WO2011074116A1 - 優先制御装置、車載装置および優先制御方法 - Google Patents

優先制御装置、車載装置および優先制御方法 Download PDF

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    • H04W28/18Negotiating wireless communication parameters

Definitions

  • the present invention relates to a priority control apparatus that controls packet transfer based on packet priority.
  • TCP Transmission Control Protocol
  • TCP performs data destruction, packet loss, duplication, order change detection, and retransmission control using an acknowledgment (ACK) and a sequence number.
  • ACK acknowledgment
  • TCP has a congestion window size and a receivable window size. By selecting the smaller one of the congestion window size and the receivable window size at that time and sending the same number of packets at a time, packet round-trips are performed. Control is performed so that the performance does not deteriorate even when the time is long.
  • Non-Patent Document 1 In order to efficiently achieve the maximum throughput in a network whose bandwidth is unknown, the congestion window size is controlled according to an algorithm called slow start and congestion avoidance (see Non-Patent Document 1 below).
  • Patent Document 1 discloses a packet transfer apparatus that satisfies the QoS required by each traffic by queuing packets according to priority and controlling transmission.
  • the packet transfer apparatus described in Patent Document 1 below has a plurality of packet transfer functions, and switches the transfer function to be used based on the line communication speed, communication quality, and the like.
  • This packet transfer device for example, does not perform priority control when the line communication speed is higher than a certain threshold, and performs normal packet transfer, and when the line communication speed is lower than a certain threshold, the packet with priority control. Perform the transfer.
  • priority control when priority control is performed, a plurality of queues are held according to priority, packets are prioritized based on information such as packet addresses and port numbers, and packets are assigned priority levels corresponding to the packets. Store in the queue. The stored packet is read and transmitted in consideration of the priority so as to satisfy the QoS of traffic.
  • the communication using the conventional TCP is a best-effort service and does not perform control based on priority. Therefore, there is a problem in that transmission control corresponding to the priority of the application cannot be performed when there are network applications having various priorities.
  • the packet transfer device described in Patent Document 1 when the network state is good, the packet is transferred without performing special processing, and when the network state is not good, it is based on the priority of the packet. Priority control is performed to ensure QoS required by traffic.
  • packet priority control can be performed only for traffic transmitted from the own apparatus. Therefore, when priority control is performed on data (downlink data) from the wireless network side (server side) when priority control of traffic passing through the wireless network is to be realized, the wireless network has a priority control function.
  • it is necessary to install a packet transfer device it is difficult to install a packet transfer device in a network when it is assumed that a public wireless network is used. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform priority control of traffic with respect to traffic from the wireless network side (downstream traffic).
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a priority control device, an in-vehicle device, and a priority control method capable of performing priority control of a radio section with respect to traffic in a downlink direction. .
  • the present invention transfers downlink data received as a radio signal from a radio system to a terminal, and uplink data transmitted from the terminal as a radio signal to the radio system.
  • a priority control apparatus for transferring, wherein the uplink data and the downlink data are transmitted as TCP packets, determining control parameters including a window size parameter that is a parameter for changing an uplink window size, and performing the control Control parameter determination means for holding parameters, packet discrimination means for discriminating the uplink data into high priority data and low priority data based on priority information which is a correspondence between traffic and priority, and the low priority data
  • the window size stored in is changed based on the control parameter
  • a window size changing means characterized in that it comprises a radio interface, the transferring the low priority data after the high priority data and changing the window size to the wireless system.
  • the priority control device, the in-vehicle device, and the priority control method according to the present invention have an effect that priority control can be performed on traffic in both directions of uplink and downlink.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a communication system including a priority control apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of bandwidth limitation associated with a high-priority traffic packet.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration example of the priority control apparatus.
  • FIG. 4 is a sequence diagram illustrating an example of the priority control process.
  • FIG. 5 is a sequence diagram illustrating an example of the window size changing process.
  • FIG. 6 is a sequence diagram illustrating an example of delay processing.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a transmission processing procedure for a delayed packet.
  • FIG. 8 is a sequence diagram illustrating an example of delay processing when the priority class is updated.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a communication system including a priority control apparatus according to the present invention.
  • the communication system of the present embodiment includes a transmission terminal 1, an IP (Internet Protocol) network 2, a gateway device 3, a wireless system 4, a priority control device 5, and a reception terminal 6. , Is composed.
  • IP Internet Protocol
  • the transmission terminal 1 is connected to the IP network 2, and the IP network 2 is connected to the gateway device 3.
  • the gateway device 3 is connected to the IP network 2 and the wireless system 4.
  • the priority control device 5 wirelessly connects the wireless system 4 and is connected to the receiving terminal 6 by wire or wirelessly.
  • the priority control device 5 includes a wireless interface 51 and a transfer processing unit 50.
  • the sending terminal 1 communicates with the receiving terminal 6 via the IP network 2, the gateway device 3, the wireless system 4, and the priority control device 5.
  • the transmission terminal 1 and the reception terminal 6 perform communication using TCP as a communication protocol.
  • the transmission terminal 1 transmits TCP data to the reception terminal 6, the TCP data arrives at the reception terminal 6 via the IP network 2, the gateway device 3, the wireless system 4 and the priority control device 5.
  • the reception terminal 6 transmits ACK, which is a response to the received TCP data, to the transmission terminal 1 via the priority control device 5, the wireless system 4, the gateway device 3, and the IP network 2.
  • the data packet is transmitted through a route including a wireless section.
  • the wireless section has a higher transmission loss rate than the wired section, frequency fluctuations frequently occur, and transmission quality is improved. Low. Therefore, packet loss is more frequent in the wireless section than in the wired section. Also, since TCP works to limit the bandwidth of traffic in which packet loss is detected without distinction of priority, the bandwidth is limited when a loss occurs in a high-priority traffic packet.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of bandwidth limitation associated with a high-priority traffic packet.
  • FIG. 2 shows an example in which both high priority traffic 11 and low priority traffic 12 are transmitted from the wireless system 4 to the priority control device 5.
  • the packet loss 20 of the high-priority traffic 11 has occurred in the priority control device 5 (the packet loss 20 has occurred in the wireless section from the wireless system 4 to the priority control device 5).
  • the bandwidth is limited for high-priority traffic by controlling the TCP congestion window size.
  • the thickness of the arrow of the high priority traffic 11 and the low priority traffic 12 indicates the amount of the used band, and the thicker the arrow, the greater the used band.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a functional configuration example of the priority control device 5 according to the present embodiment.
  • the priority control apparatus 5 of the present embodiment includes a wireless interface 51, a traffic monitoring unit 52, a control parameter determination unit 53, a reception rate prediction unit 54, a priority class determination unit 55, An ACK discriminating unit (packet discriminating unit) 56, a window size changing unit 57, and a delay processing unit 58 are provided.
  • the transfer processing unit 50 shown in FIG. 1 includes a traffic monitoring unit 52, a control parameter determination unit 53, a reception rate prediction unit 54, a priority class determination unit 55, an ACK discrimination unit 56, a window size change unit 57, and a delay processing unit 58. Correspond.
  • FIG. 4 is a sequence diagram illustrating an example of priority control processing according to the present embodiment.
  • TCP data TCP data packet
  • wireless IF wireless interface
  • FIG. 4 the received TCP data is passed to the traffic monitoring unit 52 (step S1).
  • the traffic monitoring unit 52 analyzes the received TCP data packet, extracts the reception rate, RTT (ROUND TRIP TIME), packet loss information, and the like from the packet, and transfers the TCP data packet to the receiving terminal 6 (step S2). ).
  • the traffic monitoring unit 52 holds the information extracted by the packet analysis as packet information, notifies the reception rate to the reception rate prediction unit 54, and notifies the control parameter determination unit 53 of the packet information.
  • the reception rate prediction unit 54 obtains a prediction value of the reception rate change based on the reception rate and map information obtained from the outside, and passes the obtained prediction value to the control parameter determination unit 53.
  • the control parameter determination unit 53 determines and holds control parameters necessary for low-priority traffic control (delay processing and window size change processing described later) based on the packet information and the predicted value of the reception rate change.
  • the control parameter determination unit 53 deteriorates the communication quality in the wireless section (with the wireless system 4) based on, for example, the reception rate or the predicted change in the reception rate, the reception strength acquired from the wireless interface 51, packet loss information, and the like. (For example, when the packet loss rate is equal to or higher than a predetermined threshold value or when the reception strength is equal to or lower than a predetermined threshold value), the ACK discriminating unit 56 performs priority control processing. Instruct to start. When the control parameter determination unit 53 determines that the communication quality in the wireless section (with the wireless system 4) has been recovered, the control parameter determination unit 53 instructs the ACK discrimination unit 56 to stop the priority control process.
  • the ACK discriminating unit 56 passes all packets received from the receiving terminal 6 to the wireless interface 51 and performs the priority control process. As described later, the high priority packet is passed to the wireless interface 51 and the low priority packet is passed to the window size changing unit 57 as described later.
  • the operation when priority control processing is performed will be described.
  • the receiving terminal 6 When receiving the transferred TCP data packet, the receiving terminal 6 transmits a TCPACK packet addressed to the transmitting terminal 1 as a response to the packet to the priority control device 5 (step S3).
  • the priority class determination unit 55 determines the correspondence between the traffic and the priority class based on the default setting or the designation from the user, and holds the correspondence as priority information.
  • the traffic is identified based on, for example, the IP / MAC (Media Access Control) address / port number of the packet.
  • the ACK discriminating unit 56 acquires priority information from the priority class determining unit 55 (step S4).
  • the ACK discriminating unit 56 determines the priority corresponding to the traffic to which the TCPACK packet belongs based on the priority information based on the IP / MAC address / port number of the TCPACK packet, and discriminates the packet for each priority. (Step S5).
  • the two priorities of low priority and high priority are distinguished.
  • the ACK discriminating unit 56 treats the priority information as traffic corresponding to the low priority class when there is no priority class corresponding to the traffic of the TCP ACK packet in the priority information. Further, as described later, when the low priority class is further classified into the priority class, it is treated as traffic corresponding to a predetermined default priority class of the low priority class.
  • the ACK discriminating unit 56 passes the TCPACK packet (high priority ACK packet) discriminated as high priority to the wireless IF 51 (step S6), and passes the packet discriminated as low priority (low priority ACK packet) to the delay processing unit 58 ( Step S7).
  • the wireless IF 51 transmits the high priority ACK packet to the wireless system 4 as a radio signal.
  • the high priority ACK packet transmitted to the wireless system 4 arrives at the transmission terminal 1 via the gateway device 3 and the IP network 2.
  • the delay processing unit 58 When the delay processing unit 58 receives the low priority ACK packet, the delay processing unit 58 acquires the control parameter from the control parameter determination unit 53 (step S8), and delays the low priority ACK packet according to the control parameter (step S9). Then, the delayed low priority ACK packet is passed to the window size changing unit 57 (step S10).
  • the contents of the process (delay process) for delaying the low priority ACK packet (low priority traffic) will be described later.
  • the window size changing unit 57 When the window size changing unit 57 receives the low priority ACK packet, the window size changing unit 57 acquires the control parameter from the control parameter determining unit 53 (step S11), and changes the window size of the low priority ACK packet according to the control parameter (step S12). Then, the low-priority ACK after the window size change is passed to the wireless IF (step S13).
  • the wireless IF 51 When receiving the low priority ACK packet, the wireless IF 51 transmits the low priority ACK packet as a radio signal to the wireless system 4.
  • the low priority ACK packet transmitted to the wireless system 4 arrives at the transmission terminal 1 via the gateway device 3 and the IP network 2.
  • the throughput of the low-priority traffic 12 is suppressed by performing delay processing and window size change on the low-priority ACK packet, and the high-priority traffic. Is allowed to pass through. This reduces the bandwidth limitation of high priority traffic.
  • the delay process by the delay processing unit 58 is performed before the window size change process, but the order of the processes is not limited to this, the window size change process is performed first, and then the delay is performed. You may make it perform the delay process by the process part 58.
  • FIG. 4 the window size change process is performed first, and then the delay is performed. You may make it perform the delay process by the process part 58.
  • the priority control device 5 is assumed to be mounted as a vehicle-mounted device mounted on a moving body such as a train or an automobile, and the priority control device 5 is movable. Therefore, the reception rate prediction unit 54 predicts the reception rate based on map information (for example, own position information acquired from a GPS (Global Positioning System) receiver or the like). When the priority control device 5 does not move, it is not necessary to predict a change in reception rate based on the map information.
  • map information for example, own position information acquired from a GPS (Global Positioning System) receiver or the like.
  • FIG. 5 is a sequence diagram showing an example of the window size changing process.
  • the transmission terminal 1 adopts the smaller of the receivable window size and the congestion window size as the transmission window size of the TCP data packet, and determines the number of packets to be transmitted at a time. Therefore, by rewriting the receivable window size in the ACK of the low priority traffic sufficiently small, the number of packets that the transmitting terminal 1 that has received the ACK transmits at a time for the low priority traffic can be reduced. Accordingly, the low-priority traffic band can be limited for the downlink traffic transmitted from the wireless system 4, and the high-priority traffic band can be secured.
  • the priority class determination unit 55 holds the priority. It is acquired with reference to the degree information (step S22), and the low priority ACK packet is passed to the delay processing unit 58 based on the priority.
  • the window size changing unit 57 receives the low priority ACK packet from the delay processing unit 58, the window size changing unit 57 obtains it by referring to the control parameter held by the control parameter determining unit 53 (step S23), and changes the window size. (Step S24), and transmit to the transmission terminal 1 (Step S25).
  • the window size change processing method performed by the window size changing unit 57 for example, there are the following two methods. In addition, you may carry out by methods other than the following two types. (1) Multiply the ratio specified by the original window size (the window size stored in the TCP packet) to determine the changed window size. (2) Change to the specified value itself.
  • the control parameter determination unit 53 determines a window size parameter (a specified ratio in the case of (1), a specified value in the case of (2)) necessary for determining the window size as one of the control parameters.
  • the window size changing unit 57 changes the window size with reference to the control parameter. Any method may be used for determining the window size parameter.
  • the window size parameter may be determined based on a reception rate, a predicted change in reception rate, a reception strength acquired from the wireless interface 51, packet loss information, or the like.
  • the TCPACK packet has been described as an example.
  • the packet transmitted from the receiving terminal 6 is not limited to the TCPACK packet, and all processes are performed in the same manner.
  • transmission of a low priority ACK packet is intentionally delayed.
  • the RTT of low priority traffic becomes long. Therefore, the transmission terminal 1 that has received the packet transmitted from the reception terminal 6 increases the TCP data transmission interval of low-priority traffic. Therefore, the bandwidth of the low-priority traffic in the downstream direction is limited, and as a result, the bandwidth of the high-priority traffic can be secured.
  • FIG. 6 is a sequence diagram illustrating an example of the delay processing according to the present embodiment.
  • the ACK discriminating unit 56 of the priority control device 5 receives the TCP packet (low priority TCP-ACK packet, TCP-Ack packet # 1) transmitted from the receiving terminal 6 (step S31), the priority class is determined. Obtained by referring to the priority information held by the unit 55 (step S32), and passes the low priority ACK packet to the delay processing unit 58 based on the priority.
  • the delay processing unit 58 receives the TCP-Ack packet # 1
  • the delay processing unit 58 obtains it by referring to the control parameter held by the control parameter determination unit 53 (step S33), and is included in the reception time and control parameter of the packet.
  • the scheduled transmission time is determined based on the delay time.
  • the control parameter determination unit 53 determines the delay time as a part of the control parameter.
  • the determination method of the delay time may be any method, but may be determined based on, for example, the reception rate, the predicted change in reception rate, the reception strength acquired from the wireless interface 51, packet loss information, or the like.
  • the delay processing unit 58 adds the scheduled transmission time to the delay buffer held by itself, and stores it as a buffering packet (Ack # 1) (step S34).
  • the delay buffer held by the delay processing unit 58 is a first-in first-out (FIFO) buffer that is transmitted first from a previously stored packet.
  • the priority class determining unit 55 holds it.
  • the priority information is acquired by referring to the priority information (step S36), and the low priority ACK packet is passed to the delay processing unit 58 based on the priority.
  • the delay processing unit 58 receives the TCP-Ack packet # 2
  • the delay processing unit 58 obtains it by referring to the control parameter held by the control parameter determination unit 53 (step S37), and is included in the reception time and control parameter of the packet.
  • the scheduled transmission time is determined based on the delay time.
  • the delay processing unit 58 adds the scheduled transmission time to the packet in the delay buffer held by itself, and stores the packet as a buffering packet (Ack # 2) (step S38).
  • the low priority packet is handled as one priority class, but the low priority packet may be further classified according to the priority class.
  • the control parameter determination unit 53 determines the delay time for each priority class, and the delay processing unit 58 uses the delay time corresponding to the priority of the packet when obtaining the scheduled transmission time. I will do it. Further, when low priority packets are classified into a plurality of priority classes, a delay buffer is provided for each priority class.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a transmission process procedure of a delayed packet performed by the delay processing unit 58.
  • the delay processing unit 58 has a timer for measuring a predetermined time, and performs the delay buffer reference process shown in FIG. 7 every time the timer times out.
  • the delay processing unit 58 for the priority class subject to the first transmission processing, stores the current time at the head of the delay buffer (the most recently stored) scheduled transmission time of the buffering packet. It is determined whether or not past (step S51).
  • step S51 If it is determined that the current time has passed the scheduled transmission time of the first packet (step S51, Yes), the first packet is read out and passed to the window size changing unit 57 to be transmitted to the transmission terminal 1 ( In step S52), the next packet stored in the delay buffer is set as the head packet, and the process returns to step S51. Note that the read first packet is deleted from the delay buffer.
  • step S51 If it is determined in step S51 that the current time has not passed the scheduled transmission time of the first packet (No in step S51), it is determined whether or not the transmission processing for all classes of buffers has been completed (step S51). In S53), when the process is finished (Yes in Step S53), the transmission process is finished.
  • step S53 If it is determined that the processing has not ended in step S53 (No in step S53), the next class that has not ended the delay buffer reference processing is set as a transmission processing target (step S54), and the processing returns to step S51.
  • the delay processing unit 58 refers to the delay buffer (step S40), and if the current time is past the scheduled transmission time of the buffering packet (Ack # 1), the buffering packet ( Ack # 1) is read (step S41), the scheduled transmission time is deleted, and it is transmitted to the transmitting terminal 1 as a Tcp-Ack packet # 1 (step S42).
  • the delay processing unit 58 refers to the delay buffer (step S44), and buffers the current time when the scheduled transmission time of the buffering packet (Ack # 2) has passed.
  • the ring packet (Ack # 2) is read (step S45), the scheduled transmission time is deleted, and the Tcp-Ack packet # 1 is transmitted to the transmission terminal 1 (step S46).
  • the delay processing unit 58 stores the packet after the window size change in the delay buffer, and in the transmission process, the packet read from the delay buffer is stored in the wireless interface. Pass to 51.
  • the priority class determination unit 55 can update the correspondence of the priority of traffic according to an external instruction or the like. This update may be performed during communication.
  • FIG. 8 is a sequence diagram illustrating an example of delay processing when the priority class is updated. Here, it is assumed that low priority packets are classified into a plurality of priority classes (priority classes), and priority classes A and B are included as priority classes of low priority packets.
  • the priority class determining unit 55 holds it.
  • the priority information is acquired with reference to the priority information (step S62), and the traffic a packet # 1 is transferred to the delay processing unit 58 based on the priority.
  • the delay processing unit 58 receives the traffic a packet # 1, the delay processing unit 58 refers to the control parameter held by the control parameter determination unit 53 (step S63), and obtains the packet reception time and the priority included in the control parameter.
  • the scheduled transmission time is determined based on the delay time corresponding to class A.
  • the delay processing unit 58 adds the scheduled transmission time to the priority class A delay buffer held by the delay processing unit 58 and stores the packet as traffic a packet # 1 (step S64).
  • the priority class of traffic a is changed from class A to class B, and the priority class determination unit 55 updates the priority information based on it (step S65). Then, when the ACK discriminating unit 56 receives the packet # 2 for traffic a (assumed to be a low-priority priority class A packet) transmitted from the receiving terminal 6 (step S66), the priority class determining unit 55 holds it. Is obtained with reference to the priority information (step S67), and the traffic a packet # 2 is passed to the delay processing unit 58 based on the priority.
  • the delay processing unit 58 When the delay processing unit 58 receives the traffic a packet # 2, the delay processing unit 58 refers to the control parameter held by the control parameter determination unit 53 (step S68), and obtains the packet reception time and the priority included in the control parameter. The scheduled transmission time is determined based on the delay time corresponding to class B. Then, the delay processing unit 58 adds the scheduled transmission time to the packet in the priority class B delay buffer held by itself, and stores it as traffic a packet # 2 (step S69).
  • the transmission processing of packets stored in the delay buffer is the same as the example shown in FIG. Note that the packet stored before the priority class is updated does not change the scheduled transmission time or move the delay buffer. For this reason, packet replacement may occur due to the difference in delay time, but this reception can be handled on the receiving side. Further, when the packet cannot be stored in the delay buffer, the packet that was received later and could not be stored is discarded, and the fact that the packet has been discarded is recorded in the log.
  • both the window size changing process and the delay process are performed, but only one of them may be performed.
  • packets received from the receiving terminal 6 are classified into low priority and high priority, and for low priority packets, the window size is changed to a small value and delayed by a predetermined delay time. To send. Therefore, when low-priority and high-priority traffic coexist, high-priority traffic can be preferentially transmitted by limiting the bandwidth of the low-priority traffic when the communication quality of the radio section deteriorates .
  • the priority control device, the in-vehicle device, and the priority control method according to the present invention are useful for a priority control device that controls packet transfer based on packet priority, and particularly in a communication system including a radio system. Suitable for priority control devices.

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Abstract

 無線システムから受信する下りデータを受信端末6に転送し、受信端末6から送信された上りデータを無線システムへ転送する優先制御装置5であって、上りウィンドウサイズを変更するための制御パラメータを決定し、制御パラメータを保持する制御パラメータ決定部53と、上りデータを、トラヒックと優先度との対応である優先度情報に基づいて、高優先データと低優先データに弁別するACK弁別部56と、低優先データに格納されているウィンドウサイズを制御パラメータに基づいて変更するウィンドウサイズ変更部57と、高優先データとウィンドウサイズ変更後の低優先データを無線システムへ転送する無線インターフェース51と、を備える。

Description

優先制御装置、車載装置および優先制御方法
 本発明は、パケットの優先度に基づいてパケット転送を制御する優先制御装置に関する。
 従来のインターネット/イントラネットはベストエフォート型のサービスが主流であり、プロトコルとしてTCP(Transmission Control Protocol)が頻繁に用いられている。TCPは信頼性のある通信を実現するため、確認応答(ACK)とシーケンス番号を用いてデータの破壊やパケットの紛失、重複、順序入れ替えの検出、再送制御を行う。しかし、1パケットごとに確認応答を行った場合、パケットの往復時間(RTT)が長くなると通信性能が悪くなる。そこでTCPでは輻輳ウィンドウサイズと受信可能ウィンドウサイズを有しており、その時の輻輳ウィンドウサイズと受信可能ウィンドウサイズのうち小さい方を選択して、一度にその数だけパケットを送ることで、パケットの往復時間が長くなっても性能が低下しないよう制御を行う。
 しかし、ネットワークは共有されているものであり、その帯域はネットワーク自体の特性や他の通信の状態により様々に変化するため、突然大量のパケットを送信するとパケットの紛失が発生する可能性がある。そこでTCPでは帯域が未知のネットワークにおいて効率良く最大のスループットを実現するため、スロースタートと輻輳回避、と呼ばれるアルゴリズムに従って輻輳ウィンドウサイズの制御を行う(下記、非特許文献1参照)。
 一方、現在ではネットワークを用いたアプリケーションの多様化により、アプリケーションが要求するサービス品質(QoS:Quality of Service)に応じたトラヒックの優先制御が必要となりつつある。たとえば動画配信やIP電話はリアルタイム性を要求され、ファイル転送はリアルタイム性を要求されない。しかし、従来のネットワークはベストエフォート型のサービスであるため、同じネットワーク内に動画配信トラヒックとファイル転送トラヒックが同時に流れている場合、リアルタイム性を要求しないファイル転送の影響により動画配信トラヒックのリアルタイム性が損なわれる場合がある。そこで、たとえば、下記特許文献1には、パケットを優先度に応じてキューイングし送信の制御を行うことで、各トラヒックが要求するQoSを満たすパケット転送装置が開示されている。
 下記特許文献1に記載のパケット転送装置は、複数のパケット転送機能を有し、回線の通信速度、通信品質などに基づいて用いる転送機能を切り替える。このパケット転送装置は、たとえば、回線の通信速度がある閾値より高い場合には優先制御を行わず、通常のパケット転送を行い、回線の通信速度がある閾値より低い場合には優先制御を伴うパケット転送を行う。また、優先制御を行う場合は、優先度に応じて複数のキューを保持し、パケットのアドレスやポート番号などの情報に基づいてパケットを優先度付けし、パケットを、そのパケットに対応する優先度のキューに格納する。格納されたパケットはトラヒックのQoSを満たすように優先度を考慮して読みだされて送信される。
 このようなパケット転送方式により、ネットワークの状態が良好であれば、優先制御を行わず高速にパケットの転送を行い、ネットワークの状態が良好でない場合には優先制御を行い、トラヒックのQoSを確保する。
特開2004-320673号公報
IETF RFC793 "TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL", SEP 1981
 しかしながら、上記従来のTCPを用いた通信は、ベストエフォート型のサービスであり、優先度に基づく制御を行わない。そのため、多様な優先度のネットワークアプリケーションが存在する場合に、アプリケーションの優先度に対応した送信制御を行うことができない、という問題がある。
 上記特許文献1に記載のパケット転送装置では、ネットワークの状態が良好である場合には特別な処理を行わずパケットの転送を行い、ネットワークの状態が良好でない場合には、パケットの優先度に基づく優先制御を行いトラヒックが要求するQoSの確保を行っている。しかし、このパケット転送装置の優先制御方式では、自装置から送出するトラヒックに対してしかパケットの優先制御ができない。したがって、無線ネットワークを通過するトラヒックの優先制御を実現しようとする場合、無線ネットワーク側(サーバ側)からのデータ(下りデータ)について優先制御を行う場合には、無線ネットワーク内に優先制御機能を有するパケット転送装置を設置しなければならないが、公共の無線ネットワークを使用することを想定した場合には、ネットワーク内にパケット転送装置を設置することは困難である。そのため、無線ネットワーク側からのトラヒック(下り方向のトラヒック)に対してトラヒックの優先制御を行うことが困難である、という問題があった、
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、下りの方向のトラヒックに対して無線区間の優先制御を行うことができる優先制御装置、車載装置および優先制御方法を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、無線システムから無線信号として受信する下りデータを端末に転送し、前記端末から送信された上りデータを無線信号として前記無線システムへ転送する優先制御装置であって、前記上りデータおよび前記下りデータはTCPパケットとして送信されることとし、上りウィンドウサイズを変更するためのパラメータであるウィンドウサイズパラメータを含む制御パラメータを決定し、前記制御パラメータを保持する制御パラメータ決定手段と、前記上りデータを、トラヒックと優先度との対応である優先度情報に基づいて、高優先データと低優先データに弁別するパケット弁別手段と、前記低優先データに格納されているウィンドウサイズを前記制御パラメータに基づいて変更するウィンドウサイズ変更手段と、前記高優先データとウィンドウサイズ変更後の前記低優先データを前記無線システムへ転送する無線インターフェースと、を備えることを特徴とする。
 本発明にかかる優先制御装置、車載装置および優先制御方法は、上り下りの両方向のトラヒックに対して優先制御を行うことができる、という効果を奏する。
図1は、本発明にかかる優先制御装置を含む通信システムの構成例を示す図である。 図2は、高優先トラヒックのパケットに伴う帯域制限の一例を示す図である。 図3は、優先制御装置の機能構成例を示す図である。 図4は、優先制御処理の一例を示すシーケンス図である。 図5は、ウィンドウサイズ変更処理の一例を示すシーケンス図である。 図6は、遅延処理の一例を示すシーケンス図である。 図7は、遅延させたパケットの送信処理手順の一例を示すフローチャートである。 図8は、優先クラスが更新された場合の遅延処理の一例を示すシーケンス図である。
 以下に、本発明にかかる優先制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態.
 図1は、本発明にかかる優先制御装置を含む通信システムの構成例を示す図である。図1に示すように、本実施の形態の通信システムは、送信端末1と、IP(Internet Protocol)網2と、ゲートウェイ装置3と、無線システム4と、優先制御装置5と、受信端末6と、で構成される。
 送信端末1は、IP網2に接続しており、IP網2はゲートウェイ装置3に接続している。ゲートウェイ装置3は、IP網2および無線システム4と接続している。優先制御装置5は、無線システム4を無線接続し、また、受信端末6と有線または無線により接続している。優先制御装置5は、無線インターフェース51と、転送処理部50と、を備える。
 送信端末1は、IP網2、ゲートウェイ装置3、無線システム4および優先制御装置5を経由して受信端末6との間で通信を行う。送信端末1および受信端末6は、通信プロトコルとしてTCPを用いて通信を行うこととする。
 送信端末1が受信端末6に対して、TCPデータを送信すると、そのTCPデータは、IP網2、ゲートウェイ装置3、無線システム4および優先制御装置5を経由して受信端末6へ到着する。受信端末6は、受信したTCPデータに対する応答であるACKを優先制御装置5、無線システム4、ゲートウェイ装置3およびIP網2を経由して送信端末1へ送信する。
 図1に示した通信システムでは、データパケットは無線区間を含む経路により送信されるが、無線区間では有線区間と比較して伝送損失率が高く、帯域の変動が頻繁に発生し、伝送品質が低い。そのため、無線区間ではパケットの紛失の発生が有線区間と比較して多い。また、TCPは優先度の区別なくパケット紛失を検知したトラヒックの帯域を制限するように働くため、高優先トラヒックのパケットに紛失が生じると帯域の制限が行なわれる。
 図2は、高優先トラヒックのパケットに伴う帯域制限の一例を示す図である。図2では、無線システム4から優先制御装置5へ、高優先トラヒック11と低優先トラヒック12の両方が送信される例を示している。上側の図に示すように、優先制御装置5で、高優先トラヒック11のパケットロス20が発生した(無線システム4から優先制御装置5までの無線区間でパケットロス20が発生した)とする。その場合、図2の下側の図に示すようにTCPの輻輳ウィンドウサイズの制御により高優先トラヒックに対して帯域制限が行なわれることになる。なお、高優先トラヒック11および低優先トラヒック12の矢印の太さは、使用帯域の量を示し、矢印が太いほど使用帯域が多いことを示すこととする。
 本実施の形態では、上記のように高優先トラヒック11に対して帯域制限が行なわれる問題を解決する優先制御装置5について説明する。図3は、本実施の形態の優先制御装置5の機能構成例を示す図である。図3に示すように、本実施の形態の優先制御装置5は、無線インターフェース51と、トラヒック監視部52と、制御パラメータ決定部53と、受信レート予測部54と、優先クラス決定部55と、ACK弁別部(パケット弁別部)56と、ウィンドウサイズ変更部57と、遅延処理部58と、を備える。図1に示した転送処理部50は、トラヒック監視部52、制御パラメータ決定部53、受信レート予測部54、優先クラス決定部55、ACK弁別部56、ウィンドウサイズ変更部57および遅延処理部58に対応する。
 図4は、本実施の形態の優先制御処理の一例を示すシーケンス図である。図中、実線の矢印は、トラヒックの動きを示し、点線の矢印は情報や指示の動きを示している。送信端末1から送信されたTCPデータ(TCPデータパケット)は、IP網2、ゲートウェイ装置3および無線システム4経由で無線インターフェース(図4では無線IFと略している)51が受信する、無線インターフェース51は、図4に示すように、受信したTCPデータをトラヒック監視部52へ渡す(ステップS1)。
 トラヒック監視部52は、受け取ったTCPデータパケットの解析を行い、そのパケットから受信レート、RTT(ROUND TRIP TIME)、パケット紛失情報等を抽出し、TCPデータパケットを受信端末6へ転送する(ステップS2)。トラヒック監視部52は、パケット解析により抽出した情報をパケット情報として保持し、また、受信レートを受信レート予測部54へ通知し、パケット情報を制御パラメータ決定部53へ通知する。受信レート予測部54は、受信レートと外部から取得した地図情報等に基づいて受信レート変化の予測値を求め、求めた予測値を制御パラメータ決定部53へ渡す。制御パラメータ決定部53は、パケット情報および受信レート変化の予測値に基づいて、低優先トラヒックの制御(後述の遅延処理やウィンドウサイズ変更処理)に必要な制御パラメータを決定して保持しておく。
 制御パラメータ決定部53は、たとえば受信レートや受信レートの変化予測値、無線インターフェース51から取得する受信強度、パケット紛失情報等に基づいて、無線区間(無線システム4との間)の通信品質が劣化したと判断した場合(たとえば、パケット紛失率が所定のしきい値以上となった場合や受信強度が所定のしきい値以下となった場合等)には、ACK弁別部56へ優先制御処理の開始を指示する。制御パラメータ決定部53は、無線区間(無線システム4との間)の通信品質が回復したと判断した場合は、ACK弁別部56へ優先制御処理の停止を指示する。ACK弁別部56は、優先制御処理を行っていない(優先制御処理が停止している間)場合は、受信端末6から受信した全てのパケットを無線インターフェース51へ渡し、優先制御処理を行っている間は、後述のように高優先パケットを無線インターフェース51へ渡し、低優先パケットをウィンドウサイズ変更部57へ渡す。ここでは、優先制御処理を行っている場合の動作を説明する。
 受信端末6は、転送されたTCPデータパケットを受信すると、そのパケットに対する応答である送信端末1宛てのTCPACKパケットを優先制御装置5へ送信する(ステップS3)。
 一方、優先クラス決定部55は、デフォルトの設定またはユーザからの指定に基づいて、トラヒックと優先クラスの対応を決定し、その対応を優先度情報として保持しているとする。なお、トラヒックは、たとえば、パケットのIP/MAC(Media Access Control)アドレス・ポート番号等に基づいて識別するとする。ACK弁別部56は、ステップS3で送信されたTCPACKパケットを受信すると、優先クラス決定部55から優先度情報を取得する(ステップS4)。
 そして、ACK弁別部56は、TCPACKパケットのIP/MACアドレス・ポート番号等に基づいて優先度情報に基づいてそのTCPACKパケットの属するトラヒックに対応する優先度を決定し、優先度ごとにパケットを弁別する(ステップS5)。ここでは、低優先と高優先の2つの優先度に弁別することとする。なお、ACK弁別部56は、優先度情報にTCPACKパケットのトラヒックに該当する優先クラスが存在しない場合には、低優先クラスに該当するトラヒックとして扱う。また、後述のように低優先クラスをさらに優先クラスに分類する場合には、低優先クラスのあらかじめ定めたデフォルトの優先クラスに該当するトラヒックとして扱う。
 ACK弁別部56は、高優先として弁別したTCPACKパケット(高優先ACKパケット)を無線IF51へ渡し(ステップS6)、低優先としてとして弁別したパケット(低優先ACKパケット)を遅延処理部58へ渡す(ステップS7)。無線IF51は、高優先ACKパケットを受け取ると、無線システム4に対して高優先ACKパケットを無線信号として送信する。無線システム4に送信された高優先ACKパケットは、ゲートウェイ装置3およびIP網2経由で送信端末1に到着する。
 遅延処理部58は、低優先ACKパケットを受け取ると、制御パラメータ決定部53から、制御パラメータを取得し(ステップS8)、制御パラメータに従って低優先ACKパケットを遅延させる(ステップS9)。そして、遅延させた低優先ACKパケットをウィンドウサイズ変更部57へ渡す(ステップS10)。低優先ACKパケット(低優先トラヒック)を遅延させる処理(遅延処理)の内容については後述する。
 ウィンドウサイズ変更部57は、低優先ACKパケットを受け取ると、制御パラメータ決定部53から、制御パラメータを取得し(ステップS11)、制御パラメータに従って低優先ACKパケットのウィンドウサイズを変更する(ステップS12)。そして、ウィンドウサイズ変更後の低優先ACKを無線IFへ渡す(ステップS13)。無線IF51は、低優先ACKパケットを受け取ると、無線システム4に対して低優先ACKパケットを無線信号として送信する。無線システム4に送信された低優先ACKパケットは、ゲートウェイ装置3およびIP網2経由で送信端末1に到着する。
 図4の例で説明したように、本実施の形態では、低優先ACKパケットに対して、遅延処理とウィンドウサイズ変更を施すことにより、低優先トラヒック12のスループットを抑制し、また、高優先トラヒックはそのまま通過させる。これにより、高優先トラヒックの帯域制限を低減する。
 なお、図4の例では、遅延処理部58による遅延処理を、ウィンドウサイズ変更処理の前に行っているが、処理の順番はこれに限らず、ウィンドウサイズ変更処理を先に行い、その後に遅延処理部58による遅延処理を行うようにしてもよい。
 なお、ここでは、優先制御装置5が、電車や自動車等の移動体に搭載される車載装置として実装されることを想定し、優先制御装置5が移動可能としている。そのため、受信レート予測部54が、地図情報(たとえば、GPS(Global Positioning System)受信器等から取得した自身の位置情報や移動速度など)に基づいて、受信レートを予測している。優先制御装置5が、移動しない場合には、地図情報に基づく受信レートの変化の予測は行わなくてよい。
 図5は、ウィンドウサイズ変更処理の一例を示すシーケンス図である。送信端末1では、TCPデータパケットの送信ウィンドウサイズとして、受信可能ウィンドウサイズと輻輳ウィンドウサイズの小さい方を採用し、一度に送信するパケットの数を決定する。そのため、低優先トラヒックのACK内の受信可能ウィンドウサイズを十分小さく書き換えることで、そのACKを受信した送信端末1が低優先トラヒックについて一度に送信するパケットの数を減少させることができる。したがって、無線システム4から送信される下り方向のトラヒックについて、低優先トラヒックの帯域を制限することができ、高優先トラヒックの帯域を確保することができる。
 したがって、優先制御装置5のACK弁別部56は、受信端末6から送信されたTCPパケット(低優先ACKパケットとする)を受信する(ステップS21)と、優先クラス決定部55が保持している優先度情報を参照して取得し(ステップS22)、優先度に基づいて低優先度ACKパケットを遅延処理部58へ渡す。ウィンドウサイズ変更部57は、遅延処理部58から低優先度ACKパケットを受け取ると、制御パラメータ決定部53が保持している制御パラメータを参照して取得し(ステップS23)、ウィンドウサイズを変更して(ステップS24)、送信端末1へ送信する(ステップS25)。
 ウィンドウサイズ変更部57が実施するウィンドウサイズ変更処理方法の一例としては、たとえば、以下の2種類の方法がある。なお、以下の2種類以外の方法で行ってもよい。
(1)元のウィンドウサイズ(TCPパケットに格納されたウィンドウサイズ)で指定された割合を乗算して変更後のウィンドウサイズを決定する。
(2)指定された値そのものに変更する。
いずれの場合も制御パラメータ決定部53が、ウィンドウサイズ決定に必要なウィンドウサイズパラメータ((1)の場合は指定する割合、(2)の場合は指定する値)を制御パラメータの1つとして決定しておき、ウィンドウサイズ変更部57が制御パラメータを参照しウィンドウサイズを変更する。ウィンドウサイズパラメータの決定方法は、どのような方法としてもよいが、たとえば受信レートや受信レートの変化予測値、無線インターフェース51から取得する受信強度、パケット紛失情報等に基づいて決定してもよい。
 ただし、ウィンドウサイズを指定された値そのものに変更する場合(上記の(2)の場合)、変更後のウィンドウサイズが元のウィンドウサイズより大きくなる場合には変更は行わないものとする。
 なお、以上の例では、TCPACKパケットを例に説明したが、受信端末6から送信されるパケットについては、TCPACKパケットに限らず、全て同様に処理が行われる。
 つぎに、本実施の形態の遅延処理について説明する。本実施の形態では、低優先ACKパケットの送信を意図的に遅らせる。受信端末6から送信された低優先ACKパケットの送信を意図的に遅らせた場合、低優先トラヒックのRTTが長くなる。したがって、受信端末6から送信されたパケットを受信した送信端末1では、低優先トラヒックのTCPデータ送信間隔を増加させることになる。したがって、下り方向の低優先トラヒックの帯域の制限が行われることになり、結果として高優先トラヒックの帯域を確保することができる。
 図6は、本実施の形態の遅延処理の一例を示すシーケンス図である。優先制御装置5のACK弁別部56は、受信端末6から送信されたTCPパケット(低優先のTCP-ACKパケット、TCP-Ackパケット#1とする)を受信する(ステップS31)と、優先クラス決定部55が保持している優先度情報を参照して取得し(ステップS32)、優先度に基づいて低優先度ACKパケットを遅延処理部58へ渡す。遅延処理部58は、TCP-Ackパケット#1を受け取ると、制御パラメータ決定部53が保持している制御パラメータを参照して取得し(ステップS33)、そのパケットの受信時刻と制御パラメータに含まれる遅延時間とに基づいて送信予定時刻を決定する。なお、制御パラメータ決定部53は、制御パラメータの一部として、遅延時間を決定しておくこととする。遅延時間の決定方法は、どのような方法としてもよいが、たとえば受信レートや受信レートの変化予測値、無線インターフェース51から取得する受信強度、パケット紛失情報等に基づいて決定してもよい。
 そして、遅延処理部58は、自身が保持する遅延バッファにそのパケットに送信予定時刻を付加し、バッファリングパケット(Ack#1)として格納する(ステップS34)。なお、遅延処理部58が保持する遅延バッファは、先に格納したパケットから先に送出するFIFO(First In First Out)バッファとする。
 また、優先制御装置5のACK弁別部56は、受信端末6から送信された次のTCPパケット(TCP-Ackパケット#2とする)を受信する(ステップS35)と、優先クラス決定部55が保持している優先度情報を参照して取得し(ステップS36)、優先度に基づいて低優先度ACKパケットを遅延処理部58へ渡す。遅延処理部58は、TCP-Ackパケット#2を受け取ると、制御パラメータ決定部53が保持している制御パラメータを参照して取得し(ステップS37)、そのパケットの受信時刻と制御パラメータに含まれる遅延時間とに基づいて送信予定時刻を決定する。そして、遅延処理部58は、自身が保持する遅延バッファにそのパケットに送信予定時刻を付加し、バッファリングパケット(Ack#2)として格納する(ステップS38)。
 図6の例では、低優先パケットは1つの優先クラスとして扱ったが、低優先パケットをさらに、優先クラスに応じて分類してもよい。この場合、制御パラメータ決定部53は、優先クラスごとに遅延時間を決定しておくこととし、遅延処理部58は、送信予定時刻を求める際に、そのパケットの優先度に対応した遅延時間を用いることとする。また、低優先パケットを複数の優先クラスに分類する場合は、優先クラスごとに遅延バッファを備えることとする。
 図7は、遅延処理部58が実施する遅延させたパケットの送信処理手順の一例を示すフローチャートである。遅延処理部58は、所定の時間を計測するためのタイマを有していることし、タイマのタイムアウトが発生するごとに、図7に示した遅延バッファ参照処理を実施する。タイムアウトが発生すると、遅延処理部58は、最初の送信処理対象の優先クラスについて、現在の時刻が、遅延バッファの先頭に格納されている(最も前に格納された)バッファリングパケットの送信予定時刻を過ぎているか否かを判断する(ステップS51)。現在の時刻が、先頭のパケットの送信予定時刻を過ぎていると判断した場合(ステップS51 Yes)は、先頭のパケットを読み出してウィンドウサイズ変更部57へ渡すことにより、送信端末1へ送信し(ステップS52)、遅延バッファに格納されている次のパケットを先頭パケットとし、ステップS51へ戻る。なお、読み出された先頭のパケットは遅延バッファから削除される。
 ステップS51で、現在の時刻が、先頭のパケットの送信予定時刻を過ぎていないと判断した場合(ステップS51 No)は、全てのクラスのバッファの送信処理を終了したか否かを判断し(ステップS53)、終了した場合(ステップS53 Yes)は、送信処理を終了する。
 ステップS53で終了していないと判断した場合(ステップS53 No)は、遅延バッファ参照処理を終了していない次のクラスを送信処理対象とし(ステップS54)、ステップS51に戻る。
 図6に戻り、遅延処理の説明を継続する。遅延処理部58は、タイムアウトが発生すると(ステップS39)、遅延バッファを参照し(ステップS40)、現在時刻がバッファリングパケット(Ack#1)の送信予定時刻を過ぎている場合にバッファリングパケット(Ack#1)を読み出し(ステップS41)、送信予定時刻を削除してTcp-Ackパケット#1として送信端末1へ送信する(ステップS42)。
 同様に、遅延処理部58は、タイムアウトが発生すると(ステップS43)、遅延バッファを参照し(ステップS44)、現在時刻がバッファリングパケット(Ack#2)の送信予定時刻を過ぎている場合にバッファリングパケット(Ack#2)を読み出し(ステップS45)、送信予定時刻を削除してTcp-Ackパケット#1として送信端末1へ送信する(ステップS46)。
 なお、ウィンドウサイズ変更処理を遅延処理の前に行う場合には、遅延処理部58は、ウィンドウサイズ変更後のパケットを遅延バッファに格納し、送信処理では、遅延バッファから読みだしたパケットを無線インターフェース51へ渡す。
 また、優先クラス決定部55は、外部からの指示等によりトラヒックを優先度の対応を更新することも可能である。通信の途中で、この更新が行われることもある。図8は、優先クラスが更新された場合の遅延処理の一例を示すシーケンス図である。ここでは、低優先度パケットを複数の優先クラス(優先クラス)に分類するとし、低優先パケットの優先クラスとして優先クラスAと優先クラスBを含むとする。
 まず、ACK弁別部56は、受信端末6から送信されたトラヒックaのパケット#1を(低優先の優先クラスAのパケットとする)を受信する(ステップS61)と、優先クラス決定部55が保持している優先度情報を参照して取得し(ステップS62)、優先度に基づいてトラヒックaパケット#1を遅延処理部58へ渡す。遅延処理部58は、トラヒックaパケット#1を受け取ると、制御パラメータ決定部53が保持している制御パラメータを参照して取得し(ステップS63)、そのパケットの受信時刻と制御パラメータに含まれる優先クラスAに対応する遅延時間とに基づいて送信予定時刻を決定する。そして、遅延処理部58は、自身が保持する優先クラスAの遅延バッファにそのパケットに送信予定時刻を付加し、トラヒックaパケット#1として格納する(ステップS64)。
 ここで、トラヒックaの優先クラスが、クラスAからクラスBに変更され、優先クラス決定部55は優先度情報をそれに基づいて更新する(ステップS65)。そして、ACK弁別部56は、受信端末6から送信されたトラヒックaのパケット#2(低優先の優先クラスAのパケットとする)を受信する(ステップS66)と、優先クラス決定部55が保持している優先度情報を参照して取得し(ステップS67)、優先度に基づいてトラヒックaパケット#2を遅延処理部58へ渡す。遅延処理部58は、トラヒックaパケット#2を受け取ると、制御パラメータ決定部53が保持している制御パラメータを参照して取得し(ステップS68)、そのパケットの受信時刻と制御パラメータに含まれる優先クラスBに対応する遅延時間とに基づいて送信予定時刻を決定する。そして、遅延処理部58は、自身が保持する優先クラスBの遅延バッファにそのパケットに送信予定時刻を付加し、トラヒックaパケット#2として格納する(ステップS69)。
 遅延バッファに格納されているパケットの送信処理については、図7で示した例と同様である。なお、優先クラスが更新される前に格納されたパケットは送信予定時刻の変更も、遅延バッファの移動も行わない。そのため、遅延時間の差によりパケットの入れ替えが発生する可能性があるが、この入れ替えに対しては、受信側で対応可能である。また、パケットが遅延バッファに格納しきれなくなった場合には、後から受信し格納できなかったパケットを破棄し、パケットの破棄を行ったことをログに記録しておく。
 なお、本実施の形態では、ウィンドウサイズ変更処理と遅延処理の両方を行うようにしたが、どちらか一方のみを行うようにしてもよい。
 このように、本実施の形態では、受信端末6から受信したパケットを低優先と高優先に分類し、低優先のパケットについては、ウィンドウザイズを小さい値に変更して所定の遅延時間だけ遅延させて送信するようにした。そのため、低優先と高優先のトラヒックが共存する場合に、無線区間の通信品質が劣化した際に、低優先のトラヒックの帯域を制限することにより高優先のトラヒックを優先して送信することができる。
 以上のように、本発明にかかる優先制御装置、車載装置および優先制御方法は、パケットの優先度に基づいてパケット転送を制御する優先制御装置に有用であり、特に、無線システムを含む通信システムにおける優先制御装置に適している。
 1 送信端末
 2 IP網
 3 ゲートウェイ装置
 4 無線システム
 5 優先制御装置
 6 受信端末
 50 転送処理部
 51 無線インターフェース
 52 トラヒック監視部
 53 制御パラメータ決定部
 54 受信レート予測部
 55 優先クラス決定部
 56 ACK弁別部
 57 ウィンドウサイズ変更部
 58 遅延処理部

Claims (19)

  1.  無線システムから無線信号として受信する下りデータを端末に転送し、前記端末から送信された上りデータを無線信号として前記無線システムへ転送する優先制御装置であって、
     前記上りデータおよび前記下りデータはTCPパケットとして送信されることとし、
     上りウィンドウサイズを変更するためのパラメータであるウィンドウサイズパラメータを含む制御パラメータを決定し、前記制御パラメータを保持する制御パラメータ決定手段と、
     前記上りデータを、トラヒックと優先度との対応である優先度情報に基づいて、高優先データと低優先データに弁別するパケット弁別手段と、
     前記低優先データに格納されているウィンドウサイズを前記制御パラメータに基づいて変更するウィンドウサイズ変更手段と、
     前記高優先データとウィンドウサイズ変更後の前記低優先データを前記無線システムへ転送する無線インターフェースと、
     を備えることを特徴とする優先制御装置。
  2.  前記制御パラメータ決定手段は、前記制御パラメータとしてさらに前記低優先データに与える遅延時間を決定し、
     ウィンドウサイズ変更後の前記低優先データを前記遅延時間だけバッファデータとして保持し、前記遅延時間が経過した後に前記バッファデータを前記無線インターフェースへ出力する遅延処理手段と、
     前記無線インターフェースは、前記遅延処理手段から出力された前記バッファデータを、前記ウィンドウサイズ変更後の前記低優先データとして前記無線システムへ転送する、
     ことを特徴とする請求項1に記載の優先制御装置。
  3.  前記遅延処理手段は、前記低優先データの受信時刻と前記遅延時間とに基づいて前記低優先データの送信予定時刻を決定し、前記送信予定時刻を付加して前記低優先データを保持し、また、所定の時間間隔で、保持している前記低優先データの前記送信予定時刻を参照し、前記送信予定時刻であるまたは前記送信予定時刻を過ぎた前記低優先データがあった場合に、その低優先データを前記無線インターフェースへ出力する、
     ことを特徴とする請求項2に記載の優先制御装置。
  4.  前記低優先データをさらに複数の優先クラスに分類することとし、
     前記優先度情報を、トラヒックと前記優先クラスとの対応とし、
     前記制御パラメータ決定手段は、前記優先クラスごとに遅延時間を決定し、
     前記遅延処理手段は、前記優先クラスごとに前記低優先データを保持し、また、所定の時間間隔で、前記優先クラスごとに、保持している前記低優先データの前記送信予定時刻を参照し、前記送信予定時刻を過ぎた前記低優先データがあった場合に、その低優先データを前記無線インターフェースへ出力する、
     ことを特徴とする請求項2に記載の優先制御装置。
  5.  前記制御パラメータ決定手段は、前記制御パラメータとしてさらに前記低優先データに与える遅延時間を決定し、
     前記パケット弁別手段が弁別した前記低優先データを前記遅延時間だけバッファデータとして保持し、前記遅延時間が経過した後に前記バッファデータを前記ウィンドウサイズ変更手段へ出力する遅延処理手段、
     をさらに備え、
     前記ウィンドウサイズ変更手段は、前記遅延処理手段から出力された前記バッファデータを、ウィンドウサイズ変更対象の前記低優先データとする、
     ことを特徴とする請求項1に記載の優先制御装置。
  6.  前記遅延処理手段は、前記低優先データの受信時刻と前記遅延時間とに基づいて前記低優先データの送信予定時刻を決定し、前記送信予定時刻を付加して前記低優先データを保持し、また、所定の時間間隔で、保持している前記低優先データの前記送信予定時刻を参照し、前記送信予定時刻であるまたは前記送信予定時刻を過ぎた前記低優先データがあった場合に、その低優先データを前記無線インターフェースへ出力する、
     ことを特徴とする請求項5に記載の優先制御装置。
  7.  前記低優先データをさらに複数の優先クラスに分類することとし、
     前記優先度情報を、トラヒックと前記優先クラスとの対応とし、
     前記制御パラメータ決定手段は、前記優先クラスごとに遅延時間を決定し、
     前記遅延処理手段は、前記優先クラスごとに前記低優先データを保持し、また、所定の時間間隔で、前記優先クラスごとに、保持している前記低優先データの前記送信予定時刻を参照し、前記送信予定時刻を過ぎた前記低優先データがあった場合に、その低優先データを前記無線インターフェースへ出力する、
     ことを特徴とする請求項5に記載の優先制御装置。
  8.  前記遅延処理手段は、前記低優先データを保持するためのバッファの容量が超過した場合には、新たに到着した前記低優先データを破棄し、前記低優先データを破棄したことをログとして記録する、
     ことを特徴とする請求項2~7のいずれか1つに記載の優先制御装置。
  9.  前記上りデータから所定の受信品質情報を抽出するトラヒック監視手段、
     を備え、
     前記制御パラメータ決定手段は、前記受信品質情報に基づいて前記制御パラメータを決定する、
     ことを特徴とする請求項1~8のいずれか1つに記載の優先制御装置。
  10.  前記制御パラメータ決定手段は、さらに前記無線インターフェースが求めた受信強度に基づいて前記制御パラメータを決定する、
     ことを特徴とする請求項9に記載の優先制御装置。
  11.  自装置の位置情報と前記受信品質情報に基づいて、受信レートの変化の予測値を求める受信レート予測手段、
     をさらに備え、
     前記パラメータ決定手段は、さらに前記予測値に基づいて前記制御パラメータを決定する、
     ことを特徴とする請求項9または10に記載の優先制御装置。
  12.  前記受信品質情報を、受信レート、パケット紛失情報、RTTのうち1つ以上とする、
     ことを特徴とする請求項9、10または11に記載の優先制御装置。
  13.  前記優先度情報を、あらかじめ設定された情報、または外部からの指示に基づいて設定された情報、とする、
     ことを特徴とする請求項1~12のいずれか1つに記載の優先制御装置。
  14.  パケット弁別手段は、前記優先度情報に受信した前記上りデータに対応する情報が存在しない場合、その上りデータを低優先データとして弁別する、
     ことを特徴とする請求項1~13のいずれか1つに記載の優先制御装置。
  15.  前記ウィンドウサイズパラメータを変更前のウィンドウサイズに乗算する係数とし、
     前記ウィンドウサイズ変更手段は、変更前のウィンドウサイズに前記ウィンドウサイズパラメータを乗算することにより変更後のウィンドウサイズを求める、
     ことを特徴とする請求項1~14のいずれか1つに記載の優先制御装置。
  16.  前記ウィンドウサイズパラメータを変更後のウィンドウサイズそのものの値とし、
     前記ウィンドウサイズ変更手段は、変更後のウィンドウサイズを前記ウィンドウサイズパラメータとする、
     ことを特徴とする請求項1~14のいずれか1つに記載の優先制御装置。
  17.  前記ウィンドウサイズ変更手段は、変更後のウィンドウサイズが変更前のウィンドウサイズより大きい場合には、ウィンドウサイズを変更しない、
     ことを特徴とする請求項16に記載の優先制御装置。
  18.  移動体に搭載され、無線システムから無線信号として受信する下りデータを端末に転送し、前記端末から送信された上りデータを無線信号として前記無線システムへ転送する車載装置であって、
     前記上りデータおよび前記下りデータはTCPパケットとして送信されることとし、
     上りウィンドウサイズを変更するためのパラメータであるウィンドウサイズパラメータを含む制御パラメータを決定し、前記制御パラメータを保持する制御パラメータ決定手段と、
     前記上りデータを、トラヒックと優先度との対応である優先度情報に基づいて、高優先データと低優先データに弁別するパケット弁別手段と、
     前記低優先データに格納されているウィンドウサイズを前記制御パラメータに基づいて変更するウィンドウサイズ変更手段と、
     前記高優先データとウィンドウサイズ変更後の前記低優先データを前記無線システムへ転送する無線インターフェースと、
     を備える
     ことを特徴とする車載装置。
  19.  無線システムから無線信号として受信する下りデータを端末に転送し、前記端末から送信された上りデータを無線信号として前記無線システムへ転送する優先制御装置における優先制御方法であって、
     前記上りデータおよび前記下りデータはTCPパケットとして送信されることとし、
     上りウィンドウサイズを変更するためのパラメータであるウィンドウサイズパラメータを含む制御パラメータを決定し、前記制御パラメータを保持する制御パラメータ決定ステップと、
     前記上りデータを、トラヒックと優先度との対応である優先度情報に基づいて、高優先データと低優先データに弁別するパケット弁別ステップと、
     前記低優先データに格納されているウィンドウサイズを前記制御パラメータに基づいて変更するウィンドウサイズ変更ステップと、
     前記高優先データとウィンドウサイズ変更後の前記低優先データを前記無線システムへ転送する無線送信ステップと、
     を含むことを特徴とする優先制御方法。
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