KR20040031012A - 데이터 송수신방법 - Google Patents

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KR20040031012A
KR20040031012A KR10-2004-7002871A KR20047002871A KR20040031012A KR 20040031012 A KR20040031012 A KR 20040031012A KR 20047002871 A KR20047002871 A KR 20047002871A KR 20040031012 A KR20040031012 A KR 20040031012A
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congestion
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이토도모아키
야마구치다카오
아라카와히로시
마츠이요시노리
노토야요지
도마다다마사
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

송신단말(101)과 수신단말(104) 사이의 전송로 상에 배치된 중간노드(102, 103) 중 전부 또는 일부 중간노드에서의 데이터 수신 및/또는 송신 상태에 기초하여, 수신단말(104)이 수신해야 할 데이터를 결정한다. 이로써, 유선구간과 무선구간이 혼재하는 환경 하에서도, 끊기지 않는 음성 전송, 흐트러지지 않는 영상 전송을 실현한다.

Description

데이터 송수신방법{DATA TRANSMISSION/RECEPTION METHOD}
종래, 인터넷이나 인트라넷에서, 영상이나 음성의 동시 배포를 실현하기 위한 기술로서 멀티캐스트 전송을 들 수 있다. 멀티캐스트 전송은, 종래의 송신단말과 수신단말이 1 대 1로 통신하는 방식이 아니라, 송신단말이 송신한 데이터를 중계 노드인 라우터에서 수신단말의 대수만큼 복제를 행하고, 라우터로부터 복제데이터를 복수의 수신단말로 송신한다. 이로써, 복수의 수신단말로 동시 배포하기 위해 송신단말 자신이 데이터의 복제를 작성하여 송신할 필요는 없어진다. 이와 같이 멀티캐스트 전송기술을 이용함으로써, 전송대역이나 송신단말의 부하를 삭감하기가 가능해진다.
멀티캐스트 전송에 있어서, 끊기지 않는 음성전송, 흐트러지지 않는 영상전송을 실현하기 위한 기술로서 품질제어가 있다. 이 품질제어를 실행하는 요소기술로는, (1) 폭주상태에 따라 송신단말측이 송신속도를 제어하는 방식, (2) 예를 들어 MPEG(Moving Picture Coding Experts Group)로 표준화되어 계층부호화된 AV(Audio Visual) 스트림 또는 다른 부호화율로 부호화된 데이터를, 수신단말측에서 폭주상태에 따라 선택적으로 수신하고 재생하는 방식, (3) 전방 오류정정(Forward Error Correction: FEC)방식, 재송신방식 등, 결락된 패킷을 복원시키는 방식을 들 수 있다.
(1)의 방식에 관해서는, 통신망에 존재하는 병목 링크(bottleneck link)의 존재에 의해, 패킷손실이 발생하거나 지연이 발생하거나 한다. 또 통신망을 구성하는 전송로의 사용 가능한 대역은 상황에 따라 크게 변동한다. 그래서 송신단말은, 수신단말로부터 패킷손실율이나 지연시간의 값을 피드백 정보로서 수신하여 송신속도를 제어함으로써, 패킷손실율이나 지연시간의 값을 어떤 임계값 범위 내로 제어한다. 단, 가장 가는 통신망의 전송대역으로 되도록 송신속도가 억제돼버릴 가능성이 있다.
(2)에 관해서는 수신단말에서 폭주상태를 검출한다. 예를 들어 라우터에서, 폭주 시에 IP(Internet Protocol) 패킷에 ECN(Early Congestion Notification)을 부여함으로써, 수신단말에 폭주를 통지할 수 있다. ECN이 부여된 IP패킷을 수신한 수신단말은, 폭주상태가 억제될 때까지, 계층부호화된 영상(복수의 주파수성분으로 이루어진 영상데이터로 구성된다) 중, 우선도가 낮은 영상(예를 들어, 고주파성분을 많이 포함하는 영상은 우선도를 낮게, 저주파성분을 많이 포함하는 영상은 우선도를 높게 설정한다)으로부터 차례로 수신을 중지한다. 또는 복수의 다른 부호화율로 부호화된 데이터를 송신단말에 보존해두고, 수신단말은 폭주 검출에 의해, 현재보다 낮은 부호화율로 부호화된 데이터를 선택하여 수신하도록 하는 방법도 있다.
마찬가지 방식으로서, 일특개 2001-045098호 공보에 개시된 방식도 있다. 이방식에 의하면, 멀티캐스트 환경에서 각 수신단말이 각각의 수신환경에 적합한 수신속도 및 에러내성을 선택할 수 있도록, 송신측에서 데이터의 계층부호화를 채용하며, 또 각 수신단말이 필요에 따라 FEC데이터를 이용한다. 각 수신단말은, 패킷손실률, 송신속도, 수신속도 등의 송수신 상황을 모니터링하고, 송신속도에 대한 수신속도의 비율, 즉 송수신 속도비를 계산하여, 패킷손실률 및 송수신 속도비에 따라, 수신해야 할 데이터의 계층과, FEC데이터 수신의 필요 여부를 결정한다.
(3) 결락된 영상을 복원시키는 방법으로는, 결락된 패킷을 수신단말로 검출하고 송신단말에 요구하는 방식(재송신)과, 미리 송신데이터와 용장데이터를 송신하고, 패킷손실이 발생한 경우에는 용장데이터로부터 패킷손실된 데이터를 복원시키는 방식(전방 오류정정)이 제안되었다. 또 손실의 영향을 통신망 전체에 끼치지 않도록, 손실이 발생한 서브의 통신망 내에서, 라우터 등의 중계기기를 이용하여 국소적으로 재송신이나 전방 오류정정을 실행하는 방법도 고안되었다(로컬 리커버리).
- 해결과제 -
본 발명이 해결하고자 하는 과제로서는, 크게 2 가지를 들 수 있다.
(과제 1) 무선구간을 갖는 통신망에서의 폭주제어
멀티캐스트의 경우, 수신단말에 폭주상태를 통지하는 방법으로서 상술한 바와 같이 ECN을 사용할 수 있지만, ECN으로는 폭주가 발생했는가, 아닌가의 2 치의 값이기 때문에, 폭주의 정도를 표현할 수 없으므로, 수신해야 할 데이터를 수신단말측에서 선택하기가 쉽지 않다. 또 유선구간과 무선구간을 갖는 통신망의 경우,유선구간에서는 주로, 폭주에 의해 전송품질이 열화되며, 무선구간에서는 전송에러에 의해 전송품질이 열화된다. 이 통신망 형태로, 패킷손실률을 이용하여 폭주제어를 행할 경우, 수신단말에서는, 폭주가 원인으로 패킷이 결락 됐는지, 전송에러가 원인으로 패킷이 결락 됐는지를 특정할 수 없다. 또 종래 송신단말과 수신단말 사이의 왕복전파 지연시간(Round Trip Time: RTT)을 측정하고, 그 변화로 폭주를 검출하는 방법이 채용됐지만, 무선 게이트웨이와 수신단말 사이의 전송지연이 폭주 이외에서도 발생하므로(예를 들어 핸드오버 등), 무선구간을 갖는 통신망에서는 폭주를 정확하게 판단하기가 어렵다.
(과제 2) 유선구간과 무선구간을 갖는 통신망에서의 오류정정 처리
상술한 바와 같이 유선구간과 무선구간을 갖는 통신망의 경우, 유선구간에서는 주로, 폭주에 의해 전송품질이 열화되며, 무선구간에서는 전송에러에 의해 전송품질이 열화된다. 그러나 패킷손실률을 이용하여 폭주제어를 행할 경우, 수신단말에서는, 폭주가 원인으로 패킷이 결락 됐는지, 전송에러가 원인으로 패킷이 결락 됐는지를 특정할 수 없다. 때문에 무선구간에서 발생하는 전송에러의 정도에 따라, 수신단말에서 용장데이터를 수신하거나, 에러내성 처리를 실시한 데이터를 적절하게 선택하거나 할 수 없다.
상기 일특개 2001-045098호 공보에 개시된 방식은 상기 과제 1 및 2를 해결하는 것을 목적으로 하지만, 이 방식에서는 이하의 2 가지 문제점이 있다. 우선, 이 방식에서는 각 수신단말에서 수신속도를 모니터링하기 위해, 전송에러가 발생한 패킷에 대해서도 패킷 길이를 알 필요가 있다. 그러나 패킷 길이를 나타내는 필드에도 오류가 발생됐을 가능성이 있으므로, 정확한 수신속도를 구할 수 없다. 또 송수신 속도비로부터는, 무선구간에서 실제 어느 정도의 패킷손실이 발생했는가를 알 수 없으므로, 어느 정도의 에러내성 강도를 부가해야 하는가를 결정하기(즉, 송수신 속도비의 임계값 결정)가 어렵다.
본 발명은 무선구간을 갖는 통신망 상에서의 데이터 송수신방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명이 대상으로 하는 통신망의 설명도.
도 2는 송신단말, 중간노드, 수신단말의 구성도.
도 3의 A, B 및 C는, 영상 부호화부 또는 음성 부호화부에서 생성되는 부호화데이터의 설명도.
도 4는 왕복전파 지연시간, 그 흔들림을 측정하는 방법의 설명도.
도 5는 왕복전파 지연시간에 기초하여 폭주제어를 실행하는 방법의 설명도.
도 6은 폭주에 의해 발생한 패킷손실률, 전송에러율을 측정하는 방법의 설명도.
도 7은 전송에러율에 기초하여 에러내성의 제어를 실행하는 방법의 설명도.
도 8은 무선 게이트웨이에서 사용 가능한 대역을 측정하고 폭주 제어를 실행하는 방법의 설명도.
도 9는 멀티캐스트 전송된 데이터를 선택 전송하는 무선 게이트웨이의 구성도.
도 10은 무선 게이트웨이에서 전송제어를 실행하는 방법의 설명도.
도 11은 본 발명을 응용한 멀티캐스트 시스템의 개략도.
본 발명의 목적은 상기 과제 1 및 2를 해결함으로써, 무선구간을 갖는 통신망 상에서도 끊기지 않는 음성전송, 흐트러지지 않는 영상전송을 실현하는 데 있다.
이 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 유선구간과 무선구간을 갖는 전송로에 있어서, 양 구간의 경계부분에 게이트웨이가 존재하며, 또 당해 게이트웨이를 통해 송신단말과 수신단말 사이에서 데이터패킷을 송수신하는 데이터 송수신방법인 것을 전제로 하며, 전송로 상에 구성된 게이트웨이를 포함하는 중간노드에서의 데이터 수신 및/또는 송신 상태에 기초하여, 수신단말이 수신해야 할 데이터를 수신단말 또는 중간노드가 결정하기로 했다.
송신단말과 중간노드 사이의 왕복전파 지연시간, 왕복전파 지연시간의 흔들림, 중간노드에서의 패킷손실률, 중간노드의 링크대역 중 적어도 1 개에 기초하여, 상기 수신해야 할 데이터를 결정하는 것으로 하면 된다. 또 중간노드에서 얻어진 패킷손실의 정보와, 수신단말에서 얻어진 패킷손실의 정보에 기초하여, 상기 수신해야 할 데이터로서, 계층부호화된 데이터, 에러내성 처리를 실시한 데이터, 용장데이터 중 적어도 1 개를 결정하는 것으로 하면 된다.
한편, 본 발명의 제 2 실시형태에서는 무선구간을 갖는 전송로에 있어서, 중간노드를 통해 송신단말과 수신단말 사이에서 데이터패킷을 송수신하는 데이터 송수신방법인 것을 전제로 하며, 무선구간의 전송에러에 관한 정보에 기초하여, 전송해야 할 데이터의 에러내성 강도를 중간노드가 결정하기로 한다. 또 전송로의 폭주상태에 관한 정보에 기초하여, 부여된 우선도에 따라, 전송해야 할 데이터를 중간노드가 결정하기로 해도 된다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명을 한다.
도 1은 본 발명이 대상으로 하는 통신망의 설명도이다. 도 1에서, 송신단말(101)은 부호화되며, 축적된 AV스트림, 또는 실시간으로 부호화된 AV스트림을 수신단말(104)로 송신한다. 라우터(102) 및 무선 게이트웨이(103)는 중간노드이다. 송신단말(101)과 수신단말(104)을 연결하는 통신망은 유선구간과 무선구간으로 구성되며, 유선구간 내의 노드는 라우터(102)로 상호 접속되고, 유선구간과 무선구간은 무선 게이트웨이(일반 라우터로 구성해도 된다)(103)로 상호 접속된다. 유선구간은 ISDN(Integrated Services Digital Network), ATM(Asynchronous Transfer Mode), FTTH(Fiber To The Home) 등이며, 무선구간은 W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access), 무선LAN(Local Area Network) 등이다.
도 2는 송신단말(101), 중간노드(102, 103), 수신단말(104)의 구성도이다. 도 2에서 송신단말(101)은, 영상의 부호화를 행하는 영상 부호화부(201)와, 음성의 부호화를 행하는 음성 부호화부(202)와, 부호화데이터에 기초하여 결락된 패킷을 복원할 수 있도록 용장데이터를 생성하는 용장데이터 생성부(203)와, 통신망의 상태를 관리하는 통신망상태 관리부(204)와, 용장데이터, 부호화데이터, 통신망 상태 등을 전송하는 전송부(205)로 구성된다.
영상 부호화부(201)나 음성 부호화부(202)에서는 MPEG2, 4 등으로 표준화된계층부호화를 이용해도 되며, 표준을 따르지 않는 계층부호화 방식을 이용해도 된다. 또 영상 부호화부(201)를 유지하지 않고, 미리 같은 컨텐츠를 다른 부호화율로 부호화시켜 축적해두고, 이를 부호화데이터로서 송신해도 된다.
영상 부호화부(201)에 부여되는 화질결정 파라미터의 예로서는, H.263, MPEG1, 2, 4 등의 부호화방식과, CIF(Common Intermediate Format), QCIF(Quarter CIF) 등의 화상크기와, 부호화율과, 양자화단계와, 프레임 수 등을 들 수 있다. 또 계층부호화를 행할 경우는, 구성해야 할 층 수를 지시한다. 또한 부호화데이터 자신에 오류정정 정보를 부여할 경우에는 그 부여지시를 실행한다. MPEG4의 경우이면, 비디오헤더를 보호하는 기능으로서 HEC(Header Extension Code)의 유무를 결정하거나, 인트라매크로블록에 의한 화면의 갱신기능인 AIR(Adaptive Intra Refresh)의 유무나, 그 주기를 결정하거나 한다.
음성 부호화부(202)에 부여하는 파라미터의 예로서는, AMR(Audio/Modem Riser), G.711, MPEG 등의 부호화방식과 부호화율을 들 수 있다. 또 영상의 부호화와 마찬가지로, 부호화데이터 자신에 오류정정 정보를 부여할 경우에는 그 부여지시를 실행한다.
용장데이터 생성부(203)는, 부호화데이터를 기초로, 미리 결정된 정정능력의 용장데이터를 생성한다. 용장데이터의 생성방법으로는, 연속되는 패킷간에서 XOR(배타적 논리합) 처리를 실행하는 방법을 들 수 있다. 리드솔로몬부호나 터보부호를 이용해도 된다.
통신망상태 관리부(204)는, 송신단말(101)과 중간노드(102, 103)간의 RTT,그 흔들림, 중간노드(102, 103)에서의 패킷손실, 중간노드(102, 103)의 링크대역 각각을 측정하는 수단을 제공한다. 각각의 측정방법에 대해서는 후술하기로 한다. 또 측정은 AV데이터 전송 중에 정기적으로, 예를 들어 5 초 간격으로 실행한다.
수신단말(104)은, 송신단말(101)로부터 송신돼오는 부호화데이터, 용장데이터를 전송부(205)에서 수신하도록 구성됨과 동시에, 용장데이터가 존재하며 또 패킷손실이 발생한 경우에는, 용장데이터로부터 손실된 패킷을 복원시키는 손실데이터 복원부(206)와, 영상 및 음성 각각의 부호화데이터를 복호하는 영상 복호부(207) 및 음성 복호부(208)와, 통신망상태 관리부(204)와, 수신할 데이터를 결정하는 수신데이터 결정관리부(209)(결정방법에 관해서는 후술한다)로 구성된다. 수신단말(104)은 복수 존재하며, 중간노드(102, 103)는 멀티캐스트기능을 구비한다.
도 3A, 도 3B 및 도 3C는, 영상 부호화부(201) 또는 음성 부호화부(202)에서 생성되는 부호화데이터의 설명도이다. 도면 중의 화살표는 각각 데이터스트림을 나타낸다.
도 3A의 예에서는, 부호화된 AV데이터가 기본층과 N 개(N은 정수)의 확장층으로 구성된다. 구체적으로는 MPEG2로 표준화된 SNR(Signal to Noise Ratio) 범위성(scalability)을 이용하여 부호화한다. SNR 범위성은, 개념적으로는, 표준 부호화한 데이터(기본층)에 더불어, 기본층을 부호화할 때에 결락된 영상의 고주파성분을 부호화시켜, 확장층을 구성한다. 기본층에 확장층을 가산해감으로써 화질이 향상된다. 마찬가지로, 웨이블릿, JPEG(Joint Photographic Coding ExpertsGroup)2000, MPEG4 등의 부호화도 같은 개념으로 SNR의 범위성을 실현하고 있다. 또 기본층과 확장층을 실현하는 방법으로서, 시간 범위성이나 공간 범위성을 이용해도 된다.
도 3B의 경우, AV의 부호화기능 자신이 에러내성 처리를 실시해둔다. 예를 들어 에러내성 1의 데이터는 비디오헤더의 보호처리를 유효로 해두거나, 또 에러내성 2의 데이터는 전송에러의 영향을 작게 하기 위해 패킷 길이가 되도록 작게 설정돼있다. 또한 에러내성 3의 데이터는 에러로부터 회복되기 쉽도록 인트라프레임(또는 인트라매크로블록)의 삽입간격이 짧게 설정돼있다. 이와 같이, 예상되는 전송에러율에 따라 에러내성을 강화한 복수의 AV데이터를 준비해두고, 수신단말(104)에서 검출되는 에러율에 따라(후술함) 수신해야 할 AV데이터를 변경한다.
도 3의 C의 경우, 예상되는 전송에러율에 따라 복수의 용장데이터를 준비해둔다. 예를 들어, 상술한 바와 같이 연속되는 2 개의 패킷간에서 XOR(배타적 논리합)을 이용하여 용장데이터를 생성한다. 전송에러율의 상태에 따라, 예를 들어 3 개나, 4 개의 부호화데이터에 대하여 1 개의 용장데이터를 작성하고(오류정정 능력을 변경하고), 복수의 용장데이터(1~N)를 생성한다. 일반적으로 오류정정 능력을 낮게 하면 용장데이터의 양은 삭감할 수 있다.
도 4는 RTT와, 그 흔들림을 측정하는 방법의 설명도이다. 도 4에 의하면 무선 게이트웨이(103)는, 송신단말(101)에 대하여, RTT와 그 흔들림을 측정하기 위해 관측패킷을 송신한다. 송신단말(101)은 관측패킷에 응답하고, 응답패킷을 무선 게이트웨이(103)로 송신한다. 관측패킷의 송신에서 응답패킷 수신까지의 시간을 측정함으로써, RTT를 측정한다. 또 RTT의 시간적 변화를 측정함으로써 그 흔들림(jitter)을 측정한다. 측정방법으로서는, 인터넷의 표준 프로토콜인 ICMP(Internet Control Message Protocol) 패킷을 이용해도 되며, 미디어전송 프로토콜인 RTP(Realtime Transport Protocol)/RTCP(RTP Control Protocol)를 이용해도 된다(단계 401). 무선 게이트웨이(103)는, 송신단말(101)과 무선 게이트웨이(103)간의 RTT와 그 흔들림을 수신단말(104)로, 멀티캐스트 기능을 이용하여 배포한다. 배포 프로토콜로는 자체 프로토콜이라도 되며, RTCP와 같은 표준 프로토콜을 확장해도 된다(단계 402). 수신단말(104)에서는, 수신한 RTT나, 그 흔들림 정보에 기초하여, 수신해야 할 부호화데이터(기본층, 확장층)를 결정한다(단계 403). 결정 알고리즘은 도 5에서 서술하기로 한다. 여기서, 폭주상태의 경우, 무선 게이트웨이(103)는 폭주의 상태를 알고 있으므로, 무선 게이트웨이(103)가 수신단말(104)에 대하여, 수신해야 할 데이터(예를 들어 기본층, 확장층(1~N) 중 어느 하나로써 지시)를 지시해도 된다.
도 5는, RTT에 기초하여 폭주제어를 실행하는 방법의 설명도이다. 여기서는 계층부호화를 대상으로 하며, 기본층은 반드시 수신하고, 폭주상태에 따라 확장층의 수신을 선택적으로 행하는 것으로 한다. 즉, 도 3A의 AV데이터가 송신되는 것으로 가정한다. 수신단말(104)에서는, 이전 RTT값과 이번 RTT값으로부터, RTT의 변화(T)를 산출한다. 그 산출식은, 예를 들어
T=이번 RTT/이전 RTT이다(단계 501).
히스테리시스 동작을 실현하기 위해, 폭주임을 나타내는 임계값을 X1로 하고, 폭주가 해소됐음을 나타내는 임계값을 X2로 하며, 또 X2＜X1로 한다. T가 X1보다 클 경우(단계 502), 폭주상태인 것으로 판단하며, 수신을 중지시킬 수 있는 확장층이 존재하면, 그 수신을 중지한다(단계 503). T가 X2보다 작을 경우(단계 504), 폭주가 해소된 것으로 판단하며, 새로 수신할 수 있는 확장층이 존재하면, 그 수신을 개시한다(단계 505). 또, 폭주에 의해 발생한 패킷손실률이나 지터를 이용하여 폭주를 검출하고, 마찬가지 제어를 실행해도 된다. 더불어, 이들 외에, 계층부호화된 AV데이터를 사용하지 않아도, 복수 종류의 부호화율로 부호화된 데이터를 폭주상태에 따라 적응적으로 선택해도 된다.
도 6은 폭주에 의해 발생한 패킷손실률, 전송에러율을 측정하는 방법의 설명도이다. 도 6에 의하면, 무선 게이트웨이(103)에서, 송신단말(101)로부터 송신돼온, 부호화데이터를 전송하는 패킷의 순차번호 결락을 검출함으로써, 단위시간당 패킷손실 수를 측정하고, 그 결과로부터 패킷손실률을 산출한다(단계 601). 이 패킷손실률은 유선구간을 대상으로 하므로, 폭주에 의해 발생한 패킷손실률이다. 또 무선 게이트웨이(103)는, 부호화데이터를 수신단말(104)로 전송함과 동시에, 무선 게이트웨이(103)에서 얻어진 패킷손실률을 멀티캐스팅으로 수신단말(104)에 통지한다(단계 602). 수신단말(104)에서는, 당해 수신단말(104)에서의 관측으로 얻어진 패킷손실률과, 무선 게이트웨이(103)에서 얻어진 패킷손실률과의 관계로부터, 전송에러율을 구한다(단계 603). 그 산출방법에 대해서는 도 7에서 설명하기로 한다. 다음에 전송에러율로부터, 수신해야 할 용장데이터나, 에러내성을 강화시킨 부호화데이터를 결정한다(단계 604).
도 7은 전송에러율에 기초하여 에러내성의 제어를 실행하는 방법의 설명도이다. 여기서 대상으로 하는 AV데이터는, 용장데이터의 구성으로서 도 3C를 가정한다. 기본층은 반드시 수신하는 것으로 하며, 전송에러율에 따라, 정정 능력이 다른 용장데이터 중 어느 하나를 수신단말(104)에서 선택하여 수신하는 것으로 한다.
무선구간에서 발생한 전송에러율(E)은, 수신단말(104)에서 관측한 패킷손실률과 무선 게이트웨이(103)에서 관측한 패킷손실률과의 관계로부터 산출할 수 있다. 그 산출식은
E=(수신단말(104)에서의 패킷손실률)-(무선 게이트웨이(103)에서의 패킷손실률)이다(단계 701).
용장데이터를 포함하여 패킷손실률을 산출해도 되며, 포함하지 않고 이를 산출해도 된다. 여기서도 히스테리시스 동작을 실현하기 위해, 오류발생으로 판단해야 할 임계값을 Z1로 하고, 오류가 해소됐다고 판단해야 할 임계값을 Z2로 하며, 또 Z2<Z1로 한다. E>Z1이라면(단계 702), 오류가 발생했다고 판단하고, 수신해야 할 용장데이터로서, 보다 정정 능력이 높은 용장데이터를 수신한다(단계 703). E<Z2라면(단계 704), 오류가 해소됐다고 판단하고, 수신해야 할 용장데이터로서, 보다 정정 능력이 낮은 용장데이터를 수신한다(단계 705). 또 마찬가지로, 도 3B와 같이 부호화데이터 자신에 부여할 수 있는 에러내성 강도가 다른 AV데이터를 에러율에 따라 선택적으로 수신해도 된다.
도 8은 무선 게이트웨이(103)에서 사용 가능한 대역을 측정하여 폭주제어를 실행하는 방법의 설명도이다. 여기서는 계층부호화를 대상으로 하며, 기본층은 반드시 수신하고, 폭주상태에 따라 확장층의 수신을 선택적으로 실행하는 것으로 한다. 즉 도 3A의 AV데이터가 송신되는 것으로 가정한다. 우선 무선 게이트웨이(103)에서, IP어드레스나 포트번호 등을 기준으로 실효대역을 측정하고, 사용 가능한 대역을 조사한다(단계 801). 구체적인 대역의 측정도구로서는, 종래부터 일반적으로 pathchar, pchar 등의 도구가 UNIX에서는 존재한다(A.B.Downey et al.,"Using pathchar estimate Internet link characteristics", ACM SIGCOMM '99). 무선 게이트웨이(103)에서 사용 가능한 대역을 측정한 후, 송신단말(101)과 무선 게이트웨이(103)간의 사용 가능한 대역을 수신단말(104)에 통지한다(단계 802). 통지 프로토콜로는 독자적 프로토콜을 이용하면 된다. 수신단말(104)에서는, 통지된 대역에 기초하여, 수신 가능한 확장층을 선택한다(단계 803). 선택 방법으로서는, 측정된 대역의 범위 내에서 최대 전송속도가 되는 층을 선택한다.
여기서, 상기 예에서는 각각의 수신단말(104)이 개별로 폭주상태나 전송에러의 상태에 따라, 수신해야 할 데이터를 결정했지만, 동일 멀티캐스트그룹에 소속하는(같은 무선 게이트웨이에 속하는) 수신단말간에서, 수신해야 할 데이터(예를 들어 기본층, 확장층(1~N), 용장데이터(1~N)로 지시)를 서로 통지하여 결정하는 방식도 도입할 수 있다. 예를 들어 수신단말은, 다른 수신단말로부터 통지된 수신해야 할 데이터에 관한 정보에 기초하여, 최저한의 데이터를 수신하도록 한다. 구체적으로는, 수신단말 A와 수신단말 B가 존재하며, 수신단말 A가 기본층, 용장데이터 1, 용장데이터 2를 수신해야 한다고 판단하고, 수신단말 B가 기본층, 용장데이터 1을 수신해야한다고 판단하여, 서로 통지한 후, 수신단말(A, B)은 기본층과 용장데이터1만을 수신한다. 이와 같은 수신단말간의 협조동작을 채용하면 폭주가 저감된다.
또 상기의 예에서는 무선 게이트웨이(103)가 유선구간의 RTT, 전송대역을 측정하여 수신단말(104)에 통지하지만, 송신단말(101)이 유선구간의 RTT, 전송대역을 측정하여 수신단말(104)에 통지하는 것으로 해도 된다. 이 때의 RTT에 기초하는 폭주제어의 동작순서 예는, 도 4에서 단계(401)의 RTT와 그 흔들림 측정을 송신단말(101)이 실행하고(즉, 송신단말(101)로부터 무선 게이트웨이(103)로 관측패킷을 송신하며, 무선 게이트웨이(103)로부터 송신단말(101)로 응답패킷을 송신한다), 단계(402)의 RTT와 그 흔들림 배포를, 무선 게이트웨이(103)로부터가 아닌, 송신단말(101)이 실행하도록 변경한 것과 동등하다. 그리고 수신단말(104)에서의 폭주제어 동작은 도 5와 동등하다. 또 전송대역에 기초한 폭주제어의 동작순서는, 도 8에서, 단계(801)의 대역추정을 송신단말(101)이 행하고, 단계(802)의 수신단말(104)로의 전송대역 통지를 송신단말(101)로부터 행하도록 변경한 것과 동등하다. 이 구성에 의하면, 본 발명을 실시할 경우에는 송신단말, 수신단말에만 기능을 추가하면 되며, 무선 게이트웨이(103)에, RTT나 전송대역을 측정한다는 특수한 실장이 불필요해져, 기능을 추가해야 할 대상을 적게 할 수 있는 이점이 있다. 무선 게이트웨이(103)는 RTT나 전송대역을 측정할 때에 응답패킷을 송신할 필요가 있지만, 이는 통상 표준탑재 돼있는 ICMP 에코를 이용함으로써, 특수한 실장이 필요 없는 것이다.
여기 도 4, 도 6 및 도 8의 예에서는, 무선 게이트웨이(103)가 수신단말(104)에 대하여, RTT, 패킷손실률, 전송대역 등 통신망의 폭주상태를 나타내는 정보를 통지한다. 그런데 복수의 무선 게이트웨이가 존재할 경우, 수신단말(104)에서는 어느 무선 게이트웨이로부터 통지된 정보인지를 구별하기가 어렵다. 그래서 먼저 수신단말(104)이 무선 게이트웨이에 접속요구할 때에, 무선 게이트웨이로부터 당해 무선 게이트웨이의 명칭(예를 들어 IP어드레스, CNAME 등 RTP의 ID)을 통지 받는다. 또 무선 게이트웨이가 폭주에 관한 정보를 통지할 때에, 이를 당해 무선 게이트웨이의 명칭과 함께 송신함으로써, 수신단말(104)은 어느 무선 게이트웨이로부터 송신된 정보인지를 판단할 수 있다. 여기서 접속요구 시에 무선 게이트웨이의 명칭을 취득하는 방법으로는, 데이터링크 레벨에서의 접속이 확립되는 경우, 멀티캐스트 그룹에 참가하는 경우, 애플리케이션레벨에서의 접속이 확립되는 경우 등의 접속확립 시에, 무선 게이트웨이의 명칭을 접속정보로서 취득하면 된다.
또한 상기의 예에서는, 무선 게이트웨이(103)가 유선구간의 RTT, 패킷손실률, 전송대역을 측정하여 그 결과를 수신단말(104)에 통지하고, 수신단말(104)이 수신해야 할 데이터를 수신단말(104) 자신이 결정하지만, 수신단말(104)이 수신해야 할 데이터를 무선 게이트웨이(103)가 결정하는 방법도 생각할 수 있다. 즉, 도 2의 수신데이터 결정관리부(209)를 수신단말 (104)로부터 삭제하고, 중간노드(무선 게이트웨이)(103)가 수신데이터 결정관리부(209)를 구비하는 구성이라도, 본 발명의 실시가 가능해진다. 이 구성에서 폭주제어의 동작순서 예는, 도 4에서 단계(402)를 생략하고, 단계(403)를 무선 게이트웨이(103)가 실행하도록 변경한 것과 동등하다. 또 폭주제어를 실행할 때의 수신데이터 결정관리부(209)의 동작은,도 5에서 설명한 동작과 마찬가지이다. 또한 이 구성에서 에러내성 제어의 동작순서 예는, 도 6에서 단계(602)를, 수신단말(104)로부터 무선 게이트웨이(103)로 패킷손실률을 통지하도록 변경하고, 단계(603 및 604)를 무선 게이트웨이(103)에서 행하도록 변경한 것과 동등하다. 또 에러내성 제어를 행할 때 수신데이터 결정관리부(209)의 동작은, 도 7에 나타낸 것과 동등하다.
도 9는 멀티캐스트 전송된 데이터를 선택 전송하는 중간노드(무선 게이트웨이)(103)의 구성도이다. 도 9 중의 무선 게이트웨이(103)는, 폭주 정도에 따른 패킷 전송제어와, 무선구간에서의 전송에러 발생빈도에 따른 패킷 전송제어를 관장하는 것으로, 중계해야 할 IP패킷을 축적하는 패킷축적부(901)와, 폭주를 검출하는 폭주검출부(902)와, 무선구간의 전송에러율이나 패킷손실률을 검출하는 전송에러 검출부(903)로 구성된다. 여기서는, 예를 들어 송신단말(101)에서 미리 각 IP패킷에 우선도정보가 부여되는 것으로 하며, 또, 다른 에러내성 강도(예를 들어, 몇 개의 연속패킷을 복원시키는가)를 실현하는 복수의 용장데이터(FEC)가 송신단말(101)로부터 송신되는 것으로 한다.
패킷 축적부(901)는, 유한 길이의 1 개 이상의 버퍼로 구성되며, 필요에 따라 2 개 이상의 무선망으로 선택 출력하는 라우팅 기능을 갖는다. 또 버퍼는 FIFO(First-In First-Out) 큐나, RED(Random Early Drop), RIO(RED In-Out), WRED(Weighted RED) 등의 선택적인 패킷 폐기수단을 구비하는 것을 전제로 한다.
폭주 검출부(902)는 패킷 축적부(901)에서의 IP패킷 축적량을 감시한다. 예를 들어 현재의 IP패킷 축적량(버퍼점유량)이, 패킷 축적부(901)에서 축적할 수 있는 한계 용량의 1/3 미만이면 폭주 없음으로 판단하고, 1/3 이상 1/2 미만이면 가벼운 폭주상태라 판단하며, 1/2 이상이면 강한 폭주상태라 판단한다. 이 판단결과에 기초하여, 패킷 축적부(901)에서의 패킷 폐기를 지시한다. 구체적으로 설명하면, 폭주 없음으로 판단된 경우에는 패킷 폐기를 행하지 않지만, 가벼운 폭주상태라 판단된 경우에는 우선도가 낮은 패킷만을 폐기한다. 또 강한 폭주상태라 판단된 경우에는, 저 우선도와 중 우선도의 패킷을 폐기한다.
전송에러 검출부(903)는, 수신단말(104)에서 측정된 전송에러율 또는 패킷손실률의 통지를 받아, 무선구간에서의 전송에러 발생빈도에 따라, 전송해야 할 용장데이터를 결정한다. 예를 들어 용장데이터의 양은 거의 같지만, 오류정정 능력이 다른 용장데이터나, 오류정정의 보호대상이 다른 용장데이터를 이용한다. 구체적으로는 MPEG의 경우, 인트라프레임(I프레임)과 인터프레임(P프레임) 양쪽에 약한 강도의 오류정정 능력을 부여하는 용장데이터(약한 FEC데이터(R1))와, 인트라프레임에만 강한 강도의 오류정정 능력을 부여하는 용장데이터(강한 FEC데이터(R2))를 송신단말(101)로부터 멀티캐스트 배포한다. 전송에러 검출부(903)는 무선구간의 전송에러가 낮을 경우(예를 들어 에러율 1% 미만)에는, 양 FEC데이터(R1, R2) 중에서 강한 FEC데이터(R2)를 폐기하고, 약한 FEC데이터(R1)만을 통과시키도록, 패킷 축적부(901)에 통지한다. 역으로, 전송에러가 높을 경우(예를 들어 에러율 1% 이상)에는, 양 FEC데이터(R1, R2) 중에서 약한 FEC데이터(R1)를 폐기하고, 강한 FEC데이터(R2)만을 통과시키도록 패킷 축적부(901)에 통지한다. 마찬가지의 수법을 계층부호화된 AV데이터에 적용해도 된다.
우선도정보의 부여는, 도 2에서 설명한 송신단말(101)의 경우, 영상 부호화부(201)나 음성 부호화부(202)에서 행한다. 인트라프레임을 고 우선도로, 인터프레임을 중 우선도로, 음성데이터를 저 우선도로 각각 지정할 수 있다. 음성데이터 중의 유음기간 데이터를 고 우선도, 무음기간 데이터를 저 우선도로 해도 된다. 또 문자, 음악 등의 다른 미디어나, 서로 다른 미디어 사이에 우선도를 부여해도 된다. 또한 계층부호화된 AV데이터에도 적용할 수 있으므로, 기본층을 고 우선도, 확장층을 저 우선도로 해도 된다. 더불어, 복수의 부호화율로 부호화된 AV데이터에 우선도정보를 부여하고 전송해도 된다. 예를 들어 96kbps로 부호화된 데이터를 고 우선도로, 128kbps로 부호화된 데이터를 저 우선도로 설정한다. 이 경우, 128kbps 데이터의 중계 중에 무선 게이트웨이(103)가 폭주상태를 검출하면, 128kbps의 데이터는 폐기하고, 96kbps의 데이터를 수신단말(104)로 전송한다. 폭주가 해소되면, 96kbps의 데이터는 폐기하고 128kbps의 데이터를 수신단말(104)로 전송한다. 여기서 우선도에 관한 정보는, IP패킷의 우선도정보를 기술하는 TOS(Type Of Service) 필드를 이용하면 된다.
그리고 송신단말(101)로부터 다른 에러내성 강도의 용장데이터를 복수 배포하므로, 무선 게이트웨이(103)에서 데이터를 구별하고 전송이나 폐기를 실행해야 한다. 이 구별을 위해서는, IP패킷의 우선도정보를 기술하는 TOS필드를 이용하면 된다. 예를 들어, 인트라프레임을 1, 인터프레임을 2, 강한 FEC데이터를 3, 약한 FEC데이터를 4로 하여, 송신측에서 TOS필드로, 송신데이터별로 라벨을 붙인다. 또 다른 부호화율로 부호화된 AV데이터를 동시에 전송할 경우, 부호화율에 대응하는용장데이터를 준비하고, 폭주 검출에 의해, 대상이 될 부호화율의 데이터가 변경된 경우, 폐기, 전송할 용장데이터도 마찬가지로, 대상이 될 부호화율에 맞추어 변경해야 한다.
또한 전송에러에 따라, 중계해야 할 AV데이터와 용장데이터 양자를 선택적으로 폐기, 전송해도 된다. 예를 들어, 전송에러율이 낮을 경우는 인트라프레임과 인터프레임 양자를 전송하고, 용장데이터는 폐기한다. 한편, 전송에러율이 높을 경우는 인트라프레임과 용장데이터를 전송하고, 인터프레임은 폐기한다. 이 경우 도 9 중의 폭주 검출부(902)는 없어도 된다.
도 10은 무선 게이트웨이(103)에서 전송제어를 실행하는 방법의 설명도이다. 도 10에 의하면, 우선 패킷 축적부(901)에서 IP패킷의 축적량(폭주 정도)을 조사한다(단계 1001). 폭주가 없으면 패킷 폐기를 행하지 않으며(단계 1002, 1003), 폭주의 정도가 약하면 저 우선도의 패킷만을 폐기하고(단계 1004, 1005), 폭주가 강할 경우에는 저 우선도와 중 우선도의 패킷을 폐기한다(단계 1006, 1007). 또 전송에러율이나 패킷손실율을 조사하여(단계 1008), 오류나 패킷손실률이 낮을 경우는, 강한 FEC데이터(R2)를 폐기하고 약한 FEC데이터(R1)만을 통과시킨다(단계 1009, 1010). 오류나 패킷손실률이 높을 경우, 약한 FEC데이터(R1)를 폐기하고, 강한 FEC데이터(R2)만을 통과시킨다(단계 1011, 1012). 단계(1010 또는 1012)에서 에러내성 강도를 변경했기 때문에 폭주의 정도가 변화했을 경우에는, 단계(1001)로 돌아온 후에 단계(1003, 1005 또는 1007)에서의 중계데이터 변경이 있을 수 있다.
도 11은 본 발명을 응용한 멀티캐스트 시스템의 개략도이다. 본 시스템은 멀티캐스트 전송을 행하므로, 다수의 사용자에게 동일 컨텐츠를 배포하는 경우에 효과적이다. 도 11에서는 그 예로서, 지역 정보를 복수의 휴대전화 단말로 배포할 경우의 응용예를 나타낸다. 예를 들어 요코하마역 주변의 정보를 갖는 서버(송신단말)(101)는, 라우터(102) 및 요코하마역 주변국(무선 게이트웨이(103))(A~C)을 통해, 요코하마역 주변의 휴대전화 단말(수신단말(104))(A~D)로 정보를 배포한다. 배포하는 정보로는, 공공시설의 혼잡정보를 생중계 영상으로 전송하거나, 점포, 영화의 광고 등을 배포하거나 한다. 당연히, 다른 지역에는 별도의 서버로부터 그 지역의 정보를 배포한다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 카와사키역 주변의 정보를 갖는 서버는, 라우터 및 카와사키역 주변국(A, B)을 통해, 카와사키역 주변의 휴대전화 단말(A~C)로 주변정보를 배포한다. 이와 같이 본 발명을 응용함으로써, 고품질의 멀티캐스트 전송이 실현 가능해진다. 이 응용예 이외에도, 다수의 사용자에게 동일스트림 배포를 행할 경우에 본 발명은 효과적이다.
또 상기의 예에서는 송신단말과 수신단말 사이의 전송로가 유선구간과 무선구간을 갖는 것으로 했지만, 본 발명은 전송로 전체가 무선망만으로 구성된 경우에도 적용 가능하다.
본 발명에 의하면, 무선구간을 갖는 통신망 상에서도 끊기지 않는 음성 전송, 흐트러지지 않는 영상 전송을 실현할 수 있다.

Claims (5)

  1. 유선구간과 무선구간을 갖는 전송로에 있어서, 상기 양 구간의 경계부분에 게이트웨이가 존재하며, 또 상기 게이트웨이를 통해 송신단말과 수신단말 사이에서 데이터패킷을 송수신하는 데이터 송수신방법이며,
    상기 전송로 상에 구성된 상기 게이트웨이를 포함하는 중간노드에서의 데이터 수신 및/또는 송신 상태에 관한 정보를 취득하는 단계와,
    상기 중간노드에서의 데이터 수신 및/또는 송신 상태에 관한 정보에 기초하여, 상기 수신단말이 수신해야 할 데이터를 상기 수신단말 또는 상기 중간노드가 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신단말과 상기 중간노드 사이의 왕복전파 지연시간, 왕복전파 지연시간의 흔들림(jitter), 상기 중간노드에서의 패킷손실률, 상기 중간노드의 링크대역 중 적어도 1 개에 기초하여, 상기 수신해야 할 데이터를 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간노드에서 얻어진 패킷손실의 정보와, 상기 수신단말에서 얻어진 패킷손실의 정보에 기초하여, 상기 수신해야 할 데이터로서, 계층부호화된 데이터,에러내성 처리를 실시한 데이터, 용장데이터 중 적어도 1 개를 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신방법.
  4. 무선구간을 갖는 전송로에 있어서, 중간노드를 통해 송신단말과 수신단말 사이에서 데이터패킷을 송수신하는 데이터 송수신방법이며,
    상기 무선구간의 전송에러에 관한 정보를 취득하는 단계와,
    상기 무선구간의 전송에러에 관한 정보에 기초하여, 전송해야 할 데이터의 에러내성 강도를 상기 중간노드가 결정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전송로의 폭주상태에 관한 정보를 취득하는 단계와,
    상기 전송로의 폭주상태에 관한 정보에 기초하여, 부여된 우선도에 따라, 전송해야 할 데이터를 상기 중간노드가 결정하는 단계를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신방법.
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