WO2007026604A1

WO2007026604A1 - マルチキャストノード装置とマルチキャスト転送方法ならびにプログラム

Info

Publication number: WO2007026604A1
Application number: PCT/JP2006/316674
Authority: WO
Inventors: Kazuya Suzuki; Masahiro Jibiki
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2007-03-08
Also published as: US20090245249A1; JP4761078B2; JPWO2007026604A1

Abstract

【課題】マルチパスを用いたパケットの補完を行うノード装置において、待ち時間を最適化する装置の提供。【解決手段】マルチパスを構成する各パスの伝送品質に関する統計情報を用いることで、目標パケット補完率を満たす最小の待ち時間を求める。

Description

マルチキャストノード装置とマルチキャスト転送方法ならびにプログラム技術分野

[0001] 本発明はマルチキャストノード装置およびそれに用いる損失パケット補完の方法ならびにプログラムに関し、特に、マルチパスを用いたパケット冗長配信を行う際に損失パケット補完時の待ち時間の最適値を決定する装置、方法並びにプログラムに関する。

背景技術

[0002] ブロードバンドネットワークの普及に伴い、従来の狭帯域ネットワークでは困難であつた高画質映像配信サービスが実現されつつある。また映像パケットの配信にマルチキャスト技術を用いることで、サーバやネットワークの帯域を節約しつつ、多数のュ一ザへの配信が可能である。 IP(Internet Protocol)層におけるマルチキャスト転送技術には、以下のような課題がある。

[0003] 第 1の課題は、 IPマルチキャスト転送を用いるためには、配信経路中にあるすベてのルータが、 IPマルチキャストに対応している必要がある、ということである（図 1参照）。分岐点におけるマルチキャストパケットの複製は、 IP層で行う必要があるため、 IP層の処理を行うルータが行う必要がある。図 1において、分岐点のノード 12、 13、 14、 1 5、 16、 17において、 IP層の処理を行うルータ力マルチキャストパケットの複製を行つている。

[0004] 現在、広く使われているルータ装置は、アーキテクチャやソフトウェアなどの問題から、 IPマルチキャストに対応して!/、な!/、場合が多！、。

[0005] 第 2の課題は、正しく設定されて!、な、IPマルチキャストネットワークでは、ループが発生した場合、パケットの複製が繰り返されることで、ネットワーク帯域やルータのリソースを浪費してしまい、他の通信に悪影響を与える可能性がある、ということである

[0006] このような運用上の理由により、マルチキャストに対応しているルータを用いたネットワークにおいても、その機能 (マルチキャスト）を使用しないように設定してある場合が多い。このため、既存のネットワーク上において、 IPマルチキャストの使用を開始するにあたっては、

• IPマルチキャスト非対応のルータを対応して!/、るルータに置き換えるか、又は、

'既設のルータが IPマルチキャストに対応している場合には、使用しないように設定してある IPマルチキャスト機能に対して、問題が発生しないように適切に設定を行う必要がある。

[0007] これらの問題を回避するために、アプリケーションレベルマルチキャスト方式が提案されている（図 2参照)。この方式は、 IP層で行っていたパケットの複製を、アプリケーシヨン層で行う。図 2【こお!ヽて、分岐/^、のノード装置 12、 13、 14、 15、 16、 17【こお!ヽて、パケットの複製を、 IP層の上層のアプリケーション層で行う（分岐ノードを 2段構成で示す)。

[0008] アプリケーションレベルマルチキャストのノード装置間の通信には、 IP層のュ-キヤストパケットを使用するため、従来の IPマルチキャスト非対応のネットワークにおいてもこの方式を使用することができる。

[0009] IPネットワークを用いたリアルタイム映像配信には、

•パケット到着間隔のゆらぎ、

•パケット欠損

という課題がある。

[0010] 映像の配信を行うストリーミングサーバは、一般に映像の再生間隔にあわせてパケットの送出を行う。仮に、ネットワーク中の伝送遅延が一定であれば、受信端末は、受信したパケットをそのまま再生すればよい。し力しながら、ネットワーク中の伝送遅延は一定ではなぐばらつきが発生する。この遅延のばらつき（ゆらぎ)を吸収するために、受信端末では受信したパケットを、一定時間ノッファリングし、ばらつきによる影響を吸収している。このとき、映像再生のタイミングは、パケットの受信直後ではなぐストリーミングサーバが配信時にパケット毎につけたタイムスタンプを基に、伝送遅延を考慮にいれた待ち時間を加えた値を使用している。このことにより、受信側における映像の再生は、ネットワーク中の伝送遅延のばらつきの影響をうけずに、ストリーミングサーバのパケットの送出と同じタイミングで行うことができる。

[0011] IPネットワークにおいては、ルータの負荷やネットワークの輻輳などさまざまな要因によりパケットの欠損が発生する。パケットの欠損はコマ落ちによる映像の再生品質の悪化につながる。

[0012] この問題に対して、訂正符号技術を用いた前方誤り訂正 (Forward Error Corr ection)という技術が提案されている。この手法では、あら力じめ冗長にパケットを送信し、欠損パケットの補完を行う技術である。

[0013] しかし、この手法を用いる場合、以下の問題がある。

[0014] この手法では、冗長パケットを送出する必要があるため、ネットワークの帯域を余計に使用することとなり、このことがかえってパケットの損失率をあげてしまう可能性がある。単発的なパケットの欠損に対しては高い確率で欠損パケットの復元が可能である力パケットが連続して欠損する状況では、パケットの復元ができない場合が多い。

[0015] このような状況は、 IP層やより下位層におけるリンクの切断や中継装置の故障などにより発生し、このような状況下でのパケット欠損には FECの技術のみでは対応できないことになる。

[0016] パケットの連続欠損に対しては、リンクやノードを共有しない排他的なパスを複数用意し、それぞれのノスに同一のパケットを冗長に送出する事が考えられる。

[0017] し力しながら、一般に IP層における配信経路は、管理者が明示的にきめることができない。仮に、パケットを冗長に送出したとしても同一経路を通ることになり、連続欠損を防ぐことが難しい。このため、この手法は一般的な IPマルチキャストでは用いることができない。

[0018] 一方、アプリケーションレベルマルチキャストにおいては、ノード間の通信における経路については、 IPマルチキャストと同様に、明示的に決めることができないが、どのノードを経由して、くかにつ、ては、管理者が決めることができる。

[0019] このため、アプリケーションレベルマルチキャストのノードをネットワーク中に適切に配置し、通過するリンクやノードを共有しないように、経由するノードをうまく選ぶことで、排他的なパスを構成することができる。

[0020] アプリケーションレベルマルチキャストにおけるマルチパスの例を、図 3に示す。送信者 31力ら受信者 41、 42へのノスは、ノード 11、 12、 22、 23、 13、 14と、ノード 11 、 12、 16、 15、 14からなり、通過するリンクやノードを共有しないように、排他的なマルチパスを構成している。これに対して、図 2のマルチキャストでは、送信者 31から受信者 41、 42へのノスは、ノード 11、 12、 22、 23、 13において同一ノスとされる。

[0021] なお、特許文献 1には、映像配信サーバからメディアデータ及び配信時刻を示す情報を含むマルチキャストパケットを各端末装置に配送し、各端末装置では、マルチキャストパケットを受信し、配信時刻と受信時刻をある端末装置に集め、例えば最大の配信遅延時間を算出し、この最大配信遅延時間から各端末装置での遅延時間を減算することで、自端末装置におけるメディアデータの受信力再生までの待ち時間を求めるようにして、配信映像の同時再生を行うようにした方法、システム、端末装置が開示されている。

[0022] 特許文献 1：特開 2003— 235027号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0023] 上記したように、従来のマルチキャストシステムは、下記記載の問題点を有して、る

[0024] 第一の問題点は、マルチパスによるパケット補完技術を利用した場合、適切な待ち時間を決めるのが困難である、ということである。

[0025] ここで、待ち時間とは、ノード装置力パケットを送出する時刻から送信元のパケット送出時刻を引いた値である（例えば図 4の 66参照)。そして、待ち時間が長いということは、パケット毎のノッファリング時間が長くなり、それだけノード装置内に滞留するパケットの量が大きくなることを意味して、る。

[0026] また、ノード装置内でのバッファリング時間が大きいということは、パケットの到達遅延も大きくなる。このため、可能な限り待ち時間は短い方がよい。

[0027] し力しながら、待ち時間が短い場合、各パスにおける遅延のばらつきを吸収できない可能性がある。

[0028] IPネットワークにおいては、パケットの伝送遅延は一定ではなぐばらつきが生じる。

このためマルチパスの場合、遅延の小さいほうのパスで欠損したパケットを、他方のパスで補完する必要があるときに、後者のパスの遅延の増大により、待ち時間中にパケットが到着しない可能性がある。以下、本発明者の検討結果に基づき説明する。

[0029] 図 4のタイミングダイアグラムを用いて説明する。なお、図 4は、本発明者が、課題を説明するために作成したものである。図 4において、 51はパケットの送信元のタイムラインを示しており、横軸は時間の経過を表している。 RTP (ReaKTime Transport Pr otocol)などのリアルタイム転送を目的としたプロトコルでは送信基において、パケットにはそれぞれシーケンス番号が付与されて送出される。ここでは、パケット 11、 12、 1 3にはそれぞれ、シーケンス番号 617、 618、 619が付与されているとする。図 4において、 52および 53は、それぞれ、これらのパケットがマルチパスを構成するパス 1およびパス 2を通じて、合流点であるノード装置に到着したときのタイムラインを表して!/ヽる。シーケンス番号 617のパケット 11は、パス 1、ノス 2ともに、送信元のパケット送出力もそれぞれのパスの平均遅延時間経過後に、ノード装置に到着しているものとする

[0030] パス 1経由でノード装置に到着したパケット 21は、パケット中のタイムスタンプに待ち時間 66足した値を送出時刻として、パケットの送出を行う（パケット 41)。ここでパス 1 におけるパケット 21のバッファリング時間 65とは、待ち時間 66からパケット 21の伝送遅延 (今回は平均遅延 62)を引いた値である。

[0031] パス 2経由で到着したパケット 31は、パス 1経由で到達するパケット 21がパス中で失われ到着しな力つた場合に、パケット 21に代わってパケット 41として送出される。

[0032] 図 4の例では、パケット 21が失われずノード装置まで到達しているために、パケット 31は、受信後、破棄される。シーケンス番号 617のパケット 11は、それぞれのパスにおいての平均遅延時間の伝送遅延でノード装置に到着している力一般には、シーケンス番号 618で送出されるパケット 12のように、平均遅延時間を超える伝送遅延 6 7が発生してノード装置に到着したり（パケット 22)、平均遅延時間を下回る伝送遅延 68でノード装置に到着したりする (パケット 32)。

[0033] 送信元力送出されたシーケンス番号 619のパケット 13が、パス 1中に失われた場合について考える。この場合、パス 2を通って到着するシーケンス番号 619のパケット 33を、パケット 23の代わりとして送出することでパケットの補完を行う。し力し、図 4のように、パケット 33が待ち時間よりも大きな遅延で到着した場合、パケット 43の送信時刻を超えて、るため、パケットの補完ができな、。

[0034] このように、待ち時間を短くすると、パケットを補完できない可能性が高くなる。

[0035] したがって、本発明の目的は、目標パケット補完率を満たしつつ、最小の待ち時間を求めることを可能とし、マルチパスを用いたパケットの補完を行うノード装置に用いて好適とされる装置、方法及びプログラムを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0036] 前記課題を解決する手段として、本発明の第一の側面に係るノード装置は、

装置外部のネットワークと接続するネットワークインターフェイスと、

前記ネットワークインターフェイスを介して、シーケンス番号とタイムスタンプとを含むパケットを受信するパケット受信部と、

前記受信したパケットのシーケンス番号を参照し、送信バッファに対して、未格納のシーケンス番号を持つパケットのみ格納するパケット同期部と、

前記受信したパケットから遅延に関する統計情報を受信パス毎に収集する統計処理部と、

前記統計処理部が収集した統計情報を基に、前記パケットの待ち時間を決定する待ち時間計算部と

を備える。

[0037] 本発明において、前記統計処理部は、パケットの遅延の平均値を求める。前記統計処理部は、パケットの遅延の分散を求める。

[0038] パケットの補完率は、各パス毎のネットワーク中でパケットの損失率および待ち時間内でパケットが到着する率の二つの要素で決まる。本発明の統計処理部において求められた、パス毎に伝送遅延の平均値、分散から得られる確率分布関数、及び、あら力じめ与えられたパス毎の損失率を基に、待ち時間と到着率の関係を表す到着率テ一ブルを待ち時間計算部において作成する。本発明によれば、例えば到着率テーブルを用いて目標パケット補完率 (到着率)を満たす最小の待ち時間を求める。

[0039] 本発明の他の側面に係るノード装置は、到達率測定部を持つことで、実際のネットワークにおけるパス毎のパケットの到達率 (および損失率)を求めることができる。このことにより、本装置の動作中に、パケットの到達率が変動するような状況においても、その状況に応じて適当な待ち時間を求めることができる。

[0040] 本発明の他の側面に係る方法は、シーケンス番号およびタイムスタンプを含むパケットを受信し、受信パケットのシーケンス番号を参照し、未送出のシーケンス番号を持つパケットを送出時刻に送出するマルチキャストパケット転送方法であって、前記受信パケットから遅延値に関する統計情報を受信パス毎に収集する工程と、前記収集した統計情報を基に、パケットの待ち時間を計算する工程と

を含む。

[0041] 本発明に係る方法において、前記統計情報を収集する工程において、パケットの遅延の平均値を求める。

[0042] 本発明に係る方法にお!ヽて、前記統計情報を収集する工程にお!ヽて、パケットの遅延の分散を求める。

[0043] 本発明に係る方法において、前記待ち時間を計算する工程は、パケットの受信パス毎に確率分布関数を用いて、待ち時間を決定する。

[0044] 本発明に係る方法において、前記待ち時間を計算する工程は、パケットの遅延に関する度数分布を用いて、待ち時間を決定する。

[0045] 本発明に係る方法において、パケットの到達率を測定する工程をさらに含み、前記待ち時間を計算する工程は、測定された到達率を用いて待ち時間を決定する

[0046] 本発明の他の側面に係るコンピュータプログラムにおいて、マルチキャスト転送にあたり、シーケンス番号およびタイムスタンプを含むパケットの受信を行う処理と、前記受信パケットのシーケンス番号を参照し、未送出のシーケンス番号を持つパケットを送出時刻に送出する処理と、コンピュータに実行させるプログラムであって、前記受信パケットから遅延値に関する統計情報を受信パス毎に収集する処理と、前記収集した統計情報を基に、パケットの待ち時間を計算する処理を、前記コンビタに実行させるプログラムよりなる。

[0047] 本発明に係るコンピュータプログラムにお、て、前記統計情報の収集処理にお!、て、パケットの遅延の平均値を求める処理を含む。

[0048] 本発明に係るコンピュータプログラムにお、て、前記統計情報の収集処理にお!、て

、パケットの遅延の分散を求める処理を含む。

[0049] 本発明に係るコンピュータプログラムにお、て、前記待ち時間を計算する処理は、パケットの受信パス毎に確率分布関数を用いて、待ち時間を決定する処理を含む。

[0050] 本発明に係るコンピュータプログラムにお、て、前記待ち時間を計算する処理は、パケットの遅延に関する度数分布を用いて、待ち時間を決定する処理を含む。

[0051] 本発明に係るコンピュータプログラムにおいて、パケットの到達率を測定する処理と測定された到達率を用いて待ち時間を決定する処理と

を前記コンピュータに実行させるプログラムよりなる。

発明の効果

[0052] 本発明の第一の効果は、目標パケット補完率を満たしつつノード装置のバッファリングによる使用メモリ量を最小にすることができる点である。必要とするメモリ量が少なくなれば、ノード装置に搭載するメモリ量を少なくすることができるため、ノード装置のコストを抑えることができる。また搭載するメモリ量が同じであっても、本発明の手法を用いることで、より多くのストリーム配信を扱うことができる。

[0053] 本発明の第二の効果は、目標パケット補完率を満たしつつパケット伝送における累積遅延を最小にすることができる点である。マルチパスの合流点にあるノード装置においては、パケット補完のためのバッファリングが必要であり、そのバッファリング時間分の遅延が発生する。さらに、マルチノスの合流点にあるノード装置以外のアプリケーシヨンレベルマルチキャストのノード装置においては、受信したパケットを送信し終わるまでにある程度の遅延が発生する。本発明の手法を用いることで、マルチパスの合流点における遅延を必要最小限に抑えることができる。

図面の簡単な説明

[0054] [図 1]IPマルチキャストによるパケット転送を示すネットワーク図である。

[図 2]アプリケーションレベルマルチキャストによるパケット転送を示すネットワーク図である。 [図 3]アプリケーションレベルマルチキャストによるマルチパスパケット補完を示すネットワーク図である。

[図 4]マルチパスパケット補完を示すタイムライン図である。

[図 5]本発明の第一の実施形態のノード装置の構成を示すブロック図である。

[図 6]本発明の第一の実施形態における上流ピア管理テーブルの構成を示す図である。

[図 7]本発明の第一の実施形態におけるパステーブルの構成を示す図である。

[図 8]本発明の第一の実施形態における下流ピア管理テーブルの構成を示す図である。

[図 9]本発明の第一の実施形態において、各パスの遅延の平均値、分散の計算処理を示すフローチャートである。

[図 10]本発明の第一の実施形態における待ち時間の決定処理を示すフローチャートである。

[図 11]本発明の第一の実施形態における到着率テーブルの構成を示す図である。

[図 12]本発明の第一の実施形態におけるパケットの同期処理を示すフローチャートである。

[図 13]本発明の第二の実施形態のノード装置の構成を示すブロック図である。

[図 14]本発明の第三の実施形態のノード装置の構成を示すブロック図である。

[図 15]本発明の第三の実施形態における度数分布テーブルの構成を示す図である

[図 16]本発明の第三の実施形態における累積度数分布テーブルの構成を示す図である。

[図 17]本発明の第三の実施形態における到着率テーブルの決定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

7、7A、7B マルチキャストノード装置（ルータ装置）

11〜25 ノード

31 送信者 41〜46 受信者

111〜： L in 統計処理部

121〜12n 受信バッファ

131 待ち時間計算部

132 パケット同期部

1321 パステーブル

1322 ストリーム番号

1323 下流ピア

1324 上流ピア

141 パケット受信部

1411 上流ピア管理テーブル

1412 ピア

1413、 1415 アドレス

1414、 1416 ポート番号

142 パケット送信部

1421 下流ピア管理テーブル

1422 下流ピア

1423、 1425 アドレス

1424、 1426 ポート番号

143 パス管理部

144 リアノレタイムクロック

151〜15m ネットワークインターフェイス 161〜： L6p 送信ノッファ

1711 待ち時間

1712 到着率

181〜18n 到着率測定部

191〜19n 度数分布対応統計処理部 1911、 1921 伝送遅延 1912 ノケット数

1922 累積パケット数

発明を実施するための最良の形態

[0056] 次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

[0057] 図 5は、本発明の一実施例によるノード装置の機能構成を示すブロック図である。

[0058] 図 5において、本発明の一実施例によるルータ装置 7は、統計処理部 111〜： L ln、受信バッファ 121〜12n、待ち時間計算部 131、パケット同期部 132、送信バッファ 1 61〜16p、パケット受信部 141、パケット送信部 142、パス管理部 143、リアルタイムクロック 144、およびネットワークインターフェイス 151〜15mを備えている。

[0059] ネットワークインターフェイス 151〜15mは、ノード装置外部のネットワークと接続を行う。

[0060] パケット受信部 141は、ネットワークインターフェイス 151〜15m経由でパケットを受信し、上流ピア管理テーブル 1411を参照し、パケットのピアを判定する。

[0061] ピアを特定したパケットは、受信バッファ 121〜12nのうち、上流ピアに対応するいずれかの受信バッファにパケットを送られる。

[0062] 本発明におけるパケット受信部 141にお、ては、 RTPなどパケット中にパケット送出時のタイムスタンプおよびシーケンス番号を含むパケットを取り扱うものとする。

[0063] ピアとは、アプリケーションレベル.マルチキャストのノード間におけるトランスポート層プロトコルでのコネクションである。

[0064] 図 6は、トランスポート層のプロトコルとして UDP (User Datagram Protocol)を使用した場合に、受信パケットから対応する上流ピアを特定するためのテーブル (上流ピァ管理テーブル 1411)の一例を示す図である。図 6を参照すると、この上流ピア管理テーブル 1411は、ピア 1412、送信元アドレス 1413、送信元ポート番号 1414、宛先アドレス 1415、宛先ポート番号 1416と!ヽぅ項目から構成される。

[0065] パケット受信部 141は、この上流ピア管理テーブル 1411を参照することで、受信したパケットの送信元アドレス A10、送信元ポート番号 P10、宛先アドレス Al l、宛先ポート番号 P11であった場合には、ピア 1からの受信パケットであると判断することができる。 [0066] 例えば図 6のピア 2のように宛先アドレスとして、ワイルドカード" * "で表されている場合には、パケット受信部 141は、任意の宛先アドレスのパケットがマッチするものとする。つまり、送信元アドレスが A20、送信元ポート番号が P20、宛先ポート番号が P 21であるパケットは、宛先アドレスの値がいずれの値であっても、ピア 2に該当する。

[0067] ここでは、 IPヘッダ、 UDPヘッダ中の値を用いることで、上流ピアの特定をして！/、る力受信したパケットから上流ピアを特定できるのであれば、どのような手法を採用してもよい。例えば、パケット中のいずれかの部分に、ピア毎に一意に識別するための値を入れるフィールドを用意しておき、該フィールドに格納された値により、上流ピアを特定するようにしてもよ、。

[0068] 再び図 5を参照して、各受信バッファ 121〜12nに受信パケットが格納されるとき、統計処理部 111〜1 Inにお、て、ピア単位のパケット受信品質に関する統計情報（遅延の平均値、分散)の収集が行われる。

[0069] 待ち時間計算部 131は、統計処理部 111〜1 Inで収集した遅延、パケット損失率などの情報を基に、パケット待ち時間を計算し、パケット同期部 132に計算した値を設定する。

[0070] パケット同期部 132では、複数の上流パス力も受信したパケットストリームをマージする。このとき、パケット同期部 132は、パステーブル 1321を参照し、下流ピアを特定し、対応する送信バッファ 161〜16pのいずれかにパケットを送る。

[0071] 図 7に、パステーブル 1321の一例を示す。ノステーブル 1321は、ストリーム番号 1 322、下流ピア 1323、上流ピア 1324を項目として持つ。

[0072] 例えば、

'受信したパケットの上流ピアがピア 2であった場合、下流ピアは、ピア Xになる '上流ピアがピア 4出会った場合には、下流ピアはピア Yになる

である。

[0073] 再び図 5を参照して、パケット送信部 142は、送信バッファ 161〜16p中のパケットを送信予定時刻になったときに送出する。

[0074] パケット送信部 142は、下流ピア管理テーブル 1421を参照し、下流ピアで使用する送信元アドレス、送信元ポート番号、宛先アドレス、宛先ポート番号を検索する。 [0075] 図 8に、下流ピア管理テーブル 1421の一例を示す。下流ピア 1422で使用する送信元アドレス 1423、送信元ポート番号 1424、宛先アドレス 1425、宛先ポート番号 1 426を備えている。これらの検索した情報を基に、ネットワークインターフェイス 151〜 15mを通して、パケットを送出する。またパケット送信部 142は、ノケットの送出を送出予定時刻に従う方法ではなぐ以下の方法で行ってもよい。

•直前に送信したパケットのシーケンス番号を記録しておく

•送信バッファ中のパケットのシーケンス番号のうち最小のもの力送信済みシーケンス番号の次の値の場合、そのパケットの送出を行う。

•送信バッファ中のパケットのシーケンス番号のうち最小のもの力送信済みシーケンス番号の次の値で無い場合、パケットの送出予定時刻まで待ち、それまでに送信済みシーケンス番号の次の値をもつパケットが送信バッファに入ってこない場合には

、パケットの送出を行う。

[0076] 再び図 5を参照して、パス管理部 143は、パスに関する情報を管理し、パステーブル 1321、上流ピア管理テーブル 1411および下流ピア管理テーブル 1421に、それぞれ、適切な値を設定する。

[0077] パス管理部 143へのパス情報の設定は、人手で行ってもよいし、あるいは、ネットヮーク管理端末力もネットワーク経由で行うようにしてもょ、。

[0078] リアルタイムクロック 144は、統計処理部 111〜： L ln、ノケット同期部 132、パケット送信部 142の各部からの要求に対し、現在時刻情報を供給する。

[0079] 図 9は、本発明の一実施形態の統計処理部 l liの動作を説明するための流れ図である。図 5及び図 9を参照して、図 5の統計処理部 l liが遅延の平均値、分散を求める動作について説明する。

[0080] まず、各カウンタ ci、 di、 siに、 0を入れておく（ステップ Sl)。

[0081] パスものパケットの受信を待ち、受信したパケット中のタイムスタンプを参照し、その値を tsとする（ステップ S 2)。

[0082] リアルタイムクロック 144から、現在時刻 tnを取得する（ステップ S3)。

[0083] 現在時刻 tnとパケット送信時刻 tsの差を計算し、 diにカ卩える。この diは、各パケットの遅延の合計値を意味している。また、差の二乗を計算し、 siに加える。 siは各バケツトの遅延値の二乗の値の合計値を意味している。さらに、 ciに 1を加える（ステップ S4

) o

[0084] 次に、 ciの値が初期計測パケット数を超えて、る力否かを調べる（ステップ S5)。初期計測パケット数は、あらかじめ人手で与えておくものとする。 ciの値が初期計測パケット数を超えて、な、場合には、ステップ S 2へと戻る。

[0085] ciの値が初期計測パケット数を超えている場合には、次の計算を行う。

[0086] まず、 diを ciで割った値 mi (mi=di/ci)を求める。 miは各パケットの伝送遅延の平均値を意味している。

[0087] また、 siを ciで割った値から、 miの二乗を引いた値の平方根 vi ( = siZci—mi2) 1

Z2を求める。この viは、各パケットの伝送遅延の分散を意味している。

[0088] ここで、ステップ S 5は、受信したパケット数が所定の値を超えたら、ステップ S 2からステップ S5のループ処理を終了している力一連の処理を開始してから一定時間経過後に終了することとしてちょ、。

[0089] 図 10は、本発明の一実施形態の待ち時間計算部 131の動作を説明するための流れ図である。次に、図 10を参照して、図 5の待ち時間計算部 131が待ち時間を求める動作について説明する。

[0090] まず、各 Liに対して、 1の値を設定する (ステップ S 11)。 iは各ピアの到着率テープルの列を表すインデックスである。

[0091] 図 11を用いて、到着率テーブルについて説明する。到着率テーブルは、待ち時間

1711 (遅延）と、その待ち時間内で到着するパケットの確率 (到着率） 1712の関係を表すテーブルである。到着率テーブルは、図 5において、例えば待ち時間計算部 13

1内部の記憶装置に格納保持される。

[0092] ここで、各ピアの到着率テーブルの列数のうち最大の値を nとする。この時点で最大値はわ力もないので、十分に大きな値を用意し、それを nとすればよい。

[0093] Liは、パスごとの到着率テーブルの i列目における、累積損失率を表す。

[0094] 再び図 10を参照して、次に未処理の上流ピアのうち、遅延の平均値が一番小さい上流ピア aを選択する (ステップ S 12)。

[0095] 次に、上流ピア aの遅延の平均値 maおよび分散 vaを用いて確率分布関数から、ピァ aの到着率テーブルを作成する（ステップ S 13)。

[0096] ここでは、正規分布の確率分布関数を用いる力ネットワークの特性に合わせて異なる分布の確率分布関数を用いてもょヽ。

[0097] なお、図 11の到着率テーブルにおける到着率は、伝送遅延 lms毎に求められているが、本発明は力かる構成に制限されるものでない。到着率テーブルの作成の際の伝送遅延の間隔は、例えば管理者が任意の値を設定してよい。

[0098] 図 10のステップ S 14では、ステップ S 13で作成した到着率テーブルに対して、以下の処理を行う。

[0099] ここで、到着率テーブルの i列目の値を xi、ピア aのパケット推定到達率を laとすると

、（1 xi) X (1— la)を求め、 yiとする。

[0100] yiを、到着率テーブルすべての列について計算を行う。

[0101] パケット推定到達率 laは、パケットがパス中で損失せずに到達する確率である。例えば 5%のパケット損失が予想されるパスのパケット推定到達率は、 0. 95になる。

[0102] このパケット推定到達率は、

•管理者が任意の値を設定するか、

ちしくは、

•ネットワーク管理端末など力もネットワーク経由で設定する。

[0103] yiは、パス aにおいて、待ち時間以内にパケットが到着しない確率、および、パス a 中にパケットが失われることで、ノードまでパケットに到着しない確率との積であり、パス aの i列目の待ち時間における損失率を表している。

[0104] パス aの到着率テーブルの i列目の待ち時間が 55msであるとすると、 55ms以内にパス aにお!/、てパケットが到達しな!、確率を表して!/、る。

[0105] 次に、パス aの到着率テーブルの各列 iに対して、 Liに yiの値を掛ける（ステップ S1

5)。

[0106] この Liは、累積損失率であり、到着率テーブルの i列目の待ち時間が 55msだったとすると、 55ms以内に、ここまで処理したパスのいずれ力もも、パケットが到達しない確率を表している。

[0107] 次に、上流ピア aを処理済とし (ステップ S 16)、他に未処理の上流ピアが残っているか否かを調べる (ステップ SI 7)。未処理の上流ピアが残っている場合には、ステップ S 12へ戻る。

[0108] 上流ピアすべてに対し処理が終了している場合、これまでの計算で求めた Liを用いて、全体到着率テーブルを作成する。

[0109] このとき、 1—Liを、全体到着率テーブルの i列目における到着率とする (ステップ S

18)。

[0110] 次に、全体到着率テーブルから目標到達率 Itを上回る遅延値のうち、最小の値 dt を求める（ステップ SI 9)。

[0111] 求めた dtをパケット同期部に設定する (ステップ S20)。

[0112] 図 12は、本発明の一実施形態のパケット同期部 132の動作を説明するための流れ図である。図 12を参照して、パケット同期部 132の処理を説明する。

[0113] パケットの受信を待つ（ステップ S21)。

[0114] パケットを受信したら、そのパケット中のシーケンス番号 q、タイムスタンプ tsを取得する（ステップ S 22)。

[0115] 送信バッファを走査し、同一のシーケンス番号のパケットが存在するか否かを確認する（ステップ S 23)。

[0116] 同一シーケンス番号のパケットが送信バッファに存在している場合、当該パケットを廃棄し (ステップ S 24)、ステップ S 21に戻る。

[0117] 同一シーケンス番号のパケットが送信バッファに無い場合、 ts + dsを計算し、送信予定時刻 toとする (ステップ S 25)。

[0118] 次にリアルタイムクロック 144から現在時刻 tnを取得する（ステップ S26)。

[0119] 現在時刻 tnが送信予定時刻 toを過ぎてヽるか否かを調べ (ステップ S27)、過ぎている場合には、ステップ S24に戻る。

[0120] 現在時刻 tnが、送信予定時刻 toを過ぎて、な、場合には、パケットを送信バッファに送り（ステップ S28)、送ったパケットの送信予定時刻を送信バッファに設定する (ステツプ S29)。

[0121] 次に、本発明の第二の実施の形態について説明する。図 13は、本発明の第二の実施の形態のノード装置 7Aの構成を示す図である。図 13を参照すると、ノード装置 7Aには、図 5の構成に、さらに到達率測定部 181〜 18ηを備えている。到達率測定部 181〜18ηは、受信バッファ 121〜12ηに格納されるパケットのシーケンス番号を調べ、単位時間当たりのパケットの到達率を調べる。調べたパケット到達率は、バケツト同期部 132に渡される。

[0122] 図 5に示した前記第一の実施形態では、図 10に示した手順において、待ち時間を求める際に、パケット到達率として推定される値を、あら力じめ決めておく必要があつた。

[0123] これに対して、本発明の第二の実施形態においては、到達率測定部 181〜18ηにて、パス毎の実際のパケット損失率を測定することで、ネットワークの状態の変動に応じたより適当な待ち時間を求めることができる。

[0124] 次に、本発明の第三の実施の形態について説明する。図 14は、本発明の第三の実施の形態のノード装置の構成を示す図である。図 14を参照すると、本発明の第三の実施の形態において、ノード装置 7Βは、度数分布対応統計処理部 191〜 19 Inを有する。度数分布対応統計処理部 191〜19nは、パケット受信部 141から受信した各パケット毎にパケットから取得したタイムスタンプの値を、リアルタイムクロック 144力ら取得した現在時刻から引くことで、パケットの伝送遅延を算出する。

[0125] 一定間隔毎に区切られた伝送遅延の階級幅毎にパケット数を集計することで、度数分布テーブルを作成する。図 15に、度数分布テーブル、図 16に累積度数分布テ一ブルの例を示す。伝送遅延の各区間に対応してパケットの数が記録される。図 15 、図 16の度数分布テーブル、累積度数分布テーブルでは、階級の幅が lmsとなつているが、この値は管理者が任意の値に設定してよい。度数分布テーブル、累積度数分布テーブルは、度数分布対応統計処理部 191〜 19ηに備えてもよいし、あるいは、待ち時間計算部 131に備えてもよい。

[0126] 次に、図 17の流れ図を参照して、本実施形態における度数分布テーブル力も到着率テーブルを作成する手順について説明する。なお、到着率テーブルは、図 11を参照して説明した形式のものが用いられる。

[0127] まず、 cに 0を、 iに 1を設定する（ステップ S31)。ここで、 iは、度数分布テーブル中の列を示す変数である。 [0128] 次に、 cに fiの値をカ卩える。 fiは度数分布テーブルの i列目のパケット数を表している

。次に iに 1を加える（ステップ S32)。

[0129] 累積度数分布テーブルの i列目の累積パケット数のエントリに登録する (ステップ S3

3)。累積度数分布テーブルは、図 16に示したものが用いられる。

[0130] 次に、度数分布テーブルの全ての列について計算を終了したかを調べ、終了していなかったら、ステップ S32に戻る（ステップ S34)。

[0131] すべての列について計算が終了している場合、ステップ S35へと進む。この時点で cの値は、度数分布テーブルに集計されて、るパケット数の合計値を表して、る。

[0132] 次に rに 0を、 iに 1を代入する（ステップ S35)。

[0133] 次に、 fiを cで割った値を、 rに代入する。また iに 1を加える（ステップ S36)。

[0134] rを到着率テーブルの i列目の到着率のエントリに登録する（ステップ S37)。

[0135] 累積度数分布テーブル（図 16)の全ての列について計算を終了したかを調べ、終了していなかったら、ステップ S36に戻る（ステップ S38)。

[0136] すべての列について計算が終了している場合、処理を終了する。

[0137] ここで得られた到着率テーブルカゝら待ち時間を計算する手順にっヽては、本発明の第一の実施例と同様である。

[0138] 図 5を参照して説明した第一の実施形態においては、確率分布関数力到着率テ一ブルを求める際に、多数の実数演算を行う必要がある。

[0139] 本実施形態においては、唯一の実数演算は、図 17のステップ S36での除算のみ (f i/c)であり、他は整数の加算のみで構成されている。このため、第一の実施例と比べると、より低い負荷で、目的を実現できる。

[0140] 本発明は、 IPネットワークを用いたライブ映像配信に用いて好適とされる。

[0141] 以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみに制限されるものでなぐ本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

Claims

請求の範囲

[1] 装置外部のネットワークと接続するネットワークインターフェイスと、

前記統計処理部が収集した統計情報を基に前記パケットの待ち時間を決定する待ち時間計算部と

を備えることを特徴とするマルチキャストノード装置。

[2] 前記統計処理部は、パケットの遅延の平均値を求めることを特徴とする請求項 1に記載のマルチキャストノード装置。

[3] 前記統計処理部は、パケットの遅延の分散を求めることを特徴とする請求項 1に記載のマルチキャストノード装置。

[4] 前記待ち時間計算部は、パケットの受信パス毎に確率分布関数を用いて待ち時間を決定することを特徴とする請求項 1に記載のマルチキャストノード装置。

[5] 前記統計処理部は、パケットの遅延に関する度数分布を用いて待ち時間を決定することを特徴とする請求項 1に記載のマルチキャストノード装置。

[6] 前記マルチキャストノード装置において、パケットの到達率を測定する到達率測定部をさらに備え、

前記待ち時間計算部は、前記到達率測定部により測定された到達率を用いて、待ち時間を決定することを特徴とする請求項 1に記載のマルチキャストノード装置。

[7] 前記待ち時間計算部は、パケットの受信パスの前記遅延の平均値、分散から得られる確率分布関数と、あらかじめ与えられたパス毎の損失率を基に待ち時間と到着率の関係を表す到着率テーブルを作成し、

前記到着率テーブルを用いて目標のパケット到着率を満たす最小の待ち時間を求めることを特徴とする請求項 1に記載のマルチキャストノード装置。

[8] シーケンス番号およびタイムスタンプを含むパケットを受信し、受信パケットのシーケンス番号を参照し、未送出のシーケンス番号を持つパケットを送出時刻に送出するマルチキャストパケット転送方法であって、

前記受信パケットから遅延値に関する統計情報を受信パス毎に収集する工程と、前記収集した統計情報を基に、パケットの待ち時間を計算する工程と

を含む、ことを特徴とするマルチキャスト転送方法。

[9] 前記統計情報を収集する工程において、パケットの遅延の平均値を求めることを特徴とする請求項 8に記載のマルチキャスト転送方法。

[10] 前記統計情報を収集する工程において、パケットの遅延の分散を求めることを特徴とする請求項 8に記載のマルチキャスト転送方法。

[11] 前記待ち時間を計算する工程において、パケットの受信パス毎に確率分布関数を用いて、待ち時間を決定することを特徴とする請求項 8に記載のマルチキャスト転送方法。

[12] 前記待ち時間を計算する工程において、パケットの遅延に関する度数分布を用いて、待ち時間を決定することを特徴とする請求項 8に記載のマルチキャスト転送方法

[13] パケットの到達率を測定する工程をさらに有し、

前記待ち時間を計算する工程は、測定された到達率を用いて待ち時間を決定することを特徴とする請求項 8に記載のマルチキャスト転送方法。

[14] 前記待ち時間を計算する工程において、パケットの受信パスの前記遅延の平均値、分散から得られる確率分布関数と、あらかじめ与えられたパス毎の損失率を基に、待ち時間と到着率の関係を表す到着率テーブルを作成し、前記到着率テーブルを用いて目標パケット補完率 (到着率)を満たす最小の待ち時間を求めることを特徴とする請求項 8に記載のマルチキャスト転送方法。

[15] マルチキャスト転送のプログラムであって、前記プログラムはコンピュータに、

シーケンス番号およびタイムスタンプを含むパケットの受信を行う処理と、前記受信パケットのシーケンス番号を参照し、未送出のシーケンス番号を持つパケットを送出時刻に送出する処理と、前記受信パケットから遅延値に関する統計情報を受信パス毎に収集する処理と、前記収集した統計情報を基に、パケットの待ち時間を計算する処理と、を実行させることを特徴とするプログラム。

[16] 前記統計情報の収集処理において、パケットの遅延の平均値を求める処理を含むことを特徴とする請求項 15に記載のプログラム。

[17] 前記統計情報の収集処理において、パケットの遅延の分散を求める処理を含むことを特徴とする請求項 15に記載のプログラム。

[18] 前記待ち時間を計算する処理は、パケットの受信パス毎に確率分布関数を用いて

、待ち時間を決定する処理を含むことを特徴とする請求項 15に記載のプログラム。

[19] 前記待ち時間を計算する処理は、パケットの遅延に関する度数分布を用いて、待ち時間を決定する処理を含むことを特徴とする請求項 15に記載のプログラム。

[20] パケットの到達率を測定する処理と、

測定された到達率を用いて待ち時間を決定する処理と

を前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項 15に記載のプログラム。

[21] パケットの受信パスの前記遅延の平均値、分散から得られる確率分布関数と、あら力じめ与えられたパス毎の損失率を基に、待ち時間と到着率の関係を表す到着率テ一ブルを作成する処理と、

前記到着率テーブルを用いて目標パケット到着率を満たす最小の待ち時間を求める処理を、前記コンピュータに実行させることを特徴とする請求項 15に記載のプログラム。

[22] アプリケーションレベルのマルチキャストパケット転送機能を有するノード装置が、前記ノード装置外部のネットワークと接続を行うネットワークインターフェイスと、前記ネットワークインターフェイス経由で、パケット送出時のタイムスタンプ情報とシ一ケンス情報を含むパケットを受信し、ピアと送信元と宛先情報の対応を格納したテ一ブルを参照して、受信パケットから、送信元と宛先情報より、対応する上流ピアを特定し、前記受信パケットを特定された上流ピアに対応する受信バッファに送るパケット受信部と、

ピア単位に受信したパケットの遅延の平均値、分散、度数分布、パケット損失率の少なくとも 1つの情報の収集を行う統計処理部と、

前記統計処理部で収集した情報を基に、パケット待ち時間を計算する待ち時間計算部と、

複数の上流パス力受信し前記受信バッファに格納されたパケットから、上流ピア、下流ピアの対応を管理するテーブルを参照して、前記特定された上流ピアに対応する下流ピアを特定し、前記特定された下流ピアに対応する送信バッファにパケットを格納するパケット同期部と

を備えて、ることを特徴とするノード装置。

[23] 前記送信バッファ中のパケットに関して、ピアと送信元と宛先情報の対応を格納したテーブルを参照して下流ピアで使用する送信元と宛先の情報に基づき、前記パケットを対応するネットワークインターフェイスを通して送出するパケット送信部と、パケット受信部、パケット送信部、パケット同期部のテーブルの内容を管理するパス管理部と

を備えていることを特徴とする請求項 22に記載のノード装置。

[24] 前記待ち時間計算部は、パケットの受信パスの前記遅延の平均値、分散から得られる確率分布関数と、あらかじめ与えられたパス毎の損失率を基に、待ち時間と到着率の関係を表す到着率テーブルを作成し、前記到着率テーブルを用いて、目標パケット到着率を満たす最小の待ち時間を求めることを特徴とする請求項 22記載のノード装置。

[25] パケットの到達率を測定する到達率測定部をさらに備え、

前記待ち時間計算部は、前記到達率測定部により測定された到達率を用いて、待ち時間を決定することを特徴とする請求項 22に記載のノード装置。