JP4191551B2 - パケット中継装置及びパケット中継方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット通信網においてパケットを中継するパケット中継装置及びパケット中継方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パケット通信網において、所定の宛先に送信されたパケットは、ブリッジやルータやゲートウェイといったパケット中継装置（ノード）によって中継転送される。
【０００３】
ここで、パケット中継装置は、他のパケット中継装置等に転送するパケットを一旦メモリ（以下、バッファ）に蓄積し、蓄積されているパケットをＦＩＦＯ(First-in First-out)の原理に基づいて転送する。
【０００４】
一般的には、バッファの容量は、パケットが廃棄されてしまうことを防止するために、ハードウェア上の制約を除けば、可能な限り大きい方が望ましい。
【０００５】
一方、リアルタイム性が要求される音声通信などにおいては、パケットの遅延を許容できる時間（以下、最大許容遅延時間）が短いため、リアルタイム性を確保するためには、バッファの容量は小さい方が望ましい。
【０００６】
具体的には、図６（ａ）に示すように、最大許容遅延時間に対してバッファの容量が大き過ぎると、パケットがバッファに滞留している時間（以下、滞留時間）が長くなるため、当該滞留時間が最大許容遅延時間を超えたパケット（パケットａ及びパケットｂ）がバッファに蓄積されたままになる。ここで、滞留時間が最大許容遅延時間を超えたパケット（パケットａ及びパケットｂ）は不要なパケットであるため、このようなパケットを転送する際に使用されるリソース（特に無線リソース）は無駄になってしまう。
【０００７】
一方、図６（ｂ）に示すように、バッファの容量が小さ過ぎる場合には、滞留時間が最大許容遅延時間に達していないパケット（パケットｅ）が廃棄されてしまうため、通信品質が劣化してしまう。
【０００８】
従って、従来のバッファ容量は、所定の転送レートでパケットが転送されることを前提に、滞留時間が最大許容遅延時間を超過したパケットが転送されることがないような適正な水準に設定されていた（例えば、特許文献１）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３０７６０２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバッファ容量は、所定の転送レートでパケットが転送されることを前提に設定されているため、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送レートが一時的に低下している状態でオーバーフローが発生すると、転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容遅延時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されてしまうという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の問題を解決すべくなされたものであり、パケットを転送する際の転送レートがパケット通信網の輻輳や受信誤りの発生によって所定の転送レートよりも一時的に低下した場合に、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容遅延時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されることを防止することができるパケット中継装置及びパケット中継方法を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、パケット通信網においてパケットを中継するパケット中継装置が、所定のバッファ容量を有するパケット蓄積手段と、パケットを転送する際の転送レートを測定する転送レート測定手段と、転送レート測定手段によって測定された転送レートが所定の転送レートよりも低い場合に、バッファ容量を拡大するバッファ容量拡大手段とを具備することを要旨とする。
【００１３】
かかる特徴によれば、転送レート測定手段によって測定された転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生により、所定の転送レートよりも一時的に低下した場合に、バッファ容量拡大手段がバッファ容量を拡大することにより、パケット中継装置は、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大遅延時間を経過せずに転送できるパケットが廃棄されることを防止することができる。
【００１４】
なお、所定のバッファ容量は、所定の転送レートでパケットが転送されることを前提に、滞留時間が最大許容遅延時間を超過したパケットが転送されることがないような適正な水準に設定されているものとする。例えば、所定のバッファ容量は、所定の転送レートと最大許容遅延時間との積に基づいて設定される。
【００１５】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴において、パケット中継装置が、バッファ容量拡大手段によってバッファ容量が拡大された状態で、転送レート測定手段によって測定された転送レートが所定の転送レートよりも高い場合に、当該バッファ容量を縮小するバッファ容量縮小手段を具備することを要旨とする。
【００１６】
かかる特徴によれば、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどによって低下した転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの解消によって上昇した場合に、バッファ容量縮小手段が、拡大されたバッファ容量を所定のバッファ容量に戻す（縮小する）ことにより、パケット中継装置は、バッファ容量を適正な水準に保ち、パケットを蓄積するために必要とされるリソースを有効に活用することができる。
【００１７】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴において、パケット中継装置が、バッファ容量拡大手段によってバッファ容量が拡大された状態で所定の時間が経過した場合に、当該バッファ容量を縮小するバッファ容量縮小手段を具備することを要旨とする。
【００１８】
かかる特徴によれば、バッファ容量縮小手段が、バッファ容量が拡大された状態で所定の時間が経過した場合に、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどによって低下していた転送レートが回復したものと推定して、当該バッファ容量を縮小することにより、パケット中継装置は、当該バッファ容量を適正な水準に保ち、パケットを蓄積するために必要とされるリソースを有効に活用することができる。
【００１９】
本発明の第４の特徴は、本発明の第３の特徴において、バッファ容量拡大手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を拡大し、バッファ容量縮小手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を縮小することを要旨とする。
【００２０】
かかる特徴によれば、バッファ容量拡大手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を拡大することにより、パケット中継装置は、必要以上にバッファ容量が拡大されることを防止することができる。
【００２１】
また、バッファ容量縮小手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を縮小することにより、パケット中継装置は、必要以上にバッファ容量が縮小されることを防止することができる。
【００２２】
本発明の第５の特徴は、所定のバッファ容量を有するパケット中継装置がパケット通信網においてパケットを中継するパケット中継方法が、パケットを転送する際の転送レートが測定されるステップＡと、ステップＡで測定された転送レートが所定の転送レートよりも低い場合に、バッファ容量が拡大されるステップＢとを具備することを要旨とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（パケット中継装置の構成）
以下において、本実施形態におけるパケット中継装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態におけるパケット中継装置が設置されているパケット通信網を示す概略図である。
【００２４】
パケット通信網は、図１に示すように、無線基地局２ａ・２ｂとゲートウェイ３ａ・３ｂとルータ４ａ〜４ｆとによって構成されている。以下において、このパケット通信網を介して所定の情報が端末１ａ〜１ｄから端末５ａ〜５ｄに送信される態様について説明する。
【００２５】
具体的には、携帯電話などの端末１ａ・１ｂ及びノート型パソコンなどの端末１ｃは、無線回線を介して無線基地局２ａに所定の情報をパケットに分割して送信する。また、パソコンなどの端末１ｄは、ゲートウェイ３ａに所定の情報をパケットに分割して送信する。
【００２６】
無線基地局２ａは、端末１ａ〜端末１ｃから受信したパケットをゲートウェイ３ａに送信する。また、無線基地局２ｂは、ゲートウェイ３ｂから受信したパケットを端末５ａ〜５ｃに送信する。
【００２７】
ゲートウェイ３ａは、無線基地局２ａから受信したパケットを、ルータ４ａ〜４ｆを介してゲートウェイ３ｂに送信する。また、ゲートウェイ３ｂは、ルータ４ａ〜４ｆを介してゲートウェイ３ａから受信したパケットを無線基地局２ｂ又は端末５ｄに送信する。
【００２８】
ルータ４ａ〜４ｆは、所定のルーティングプロトコルに従って、ゲートウェイ３ａからゲートウェイ３ｂまでパケットを中継する。
【００２９】
携帯電話などの端末５ａ・５ｂ及びノート型パソコンなどの端末５ｃは、無線回線を介して無線基地局２ｂからパケットを受信する。また、パソコンなどの端末５ｄは、ゲートウェイ３ｂからパケットを受信する。
【００３０】
なお、本実施形態において、パケット中継装置は、無線基地局２ａ・２ｂ又はゲートウェイ３ａ・３ｂ又はルータ４ａ〜４ｆ又は無線制御装置（図示せず）などに設けられている。
【００３１】
図２は、本実施形態におけるパケット中継装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、パケット中継装置１０は、受信部１１と、受信バッファ部１２と、転送バッファ部１３と、転送部１４と、転送レート測定部１５と、バッファ容量変更部１６と、パケット廃棄部１７とを具備する。
【００３２】
受信部１１は、当該パケット中継装置１０に接続されている他のパケット中継装置１０など（以下、受信元）毎に複数設けられている。また、各受信部１１は、当該受信部１１に割り当てられている受信元から所定のパケットを受信する。
【００３３】
受信バッファ部１２は、複数の受信部１１にそれぞれ対応している。また、各受信バッファ部１２は、当該受信バッファ部１２に対応する受信部１１によって受信されたパケットを記憶する。さらに、受信バッファ部１２に記憶されたパケットは、当該パケットの宛先と所定のルーティングテーブルとに従って、所定の転送バッファ部１３に入力される。
【００３４】
転送バッファ部１３は、複数の転送部１４にそれぞれ対応している。また、各転送バッファ部１３は、当該転送バッファ部１３に対応する転送部１４によって転送されるパケットを、受信バッファ部１２から入力された順に記憶する。
【００３５】
なお、転送バッファ部１３の基準容量は、当該転送バッファ部１３に割り当てられている転送先に所定の転送レート（以下、基準転送レート）でパケットが転送されることを前提に、滞留時間が最大許容遅延時間を超過したパケットが転送されることがないような適正な水準に設定されているものとする。
【００３６】
なお、基準転送レートは、パケットを転送先に転送する際の転送レートの平均値などである。また、基準転送レートは、転送先毎に異なった値となってもよい。
【００３７】
ここで、本実施形態において、転送バッファ部１３は、所定のバッファ容量を有するパケット蓄積手段を構成する。
【００３８】
転送部１４は、当該パケット中継装置１０に接続されている他のパケット中継装置１０など（以下、転送先）毎に複数設けられている。また、各転送部１４は、当該転送部１４に割り当てられている転送先に、当該転送部１４に対応する転送バッファ部１３に記憶されているパケットを、パケットが当該転送バッファ部１３に入力された順で（ＦＩＦＯの原理に基づいて）転送する。また、転送部１４は、当該転送部１４に割り当てられている転送先までのパケット通信網の状態に応じた転送レートでパケットを転送する。
【００３９】
転送レート測定部１５は、転送部１４から当該転送部１４に割り当てられている転送先にパケットを転送する際の転送レートを測定する転送レート測定手段を構成する。
【００４０】
バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも低い場合に、これらの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を拡大する。また、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量が拡大されている状態で、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも高い場合に、これらの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００４１】
具体的には、バッファ容量変更部１６は、図３に示すように転送バッファ部１３の容量を変更する。図３は、転送バッファ部１３の容量が変更される様子を時間軸に沿って説明する図である。なお、図３において、転送バッファ部１３の基準容量は３パケット、基準転送レートは単位時間当り１パケットであり、転送バッファ部１３には、単位時間当り１つのパケットが常に入力されるものとする。また、転送バッファ部１３に入力されるパケットの最大許容遅延時間は、７単位時間であるものとする。
【００４２】
第１の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットａは、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｄは、転送バッファ部１３に入力される。
【００４３】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（１パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）と同じであるため、転送バッファ部１３の容量を変更しない。
【００４４】
第２の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｂは、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｅは、転送バッファ部１３に入力される。
【００４５】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（１パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）と同じであるため、転送バッファ部１３の容量を変更しない。
【００４６】
なお、パケットｃ〜パケットｄの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は３単位時間となる。
【００４７】
第３の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送されず、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｆは、転送バッファ部１３に入力される。
【００４８】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（０パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも低いため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００４９】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ拡大し、転送バッファ部１３は、パケットを廃棄することなく、入力されたパケットｆを記憶する。
【００５０】
なお、パケットｃ〜パケットｅの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は４単位時間となる。
【００５１】
第４の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送されず、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｇは、転送バッファ部１３に入力される。
【００５２】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（０パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも低いため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００５３】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ拡大し、転送バッファ部１３は、パケットを廃棄することなく、入力されたパケットｇを記憶する。
【００５４】
なお、パケットｃ〜パケットｆの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は５単位時間となる。
【００５５】
第５の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送されず、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｈは、転送バッファ部１３に入力される。
【００５６】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（０パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも低いため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００５７】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ拡大し、転送バッファ部１３は、パケットを廃棄することなく、入力されたパケットｈを記憶する。
【００５８】
なお、パケットｃ〜パケットｇの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は６単位時間となる。
【００５９】
第６の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃ〜パケットｅは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの解消により、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｉは、転送バッファ部１３に入力される。
【００６０】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（３パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも高い転送レートになっているため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（２パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００６１】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を２パケット分だけ縮小し、転送バッファ部１３の容量を基準容量に近づける。
【００６２】
なお、パケットｃ〜パケットｈの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は７単位時間となるが、パケットｃは、最大許容遅延時間（７単位時間）を超過せずに転送される。
【００６３】
第７の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｆ・パケットｇは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの解消により、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｊは、転送バッファ部１３に入力される。
【００６４】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（２パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも高い転送レートになっているため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００６５】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ縮小し、転送バッファ部１３の容量を基準容量に戻す。
【００６６】
なお、パケットｆ〜パケットｉの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。
【００６７】
また、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大されている状態で所定の時間が経過した場合に、転送バッファ部１３の容量を縮小するように構成されていてもよい。
【００６８】
なお、本実施形態において、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも低い場合に、転送バッファ部１３の容量を拡大するバッファ容量拡大手段を構成する。また、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大されている状態で、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも高い場合に、転送バッファ部１３の容量を縮小するバッファ容量縮小手段を構成する。
【００６９】
パケット廃棄部１７は、オーバーフローが発生した際に、転送バッファ部１３における滞留時間が最も長いパケットを廃棄する。
【００７０】
具体的には、図４に示すように、パケット廃棄部１７は、パケットａ〜パケットｆが転送バッファ部１３に記憶されている状態においてオーバーフローが発生すると、転送バッファ部１３における滞留時間が最も長いパケットａを廃棄し、パケットｇを転送バッファ部１３に記憶可能な状態にする。
【００７１】
（パケット中継装置の動作）
図５は、本実施形態におけるパケット中継装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図５は、パケット中継装置１０の動作を示すフロー図である。
【００７２】
図５に示すように、ステップ１０において、パケット中継装置１０は、パケットを転送する際の転送レートを測定する。
【００７３】
ステップ２０において、パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートと基準転送レートとを比較する。パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートが基準転送レートよりも小さい場合には、ステップ３０の処理に移り、ステップ１０で測定された転送レートが基準転送レートよりも大きい場合には、ステップ４０の処理に移る。
【００７４】
ステップ３０において、パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートと基準転送レートとの差分に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００７５】
ステップ４０において、パケット中継装置１０は、転送バッファ部１３の容量と基準容量とを比較する。パケット中継装置１０は、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大された状態である場合には、ステップ５０に移り、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大された状態ではない場合には、一連の処理を終了する。
【００７６】
ステップ５０において、パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートと基準転送レートとの差分に応じて、転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００７７】
（パケット中継装置の作用・効果）
本実施形態におけるパケット中継装置１０によれば、転送レート測定部１５によって測定される転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りの発生によって基準転送レートよりも一時的に低下した場合に、バッファ容量変更部１６が、当該転送レートと基準転送レートとの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を拡大することにより、当該パケット中継装置１０は、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されることを防止することができる。
【００７８】
また、本実施形態におけるパケット中継装置１０によれば、転送レート測定部１５によって測定される転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りの解消によって基準転送レートよりも上昇した場合に、バッファ容量変更部１６が、当該転送レートと基準転送レートとの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を縮小することにより、当該パケット中継装置１０は、転送バッファ部１３の容量が必要以上に拡大されることを防止することができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明にパケット中継装置及びパケット中継方法によれば、パケット中継装置は、パケットを転送する際の転送レートがパケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって所定の転送レートよりも一時的に低下した場合に、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容遅延時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態におけるパケット中継装置１０パケット中継装置が設置されているパケット通信網を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態におけるパケット中継装置１０の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態における転送バッファ部１３の容量の拡大・縮小を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態において、オーバーフローが発生した際に転送バッファ部１３に記憶されているパケットが廃棄される態様を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態におけるパケット中継装置１０の動作を示すフロー図である。
【図６】図６は、従来技術におけるバッファの容量について説明するための図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ…端末、２ａ・２ｂ…無線基地局、３ａ・３ｂ…ゲートウェイ、４ａ〜４ｆ…ルータ、５ａ〜５ｄ…端末、１０…パケット中継装置、１１…受信部、１２…受信バッファ部、１３…転送バッファ部、１４…転送部、１５…転送レート測定部、１６…バッファ容量変更部、１７…パケット廃棄部
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット通信網においてパケットを中継するパケット中継装置及びパケット中継方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パケット通信網において、所定の宛先に送信されたパケットは、ブリッジやルータやゲートウェイといったパケット中継装置（ノード）によって中継転送される。
【０００３】
ここで、パケット中継装置は、他のパケット中継装置等に転送するパケットを一旦メモリ（以下、バッファ）に蓄積し、蓄積されているパケットをＦＩＦＯ(First-in First-out)の原理に基づいて転送する。
【０００４】
一般的には、バッファの容量は、パケットが廃棄されてしまうことを防止するために、ハードウェア上の制約を除けば、可能な限り大きい方が望ましい。
【０００５】
一方、リアルタイム性が要求される音声通信などにおいては、パケットの遅延を許容できる時間（以下、最大許容遅延時間）が短いため、リアルタイム性を確保するためには、バッファの容量は小さい方が望ましい。
【０００６】
具体的には、図６（ａ）に示すように、最大許容遅延時間に対してバッファの容量が大き過ぎると、パケットがバッファに滞留している時間（以下、滞留時間）が長くなるため、当該滞留時間が最大許容遅延時間を超えたパケット（パケットａ及びパケットｂ）がバッファに蓄積されたままになる。ここで、滞留時間が最大許容遅延時間を超えたパケット（パケットａ及びパケットｂ）は不要なパケットであるため、このようなパケットを転送する際に使用されるリソース（特に無線リソース）は無駄になってしまう。
【０００７】
一方、図６（ｂ）に示すように、バッファの容量が小さ過ぎる場合には、滞留時間が最大許容遅延時間に達していないパケット（パケットｅ）が廃棄されてしまうため、通信品質が劣化してしまう。
【０００８】
従って、従来のバッファ容量は、所定の転送レートでパケットが転送されることを前提に、滞留時間が最大許容遅延時間を超過したパケットが転送されることがないような適正な水準に設定されていた（例えば、特許文献１）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３０７６０２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバッファ容量は、所定の転送レートでパケットが転送されることを前提に設定されているため、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送レートが一時的に低下している状態でオーバーフローが発生すると、転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容遅延時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されてしまうという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上述の問題を解決すべくなされたものであり、パケットを転送する際の転送レートがパケット通信網の輻輳や受信誤りの発生によって所定の転送レートよりも一時的に低下した場合に、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容遅延時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されることを防止することができるパケット中継装置及びパケット中継方法を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴は、パケット通信網においてパケットを中継するパケット中継装置が、所定のバッファ容量を有するパケット蓄積手段と、パケットを転送する際の転送レートを測定する転送レート測定手段と、転送レート測定手段によって測定された転送レートが所定の転送レートよりも低い場合に、バッファ容量を拡大するバッファ容量拡大手段とを具備することを要旨とする。
【００１３】
かかる特徴によれば、転送レート測定手段によって測定された転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生により、所定の転送レートよりも一時的に低下した場合に、バッファ容量拡大手段がバッファ容量を拡大することにより、パケット中継装置は、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大遅延時間を経過せずに転送できるパケットが廃棄されることを防止することができる。
【００１４】
なお、所定のバッファ容量は、所定の転送レートでパケットが転送されることを前提に、滞留時間が最大許容遅延時間を超過したパケットが転送されることがないような適正な水準に設定されているものとする。例えば、所定のバッファ容量は、所定の転送レートと最大許容遅延時間との積に基づいて設定される。
【００１５】
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴において、パケット中継装置が、バッファ容量拡大手段によってバッファ容量が拡大された状態で、転送レート測定手段によって測定された転送レートが所定の転送レートよりも高い場合に、当該バッファ容量を縮小するバッファ容量縮小手段を具備することを要旨とする。
【００１６】
かかる特徴によれば、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどによって低下した転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの解消によって上昇した場合に、バッファ容量縮小手段が、拡大されたバッファ容量を所定のバッファ容量に戻す（縮小する）ことにより、パケット中継装置は、バッファ容量を適正な水準に保ち、パケットを蓄積するために必要とされるリソースを有効に活用することができる。
【００１７】
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴において、パケット中継装置が、バッファ容量拡大手段によってバッファ容量が拡大された状態で所定の時間が経過した場合に、当該バッファ容量を縮小するバッファ容量縮小手段を具備することを要旨とする。
【００１８】
かかる特徴によれば、バッファ容量縮小手段が、バッファ容量が拡大された状態で所定の時間が経過した場合に、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどによって低下していた転送レートが回復したものと推定して、当該バッファ容量を縮小することにより、パケット中継装置は、当該バッファ容量を適正な水準に保ち、パケットを蓄積するために必要とされるリソースを有効に活用することができる。
【００１９】
本発明の第４の特徴は、本発明の第３の特徴において、バッファ容量拡大手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を拡大し、バッファ容量縮小手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を縮小することを要旨とする。
【００２０】
かかる特徴によれば、バッファ容量拡大手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を拡大することにより、パケット中継装置は、必要以上にバッファ容量が拡大されることを防止することができる。
【００２１】
また、バッファ容量縮小手段が、転送レート測定手段によって測定された転送レートと所定の転送レートとの差分に応じて、バッファ容量を縮小することにより、パケット中継装置は、必要以上にバッファ容量が縮小されることを防止することができる。
【００２２】
本発明の第５の特徴は、所定のバッファ容量を有するパケット中継装置がパケット通信網においてパケットを中継するパケット中継方法が、パケットを転送する際の転送レートが測定されるステップＡと、ステップＡで測定された転送レートが所定の転送レートよりも低い場合に、バッファ容量が拡大されるステップＢとを具備することを要旨とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（パケット中継装置の構成）
以下において、本実施形態におけるパケット中継装置の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態におけるパケット中継装置が設置されているパケット通信網を示す概略図である。
【００２４】
パケット通信網は、図１に示すように、無線基地局２ａ・２ｂとゲートウェイ３ａ・３ｂとルータ４ａ〜４ｆとによって構成されている。以下において、このパケット通信網を介して所定の情報が端末１ａ〜１ｄから端末５ａ〜５ｄに送信される態様について説明する。
【００２５】
具体的には、携帯電話などの端末１ａ・１ｂ及びノート型パソコンなどの端末１ｃは、無線回線を介して無線基地局２ａに所定の情報をパケットに分割して送信する。また、パソコンなどの端末１ｄは、ゲートウェイ３ａに所定の情報をパケットに分割して送信する。
【００２６】
無線基地局２ａは、端末１ａ〜端末１ｃから受信したパケットをゲートウェイ３ａに送信する。また、無線基地局２ｂは、ゲートウェイ３ｂから受信したパケットを端末５ａ〜５ｃに送信する。
【００２７】
ゲートウェイ３ａは、無線基地局２ａから受信したパケットを、ルータ４ａ〜４ｆを介してゲートウェイ３ｂに送信する。また、ゲートウェイ３ｂは、ルータ４ａ〜４ｆを介してゲートウェイ３ａから受信したパケットを無線基地局２ｂ又は端末５ｄに送信する。
【００２８】
ルータ４ａ〜４ｆは、所定のルーティングプロトコルに従って、ゲートウェイ３ａからゲートウェイ３ｂまでパケットを中継する。
【００２９】
携帯電話などの端末５ａ・５ｂ及びノート型パソコンなどの端末５ｃは、無線回線を介して無線基地局２ｂからパケットを受信する。また、パソコンなどの端末５ｄは、ゲートウェイ３ｂからパケットを受信する。
【００３０】
なお、本実施形態において、パケット中継装置は、無線基地局２ａ・２ｂ又はゲートウェイ３ａ・３ｂ又はルータ４ａ〜４ｆ又は無線制御装置（図示せず）などに設けられている。
【００３１】
図２は、本実施形態におけるパケット中継装置の構成を示すブロック図である。図２に示すように、パケット中継装置１０は、受信部１１と、受信バッファ部１２と、転送バッファ部１３と、転送部１４と、転送レート測定部１５と、バッファ容量変更部１６と、パケット廃棄部１７とを具備する。
【００３２】
受信部１１は、当該パケット中継装置１０に接続されている他のパケット中継装置１０など（以下、受信元）毎に複数設けられている。また、各受信部１１は、当該受信部１１に割り当てられている受信元から所定のパケットを受信する。
【００３３】
受信バッファ部１２は、複数の受信部１１にそれぞれ対応している。また、各受信バッファ部１２は、当該受信バッファ部１２に対応する受信部１１によって受信されたパケットを記憶する。さらに、受信バッファ部１２に記憶されたパケットは、当該パケットの宛先と所定のルーティングテーブルとに従って、所定の転送バッファ部１３に入力される。
【００３４】
転送バッファ部１３は、複数の転送部１４にそれぞれ対応している。また、各転送バッファ部１３は、当該転送バッファ部１３に対応する転送部１４によって転送されるパケットを、受信バッファ部１２から入力された順に記憶する。
【００３５】
なお、転送バッファ部１３の基準容量は、当該転送バッファ部１３に割り当てられている転送先に所定の転送レート（以下、基準転送レート）でパケットが転送されることを前提に、滞留時間が最大許容遅延時間を超過したパケットが転送されることがないような適正な水準に設定されているものとする。
【００３６】
なお、基準転送レートは、パケットを転送先に転送する際の転送レートの平均値などである。また、基準転送レートは、転送先毎に異なった値となってもよい。
【００３７】
ここで、本実施形態において、転送バッファ部１３は、所定のバッファ容量を有するパケット蓄積手段を構成する。
【００３８】
転送部１４は、当該パケット中継装置１０に接続されている他のパケット中継装置１０など（以下、転送先）毎に複数設けられている。また、各転送部１４は、当該転送部１４に割り当てられている転送先に、当該転送部１４に対応する転送バッファ部１３に記憶されているパケットを、パケットが当該転送バッファ部１３に入力された順で（ＦＩＦＯの原理に基づいて）転送する。また、転送部１４は、当該転送部１４に割り当てられている転送先までのパケット通信網の状態に応じた転送レートでパケットを転送する。
【００３９】
転送レート測定部１５は、転送部１４から当該転送部１４に割り当てられている転送先にパケットを転送する際の転送レートを測定する転送レート測定手段を構成する。
【００４０】
バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも低い場合に、これらの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を拡大する。また、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量が拡大されている状態で、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも高い場合に、これらの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００４１】
具体的には、バッファ容量変更部１６は、図３に示すように転送バッファ部１３の容量を変更する。図３は、転送バッファ部１３の容量が変更される様子を時間軸に沿って説明する図である。なお、図３において、転送バッファ部１３の基準容量は３パケット、基準転送レートは単位時間当り１パケットであり、転送バッファ部１３には、単位時間当り１つのパケットが常に入力されるものとする。また、転送バッファ部１３に入力されるパケットの最大許容遅延時間は、７単位時間であるものとする。
【００４２】
第１の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットａは、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｄは、転送バッファ部１３に入力される。
【００４３】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（１パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）と同じであるため、転送バッファ部１３の容量を変更しない。
【００４４】
第２の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｂは、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｅは、転送バッファ部１３に入力される。
【００４５】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（１パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）と同じであるため、転送バッファ部１３の容量を変更しない。
【００４６】
なお、パケットｃ〜パケットｄの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は３単位時間となる。
【００４７】
第３の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送されず、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｆは、転送バッファ部１３に入力される。
【００４８】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（０パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも低いため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００４９】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ拡大し、転送バッファ部１３は、パケットを廃棄することなく、入力されたパケットｆを記憶する。
【００５０】
なお、パケットｃ〜パケットｅの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は４単位時間となる。
【００５１】
第４の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送されず、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｇは、転送バッファ部１３に入力される。
【００５２】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（０パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも低いため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００５３】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ拡大し、転送バッファ部１３は、パケットを廃棄することなく、入力されたパケットｇを記憶する。
【００５４】
なお、パケットｃ〜パケットｆの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は５単位時間となる。
【００５５】
第５の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって転送されず、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｈは、転送バッファ部１３に入力される。
【００５６】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（０パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも低いため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００５７】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ拡大し、転送バッファ部１３は、パケットを廃棄することなく、入力されたパケットｈを記憶する。
【００５８】
なお、パケットｃ〜パケットｇの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は６単位時間となる。
【００５９】
第６の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｃ〜パケットｅは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの解消により、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｉは、転送バッファ部１３に入力される。
【００６０】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（３パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも高い転送レートになっているため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（２パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００６１】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を２パケット分だけ縮小し、転送バッファ部１３の容量を基準容量に近づける。
【００６２】
なお、パケットｃ〜パケットｈの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。例えば、パケットｃの滞留時間は７単位時間となるが、パケットｃは、最大許容遅延時間（７単位時間）を超過せずに転送される。
【００６３】
第７の単位時間において、転送バッファ部１３に記憶されているパケットｆ・パケットｇは、パケット通信網の輻輳や受信誤りなどの解消により、転送部１４によって所定の転送先に転送され、受信バッファ部１２に記憶されているパケットｊは、転送バッファ部１３に入力される。
【００６４】
ここで、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レート（２パケット／単位時間）が基準転送レート（１パケット／単位時間）よりも高い転送レートになっているため、転送レート測定部１５によって測定された転送レートと基準転送レートとの差分（１パケット／単位時間）に応じて、転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００６５】
すなわち、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量を１パケット分だけ縮小し、転送バッファ部１３の容量を基準容量に戻す。
【００６６】
なお、パケットｆ〜パケットｉの滞留時間は、それぞれ１単位時間ずつ増加する。
【００６７】
また、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大されている状態で所定の時間が経過した場合に、転送バッファ部１３の容量を縮小するように構成されていてもよい。
【００６８】
なお、本実施形態において、バッファ容量変更部１６は、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも低い場合に、転送バッファ部１３の容量を拡大するバッファ容量拡大手段を構成する。また、バッファ容量変更部１６は、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大されている状態で、転送レート測定部１５によって測定された転送レートが基準転送レートよりも高い場合に、転送バッファ部１３の容量を縮小するバッファ容量縮小手段を構成する。
【００６９】
パケット廃棄部１７は、オーバーフローが発生した際に、転送バッファ部１３における滞留時間が最も長いパケットを廃棄する。
【００７０】
具体的には、図４に示すように、パケット廃棄部１７は、パケットａ〜パケットｆが転送バッファ部１３に記憶されている状態においてオーバーフローが発生すると、転送バッファ部１３における滞留時間が最も長いパケットａを廃棄し、パケットｇを転送バッファ部１３に記憶可能な状態にする。
【００７１】
（パケット中継装置の動作）
図５は、本実施形態におけるパケット中継装置の動作について、図面を参照しながら説明する。図５は、パケット中継装置１０の動作を示すフロー図である。
【００７２】
図５に示すように、ステップ１０において、パケット中継装置１０は、パケットを転送する際の転送レートを測定する。
【００７３】
ステップ２０において、パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートと基準転送レートとを比較する。パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートが基準転送レートよりも小さい場合には、ステップ３０の処理に移り、ステップ１０で測定された転送レートが基準転送レートよりも大きい場合には、ステップ４０の処理に移る。
【００７４】
ステップ３０において、パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートと基準転送レートとの差分に応じて、転送バッファ部１３の容量を拡大する。
【００７５】
ステップ４０において、パケット中継装置１０は、転送バッファ部１３の容量と基準容量とを比較する。パケット中継装置１０は、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大された状態である場合には、ステップ５０に移り、転送バッファ部１３の容量が基準容量よりも拡大された状態ではない場合には、一連の処理を終了する。
【００７６】
ステップ５０において、パケット中継装置１０は、ステップ１０で測定された転送レートと基準転送レートとの差分に応じて、転送バッファ部１３の容量を縮小する。
【００７７】
（パケット中継装置の作用・効果）
本実施形態におけるパケット中継装置１０によれば、転送レート測定部１５によって測定される転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りの発生によって基準転送レートよりも一時的に低下した場合に、バッファ容量変更部１６が、当該転送レートと基準転送レートとの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を拡大することにより、当該パケット中継装置１０は、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されることを防止することができる。
【００７８】
また、本実施形態におけるパケット中継装置１０によれば、転送レート測定部１５によって測定される転送レートが、パケット通信網の輻輳や受信誤りの解消によって基準転送レートよりも上昇した場合に、バッファ容量変更部１６が、当該転送レートと基準転送レートとの差分に応じて転送バッファ部１３の容量を縮小することにより、当該パケット中継装置１０は、転送バッファ部１３の容量が必要以上に拡大されることを防止することができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明にパケット中継装置及びパケット中継方法によれば、パケット中継装置は、パケットを転送する際の転送レートがパケット通信網の輻輳や受信誤りなどの発生によって所定の転送レートよりも一時的に低下した場合に、当該転送レートが上昇すれば滞留時間が最大許容遅延時間を超過せずに転送できる可能性のあるパケットが廃棄されることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施形態におけるパケット中継装置１０パケット中継装置が設置されているパケット通信網を示す概略図である。
【図２】図２は、本実施形態におけるパケット中継装置１０の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本実施形態における転送バッファ部１３の容量の拡大・縮小を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態において、オーバーフローが発生した際に転送バッファ部１３に記憶されているパケットが廃棄される態様を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態におけるパケット中継装置１０の動作を示すフロー図である。
【図６】図６は、従来技術におけるバッファの容量について説明するための図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｄ…端末、２ａ・２ｂ…無線基地局、３ａ・３ｂ…ゲートウェイ、４ａ〜４ｆ…ルータ、５ａ〜５ｄ…端末、１０…パケット中継装置、１１…受信部、１２…受信バッファ部、１３…転送バッファ部、１４…転送部、１５…転送レート測定部、１６…バッファ容量変更部、１７…パケット廃棄部
Claims (5)
- パケット通信網においてパケットを中継するパケット中継装置であって、
所定のバッファ容量を有するパケット蓄積手段と、
前記パケットを転送する際の転送レートを測定する転送レート測定手段と、
前記転送レート測定手段によって測定された前記転送レートが前記パケットの転送先に応じて定められた所定の転送レートよりも低い場合に、前記バッファ容量を拡大するバッファ容量拡大手段とを具備し、
前記所定のバッファ容量は、前記パケットに許容される遅延時間である最大許容遅延時間及び前記所定の転送レートに応じて定められることを特徴とするパケット中継装置。 - 前記バッファ容量拡大手段によって前記バッファ容量が拡大された状態で、前記転送レート測定手段によって測定された前記転送レートが前記所定の転送レートよりも高い場合に、当該バッファ容量を縮小するバッファ容量縮小手段を具備することを特徴とする請求項１に記載のパケット中継装置。
- 前記バッファ容量拡大手段によって前記バッファ容量が拡大された状態で所定の時間が経過した場合に、当該バッファ容量を縮小するバッファ容量縮小手段を具備することを特徴とする請求項１に記載のパケット中継装置。
- 前記バッファ容量拡大手段は、前記転送レート測定手段によって測定された前記転送レートと前記所定の転送レートとの差分に応じて、前記バッファ容量を拡大し、
前記バッファ容量縮小手段は、前記転送レート測定手段によって測定された前記転送レートと前記所定の転送レートとの差分に応じて、前記バッファ容量を縮小することを特徴とする請求項３に記載のパケット中継装置。 - 所定のバッファ容量を有するパケット中継装置がパケット通信網においてパケットを中継するパケット中継方法であって、
前記パケットを転送する際の転送レートが測定されるステップＡと、
前記ステップＡで測定された前記転送レートが前記パケットの転送先に応じて定められた所定の転送レートよりも低い場合に、前記バッファ容量が拡大されるステップＢとを具備し、
前記所定のバッファ容量は、前記パケットに許容される遅延時間である最大許容遅延時間及び前記所定の転送レートに応じて定められることを特徴とするパケット中継方法。
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