WO2007111331A1

WO2007111331A1 - 通信方法、ノード及び制御プログラム

Info

Publication number: WO2007111331A1
Application number: PCT/JP2007/056382
Authority: WO
Inventors: Tsuneo Nakata
Original assignee: Nec Corporation
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2007-10-04
Also published as: US8139491B2; JP4488256B2; JPWO2007111331A1; CN101416456B; CN101416456A; EP2001174A4; US20100172243A1; KR20080109786A; EP2001174A1

Abstract

各経路の遅延および速度の推定値から、送信する各パケットの予定送信経路を、受信ノードへの到着予測時刻の順番が送信ノードに到着した時刻の順番と等しくなるように決定し、そのうち各経路に許容される最大遅延以内に到着すると予測されるパケットのみを送信する。これにより、経路間の負荷の最適配分と、多重化による遅延増加の防止とを両立することができる。

Description

通信方法、ノード及び制御プログラム

技術分野

[0001] 本発明は通信方法、ノード及び制御プログラムに関し、特に、複数の経路の多重化通信の通信方法、ノード及び制御プログラムに関する。

背景技術

[0002] 複数の通信経路を多重化して 1本の論理的な広帯域リンクを構成する技術の公知例としては、地上の通信経路のみを多重化する方法としては非特許文献 1に記載される Multilink PPPや、非特許文献 2に記載される ATMにおける逆多重方式などが知られており、また、無線リンクを多重化する方法としては非特許文献 2に記載されている逆多重化技術が知られている。これらはいずれも、負荷を経路間に分散することにより、単一の経路の帯域を上回る広帯域の転送リンクを提供する。

[0003] 負荷分散の方法としては、非特許文献 4に記載される、地上の通信経路を多重化する際には、各経路の速度に応じた重み付けを行い、周回的に送信経路を選択する重み付きランドロビン方式が広く用いられている。しかし、この方法では各経路の想定速度をあら力じめ設定する必要があるため、速度や遅延が頻繁に変動する無線リンクを含む経路の多重化に適用すると、無線リンクの平均速度などを想定速度として設定しても、想定速度と各時刻での実際の速度とが異なるために転送効率が低下する問題があった。

[0004] この問題を解決する技術として、無線リンクの多重化を想定した負荷分散の手法が非特許文献 3に記載されている。この技術は、逆多重方式におけるように、各リンクの送信バッファの余裕を基に送信経路を選択する方法である。ただし、この方法も、送信ノードがボトルネックリンクに直結していて、送信バッファの余裕からボトルネックリンクの負荷が推定できる場合にのみ有効であり、複数リンクを含む経路においてはいずれかのノードがボトルネックに直結できなくなるので、双方向の通信には適用できない問題があった。

[0005] この問題を解決する負荷分散手法としては、各経路の速度及び遅延の推定結果を両ノードが交換して、その推定結果より各リンクの予測遅延を比較して送信経路を選択する、非特許文献 5に記載される Mobile InverseMux技術が知られている。

非特許文献 1 : RFC1990

特干文献 2： Langaon, Robin D.， 'Imuxing ATM, Bit by Bit. Lars com white paper , 1997.

非特許文献 3 :磯村学、今井尚榭、吉原貴仁、堀内浩規、 "モバイルルータのための異種通信メディアの逆多重方式の性能評価"、 FIT2004(第 3回情報科学技術フォーラム)、論文 M- 070、 pp.239- 240 (2004)

特許文献 4 : Cisco systems, Load Balancing with Cisco express Forwarding, し is co Application Note, Jan.1998

非特許文献 5 : T. Nakata et al.," Efficient bundling of heterogeneous radio resources for broadband Internet access from moving vehicles, in proceedings of Global Mobil e Congress 2004, Oct. 11-13 2004, Shanghi, China.

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 以上述べた従来技術はいずれも、負荷を経路間に分散することにより、単一の経路では実現できな!ヽ大容量の転送リンクを提供する。

[0007] 速度が安定している地上リンクのみ力もなる経路の場合は、従来技術の重みつきラゥンドロビン方式による負荷分散を用いて各経路への負荷を均等にできるが、それぞれの経路の遅延が異なる場合、多重化リンク全体としての遅延は、最も遅延の大きい経路の遅延と等しくなる。このため、多重化対象の経路のうち遅延の小さい経路に比ベて多重化リンクの遅延は大きくなる。その結果、多重化により帯域は拡大するという性能向上が得られる一方で、遅延が増大するという性能劣化が生じてしまう問題があつた o

[0008] また、無線リンクを含む経路間に従来技術の Mobile InverseMuxを用いて負荷分散を行う場合、予測遅延の最も小さい経路にパケットを送信している限りは多重化による遅延の増大はな、が、そうすると遅延の大き、経路に負荷をかけるのは遅延の小さい経路に、両経路の遅延差分以上の負荷を力かった場合のみになり、帯域拡大の効果が表れるのもそのような場合に限られる。つまり、経路間の遅延差が大きい場合に、負荷が分散されに《なる。この問題を避けるため、各経路に許容遅延の最大値を設定し、もともと遅延の小さい経路にはこの許容遅延も小さく設定することで、遅延の大きい経路にも負荷が分散されやすくすることも可能であるが、この場合、重みつきラウンドロビン方式の場合と同様、多重化による遅延の増加が生じる。

[0009] このように、従来技術は!、ずれも、遅延の異なる経路を多重化する場合に、経路間の負荷の最適配分と、多重化による遅延増加の防止とが両立できない問題があった

[0010] そこで、本発明は上記課題に鑑みて発明されたものであって、その目的は経路間の負荷の最適配分と、多重化による遅延増加の防止とを両立することができる技術を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0011] 上記課題を解決する第 1の発明は、少なくとも第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能な 2ノード間の通信方法であって、第 2の経路の輻輳を予測または検出すると、第 1のノードに到着した 2つ以上のパケットのうち、到着時刻の遅い第 2 のパケットを第 1の経路より送信した後、到着時刻の早い第 1のパケットを第 2の経路から送信することを特徴とする。

[0012] 上記課題を解決する第 2の発明は、上記第 1の発明において、前記第 1のパケットの前記第 2の経路からの送信は、前記第 2の経路の輻輳の解消を予測または検出して力行うことを特徴とする。

[0013] 上記課題を解決する第 3の発明は、上記第 1又は第 2の発明において、前記輻輳の予測又は輻輳の解消の予測は、各経路の送信履歴に基づき決定されることを特徴とする。

[0014] 上記課題を解決する第 4の発明は、上記第 1又は第 2の発明において、前記輻輳の予測又は輻輳の解消の予測は、各経路の推定速度に基づき決定されることを特徴とする。

[0015] 上記課題を解決する第 5の発明は、第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能な 2ノード間の通信方法であって、第 1のノードに到着した複数のパケットを第 2のノードに送信する際、各経路の遅延および速度の推定値から、前記複数のパケットの前記第 2のノードへの到着予測時刻の順番が、前記複数のパケットの前記第 1 のノードに到着した時刻の順番と等しくなるように、前記複数のパケットの送信経路を決定し、前記複数のパケットのうち各経路に輻輳を起こさずに第 2のノードに到着すると予測されるパケットのみを、決定した送信経路に送信することを特徴とする。

[0016] 上記課題を解決する第 6の発明は、上記第 5の発明において、前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の送信履歴に基づき行われることを特徴とする。

[0017] 上記課題を解決する第 7の発明は、上記第 5の発明において、前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の推定速度に基づき行われることを特徴とする。

[0018] 上記課題を解決する第 8の発明は、少なくとも第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能なノードであって、各経路の遅延および速度の推定値に基づ、て、受信した複数のパケットの他ノードへの到着予測時刻を求め、前記到着予測時刻に基づいて、前記複数のパケットの前記他ノード到着順番が、前記複数のパケットの到着順番と等しくなるように、前記複数のパケットの送信経路を決定する手段を有することを特徴とする。

[0019] 上記課題を解決する第 9の発明は、上記第 8の発明において、前記複数のパケットのうち各経路に輻輳を起こさずに前記他ノードに到着すると予測されるパケットのみを、決定した送信経路に送信する手段を有することを特徴とする。

[0020] 上記課題を解決する第 10の発明は、上記第 8又は第 9の発明において、前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の送信履歴に基づき行われることを特徴とする。

[0021] 上記課題を解決する第 11の発明は、上記第 8又は第 9の発明において、前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の推定速度に基づき行われることを特徴とする。

[0022] 上記課題を解決する第 12の発明は、少なくとも第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能なノードの制御プログラムであって、各経路の遅延および速度の推定値に基づ、て、受信した複数のパケットの他ノードへの到着予測時刻を求め、前記到着予測時刻に基づいて、前記複数のパケットの前記他ノード到着順番が、前記複数のパケットの到着順番と等しくなるように、前記複数のパケットの送信経路を決定する処理をノードに実行させることを特徴とする。

[0023] 上記課題を解決する第 13の発明は、上記第 12の発明において、前記複数のパケットのうち各経路に輻輳を起こさずに前記他ノードに到着すると予測されるパケットのみを、決定した送信経路に送信する処理をノードに実行させることを特徴とする。

[0024] 上記課題を解決する第 14の発明は、上記第 12又は第 13の発明において、前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の送信履歴に基づき行われることを特徴とする。

[0025] 上記課題を解決する第 15の発明は、上記第 12又は第 13の発明において、前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の推定速度に基づき行われることを特徴とする。

[0026] 以上に述べた課題を解決するために、本発明は、各経路の遅延および速度の推定値から、送信する各パケットの予定送信経路を、受信ノードへの到着予測時刻の順番が送信ノードに到着した時刻の順番と等しくなるように決定し、そのうち各経路に許容される最大遅延以内に到着すると予測されるパケットのみを送信する。

[0027] 例えば、先に送信ノードに到着したバケツト 1および後に到着したパケット 2を送信する際、多重化対象経路のうち低速な第 1の経路の予測遅延が高速な第 2の経路の予測遅延よりも大きいが、第 2の経路の予測遅延は最大遅延を越えている場合、第 1 の経路にパケット 2を送信し、第 2の経路の輻輳状態 (予測遅延が最大遅延を超えている状態）が解消して力第 2の経路よりパケット 1を送信する。このようにすることで、送信ノードからのパケット送信順序が送信ノードへの到着順と異なるが、受信側ノードの到着順序はパケット 1が先でパケット 2が後と、送信ノードへの到着順序と同じとなり、またパケット 1, 2ともに高速な経路 2のみを用いた場合と同等以下の遅延で到着し、かつ経路 1と 2の双方に負荷が分散される。

発明の効果

[0028] 本発明によれば、経路間の負荷の最適配分と、多重化による遅延増加の防止とを両立することができる。

図面の簡単な説明 [0029] [図 1]図 1は実施の形態の一構成図である。

[図 2]図 2は実施の形態の一構成図である。

[図 3]図 3はスケジューリング部 202の動作フローチャート（SDLプロセスグラフ）である

[図 4]図 4は経路選択部 203が従う動作フローチャート (SDLプロセスグラフ）である。

[図 5]図 5は実施の形態を説明する為の図である。

[図 6]図 6は実施の形態を説明する為の図である。

符号の説明

101、 102 通信ノード

201 入力キュー

202 スケジューリング部

203 経路選択部

204 パケット送信部

205 記憶部

206 パケット受信部

207 パケット解析部

発明を実施するための最良の形態

[0031] 本発明の実施の形態を説明する。

[0032] 本実施の形態は、複数の通信経路を利用して通信する 2つのノード間で実施される。図 1に示される例では、通信ノード 101はパケット送信部 204とパケット受信部 20 6を 1個ずつ持ち、一方通信ノード 102はパケット送信部 204とパケット受信部 206を 2個ずつ持つ。

[0033] ノード 101からノード 102までの経路は、ノード 101のパケット送信部 204を起点とし、ネットワーク 400を経由しノード 102のパケット受信部 206— 1を終点とする経路と、ノード 101のパケット送信部 204を起点とし、ネットワーク 400を経由しノード 102のパケット受信部 206— 2を終点とする経路との 2つがある。またノード 102力ノード 101 までの経路は、ノード 102のパケット送信部 204— 1を起点とし、ネットワーク 400を経由しノード 101のパケット受信部 206を終点とする経路と、ノード 102のパケット送信部 204— 2を起点とし、ネットワーク 400を経由しノード 101のパケット受信部 206を終点とする経路との 2つがある。このように、ノード 101のパケット送受信部が 1対であつても対向するノード 102が複数のパケット送受信部を持てば複数経路が構成可能であるが、以降説明する実施例は双方のノードが複数のパケット送受信部を持つ図 2に示される構成でも同様に実施可能である。

[0034] 双方のノードのパケット解析部 207は、各経路の状態をパケットの到着時刻や到着間隔力解析し、相手ノードに経路状態の通知を送信する。一方、通知を受信した場合には、通知内容に基づく最新の経路状態を記憶部 205に記憶する。スケジユーリング部 202は、記憶部 205に記録された経路情報に基づきパケット送信順序、パケット送信時刻及び各パケットの送信に用いる経路を決定して経路選択部に通知する。経路選択部 203は、スケジューリング部 202からの通知に基づき入力パケットを入力キュー 201から取り出し、それぞれに対しスケジューリング部が指定した時刻に、指定した経路から送信する。

[0035] 次に、ノード 101の入力キュー 201に複数のパケットがある場合の、スケジユーリング部 202の動作を説明する。ノード 101のスケジューリング部 202は、図 3の動作フロ一チャート（SDLプロセスグラフ）に従い動作する。つまり、経路選択部力ものスケジュ一リング依頼により以下の動作が起動される。

[0036] まず、経路選択部 203より j個のパケットのスケジューリング依頼を受信すると（Step 100)、 i= lとして（SteplOl)スケジューリング依頼された各パケットにっき、入力キユー 201への到着順に、各経路から送信した場合の予測受信時刻を求める（Stepl 02)。ここで予測受信遅延は、パケットの末尾が相手ノード 102に到着すると予想される時刻である。その結果、最も予測受信時刻が小さい経路を当該パケットの送信経路とする（Stepl03)。図 5は、最初のパケット 300— 1の到着時刻予測の例を示している。パケット先頭の予測到着時刻は経路 1の方が早いにもかかわらず、経路 2の速度は経路 1よりも大きいため、パケット末尾の予測到着時刻、つまり予測受信時刻が早い経路 2が送信経路となる。入力キュー 201への到着順が 2番目以降のパケットに関しては、より到着順の若いパケットが全て以上の手順により決められた送信経路力も送信されたものと仮定して、受信時刻の予測を行う。 [0037] 図 6は、 2番目のパケット 300— 2の受信時刻予測の例を示している。ここでは 300 —1の送信により経路 2の遅延が増力!]したため、予測受信時刻は経路 1の方が早ぐしたがって経路 1がパケット 300— 2の送信経路となる。

[0038] 次に、各経路の輻輳状態の確認および予測を行!ヽ、送信可能時刻を求める（Step 104)。なお輻輳状態とは、経路の予測遅延が許容値以上であるため即時にパケットを送信できない状態を指している。遅延の許容値は予め設定するか、回線状態によりスケジューリング部 202が決定する。図 6では、経路 2が送信すべき 300— 1の予測受信時刻が現在より経路 2の許容遅延以上未来であるため、経路 2は輻輳状態である。パケット 300— 1の予測遅延、すなわちパケット 300— 1の予測受信時刻と送信時刻の差が経路 2の遅延許容値以下となるためには、送信時刻が tl以降である必要がある。この tlを、パケット 300— 1の送信可能時刻とする。一方パケット 300— 2の送信経路である経路 1は輻輳状態にな、ため、送信可能時刻は即時となる。

[0039] スケジューリング部 202は、 iを 1インクリメントしながら（Stepl07)、 i=jとなるまで以上の処理を行い、 i=jとなると（Stepl05)、入力キュー 201内の各パケットの送信経路および送信可能時刻を経路選択部 203に通知する（Step 106)。

[0040] 次に、経路選択部 203の動作について説明する。

[0041] スケジューリング部 202から通知を受けた経路選択部 203は、各パケットを通知された送信可能時刻に、通知された送信経路に対応するパケット送信部 204から送信する。このとき経路選択部 203が従う動作フローチャート (SDLプロセスグラフ）を図 4に示す。

[0042] スケジューリング部 202にスケジューリング依頼済みの経路選択部 203は active状態にあり、このときスケジューリング部 202より k個のパケットの送信経路及び送信可能時刻の通知を受信すると（Step200)、 a= lを初期値として（Step201)、送信可能時間が a番目に早いパケットを入力キュー 201から取り出す（Step202)。そして、送信可能時間が a番目に早いパケットの送信可能時間まで待機し (Step203)、送信可能時間が a番目に早いパケットを、スケジューリング部から指定された送信経路に対応するパケット送信部 204に送信する（Step204)。

[0043] 以上の処理を、 aをインクリメントし（Step205)、 aが kとなるまで行う。 [0044] &カ¾となり（Step206)、入力キュー 201にパケットがなければ（Step207)、 idle状態となり次のパケット到着を待機する（Step208)。

[0045] 入力キュー 201にパケットがある（Step207)、又は、入力キュー 201より新規バケツトの受信通知を受けた場合 (Step209)は、スケジューリング依頼をスケジューリング部 202に送信する（ Step 210)。

[0046] なお、スケジューリング依頼するパケットの数は入力キュー 201にあるパケット数以下の任意の数である。例えば入力キュー 201にあるパケットの全数としてもよいし、任意の上限を設けてもよい。

[0047] 以上の動作により 2つのパケットを送信する図 6の例では、先に入力キュー 201に到着したパケット 300— 1の方がパケット 300— 2よりも後から送信される力相手ノードの受信予想順序は入力キュー 201に到着した順序と同じである。つまりノード 101 のパケット送信部 204から出力される際にはノード 101に到着した順序の逆順である 1S ネットワーク 400内でパケットの順序再逆転が起こり、ノード 102での到着順序はノード 101での到着順序と同様になると予測している。このときいずれのパケットの遅延も経路 1のみ、または経路 2のみを用いた場合と同等以下であり、かつ両経路に負荷が分散されている。

[0048] 以上では本発明の動作を経路が 2本使用可能な構成を例に説明したが、図 3、図 4 に示したアルゴリズムは使用可能な経路が 3本以上ある場合にも適用可能である。その場合装置の構成は、例えば、図 2に示されるものになり、図 2のノード 101およびノード 102の間を転送されるパケットの遅延は両ノード間のいずれの経路のみを用いた場合と同等以下となり、かつ各経路への負荷分散による帯域拡大が実現される。

[0049] また、上述した実施の形態では、各部をノ、一ドウエアで構成したが、各部の動作を行わせる制御プログラムにより動作する情報処理装置により、構成することも可能である。

Claims

請求の範囲

[1] 少なくとも第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能な 2ノード間の通信方法であって、

第 2の経路の輻輳を予測または検出すると、第 1のノードに到着した 2つ以上のパケットのうち、到着時刻の遅い第 2のパケットを第 1の経路より送信した後、到着時刻の早い第 1のパケットを第 2の経路力送信することを特徴とする通信方法。

[2] 前記第 1のパケットの前記第 2の経路からの送信は、前記第 2の経路の輻輳の解消を予測または検出して力行うことを特徴とする請求項 1記載の通信方法。

[3] 前記輻輳の予測又は輻輳の解消の予測は、各経路の送信履歴に基づき決定されることを特徴とする請求項 1に記載の通信方法。

[4] 前記輻輳の予測又は輻輳の解消の予測は、各経路の推定速度に基づき決定されることを特徴とする請求項 1に記載の通信方法。

[5] 第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能な 2ノード間の通信方法であつて、

第 1のノードに到着した複数のパケットを第 2のノードに送信する際、各経路の遅延および速度の推定値から、前記複数のパケットの前記第 2のノードへの到着予測時刻の順番が、前記複数のパケットの前記第 1のノードに到着した時刻の順番と等しくなるように、前記複数のパケットの送信経路を決定し、前記複数のパケットのうち各経路に輻輳を起こさずに第 2のノードに到着すると予測されるパケットのみを、決定した送信経路に送信することを特徴とする通信方法。

[6] 前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の送信履歴に基づき行われることを特徴とする請求項 5に記載の通信方法。

[7] 前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の推定速度に基づき行われることを特徴とする請求項 5に記載の通信方法。

[8] 少なくとも第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能なノードであって、各経路の遅延および速度の推定値に基づ!、て、受信した複数のパケットの他ノードへの到着予測時刻を求め、前記到着予測時刻に基づいて、前記複数のパケットの前記他ノード到着順番が、前記複数のパケットの到着順番と等しくなるように、前記複数のパケットの送信経路を決定する手段を有することを特徴とするノード。

[9] 前記複数のパケットのうち各経路に輻輳を起こさずに前記他ノードに到着すると予測されるパケットのみを、決定した送信経路に送信する手段を有することを特徴とする請求項 8に記載のノード。

[10] 前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の送信履歴に基づき行われることを特徴とする請求項 8に記載のノード。

[11] 前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の推定速度に基づき行われることを特徴とする請求項 8に記載のノード。

[12] 少なくとも第 1の経路と第 2の経路とを含む複数経路を利用可能なノードの制御プログラムであって、

各経路の遅延および速度の推定値に基づ!、て、受信した複数のパケットの他ノードへの到着予測時刻を求め、前記到着予測時刻に基づいて、前記複数のパケットの前記他ノード到着順番が、前記複数のパケットの到着順番と等しくなるように、前記複数のパケットの送信経路を決定する処理をノードに実行させることを特徴とする制御プログラム。

[13] 前記複数のパケットのうち各経路に輻輳を起こさずに前記他ノードに到着すると予測されるパケットのみを、決定した送信経路に送信する処理をノードに実行させることを特徴とする請求項 12に記載の制御プログラム。

[14] 前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の送信履歴に基づき行われることを特徴とする請求項 12に記載の制御プログラム。

[15] 前記到着予測時刻又は前記輻輳の判断は、各経路の推定速度に基づき行われることを特徴とする請求項 12に記載の制御プログラム。