３）で算出する。なお、一時損失イベント間隔算出部２１７は、通信履歴記憶部２１３から８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）を読み出す。

ｔｃ（ｋ）＝[Ｗ（ｋ）／（ＡＷ・ＴＰ）] …（３）

上記式（３）中のｔｃ（ｋ）は、第ｋ世代の一時損失イベント間隔である。また、Ｗ（ｋ）は、第ｋ世代に割り当てられた重みである。ＡＷは、第１世代から第８世代に割り当てられた重みＷ（１）〜Ｗ（８）の合計である。なお、式（３）中の記号[ ]はガウス記号である。[ｘ]は、実数ｘ以下の最大の整数を表す。

呼監視部２１９は、受信端末Ｙ１がネットワークＮを介して通信を行う通信端末との接続状況を監視する。呼監視部２１９は、送信端末Ｘ１との通信で利用可能な帯域が急激に変化する可能性がある否かを判断し、当該帯域が急激に変化すると判断した場合には、次に説明する損失イベント率算出部２２１によって利用される損失イベント間隔を切り替える。

損失イベント率算出部２２１は、８世代分の損失イベント間隔に対する加重平均をとった重み付きの損失イベント間隔の逆数を損失イベント率Ｐとして算出する。損失イベント率算出部２２１がパラメータの１つとして用いる８世代分の損失イベント間隔は、通信履歴記憶部２１３に記録されている８世代分の損失イベント間隔ｃ（１）〜ｃ（８）である。また、８世代分の損失イベント間隔は、一時損失イベント間隔算出部２１７が算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）である。また、８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）は、通信履歴記憶部２１３から読み出される。

損失イベント率算出部２２１は、通常は、通信履歴記憶部２１３に記録されている８世代分の損失イベント間隔ｃ（１）〜ｃ（８）を用いて損失イベント率Ｐを算出する。しかし、送信端末Ｘ１との通信で利用可能な帯域が急激に変化したと呼監視部２１９によって判断された場合には、一時損失イベント間隔算出部２１７が算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）が用いられる。したがって、通常時の損失イベント率算出式は下記式（４）であり、帯域が急激に変化したときの損失イベント率算出式は下記式（５）である。

受信者レポート生成部２２３は、損失イベント率算出部２２１によって算出された損失イベント率Ｐを含む受信者レポートを生成する。制御パケット送信部２２５は、受信者レポート生成部２２３によって生成された受信者レポートをＲＴＣＰパケットの形態で、損失イベントの発生毎又は定期的（例えば、ＲＴＴ毎）に送信端末Ｘ１に送信する。また、制御パケット送信部２２５は、送信端末Ｘ１から送信された送信時刻Ｔｘを含むパケットに応じて、この送信時刻Ｔｘを示す情報を付与したフィードバックパケットを送信端末Ｘ１に送信する。

ＡＲＱ部２２７は、送信端末Ｘ１から送信されたＲＴＰパケットの損失を、バッファ２０３に蓄積されたパケットのシーケンシャル番号の隔たりから検知する。ＡＲＱ部２２７は、検知した損失パケットの再送要求（ＮＡＫ）を送信端末Ｘ１に送信し、かつ、当該再送要求処理を登録して時間をカウントする。ＡＲＱ部２２７は、この時間のカウントが送信端末Ｘ１と受信端末Ｙ１の往復時間より大きくなった場合、再送要求を再送信し、当該再送要求処理を登録して時間を再びカウントする。ＡＲＱ部２２７は、所定時間送信したＮＡＫに応じて送信端末Ｘ１から前記損失パケットを受信したとき、時間のカウントを停止して、登録した再送要求処理をキャンセルする。

以下、第１の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理について、図４を参照して詳細に説明する。図４は、第１の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判定した際に行われる処理を示すタイミングチャートである。

まず、送信端末Ｘ１の変更方法決定部１２３は、変更方針ＣＰ及び所要時間Ｔｒを決定する（ステップＳ１０１）。次に、一時伝送レート通知部１２５は、過去伝送レートＸｐ、変更方針ＣＰ、所要時間Ｔｒ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒに関する情報を受信端末Ｙ１に送信する（ステップＳ１０３）。これらの情報を受信した受信端末Ｙ１では、目標損失イベント率算出部２１５が、目標損失イベント率ＴＰを算出する（ステップＳ１０５）。次に、一時損失イベント間隔算出部２１７は、８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）を算出する（ステップＳ１０７）。次に、損失イベント率算出部２２１は、ステップＳ１０７で算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）及び８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）より、目標損失イベント率Ｐを算出する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９で算出された目標損失イベント率Ｐは、送信端末Ｘ１に送信される（ステップＳ１１１）。

目標損失イベント率Ｐを受信した送信端末Ｘ１では、伝送レート算出部１１７が、目標損失イベント率Ｐ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒ等を用いて目標伝送レートを算出する（ステップＳ１１３）。次に、制御部１１９が、ステップＳ１１３で算出された目標伝送レートでパケットを送出するよう伝送レートを変更する（ステップＳ１１５）。

以上説明したように、本実施形態の通信システムでは、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断したとき、過去に実現された伝送レートから損失イベント間隔の履歴を生成した上で、ＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御が行われる。背景技術で説明したように、実際の損失イベント間隔に基づくＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御では、伝送レートが滑らかに変化する。このため、従来の伝送レート制御では、伝送レートを低ビットレートから高ビットレート又は高ビットレートから低ビットレートに即座に変更できない。しかし、本実施形態では、上述したように、生成した損失イベント間隔の履歴を用いるため、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

なお、本実施形態の通信システムが用いられるベストエフォート型のネットワークは、有線ネットワークであっても、無線ネットワークであってもかまわない。
また、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化する要因として、低ビットレートでしか通信できない無線端末との通信が終了した場合が考えられる。しかし、このようなユースケースでも本実施形態の通信システムは、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の送信端末Ｘ２の内部構成を示すブロック図である。図５における送信端末Ｘ２は、エンコーダ１０１、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）１０３、パケット処理部１０５、バッファ１０７、パケット送信部１０９、制御パケット受信部３０１、ＲＴＴ算出部１１３、通信履歴記憶部１１５、伝送レート算出部３０３、制御部１１９、呼監視部３０５、変更方法決定部１２３、目標損失イベント率算出部３０７、一時損失イベント間隔算出部３０９、損失イベント率算出部３１１、ＡＲＱ部１２７、及びクロック１２９とを備える。図５において、第１の実施形態の送信端末Ｘ１を示す図２と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

送信端末Ｘ２が備える目標損失イベント率算出部３０７、一時損失イベント間隔算出部３０９及び損失イベント率算出部３１１は、第１の実施形態で説明した図３に示す受信端末Ｙ１が備える各機能と同様である。第１の実施形態では、損失イベント率の算出を受信端末Ｙ１側で行っているが、第２の実施形態では送信端末Ｘ２側で行う。

但し、本実施形態の制御パケット受信部３０１が受信する受信者レポートには、損失イベント率Ｐの代わりに損失イベント間隔ｃ（ｋ）が含まれている。なお、損失イベント間隔ｃ（ｋ）は通信履歴記憶部１１５に記録される。このように、本実施形態では、受信者レポートに損失イベント率Ｐが含まれておらず、損失イベント率Ｐは送信端末Ｘ２が備える損失イベント率算出部３１１が算出する。このため、本実施形態の伝送レート算出部３０３が式（１）のパラメータの１つである損失イベント率Ｐに代入する値は、損失イベント率算出部３１１が算出した値である。

送信端末Ｘ２が備える呼監視部３０５は、送信端末Ｘ２がネットワークＮを介して通信を行う通信端末との接続状況を監視する。呼監視部３０５は、受信端末Ｙ２との通信で利用可能な帯域が急激に変化したか否かを判断する。さらに、呼監視部３０５は、当該帯域が急激に変化した場合には、変更方法決定部１２３が動作するよう制御して、損失イベント率算出部３１１によって利用される損失イベント間隔を切り替える。

図６は、第２の実施形態の受信端末Ｙ２の内部構成を示すブロック図である。図６における受信端末Ｙ２は、パケット受信部２０１、バッファ２０３、パケット処理部２０５、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）２０７、デコーダ２０９、状況監視部４０１、受信者レポート生成部４０３、制御パケット送信部２２５、ＡＲＱ部２２７、及びクロック２２９とを備える。図６において、第１の実施形態の受信端末Ｙ１を示す図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

受信端末Ｙ２が備える状況監視部４０１は、第１の実施形態と同様に、バッファ２０３に蓄積されたパケットに基づいて、送信端末Ｘ２から送出されたパケットの到着状況を監視する。但し、本実施形態の状況監視部４０１は、損失イベントが発生した時刻と、そのときのシーケンシャル番号から得られる損失イベント間隔ｃ（ｋ）を、受信者レポート生成部４０３に送る。受信端末Ｙ２が備える受信者レポート生成部４０３は、状況監視部４０１から得られた損失イベント間隔ｃ（ｋ）を含む受信者レポートを生成する。

以下、第２の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理について、図７を参照して詳細に説明する。図７は、第２の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断した際に行われる処理を示すタイミングチャートである。

まず、送信端末Ｘ２の変更方法決定部１２３は、変更方針ＣＰ及び所要時間Ｔｒを決定する（ステップＳ２０１）。次に、目標損失イベント率算出部３０７が、目標損失イベント率ＴＰを算出する（ステップＳ２０３）。次に、一時損失イベント間隔算出部３０９は、８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）を算出する（ステップＳ２０５）。次に、損失イベント率算出部３１１は、ステップＳ２０５で算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）及び８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）より、目標損失イベント率Ｐを算出する（ステップＳ２０７）。次に、伝送レート算出部３０３は、目標損失イベント率Ｐ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒ等を用いて目標伝送レートを算出する（ステップＳ２０９）。次に、制御部１１９は、ステップＳ１１３で算出された目標伝送レートでパケットを送出するよう伝送レートを変更する（ステップＳ２１１）。

以上説明したように、本実施形態の通信システムでは、第１の実施形態と同様に、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断したとき、過去に実現された伝送レートから損失イベント間隔の履歴を生成した上で、ＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御が行われる。したがって、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

（第３の実施形態）
上記実施形態の送信端末Ｘ１，Ｘ２は冗長符号処理部１０３及びＡＲＱ部１２７を備え、受信端末Ｙ１，Ｙ２は冗長符号処理部２０７及びＡＲＱ部２２７を備える。上述したように、送信端末Ｘ１，Ｘ２が備える冗長符号処理部１０３は、符号化されたコンテンツデータから冗長符号を生成し、符号化されたコンテンツデータに付与して出力する。また、受信端末Ｙ１，Ｙ２の冗長符号処理部２０７は、読み出した冗長符号を用いて、符号化されたコンテンツデータの誤り検出又は誤り訂正を定期的に行う。

一方、送信端末Ｘ１，Ｘ２が備えるＡＲＱ部１２７は、受信端末Ｙ１，Ｙ２から送られたＲＴＰパケットの再送要求（ＮＡＫ）を受け付ける。ＡＲＱ部１２７は、当該受け付けたＮＡＫが示すパケットがバッファ１０７に蓄積されていれば、そのパケットを受信端末Ｙ１，Ｙ２に再送するようパケット送信部１０９に指示する。また、受信端末Ｙ１，Ｙ２が備えるＡＲＱ部２２７は、送信端末Ｘ１，Ｘ２から送信されたＲＴＰパケットの損失を、バッファ２０３に蓄積されたパケットのシーケンシャル番号の隔たりから検知する。ＡＲＱ部２２７は、検知した損失パケットの再送要求（ＮＡＫ）を送信端末Ｘ１，Ｘ２に送信し、かつ、当該再送要求処理を登録して時間をカウントする。ＡＲＱ部２２７は、この時間のカウントが送信端末Ｘ１と受信端末Ｙ１の往復時間より大きくなった場合、あるいは送信端末Ｘ２と受信端末Ｙ２の往復時間より大きくなった場合、再送要求を再送信する。さらに、ＡＲＱ部２２７は、当該再送要求処理を登録して時間を再びカウントする。ＡＲＱ部２２７は、所定時間送信したＮＡＫに応じて送信端末Ｘ１，Ｘ２から送信された前記損失パケットを受信したときとき、時間のカウントを停止して、登録した再送要求処理をキャンセルする。

第３の実施形態では、送信端末Ｘ１，Ｘ２の冗長符号処理部１０３が行う冗長符号の生成に際して、制御部１１９からの指示に応じて、冗長符号処理部１０３は、コンテンツデータ量に対する冗長符号の長さを変える。以下、第３の実施形態では、コンテンツデータ量に対する冗長符号の長さを「冗長符号の強度」として説明する。例えば、冗長符号の強度が２５％の場合、冗長符号処理部１０３は、コンテンツデータ量の１／４の長さの冗長符号を生成する。また、冗長符号の強度を上げるとは、冗長符号の強度を例えば２５％から５０％に変化させることである。

本実施形態では、送信端末Ｘ１，Ｘ２の呼監視部１２１，３０５が受信端末Ｙ１，Ｙ２との通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断する。呼監視部１２１，３０５が急激に変化すると判断したとき、制御部１１９は、通常時とは異なる冗長符号の強度で冗長符号を生成するよう冗長符号処理部１０３に指示する。このときの冗長符号の強度は、変更方針ＣＰや伝送レートの制御に応じて上げても下げても良い。なお、制御部１１９は、変更方法決定部１２３によって決定された所要時間Ｔｒを経過した後には、冗長符号の強度を元に戻すよう冗長符号処理部１０３に指示する。

伝送レートを急激に上げるとパケット損失の発生確率が大きくなるが、所要時間Ｔｒの間は、冗長符号の強度を上げることによって、パケット損失の発生に対するサポートを厚くできる。逆に、伝送レートを急激に下げるとパケット損失の発生確率が小さくなるため、冗長符号の強度を下げる。冗長符号の強度を下げると冗長符号の生成処理量が減るため、冗長符号処理部１０３による冗長符号生成の高速処理が可能である。

また、第３の実施形態では、受信端末Ｙ１の目標損失イベント率算出部２１５が変更方針ＣＰを受信するようにした。受信したとき、目標損失イベント率算出部２１５は、受信端末Ｙ１のバッファ２０３にパケットを一時蓄積する時間（受信許容遅延時間）を所要時間Ｔｒの間変える。また、目標損失イベント率算出部２１５は、伝送レートを急激に上げる変更方針ＣＰを受信した場合はパケット損失の発生確率が大きくなるので、受信端末Ｙ１が送信端末Ｘ１に再送要求を行う機会が増すように、受信許容遅延時間を延長する。これによって、再送が複数回行われ、パケット損失の発生に対するサポートを厚くできる。逆に、伝送レートを急激に下げるとパケット損失の発生確率が小さくなり、受信端末Ｙ１が送信端末Ｘ１に再送要求を複数回行う必要が減るため、受信許容遅延時間を短縮する。なお、ＡＲＱ部２２７は、往復遅延時間（ＲＴＴ）の倍数を単位として受信許容遅延時間を延長又は短縮する。なお、受信許容遅延時間の延長幅又は短縮幅は、常に往復遅延時間（ＲＴＴ）の固定倍数としても、現在の伝送レートと過去伝送レートＸｐの差分等に応じて変更しても良い。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、2008年9月19日出願の日本特許出願（特願2008−240986）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明に係る伝送レート制御装置は、ネットワークを介した通信中に利用可能と推定される帯域が急激に変化したとき、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更する通信端末等として有用である。

Ｘ１，Ｘ２ 送信端末
Ｙ１，Ｙ２ 受信端末
Ｎ ベストエフォート型のネットワーク
１０１ エンコーダ
１０３ 冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）
１０５ パケット処理部
１０７ バッファ
１０９ パケット送信部
１１１，３０１ 制御パケット受信部
１１３ ＲＴＴ算出部
１１５ 通信履歴記憶部
１１７，３０３ 伝送レート算出部
１１９ 制御部
１２１，３０５ 呼監視部
１２３ 変更方法決定部
１２５ 一時伝送レート通知部
１２７ ＡＲＱ部
１２９ クロック
２０１ パケット受信部
２０３ バッファ
２０５ パケット処理部
２０７ 冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）
２０９ デコーダ
２１１，４０１ 状況監視部
２１３ 通信履歴記憶部
２１５，３０７ 目標損失イベント率算出部
２１７，３０９ 一時損失イベント間隔算出部
２１９ 呼監視部
２２１，３１１ 損失イベント率算出部
２２３，４０３ 受信者レポート生成部
２２５ 制御パケット送信部
２２７ ＡＲＱ部
２２９ クロック

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて、伝送レートを制御する伝送レート制御装置及び伝送レート制御方法に関する。

近年、インターネットに代表されるベストエフォート型のネットワークを介して、映像や音声等のストリーミングデータを送信端末から受信端末に実時間的に伝送する技術が普及しつつある。ベストエフォート型のネットワークを介したデータ伝送では、送信端末で設定された伝送レートがネットワーク帯域より大きいと、ネットワーク上で輻輳が発生する。このため、送信端末は、宛先端末との間のネットワークの混雑状況や回線状況等によって変化する利用可能な帯域に応じて、ストリーミングデータの伝送レートを変更する。

ベストエフォート型のネットワークを介したリアルタイム系のデータ伝送に特化した輻輳制御技術として、非特許文献１に開示されたＴＦＲＣ（TCP Friendly Rate Control）が知られている。ＴＦＲＣを利用する端末は、端末間のデータの往復遅延時間を示すＲＴＴ（Round Trip Time）及びパケットの損失状況等より、下記の式（１）用いて伝送レートＸを算出する。

上記式（１）中のＸ［ｂｐｓ］は、ネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じた伝送レートである。ｓはパケットサイズ［ｂｙｔｅ］、ＲはＲＴＴ［秒］、ｂは定数である。Ｔ＿ＲＴＯは、ＴＣＰプロトコルによるタイムアウトを示す値であり、４Ｒが用いられる。Ｐは、パケット損失状況を表す損失イベント率である。損失イベント率Ｐとは、ＴＦＲＣが滑らかな伝送レートの制御を行うために規定された損失率であり、１往復時間以内に発生するパケット損失を１損失イベントとカウントし、この損失イベントの履歴を用いて算出される。

図８は、非特許文献２に開示された、損失イベントの履歴を用いて損失イベント率を計算する方法を示すグラフである。図８に示す縦軸２１は、パケット中のシーケンシャル番号を示し、横軸２２は時間の経過を示す。到着パケット（□，Packet Arrival）のプロット２３は、受信端末にパケットが到着した時刻とそのときのシーケンシャル番号を示す。損失パケット（×，Packet Lost）のプロット２４は、損失イベントが発生した時刻とそのときのシーケンシャル番号を示す。

直近の損失からの到着パケット数２５は、直近のイベント損失発生以降、受信端末に到着したパケット数を表す。損失イベント間隔２６_１〜２６_８は、損失イベントと損失イベントの間に受信端末に到着したパケット数を表す。重み２７_１〜２７_８は、対応する損失イベント間隔２６に乗算する重みを示す。重み付きイベント損失２８_１〜２８_８は、損失イベント間隔２６と重み２７を乗算して得られる。

ＴＦＲＣでは、図８に示すように、過去８世代分の損失イベント間隔２６に対する加重平均をとった重み付きの損失イベント間隔の逆数が、損失イベント率（Ｐ）として算出される。なお、損失イベント間隔は、（損失イベント間隔２６_１×重み２７_１＋…＋損失イベント間隔２６_８×重み２７_８）／（重み２７_１＋…＋重み２７_８）で求める。このように、ＴＦＲＣは、損失イベントの履歴を用いて算出される重み付きの損失イベント率をパラメータの１つとして用いることで、伝送レートが滑らかに変化するよう制御している。しかし、逆の見方をすれば、ＴＦＲＣは、宛先端末との間の通信で利用可能な帯域の急激な変化に対して、即座に伝送レートを適当な値に変更できない。

上記説明した技術は、例えばテレビ会議システムに用いられる。図９は、ベストエフォート型のネットワークを利用したテレビ会議システムの構成の一例を示す図である。図９に示すテレビ会議システムには、映像や音声のストリーミングデータを送受信する端末１１，１２，１３が設けられている。各端末は、上記説明したＴＦＲＣを用いて伝送レートを設定する。

端末１１と端末１２とは、国内ネットワークＮＤを介して通信可能に接続されている。また、端末１３と端末１１及び端末１２とは、国内ネットワークＮＤ、海外線Ｌ及び海外ネットワークＮＡを介して通信可能に接続されている。なお、以下に示す例では、国内ネットワークＮＤ及び海外ネットワークＮＡとも例えば１０Ｍｂｐｓといった広帯域の伝送を実現できる。但し、海外線Ｌを介した伝送は、海外線Ｌがボトルネックとなり、２Ｍｂｐｓ程度の帯域が限界である。

このテレビ会議システムでは、端末間の通信で利用されている帯域の内、最も狭い帯域に合わせて伝送レートが設定される。例えば、端末１１，１２，１３が３者間通信を行う際、各端末は、国内ネットワークＮＤ、海外線Ｌ及び海外ネットワークＮＡを介した通信の実績に合わせて伝送レートを設定する。本例では、国内ネットワークＮＤ及び海外ネットワークＮＡはそれぞれ１０Ｍｂｐｓ程度の伝送を実現できる一方、海外線Ｌは２Ｍｂｐｓ程度の伝送しか実現できない。したがって、各端末は、伝送レートを２Ｍｂｐｓに設定する。

端末１１，１２，１３による３者間通信が行われている状況で、端末１３が通信を中断し、国内ネットワークＮＤのみを利用する端末１１，１２の２者間通信に切り替わったと想定する。このとき、端末１１，１２は、国内ネットワークＮＤのみを介した通信の実績に合わせて伝送レートを設定する。本例では、国内ネットワークＮＤは１０Ｍｂｐｓ程度の伝送を実現できる。このため、端末１１，１２は、伝送レートを２Ｍｂｐｓから１０Ｍｂｐｓに変更する。

日本国特開２００４−７２７２０号公報

Ｍ．Ｈａｎｄｌｅｙ他著，「ＴＣＰ Ｆｒｉｅｎｄｌｙ Ｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＴＦＲＣ）：Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ」，ＲＦＣ ３４４８,２００３年１月，ｐ．１−２４ Ｓ．Ｆｌｏｙｄ他著，「Ｅｑｕａｔｉｏｎ−Ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ Ｕｎｉｃａｓｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，２０００年８月，ｐ．１−１４

上述したように、ＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御では、伝送レートは滑らかに変更される。したがって、図９に示したテレビ会議システムにおいて、端末１３が通信を中断した結果、端末１１，１２間の通信で利用可能な帯域が急激に上がっても、端末１１，１２における伝送レートは即座に高ビットレートに移行しない。高ビットレートに移行するまでの間は、前記利用可能な帯域と伝送レートとの整合性がとれておらず、当該ネットワーク帯域を充分に活用できていない状態である。このため、伝送レートが高ビットレートに移行するまでの時間は短い方が望ましい。

なお、利用可能な帯域が急激に上がったとき、伝送レートの制御にＴＦＲＣを用いず、伝送レートを急激に高ビットレートに移行すると、パケットが輻輳して想定以上のパケット損失が発生する。その結果、受信端末における映像や音声に乱れが生じる。

本発明の目的は、ネットワークを介した通信中に利用可能と推定される帯域が急激に変化するとき、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更可能な伝送レート制御装置及び伝送レート制御方法を提供することである。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した２つの通信端末間の通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御システムで用いられる伝送レート制御装置であって、前記ネットワークを介して行った通信履歴を通信端末毎に記憶する通信履歴記憶部と、前記ネットワークを介した所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出する往復遅延時間算出部と、前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レート、及び前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間に基づいて前記所定の通信端末が算出した目標損失イベント率と、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間と、に基づいて目標伝送レートを算出する目標伝送レート算出部と、前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レート算出部が算出した目標伝送レートに変更するよう伝送レートを制御する伝送レート制御部と、を備えた伝送レート制御装置を提供する。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御装置であって、前記ネットワークを介して行った通信履歴を通信端末毎に記憶する通信履歴記憶部と、前記ネットワークを介した通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出する往復遅延時間算出部と、前記通信履歴に記録されている所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて、前記所定の通信端末との通信で設定する目標伝送レートを算出する目標伝送レート算出部と、現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更する伝送レート制御部と、を備えた伝送レート制御装置を提供する。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した２つの通信端末間の通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御システムで行われる伝送レート制御方法であって、前記ネットワークを介して第２の通信端末と通信を行う第１の通信端末が、前記ネットワークを介した前記第２の通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出し、前記第２の通信端末が、前記第１の通信端末が行った当該第２の通信端末との通信で実現された過去伝送レート、及び前記第１の通信端末で算出された往復遅延時間に基づいて目標損失イベント率を算出し、前記第１の通信端末が、前記第２の通信端末で算出された目標損失イベント率と、前記往復遅延時間とに基づいて目標伝送レートを算出し、前記第１の通信端末が、前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更するよう伝送レートを制御する伝送レート制御方法を提供する。

本発明は、ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御方法であって、前記ネットワークを介した通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出し、所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて、前記所定の通信端末との通信で設定する目標伝送レートを算出し、現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更する伝送レート制御方法を提供する。

本発明に係る伝送レート制御装置及び伝送レート制御方法によれば、ネットワークを介した通信中に利用可能と推定される帯域が急激に変化したとき、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

送信端末Ｘ１，Ｘ２及び受信端末Ｙ１，Ｙ２がネットワークＮに接続された通信システムを示す図 第１の実施形態の送信端末Ｘ１の内部構成を示すブロック図 第１の実施形態の受信端末Ｙ１の内部構成を示すブロック図 第１の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理を示すタイミングチャート 第２の実施形態の送信端末Ｘ２の内部構成を示すブロック図 第２の実施形態の受信端末Ｙ２の内部構成を示すブロック図 第２の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理を示すタイミングチャート 非特許文献２に開示された、過去の損失イベントの履歴を用いて損失イベント率を計算する方法を示すグラフ ベストエフォート型のネットワークを利用したテレビ会議システムの構成の一例を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、図１に示すように、ストリーミングデータを送信する送信端末Ｘ１，Ｘ２及びストリーミングデータを受信する受信端末Ｙ１，Ｙ２が、ベストエフォート型のネットワークＮに接続された通信システムについて説明する。なお、送信端末Ｘ１，Ｘ２及び受信端末Ｙ１，Ｙ２は、ＴＦＲＣ（TCP Friendly Rate Control）の技術を利用する通信端末である。

（第１の実施形態）
図２は、第１の実施形態の送信端末Ｘ１の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、第１の実施形態の送信端末Ｘ１は、エンコーダ１０１と、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）１０３と、パケット処理部１０５と、バッファ１０７と、パケット送信部１０９と、制御パケット受信部１１１と、ＲＴＴ算出部１１３と、通信履歴記憶部１１５と、伝送レート算出部１１７と、制御部１１９と、呼監視部１２１と、変更方法決定部１２３と、一時伝送レート通知部１２５と、ＡＲＱ部１２７と、クロック１２９とを備える。

エンコーダ１０１は、所定の符号化レートに応じて映像や音声等のコンテンツデータの符号化を行う。冗長符号処理部１０３は、エンコーダ１０１で符号化されたコンテンツデータから、受信端末Ｙ１がＦＥＣ（Forward Error Correction）等の誤り検出、又は誤り訂正を行なうための冗長符号を生成する。さらに、冗長符号処理部１０３は、この生成した冗長符号を、エンコーダ１０１で符号化されたコンテンツデータに付与して出力する。

上記説明した冗長符号は、ＸＯＲ演算による符号やリードソロモン符号等である。また、冗長符号処理部１０３による冗長符号の生成は、後述するパケット処理部１０５によって得られたパケットに対して行っても良い。さらに、生成された冗長符号は、符号化されたコンテンツデータと共にひとつのパケットに合成されても、符号化されたコンテンツデータのパケットとは別のパケットに設けられても良い。

パケット処理部１０５は、エンコーダ１０１で符号化されたコンテンツデータに冗長符号が付加されたデータをパケット化し、作成したパケットをバッファ１０７に格納する。バッファ１０７は、ネットワークＮに送出される前のパケットを一時蓄積する。なお、バッファ１０７にパケットを蓄積する際には、符号化されたコンテンツや冗長符号が生成された順に蓄積しても、インターリーブして蓄積しても良い。

パケット送信部１０９は、バッファ１０７に蓄積されたパケットを、制御部１１９から指示された伝送レートでネットワークＮに送出する。なお、パケット送信部１０９が送信する一部のパケットには、ネットワークＮを介した送受信端末間の通信で生じた往復遅延時間（以下「ＲＴＴ」という。）を送信端末Ｘ１が計測するために用いられる、パケットの送信時刻Ｔｘを示す情報が付与される。送信時刻Ｔｘを示す情報が付与されるパケットは、コンテンツデータを含むＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）パケットである。また、送信時刻Ｔｘを示す情報が付与されるパケットは、ＲＴＰパケットの伝送を制御するためのＲＴＣＰ（Real-time Transport Control Protocol）パケット、またはその他の制御用パケット等である。なお、送信時刻Ｔｘは、送信端末Ｘが備えるクロック１２９から得られる。

制御パケット受信部１１１は、受信端末Ｙ１から送信された受信者レポート及びフィードバックパケットを受信する。受信者レポートは、受信端末Ｙ１で算出された損失イベント率Ｐに関する情報を含むＲＴＣＰパケットである。また、フィードバックパケットには、送信端末Ｘから送信された送信時刻Ｔｘが付与されている。なお、受信者レポートには、送信端末Ｘから送信された送信時刻Ｔｘを含めても良い。

ＲＴＴ算出部１１３は、制御パケット受信部１１１が受信したフィードバックパケットの受信時刻Ｒｘと、このフィードバックパケットに付与されている送信時刻Ｔｘとの差分（＝Ｒｘ−Ｔｘ）を、ＲＴＴとして算出する。

通信履歴記憶部１１５は、過去に行った各通信端末との通信の伝送レート、損失率、損失イベント率及び往復遅延時間（ＲＴＴ）の各々の最大値、最小値及び平均値を含む通信履歴を通信端末毎に記憶する。なお、通信履歴記憶部１１５には、損失率、損失イベント率及びＲＴＴのそれぞれに関する分散率が記録されていても良い。また、通信履歴記憶部１１５に記録される統計値は、各通信端末の通信時間全体の統計値である必要はなく、通信切断前の所定時間の間の統計値であっても、通信時間帯毎の統計値であっても良い。

伝送レート算出部１１７は、ＲＴＴ算出部１１３が算出したＲＴＴ、及び制御パケット受信部１１１が受信した受信者レポートに含まれる損失イベント率Ｐ等より、背景技術で説明した式（１）を用いて伝送レートを算出する。制御部１１９は、伝送レート算出部１１７が算出した伝送レートでパケットを送出するようパケット送信部１０９に指示する。

呼監視部１２１は、送信端末Ｘ１がネットワークＮを介して通信を行う通信端末との接続状況を監視する。呼監視部１２１は、受信端末Ｙ１との通信で利用可能な帯域が急激に変化する可能性があるか否かを判断し、当該帯域が急激に変化すると判断した場合には、次に説明する変更方法決定部１２３が動作するよう制御する。具体的には、呼接続先の端末の追加、削除、やＲＴＴの急激な変化を契機として、利用可能な帯域が急激に変化すると判断する。例えば、背景技術の説明で述べたように、海外ネットワークの端末との通信が終了したときや、開始されたとき、回線切替などの理由によって急激にＲＴＴが短縮した場合や増加した場合は、利用可能な帯域が急激に変化すると判断する。

変更方法決定部１２３は、通信履歴記憶部１１５に記録されている受信端末Ｙ１との通信履歴に含まれる、伝送レートの最大値（以下「過去伝送レート」という）Ｘｐと、現在の伝送レートとに基づいて、変更方針ＣＰを決定する。なお、過去伝送レートは、伝送レートの最大値に限らず平均値であっても良い。また、過去伝送レートは、通信履歴記憶部１１５に記録されている受信端末Ｙ１との通信履歴に含まれる損失イベント率の最大値、又は平均値であっても良い。また、過去伝送レートは、ＲＴＴ算出部１１３で算出された往復遅延時間（ＲＴＴ）等を、式（１）に代入して得られたものであっても良い。

変更方針ＣＰは、現在の伝送レートから過去伝送レートＸｐにどのように変化させるかを示す。線形的なビットレートの変化は、変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰと表される。線形的なビットレートの変化とは、例えば、ＲＴＴ毎に伝送レートを段階的に上げる又は下げる変化である。また、定常的なビットレートの変化は、変更方針ＣＰ＿ＣＢＲと表される。また、伝送レートを上げる場合と下げる場合とでビットレートの変化の形態が異なる場合は、変更方針ＣＰ＿ＡＩＭＤと表される。形態が異なるビットレートの変化とは、例えば、伝送レートを上げる場合には変更方針ＣＰ＿ＣＢＲを適用し、伝送レートを下げる場合には変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰを適用した変化である。

変更方法決定部１２３は、現在の伝送レートと過去伝送レートＸｐの差分に応じて、これら３つの変更方針ＣＰの内からいずれか１つを決定する。例えば、変更方法決定部１２３は、当該差分が所定値より大きいとき変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰを選択し、当該差分が所定値以下のとき変更方針ＣＰ＿ＣＢＲを選択する。なお、変更方法決定部１２３は、予め設定された変更方針に決定しても良い。

また、変更方法決定部１２３は、過去伝送レートＸｐから現在の伝送レートを引いた値の符号に応じて、現在の伝送レートから過去伝送レートＸｐに変更するまでの所要時間Ｔｒを決定する。変更方法決定部１２３は、当該値の符号が正のとき、すなわち伝送レートを上げる場合には、ＲＴＴ算出部１１３によって算出された往復遅延時間Ｒのｎ倍（ｎは正の整数であり定数）を所要時間Ｔｒに設定する。一方、当該値の符号が負のとき、すなわち伝送レートを下げる場合、変更方法決定部１２３は、往復遅延時間Ｒのｌｏｇ（ｎ）倍を所要時間Ｔｒに設定する。

一時伝送レート通知部１２５は、通信履歴記憶部１１５から読み出した過去伝送レートＸｐ、変更方法決定部１２３が決定した変更方針ＣＰ、及び所要時間Ｔｒを受信端末Ｙ１に送信する。さらに、一時伝送レート通知部１２５は、ＲＴＴ算出部１１３によって算出された往復遅延時間Ｒに関する情報を受信端末Ｙ１に送信する。

ＡＲＱ部１２７は、受信端末Ｙ１から送られたＲＴＰパケットの再送要求（ＮＡＫ）を受け付ける。ＡＲＱ部１２７は、受け付けたＮＡＫが示すパケットがバッファ１０７に蓄積されていれば、そのパケットを受信端末Ｙ１に再送するようパケット送信部１０９に指示する。

図３は、第１の実施形態の受信端末Ｙ１の内部構成を示すブロック図である。図３に示すように、第１の実施形態の受信端末Ｙ１は、パケット受信部２０１と、バッファ２０３と、パケット処理部２０５と、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）２０７と、デコーダ２０９と、状況監視部２１１と、通信履歴記憶部２１３と、目標損失イベント率算出部２１５と、一時損失イベント間隔算出部２１７と、呼監視部２１９と、損失イベント率算出部２２１と、受信者レポート生成部２２３と、制御パケット送信部２２５と、ＡＲＱ部２２７と、クロック２２９とを備える。

パケット受信部２０１は、ネットワークＮを介して送信端末Ｘから送信されたパケットを受信する。バッファ２０３は、パケット受信部２０１が受信したパケットを一時蓄積する。パケット処理部２０５は、バッファ２０３からパケットを読み出して、符号化されたコンテンツデータ及び冗長符号を抽出する。冗長符号処理部２０７は、読み出した冗長符号を用いて、符号化されたコンテンツデータの誤り検出又は誤り訂正を定期的に行う。デコーダ２０９は、誤り検出又は誤り訂正後の符号化されたコンテンツデータを復号する。

状況監視部２１１は、非特許文献１に示されるＲＦＣ３４４８で規定された損失イベントの発生を検知する機能を用いて、バッファ２０３に蓄積されたパケットに基づいて、送信端末Ｘ１から送出されたパケットの到着状況を監視する。状況監視部２１１は、損失イベントが発生した時刻とそのときのシーケンシャル番号から得られる損失イベント間隔ｃ（ｋ）を、通信履歴記憶部２１３に記録する。なお、損失イベントが発生した時刻は、受信端末Ｙ１が備えるクロック２２９から得られる。背景技術で説明した図８は、受信端末Ｙ１における損失イベントの履歴の一例を示すグラフでもある。

通信履歴記憶部２１３は、状況監視部２１１から出力された損失イベント間隔ｃ（ｋ）を通信履歴として通信端末毎に記憶する。また、通信履歴記憶部２１３は、一時損失イベント間隔算出部２１７、及び損失イベント率算出部２２１で用いられる８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）の情報を記憶する。なお、当該重みは、図８中に示した重み２７_１〜２７_８と同様である。

目標損失イベント率算出部２１５は、送信端末Ｘ１から送られた過去伝送レートＸｐ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒ等より、下記式（２）を用いて目標損失イベント率ＴＰを算出する。なお、線形的なビットレートの変化を示す変更方針ＣＰ＿ＰＲＯＰの場合、下記式（２）中に代入されるパラメータＸｐには、現在の伝送レートと過去伝送レートＸｐの間の伝送レートが用いられる。

ＴＰ＝α｛ｓ／（Ｘｐ・Ｒ）｝^２ …（２）

上記式（２）中のαは、調整パラメータである。ｓは、パケットサイズ［ｂｙｔｅ］である。Ｒは、送信端末Ｘ１から送られたＲＴＴ［秒］である。Ｘｐは、送信端末Ｘ１から送られた過去伝送レート［ｂｐｓ］である。

一時損失イベント間隔算出部２１７は、算出された目標損失イベント率ＴＰ、及び８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）を用いて、８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）を式（３）で算出する。なお、一時損失イベント間隔算出部２１７は、通信履歴記憶部２１３から８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）を読み出す。

ｔｃ（ｋ）＝[Ｗ（ｋ）／（ＡＷ・ＴＰ）] …（３）

上記式（３）中のｔｃ（ｋ）は、第ｋ世代の一時損失イベント間隔である。また、Ｗ（ｋ）は、第ｋ世代に割り当てられた重みである。ＡＷは、第１世代から第８世代に割り当てられた重みＷ（１）〜Ｗ（８）の合計である。なお、式（３）中の記号[ ]はガウス記号である。[ｘ]は、実数ｘ以下の最大の整数を表す。

呼監視部２１９は、受信端末Ｙ１がネットワークＮを介して通信を行う通信端末との接続状況を監視する。呼監視部２１９は、送信端末Ｘ１との通信で利用可能な帯域が急激に変化する可能性がある否かを判断し、当該帯域が急激に変化すると判断した場合には、次に説明する損失イベント率算出部２２１によって利用される損失イベント間隔を切り替える。

損失イベント率算出部２２１は、８世代分の損失イベント間隔に対する加重平均をとった重み付きの損失イベント間隔の逆数を損失イベント率Ｐとして算出する。損失イベント率算出部２２１がパラメータの１つとして用いる８世代分の損失イベント間隔は、通信履歴記憶部２１３に記録されている８世代分の損失イベント間隔ｃ（１）〜ｃ（８）である。また、８世代分の損失イベント間隔は、一時損失イベント間隔算出部２１７が算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）である。また、８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）は、通信履歴記憶部２１３から読み出される。

損失イベント率算出部２２１は、通常は、通信履歴記憶部２１３に記録されている８世代分の損失イベント間隔ｃ（１）〜ｃ（８）を用いて損失イベント率Ｐを算出する。しかし、送信端末Ｘ１との通信で利用可能な帯域が急激に変化したと呼監視部２１９によって判断された場合には、一時損失イベント間隔算出部２１７が算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）が用いられる。したがって、通常時の損失イベント率算出式は下記式（４）であり、帯域が急激に変化したときの損失イベント率算出式は下記式（５）である。

受信者レポート生成部２２３は、損失イベント率算出部２２１によって算出された損失イベント率Ｐを含む受信者レポートを生成する。制御パケット送信部２２５は、受信者レポート生成部２２３によって生成された受信者レポートをＲＴＣＰパケットの形態で、損失イベントの発生毎又は定期的（例えば、ＲＴＴ毎）に送信端末Ｘ１に送信する。また、制御パケット送信部２２５は、送信端末Ｘ１から送信された送信時刻Ｔｘを含むパケットに応じて、この送信時刻Ｔｘを示す情報を付与したフィードバックパケットを送信端末Ｘ１に送信する。

ＡＲＱ部２２７は、送信端末Ｘ１から送信されたＲＴＰパケットの損失を、バッファ２０３に蓄積されたパケットのシーケンシャル番号の隔たりから検知する。ＡＲＱ部２２７は、検知した損失パケットの再送要求（ＮＡＫ）を送信端末Ｘ１に送信し、かつ、当該再送要求処理を登録して時間をカウントする。ＡＲＱ部２２７は、この時間のカウントが送信端末Ｘ１と受信端末Ｙ１の往復時間より大きくなった場合、再送要求を再送信し、当該再送要求処理を登録して時間を再びカウントする。ＡＲＱ部２２７は、所定時間送信したＮＡＫに応じて送信端末Ｘ１から前記損失パケットを受信したとき、時間のカウントを停止して、登録した再送要求処理をキャンセルする。

以下、第１の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理について、図４を参照して詳細に説明する。図４は、第１の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判定した際に行われる処理を示すタイミングチャートである。

まず、送信端末Ｘ１の変更方法決定部１２３は、変更方針ＣＰ及び所要時間Ｔｒを決定する（ステップＳ１０１）。次に、一時伝送レート通知部１２５は、過去伝送レートＸｐ、変更方針ＣＰ、所要時間Ｔｒ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒに関する情報を受信端末Ｙ１に送信する（ステップＳ１０３）。これらの情報を受信した受信端末Ｙ１では、目標損失イベント率算出部２１５が、目標損失イベント率ＴＰを算出する（ステップＳ１０５）。次に、一時損失イベント間隔算出部２１７は、８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）を算出する（ステップＳ１０７）。次に、損失イベント率算出部２２１は、ステップＳ１０７で算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）及び８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）より、目標損失イベント率Ｐを算出する（ステップＳ１０９）。ステップＳ１０９で算出された目標損失イベント率Ｐは、送信端末Ｘ１に送信される（ステップＳ１１１）。

目標損失イベント率Ｐを受信した送信端末Ｘ１では、伝送レート算出部１１７が、目標損失イベント率Ｐ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒ等を用いて目標伝送レートを算出する（ステップＳ１１３）。次に、制御部１１９が、ステップＳ１１３で算出された目標伝送レートでパケットを送出するよう伝送レートを変更する（ステップＳ１１５）。

以上説明したように、本実施形態の通信システムでは、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断したとき、過去に実現された伝送レートから損失イベント間隔の履歴を生成した上で、ＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御が行われる。背景技術で説明したように、実際の損失イベント間隔に基づくＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御では、伝送レートが滑らかに変化する。このため、従来の伝送レート制御では、伝送レートを低ビットレートから高ビットレート又は高ビットレートから低ビットレートに即座に変更できない。しかし、本実施形態では、上述したように、生成した損失イベント間隔の履歴を用いるため、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

なお、本実施形態の通信システムが用いられるベストエフォート型のネットワークは、有線ネットワークであっても、無線ネットワークであってもかまわない。
また、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化する要因として、低ビットレートでしか通信できない無線端末との通信が終了した場合が考えられる。しかし、このようなユースケースでも本実施形態の通信システムは、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態の送信端末Ｘ２の内部構成を示すブロック図である。図５における送信端末Ｘ２は、エンコーダ１０１、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）１０３、パケット処理部１０５、バッファ１０７、パケット送信部１０９、制御パケット受信部３０１、ＲＴＴ算出部１１３、通信履歴記憶部１１５、伝送レート算出部３０３、制御部１１９、呼監視部３０５、変更方法決定部１２３、目標損失イベント率算出部３０７、一時損失イベント間隔算出部３０９、損失イベント率算出部３１１、ＡＲＱ部１２７、及びクロック１２９とを備える。図５において、第１の実施形態の送信端末Ｘ１を示す図２と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

送信端末Ｘ２が備える目標損失イベント率算出部３０７、一時損失イベント間隔算出部３０９及び損失イベント率算出部３１１は、第１の実施形態で説明した図３に示す受信端末Ｙ１が備える各機能と同様である。第１の実施形態では、損失イベント率の算出を受信端末Ｙ１側で行っているが、第２の実施形態では送信端末Ｘ２側で行う。

但し、本実施形態の制御パケット受信部３０１が受信する受信者レポートには、損失イベント率Ｐの代わりに損失イベント間隔ｃ（ｋ）が含まれている。なお、損失イベント間隔ｃ（ｋ）は通信履歴記憶部１１５に記録される。このように、本実施形態では、受信者レポートに損失イベント率Ｐが含まれておらず、損失イベント率Ｐは送信端末Ｘ２が備える損失イベント率算出部３１１が算出する。このため、本実施形態の伝送レート算出部３０３が式（１）のパラメータの１つである損失イベント率Ｐに代入する値は、損失イベント率算出部３１１が算出した値である。

送信端末Ｘ２が備える呼監視部３０５は、送信端末Ｘ２がネットワークＮを介して通信を行う通信端末との接続状況を監視する。呼監視部３０５は、受信端末Ｙ２との通信で利用可能な帯域が急激に変化したか否かを判断する。さらに、呼監視部３０５は、当該帯域が急激に変化した場合には、変更方法決定部１２３が動作するよう制御して、損失イベント率算出部３１１によって利用される損失イベント間隔を切り替える。

図６は、第２の実施形態の受信端末Ｙ２の内部構成を示すブロック図である。図６における受信端末Ｙ２は、パケット受信部２０１、バッファ２０３、パケット処理部２０５、冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）２０７、デコーダ２０９、状況監視部４０１、受信者レポート生成部４０３、制御パケット送信部２２５、ＡＲＱ部２２７、及びクロック２２９とを備える。図６において、第１の実施形態の受信端末Ｙ１を示す図３と共通する構成要素には同じ参照符号が付されている。

受信端末Ｙ２が備える状況監視部４０１は、第１の実施形態と同様に、バッファ２０３に蓄積されたパケットに基づいて、送信端末Ｘ２から送出されたパケットの到着状況を監視する。但し、本実施形態の状況監視部４０１は、損失イベントが発生した時刻と、そのときのシーケンシャル番号から得られる損失イベント間隔ｃ（ｋ）を、受信者レポート生成部４０３に送る。受信端末Ｙ２が備える受信者レポート生成部４０３は、状況監視部４０１から得られた損失イベント間隔ｃ（ｋ）を含む受信者レポートを生成する。

以下、第２の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化した際に行われる処理について、図７を参照して詳細に説明する。図７は、第２の実施形態の通信システムにおいて、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断した際に行われる処理を示すタイミングチャートである。

まず、送信端末Ｘ２の変更方法決定部１２３は、変更方針ＣＰ及び所要時間Ｔｒを決定する（ステップＳ２０１）。次に、目標損失イベント率算出部３０７が、目標損失イベント率ＴＰを算出する（ステップＳ２０３）。次に、一時損失イベント間隔算出部３０９は、８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）を算出する（ステップＳ２０５）。次に、損失イベント率算出部３１１は、ステップＳ２０５で算出した８世代分の一時損失イベント間隔ｔｃ（１）〜ｔｃ（８）及び８世代の各重みＷ（１）〜Ｗ（８）より、目標損失イベント率Ｐを算出する（ステップＳ２０７）。次に、伝送レート算出部３０３は、目標損失イベント率Ｐ及び往復遅延時間（ＲＴＴ）Ｒ等を用いて目標伝送レートを算出する（ステップＳ２０９）。次に、制御部１１９は、ステップＳ１１３で算出された目標伝送レートでパケットを送出するよう伝送レートを変更する（ステップＳ２１１）。

以上説明したように、本実施形態の通信システムでは、第１の実施形態と同様に、送受信端末間の通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断したとき、過去に実現された伝送レートから損失イベント間隔の履歴を生成した上で、ＴＦＲＣを用いた伝送レートの制御が行われる。したがって、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更することができる。

（第３の実施形態）
上記実施形態の送信端末Ｘ１，Ｘ２は冗長符号処理部１０３及びＡＲＱ部１２７を備え、受信端末Ｙ１，Ｙ２は冗長符号処理部２０７及びＡＲＱ部２２７を備える。上述したように、送信端末Ｘ１，Ｘ２が備える冗長符号処理部１０３は、符号化されたコンテンツデータから冗長符号を生成し、符号化されたコンテンツデータに付与して出力する。また、受信端末Ｙ１，Ｙ２の冗長符号処理部２０７は、読み出した冗長符号を用いて、符号化されたコンテンツデータの誤り検出又は誤り訂正を定期的に行う。

一方、送信端末Ｘ１，Ｘ２が備えるＡＲＱ部１２７は、受信端末Ｙ１，Ｙ２から送られたＲＴＰパケットの再送要求（ＮＡＫ）を受け付ける。ＡＲＱ部１２７は、当該受け付けたＮＡＫが示すパケットがバッファ１０７に蓄積されていれば、そのパケットを受信端末Ｙ１，Ｙ２に再送するようパケット送信部１０９に指示する。また、受信端末Ｙ１，Ｙ２が備えるＡＲＱ部２２７は、送信端末Ｘ１，Ｘ２から送信されたＲＴＰパケットの損失を、バッファ２０３に蓄積されたパケットのシーケンシャル番号の隔たりから検知する。ＡＲＱ部２２７は、検知した損失パケットの再送要求（ＮＡＫ）を送信端末Ｘ１，Ｘ２に送信し、かつ、当該再送要求処理を登録して時間をカウントする。ＡＲＱ部２２７は、この時間のカウントが送信端末Ｘ１と受信端末Ｙ１の往復時間より大きくなった場合、あるいは送信端末Ｘ２と受信端末Ｙ２の往復時間より大きくなった場合、再送要求を再送信する。さらに、ＡＲＱ部２２７は、当該再送要求処理を登録して時間を再びカウントする。ＡＲＱ部２２７は、所定時間送信したＮＡＫに応じて送信端末Ｘ１，Ｘ２から送信された前記損失パケットを受信したときとき、時間のカウントを停止して、登録した再送要求処理をキャンセルする。

第３の実施形態では、送信端末Ｘ１，Ｘ２の冗長符号処理部１０３が行う冗長符号の生成に際して、制御部１１９からの指示に応じて、冗長符号処理部１０３は、コンテンツデータ量に対する冗長符号の長さを変える。以下、第３の実施形態では、コンテンツデータ量に対する冗長符号の長さを「冗長符号の強度」として説明する。例えば、冗長符号の強度が２５％の場合、冗長符号処理部１０３は、コンテンツデータ量の１／４の長さの冗長符号を生成する。また、冗長符号の強度を上げるとは、冗長符号の強度を例えば２５％から５０％に変化させることである。

本実施形態では、送信端末Ｘ１，Ｘ２の呼監視部１２１，３０５が受信端末Ｙ１，Ｙ２との通信で利用可能な帯域が急激に変化すると判断する。呼監視部１２１，３０５が急激に変化すると判断したとき、制御部１１９は、通常時とは異なる冗長符号の強度で冗長符号を生成するよう冗長符号処理部１０３に指示する。このときの冗長符号の強度は、変更方針ＣＰや伝送レートの制御に応じて上げても下げても良い。なお、制御部１１９は、変更方法決定部１２３によって決定された所要時間Ｔｒを経過した後には、冗長符号の強度を元に戻すよう冗長符号処理部１０３に指示する。

伝送レートを急激に上げるとパケット損失の発生確率が大きくなるが、所要時間Ｔｒの間は、冗長符号の強度を上げることによって、パケット損失の発生に対するサポートを厚くできる。逆に、伝送レートを急激に下げるとパケット損失の発生確率が小さくなるため、冗長符号の強度を下げる。冗長符号の強度を下げると冗長符号の生成処理量が減るため、冗長符号処理部１０３による冗長符号生成の高速処理が可能である。

また、第３の実施形態では、受信端末Ｙ１の目標損失イベント率算出部２１５が変更方針ＣＰを受信するようにした。受信したとき、目標損失イベント率算出部２１５は、受信端末Ｙ１のバッファ２０３にパケットを一時蓄積する時間（受信許容遅延時間）を所要時間Ｔｒの間変える。また、目標損失イベント率算出部２１５は、伝送レートを急激に上げる変更方針ＣＰを受信した場合はパケット損失の発生確率が大きくなるので、受信端末Ｙ１が送信端末Ｘ１に再送要求を行う機会が増すように、受信許容遅延時間を延長する。これによって、再送が複数回行われ、パケット損失の発生に対するサポートを厚くできる。逆に、伝送レートを急激に下げるとパケット損失の発生確率が小さくなり、受信端末Ｙ１が送信端末Ｘ１に再送要求を複数回行う必要が減るため、受信許容遅延時間を短縮する。なお、ＡＲＱ部２２７は、往復遅延時間（ＲＴＴ）の倍数を単位として受信許容遅延時間を延長又は短縮する。なお、受信許容遅延時間の延長幅又は短縮幅は、常に往復遅延時間（ＲＴＴ）の固定倍数としても、現在の伝送レートと過去伝送レートＸｐの差分等に応じて変更しても良い。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本出願は、2008年9月19日出願の日本特許出願（特願2008−240986）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明に係る伝送レート制御装置は、ネットワークを介した通信中に利用可能と推定される帯域が急激に変化したとき、伝送レートを短時間で目標のビットレートに変更する通信端末等として有用である。

Ｘ１，Ｘ２ 送信端末
Ｙ１，Ｙ２ 受信端末
Ｎ ベストエフォート型のネットワーク
１０１ エンコーダ
１０３ 冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）
１０５ パケット処理部
１０７ バッファ
１０９ パケット送信部
１１１，３０１ 制御パケット受信部
１１３ ＲＴＴ算出部
１１５ 通信履歴記憶部
１１７，３０３ 伝送レート算出部
１１９ 制御部
１２１，３０５ 呼監視部
１２３ 変更方法決定部
１２５ 一時伝送レート通知部
１２７ ＡＲＱ部
１２９ クロック
２０１ パケット受信部
２０３ バッファ
２０５ パケット処理部
２０７ 冗長符号処理部（ＦＥＣ処理部）
２０９ デコーダ
２１１，４０１ 状況監視部
２１３ 通信履歴記憶部
２１５，３０７ 目標損失イベント率算出部
２１７，３０９ 一時損失イベント間隔算出部
２１９ 呼監視部
２２１，３１１ 損失イベント率算出部
２２３，４０３ 受信者レポート生成部
２２５ 制御パケット送信部
２２７ ＡＲＱ部
２２９ クロック

Claims (20)

1. ベストエフォート型のネットワークを介した２つの通信端末間の通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御システムで用いられる伝送レート制御装置であって、
   前記ネットワークを介して行った通信履歴を通信端末毎に記憶する通信履歴記憶部と、
   前記ネットワークを介した所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出する往復遅延時間算出部と、
   前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レート、及び前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間に基づいて前記所定の通信端末が算出した目標損失イベント率と、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間と、に基づいて目標伝送レートを算出する目標伝送レート算出部と、
   前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レート算出部が算出した目標伝送レートに変更するよう伝送レートを制御する伝送レート制御部と、
   を備えた伝送レート制御装置。
2. 前記所定の通信端末が算出する目標損失イベント率は、前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レート、及び前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間に基づいて所定数の目標損失イベント間隔を算出し、当該所定数の目標損失イベント間隔の各々に割り当てられた重みを用いた前記所定数の目標損失イベント間隔の加重平均値の逆数を、前記目標損失イベント率として算出することを特徴とする請求項１記載の伝送レート制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の伝送レート制御装置であって、
   前記過去伝送レートは、前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された伝送レートの最大値であることを特徴とする伝送レート制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
   前記過去伝送レートと前記現時点で設定されている伝送レートの差分の符号に応じて、前記伝送レート制御部が前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更するまでの所要時間を決定する変更方法決定部を備えたことを特徴とする伝送レート制御装置。
5. 請求項４に記載の伝送レート制御装置であって、
   前記変更方法決定部は、前記現時点で設定されている伝送レートに対して前記過去伝送レートが大きいとき、前記往復遅延時間のｎ倍（ｎは正の整数）を前記所要時間として決定することを特徴とする伝送レート制御装置。
6. 請求項４に記載の伝送レート制御装置であって、
   前記変更方法決定部は、前記現時点で設定されている伝送レートに対して前記目標伝送レートが小さいとき、前記往復遅延時間のｌｏｇ（ｎ）倍（ｎは正の整数）を前記所要時間として決定することを特徴とする伝送レート制御装置。
7. 請求項４〜６のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
   前記伝送レート制御部は、前記所要時間の経過に比例して、前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更するよう伝送レートを制御することを特徴とする伝送レート制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
   前記所定の通信端末に送信するデータから、所定の冗長符号の強度に応じて冗長符号を生成する冗長符号処理部を備え、
   前記冗長符号処理部は、前記伝送レート制御部が前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更中は、当該変更前の冗長符号の強度とは異なる冗長符号の強度に応じて冗長符号を生成することを特徴とする伝送レート制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
   前記所定の通信端末は、前記ネットワークを介して受信したパケットを一時蓄積するバッファを備え、
   前記伝送レート制御部が前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更中、前記所定の通信端末は、前記バッファにパケットを一時蓄積する時間を当該変更前とは異なる時間に設定することを特徴とする伝送レート制御装置。
10. ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御装置であって、
    前記ネットワークを介して行った通信履歴を通信端末毎に記憶する通信履歴記憶部と、
    前記ネットワークを介した通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出する往復遅延時間算出部と、
    前記通信履歴に記録されている所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて、前記所定の通信端末との通信で設定する目標伝送レートを算出する目標伝送レート算出部と、
    現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更する伝送レート制御部と、
    を備えたことを特徴とする伝送レート制御装置。
11. 請求項１０に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記目標伝送レート算出部は、前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて目標損失イベント率を算出し、当該算出した目標損失イベント率及び前記往復遅延時間に基づいて前記目標伝送レートを算出することを特徴とする伝送レート制御装置。
12. 請求項１１に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記目標伝送レート算出部は、前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記往復遅延時間算出部が算出した前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて所定数の目標損失イベント間隔を算出し、当該所定数の目標損失イベント間隔の各々に割り当てられた重みを用いた前記所定数の目標損失イベント間隔の加重平均値の逆数を、前記目標損失イベント率として算出することを特徴とする伝送レート制御装置。
13. 請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記過去伝送レートは、前記通信履歴に記録されている前記所定の通信端末との通信で実現された伝送レートの最大値であることを特徴とする伝送レート制御装置。
14. 請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記過去伝送レートと前記現時点で設定されている伝送レートの差分の符号に応じて、前記伝送レート制御部が前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更するまでの所要時間を決定する変更方法決定部を備えたことを特徴とする伝送レート制御装置。
15. 請求項１４に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記変更方法決定部は、前記現時点で設定されている伝送レートに対して前記過去伝送レートが大きいとき、前記往復遅延時間のｎ倍（ｎは正の整数）を前記所要時間として決定することを特徴とする伝送レート制御装置。
16. 請求項１４に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記変更方法決定部は、前記現時点で設定されている伝送レートに対して前記目標伝送レートが小さいとき、前記往復遅延時間のｌｏｇ（ｎ）倍（ｎは正の整数）を前記所要時間として決定することを特徴とする伝送レート制御装置。
17. 請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記伝送レート制御部は、前記所要時間の経過に比例して、前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更することを特徴とする伝送レート制御装置。
18. 請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の伝送レート制御装置であって、
    前記所定の通信端末に送信するデータから、所定の冗長符号の強度に応じて冗長符号を生成する冗長符号処理部を備え、
    前記冗長符号処理部は、前記伝送レート制御部が前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更中は、当該変更前の冗長符号の強度とは異なる冗長符号の強度に応じて冗長符号を生成することを特徴とする伝送レート制御装置。
19. ベストエフォート型のネットワークを介した２つの通信端末間の通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御システムで行われる伝送レート制御方法であって、
    前記ネットワークを介して第２の通信端末と通信を行う第１の通信端末が、前記ネットワークを介した前記第２の通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出し、
    前記第２の通信端末が、前記第１の通信端末が行った当該第２の通信端末との通信で実現された過去伝送レート、及び前記第１の通信端末で算出された往復遅延時間に基づいて目標損失イベント率を算出し、
    前記第１の通信端末が、前記第２の通信端末で算出された目標損失イベント率と、前記往復遅延時間とに基づいて目標伝送レートを算出し、
    前記第１の通信端末が、前記現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更するよう伝送レートを制御することを特徴とする伝送レート制御方法。
20. ベストエフォート型のネットワークを介した通信で利用可能と推定される帯域に応じて伝送レートを制御する伝送レート制御方法であって、
    前記ネットワークを介した通信端末との通信で生じた往復遅延時間を算出し、
    所定の通信端末との通信で実現された過去伝送レートと、前記所定の通信端末との通信で生じた往復遅延時間とに基づいて、前記所定の通信端末との通信で設定する目標伝送レートを算出し、
    現時点で設定されている伝送レートから前記目標伝送レートに変更することを特徴とする伝送レート制御方法。

Images