(57)【要約】  通信装置によって迅速にデータ伝送を開始し、安定してデータ伝送を行うことができる帯域予約装置、帯域予約方法、帯域予約装置を含む通信装置及び通信システムであり、前記帯域予約装置（１０）は、伝送データが入力された時点から伝送データを通信ネットワークへ送信する時点までの期間、伝送データを一時的に蓄積する送信データバッファ部（１２）と、伝送データのビットレート値を通知するビットレート値通知部（１３）と、伝送データのビットレート値から、通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出する第一帯域予約量算出部（１４）と、伝送データのビットレート値が変化した時点から、第一帯域予約量が予約できるまでの間に生じた不足伝送帯域量を補償するように、付加的に確保する第二帯域予約量を算出する第二帯域予約量算出部（１６）と、第一帯域予約量と第二帯域予約量との合成帯域予約量を予約する帯域予約制御部（１７）とを備えている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約装置であって、
前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを一時的に蓄積する送信データバッファ部と、
前記伝送データのビットレート値を通知するビットレート値通知部と、
前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出する第一帯域予約量算出部と、
前記伝送データのビットレート値が変化した時刻から前記第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間に発生した不足伝送帯域量を補償するように、付加的に確保する第二帯域予約量を算出する第二帯域予約量算出部と、
前記第一帯域予約量と前記第二帯域予約量との合成帯域予約量を予約する帯域予約制御部と
を備えることを特徴とする帯域予約装置。
【請求項２】
前記第二帯域予約量算出部は、
前記通信ネットワークにおける追加予約可能な最大帯域量を前記第二帯域予約量として算出し、
前記不足伝送帯域量を前記帯域取得遅延時間で時間積分した値を、前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の間だけ、前記第二帯域予約量を追加で帯域予約するように、前記帯域予約制御部に要求する、ように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の帯域予約装置。
【請求項３】
前記第二帯域予約量算出部は、
前記通信ネットワークにおける追加予約可能な最大帯域量に所定の割合Ａ％（ここで、０＜Ａ＜１００）を乗算して得られた値を、前記第二帯域予約量とし、
前記不足伝送帯域量を前記帯域取得遅延時間で時間積分した値を、前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の間だけ、前記第二帯域予約量を追加で帯域予約するように、前記帯域予約制御部に要求する、ように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の帯域予約装置。
【請求項４】
前記第二帯域予約量算出部は、
所定の帯域量を前記第二帯域予約量として算出し、
前記不足伝送帯域量を前記帯域取得遅延時間で時間積分した値を、前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の間だけ、前記第二帯域予約量を追加で帯域予約するように、前記帯域予約制御部に要求する、ように構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の帯域予約装置。
【請求項５】
帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約方法であって、
前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを送信データバッファ部に一時的に蓄積するステップと、
前記伝送データのビットレート値を通知するステップと、
前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出するステップと、
前記伝送データのビットレート値が変化した時刻から前記第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間に発生した不足伝送帯域量を補償するように、付加的に確保する第二帯域予約量を算出するステップと、
前記第一帯域予約量と前記第二帯域予約量との合成帯域予約量を予約するステップと
を備えることを特徴とする帯域予約方法。
【請求項６】
前記第二帯域予約量を算出するステップにおいて、
前記通信ネットワークにおける追加予約可能な最大帯域量を前記第二帯域予約量として算出し、
前記不足伝送帯域量を前記帯域取得遅延時間で時間積分した値を、前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の間だけ、前記第二帯域予約量を追加で帯域予約するための要求を出力する
ことを特徴とする請求項５に記載の帯域予約方法。
【請求項７】
前記第二帯域予約量を算出するステップにおいて、
前記通信ネットワークにおける追加予約可能な最大帯域量に所定の割合Ａ％（ここで、０＜Ａ＜１００）を乗算して得られた値を、前記第二帯域予約量とし、
前記不足伝送帯域量を前記帯域取得遅延時間で時間積分した値を、前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の間だけ、前記第二帯域予約量を追加で帯域予約するための要求を出力する
ことを特徴とする請求項５に記載の帯域予約方法。
【請求項８】
前記第二帯域予約量を算出するステップにおいて、
所定の帯域量を前記第二帯域予約量として算出し、
前記不足伝送帯域量を前記帯域取得遅延時間で時間積分した値を、前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の間だけ、前記第二帯域予約量を追加で帯域予約するための要求を出力する
ことを特徴とする請求項５に記載の帯域予約方法。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の帯域予約装置と、
伝送データを合成帯域予約量に従って送信する無線通信部と
を有することを特徴とする通信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の通信装置と、
通信ネットワークに備えられたアクセス制御手段と
を有することを特徴とする通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ伝送に必要な帯域を予約して通信を行う通信システムにおける帯域予約装置及び帯域予約方法、並びに、このような帯域予約装置を含む通信装置及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信ネットワークを経由して映像や音声などのリアルタイム性が重視されるコンテンツを伝送することに対するニーズが増加しており、コンテンツの伝送に関する要求を満たすような帯域及びＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）の確保が要求されている。特に、利用できる帯域に制限があるネットワーク環境では、ＱｏＳを確保しつつ複数の通信装置がデータ伝送をする際に、互いのデータが衝突することを回避するために、データ伝送に使用される帯域及び時間を分割して割り当てる帯域割当処理が行われていた。【０００３】
しかし、伝送データが発生してから帯域割当処理を開始すると、データ伝送の開始は、帯域割当処理に要する時間だけ遅延することとなるので、ユーザに快適な通信環境を提供することができなかった。したがって、帯域割当処理に要する時間を短縮し、ユーザに快適な通信環境を提供する技術が必要である。【０００４】
また、帯域割当処理に要する時間を短縮する技術として、データ伝送に必要な帯域を確保するために、ユーザから申告されたデータ伝送に必要な帯域と時刻とを事前に設定しておくことで、予約された時刻に発生するデータ伝送に必要な帯域を速やかに割り当てる提案がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３００２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上に述べたように、伝送データが発生してから帯域割当処理を開始する場合には、データ伝送が開始される時刻は、帯域割当処理に要する時間だけ遅延することとなり、ユーザに快適な通信環境を提供できないという問題があった。【０００７】
また、伝送データの発生直後にデータ伝送を開始できるようにするためには、通信ネットワークに伝送データを送信する前に、送信装置の送信データバッファに伝送データを蓄積する必要があるが、一般的に送信データバッファのサイズは有限であるため、オーバーフローが発生して、安定した通信ができなくなるおそれがあった。【０００８】
また、特許文献１による技術は、データ伝送に必要な帯域及び利用時間などのパラメータが予め決まっている場合に実行可能であるが、事前に予約処理を行うことができない場合（例えば、突発的に伝送データが発生した場合や伝送データのビットレート値が変化する場合）には、伝送データが発生してからデータ伝送が開始されるまでの間に、空き帯域の確認及び予約帯域の取得などの処理を行わなければならず、やはりユーザに快適な通信環境を提供できないという問題があった。【０００９】
そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされてものであり、その目的は、通信装置によって迅速にデータ伝送を開始し、安定してデータ伝送を行うことができる帯域予約装置及び帯域予約方法、並びに、このような帯域予約装置を含む通信装置及び通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る帯域予約装置は、帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約装置であって、前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを一時的に蓄積する送信データバッファ部と、前記伝送データのビットレート値を通知するビットレート値通知部と、前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出する第一帯域予約量算出部と、前記伝送データのビットレート値が変化した時刻から前記第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間に発生した不足伝送帯域量を補償するように、付加的に確保する第二帯域予約量を算出する第二帯域予約量算出部と、前記第一帯域予約量と前記第二帯域予約量との合成帯域予約量を予約する帯域予約制御部とを備えることを特徴としている。【００１１】
また、本発明の一態様に係る帯域予約方法は、帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約方法であって、前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを送信データバッファ部に一時的に蓄積するステップと、前記伝送データのビットレート値を通知するステップと、前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出するステップと、前記伝送データのビットレート値が変化した時刻から前記第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間に発生した不足伝送帯域量を補償するように、付加的に確保する第二帯域予約量を算出するステップと、前記第一帯域予約量と前記第二帯域予約量との合成帯域予約量を予約するステップとを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様に係る帯域予約装置及び帯域予約方法、並びに、このような帯域予約装置を含む通信装置及び通信システムによれば、通信装置によって迅速にデータ伝送を開始し、安定してデータ伝送を行うことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態に係る帯域予約方法を実施することができる通信システムの構成を概略的に示す図である。
【図２】実施の形態に係る帯域予約方法を実施することができる帯域予約装置を含む送信装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】ＥＣＭＡ−３８６規格におけるスーパーフレーム構成を示す図である。
【図４】実施の形態に係る帯域予約装置に入力される映像データのビットレート値の時間変化の一例及び第一帯域予約量の時間変化の一例を示す図である。
【図５】実施の形態に係る帯域予約装置の送信データバッファ部のデータ残量の時間変化の一例を示す図である。
【図６】実施の形態に係る帯域予約装置に入力される映像データのビットレート値の時間変化の一例及び合成帯域予約量の時間変化の一例を示す図である。
【図７】実施の形態に係る帯域予約装置の送信データバッファ部のデータ残量の時間変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る帯域予約方法を実施することができる通信システムの構成を概略的に示す図である。図１に示される通信システムは、通信装置としての送信装置１と、他の通信装置としての受信装置２と、通信ネットワーク３と、映像データ信号源４と、映像表示装置５とを有している。ただし、実施の形態に係る通信システムの構成は、図示の例に限定されず、映像表示装置５を備えない構成などのような、種々の変形が可能である。
【００１５】
通信ネットワーク３は、帯域予約型のメディアアクセス制御を行う手段（例えば、図１に示すアクセス制御手段３ａ）を備えたネットワークである。送信装置１には、映像データ信号源４から、映像や音声などのようなリアルタイム性が重視されるコンテンツデータ（以下「映像データ」と言う。）Ｄ１が入力され、この映像データＤ１を含む伝送データＤ２は、通信ネットワーク３を経由して、受信装置２に伝送される。受信装置２は、受信した伝送データＤ２に含まれる映像データＤ１に基づくデータＤ３を映像表示装置５に出力する。映像表示装置５は、受け取ったデータＤ３に基づく映像を再生して表示する。なお、映像データ信号源４が送信装置１に供給するデータは、映像データと映像データ以外のデータからなる伝送データ、又は、映像データではない伝送データとすることもできる。また、映像表示装置５は、受信装置２が受信した伝送信号に基づく処理を行う装置であれば、映像表示以外の処理を行う装置であってもよい。
【００１６】
通信ネットワーク３は、帯域予約方式のメディアアクセス制御が行われる通信方式を採用するネットワークであれば、どのような通信方式を採用するネットワークであってもよい。本実施の形態では、通信ネットワーク３は、欧州電子計算機工業会の規格ＥＣＭＡ（Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）−３６８、及びＥＣＭＡ−３６９として規格化されているＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ）方式の無線通信方式を使用することとする。この無線通信方式は、ＷｉＭｅｄｉａ  Ａｌｌｉａｎｃｅが規格化している、ＷｉＭｅｄｉａ規格と同等の無線通信方式である。
【００１７】
図２は、本発明の実施の形態に係る帯域制御方法を実施することができる帯域予約装置１０を含む送信装置１の構成を概略的に示すブロック図である。図２に示されるように、送信装置１は、映像データ信号源４から出力される映像データＤ１が入力される映像データ入力部１１と、映像データ入力部１１に入力された映像データを一時的に格納する送信データバッファ部１２と、映像データ入力部１１に入力された映像データのビットレート値Ｂ（「Ｂ（ｔ）」とも表記する。ただし、ｔは時刻を示す。）をビットレート値情報として通知するビットレート値通知部１３とを有している。また、送信装置１は、ビットレート値通知部１３から通知されたビットレート値Ｂ（ｔ）に基づいて、通信ネットワーク３上での第一帯域予約量ＲＢ１（「ＲＢ１（ｔ）」とも表記する。）を算出する第一帯域予約量算出部１４と、通信ネットワーク３との間で通信処理を行う無線通信部１５と、ビットレート値通知部１３から通知されたビットレート値Ｂ（ｔ）の変化に基づいて、付加的な第二帯域予約量ＲＢ２（「ＲＢ２（ｔ）」とも表記する。）を算出する第二帯域予約量算出部１６とを有している。さらに、送信装置１は、第一帯域予約量算出部１４及び第二帯域予約量算出部１６からそれぞれ通知される第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）及び第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）に基づいて、通信ネットワーク３上での帯域予約制御を、無線通信部１５に指示する帯域予約制御部１７と、時間情報を提供する時計１８とを有している。なお、送信データバッファ部１２、ビットレート値通知部１３、第一帯域予約量算出部１４、第二帯域予約量算出部１６、帯域予約制御部１７、及び時計１８は、実施の形態に係る帯域予約方法を実施することができる帯域予約装置１０を構成する。
【００１８】
映像データ入力部１１には、映像データ信号源４から出力される映像データＤ１が入力される。映像データ信号源４は、異なるビットレート値の複数の映像データを出力することが可能な信号源である。映像データ信号源４は、例えば、ＨＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ：高解像度）の映像データとＳＤ（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ：標準解像度）の映像データの双方を出力可能な信号源である。映像データ信号源４は、例えば、ユーザ操作に基づいて、出力する映像データをＨＤ又はＳＤのいずれかの映像データに切り替えることができ、また、予め定められたスケジュールに従って、出力する映像データをＨＤ又はＳＤのいずれかの映像データに切り替えることもできる。
【００１９】
送信データバッファ部１２は、映像データ入力部１１から入力された映像データが、無線通信部１５から通信ネットワーク３を経由して受信装置２に送信されるまでの期間、伝送データとしての映像データを一時的に格納するＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ  Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ  Ｏｕｔ）形式のバッファである。通信ネットワーク３上での伝送状態が良好である場合には、無線通信部１５から送信データバッファ部１２に映像データの出力要求が送られ、この出力要求を受けた送信データバッファ部１２は、蓄積されている映像データを無線通信部１５に送る。通信ネットワーク３上における伝送状態が悪化するなどして、データ伝送ができない場合には、無線通信部１５から映像データの出力要求があるまで、映像データは送信データバッファ部１２に蓄積されたままである。このとき、映像データ入力部１１に映像データＤ１が入力され続ければ、送信データバッファ部１２に蓄積された映像データ量（データ残量）は増加する。
【００２０】
ビットレート値通知部１３は、映像データ入力部１１に入力された映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）を第一帯域予約量算出部１４及び第二帯域予約量算出部１６に通知する。映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）は、映像データ入力部１１に映像データ信号源４から映像データが入力され、例えば、入力インターフェース（図示せず）にて、一定期間に入力されたデータ量をカウントすることで測定することができる。
【００２１】
また、入力インターフェース（図示せず）にてデータ量をカウントする方法に代えて、データに付随しているデータに、映像データのビットレート値情報が記述されている場合には、このビットレート値情報を抽出し、第一帯域予約量算出部１４及び第二帯域予約量算出部１６に通知する方法を採用してもよい。
【００２２】
第一帯域予約量算出部１４は、無線通信部１５から通知された、通信ネットワーク３上での映像データ伝送のパケットエラー率に基づいて、ビットレート値通知部１３から通知されたビットレート値Ｂ（ｔ）の映像データを伝送するために必要な帯域量を算出する。
【００２３】
まず、通信ネットワーク３上で通信エラーが全く起きないと仮定した場合、通信ネットワーク３で映像データを伝送するためには、ビットレート値通知部１３から通知されたビットレート値Ｂ（ｔ）に相当する伝送帯域量の確保が必要となる。例えば、映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）が２０Ｍｂｐｓであると通知された場合には、データ伝送に必要な伝送帯域量は２０Ｍｂｐｓとなる。
【００２４】
しかしながら、一般的な通信ネットワークでは、通信エラーが発生することがあり、パケットエラー率は０以上の値となる。パケットエラーが発生した場合は、パケットの再送が行われ、データ伝送に必要な伝送帯域量は増加する。一般的に、パケットエラーが発生した場合に、再送処理が開始するまで、別途定められた時間（ペナルティ時間Ｐ）が経過するのを待つことが必要となる。ここで、パケットエラー率をＰＥＲ（０≦ＰＥＲ＜１）と表記すると、データ伝送に必要な伝送帯域量は、公比をＰＥＲとする等比数列となる。また、データ伝送に必要な伝送帯域量は、再送回数を制限しなければ、公比をＰＥＲとする無限級数となる。
【００２５】
従って、データ伝送に必要な伝送帯域量Ａ０は、通知されたビットレート値Ｂ、ペナルティ時間Ｐ、及びパケットエラー率ＰＥＲを使って、次式（１）で表すことができる。
【数１】
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【００２６】
第一帯域予約量算出部１４は、式（１）で算出した伝送帯域量Ａ０を、第一帯域予約量（第一予約帯域要求量）ＲＢ１として帯域予約するように帯域予約制御部１７に要求する。
【００２７】
無線通信部１５は、通信ネットワーク３を経由して、受信装置２にデータを伝送する。通信ネットワーク３の無線通信規格は、帯域予約型のメディアアクセス制御を行う無線通信規格であれば、特に限定されないが、ここでは、ＥＣＭＡ−３６８規格の無線通信方式を使用した場合について説明する。
【００２８】
ＥＣＭＡ−３８６規格の無線通信方式では、図３に示されるように、６５．５３６［ｍｓｅｃ］周期でスーパーフレームが構成され、この周期が、同一ネットワークに存在する各通信装置の同期の基準となっている。このスーパーフレームは、２５６個のＭＡＳ（Ｍｅｄｉａ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｓｌｏｔ）と呼ばれるタイムスロットで構成されている。映像データの伝送など、通信量の変動が少なく、他の通信との衝突を避けたいデータ伝送の場合は、このＭＡＳ単位で帯域予約を行うことで、安定したデータ伝送を実現できる。
【００２９】
無線通信部１５は、受信信号強度やパケットエラー率などの通信品質指標に基づいて、最適な物理層での伝送速度（物理データレート値）を決定する。ＥＣＭＡ−３８６規格では、物理データレート値は、５３．３Ｍｂｐｓ、８０Ｍｂｐｓ、１０６．７Ｍｂｐｓ、１６０Ｍｂｐｓ、２００Ｍｂｐｓ、３２０Ｍｂｐｓ、４００Ｍｂｐｓ、及び４８０Ｍｂｐｓの８種類の値の中から選択できる。
【００３０】
無線通信部１５は、選択した物理データレート値ＰＤＲを帯域予約制御部１７に通知する。帯域予約制御部１７は、無線通信部１５から通知された物理データレート値ＰＤＲで、ビットレート値Ｂの映像データが伝送できるＭＡＳ数を算出する。
【００３１】
まず、映像データ入力部１１に入力された伝送データを受信装置２に伝送するために必要な伝送帯域が、通信ネットワーク３の全体の通信容量に占める割合Ｒ０を、次式（２）から求める。
【数２】
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【００３２】
スーパーフレーム内にＭＡＳは２５６個存在するので、必要なＭＡＳ数は、次式（３）から求められる値Ｎ０以上である。
【数３】
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実際の帯域予約は、ＭＡＳ単位で行われるので、帯域予約制御部１７は、式（３）から求められた値Ｎ０の小数点以下を切り上げたＭＡＳ数分だけ帯域予約する。
【００３３】
例えば、映像データのビットレート値Ｂが２０Ｍｂｐｓ、物理データレート値ＰＤＲが２００Ｍｂｐｓ、パケットエラー率ＰＥＲが０．１である場合には、必要なＭＡＳ数である値Ｎ１は、式（３）を用い以下のように算出できる。
Ｎ１＝２０×（１／（１−０．１））÷２００×２５６≒２８．４
ここでは、ペナルティ時間Ｐを０としている。算出された値（約２８．４）の小数点以下を切り上げると２９となる。この結果、２９個のＭＡＳを予約する必要があることが算出された。
【００３４】
帯域予約制御部１７は、上記のように映像データの伝送に必要なＭＡＳ数を算出し、算出したＭＡＳ数を第一帯域予約量として、無線通信部１５に帯域予約を要求する。
【００３５】
第二帯域予約量算出部１６は、帯域予約補償量Ｃ（ｔ）を算出する。帯域予約補償量Ｃ（ｔ）は、第一帯域予約量算出部１４で算出された第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）と、映像データ入力部１１に入力された映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）の差分値を、伝送レート入力部１１に入力された映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）が変化した時刻ｔ１から、ビットレート値変化後のビットレート値Ｂ（ｔ）から第一帯域予約量算出部１４で算出された帯域予約量が通信ネットワーク３で確保された時刻ｔ２までの期間Ｔ１２で積分することによって算出されたデータ量である。このデータ量は、図４又は図６における、正方形状のハッチング部分｛（Ｂ１ｂ−ＲＢ１ａ）×Ｔ１２｝の面積に対応する。
【００３６】
帯域予約補償量Ｃ（ｔ）は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に、映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）に比べて、通信ネットワーク３上で確保されていた予約帯域の過不足分を示す値である。帯域予約補償量Ｃ（ｔ）が正の値である場合は、予約帯域が不足していたことを示し、帯域予約補償量Ｃ（ｔ）が負の値である場合は、予約帯域が過剰であったことを示す。
【００３７】
ある時刻ｔにおける第一帯域予約量をＲＢ１（ｔ）とし、映像データのビットレート値をＢ（ｔ）とおくと、帯域予約補償量Ｃ（ｔ）は、次式（４）で計算できる。
【数４】
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【００３８】
図４は、実施の形態に係る帯域予約装置１０に入力される映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）の時間変化及び第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）の時間変化の一例を示す図である。図４の縦軸は、映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）及び第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）を示し、横軸は、時間（時刻）ｔを示す。図４において、Ｂ１ａは映像データのビットレート値が変化する前（期間Ｔ１１）のビットレート値、Ｂ１ｂは映像データのビットレート値が変化した後のビットレート値、ＲＢ１ａはビットレート値が変化する時刻ｔ１以前の映像データに基づいた第一帯域予約量、ＲＢ１ｂはビットレート値が変化した時刻ｔ１後の映像データに基づいた第一帯域予約量である。また、時刻ｔ１は映像データのビットレート値が変化した時刻、時刻ｔ２はビットレート値が変化した後の映像データに基づいた第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）を通信ネットワーク３上で確保した時刻である。
【００３９】
図４においては、時刻ｔ１にて、映像データのビットレート値がＢ１ａからＢ１ｂに変化し、時刻ｔ２にて、通信ネットワーク３上で確保された帯域量がＲＢ１ａからＲＢ１ｂに変化する。
【００４０】
図５は、実施の形態に係る帯域予約装置１０の送信データバッファ部１２のデータ残量の時間変化を示す図である。時刻ｔ１以前（期間Ｔ１１）では、送信データバッファ部１２のデータ出力量とデータ入力量はバランスが取れており、例外的な長時間の通信障害時以外では、送信データバッファ部１２のデータ残量は、ほぼ０の状態が続いている。時刻ｔ１になり、映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）が変化し、予約されている伝送帯域では不足するようになると、送信データバッファ部１２からのデータ出力量よりもデータ入力量が増加し、送信データバッファ部１２のデータ残量が増加し出す。送信データバッファ部１２のデータ残量の増加は、第一帯域予約量算出部１４で算出された第一帯域予約量が通信ネットワーク３で確保された時刻ｔ２まで（期間Ｔ１２）続く。時刻ｔ２以降は、送信データバッファ部１２のデータ出力量とデータ入力量はバランスが取れており、送信データバッファ部１２のデータ残量は、ほとんど変化しないことになる。
【００４１】
送信データバッファ部１２内のデータ残量が多いほど、突発的な長時間の通信障害に耐えることが難しくなる。送信データバッファ部１２に格納できる最大データ量をＤＢＦとおき、送信データバッファ部１２内のデータ残量をＤＢ１とおくと、この差分値を、映像データのビットレート値で除算した値が、このシステムで耐えられる通信障害時間となる。例えば、図５において、時刻ｔ１以前に耐えられる通信障害時間Ｅ１は、次式（５）で算出でき、
Ｅ１＝ＤＢＦ÷Ｂ１ｂ                    式（５）
時刻ｔ２以降に耐えられる通信障害時間Ｅ２は、次式（６）で算出できる。
Ｅ２＝（ＤＢＦ−ＤＢ１）÷Ｂ１ｂ        式（６）
【００４２】
従って、図５に示すように、時刻ｔ２以降で、送信データバッファ部１２内のデータ残量が減少しない状態は、長い通信障害時間に耐えることができず、安定した伝送を確保できなくなるおそれがある点（従来技術の課題でもある）で、好ましくない。本実施の形態の送信装置１では、第二帯域予約量算出部１７が算出する第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）を確保することによって、送信データバッファ部１２内のデータ残量を速やかに減少させる。その処理を以下説明する。
【００４３】
まず、第二帯域予約量算出部１６での第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）の算出方法について説明する。第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）が多いほど、送信データバッファ部１２内のデータ残量を速やかに減少させることができる。従って、第二帯域予約量算出部１６は、通信ネットワーク３で帯域予約することのできる最大の伝送帯域を第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）としてもよい。言い換えれば、第二帯域予約量算出部１６は、通信ネットワーク３で予約されていない全てのＭＡＳを予約するように第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）を設定してもよい。
【００４４】
しかしながら、一方で、第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）を多く設定して帯域予約すると、通信ネットワーク３上の帯域予約されていないＭＡＳ数が少なくなり、同じ通信ネットワーク３を使用する他のデータ通信が帯域予約しにくくなるというデメリットがある。そこで、第二帯域予約量算出部１６は、通信ネットワーク３で帯域予約することのできる最大の伝送帯域を所定の割合Ａ％（ここで、０＜Ａ＜１００（単位：％））で乗算した値を、第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）として算出してもよい。この場合は、通信ネットワーク３で帯域予約することのできる最大の伝送帯域の（１００−Ａ）％は、帯域予約されずに残るため、同じ通信ネットワーク３を使用する他のデータ通信が帯域予約できる可能性を残すことができる。
【００４５】
また、第二帯域予約量算出部１６は、所定の帯域量を第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）として算出してもよい。この場合も、帯域予約されない伝送帯域が残る可能性があり、同じ通信ネットワーク３を使用する他のデータ通信が帯域予約できる可能性を残すことができる。
【００４６】
第一帯域予約量算出部１４で算出された第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）と、第二帯域予約量算出部１６で算出された第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）は、それぞれ帯域予約制御部１７に通知され、帯域予約制御部１７は、第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）と第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）を加算した値を、合成帯域予約量ＲＢ３（ｔ）として、帯域予約を行う。
【００４７】
図６は、実施の形態に係る帯域予約装置１０に入力される映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）の時間変化の一例及び合成帯域予約量ＲＢ３（ｔ）の時間変化の一例を示す図である。合成帯域予約量ＲＢ３（ｔ）は、第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）と第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）の和である。図６において、縦軸は映像データのビットレート値Ｂ（ｔ）及び合成帯域予約量ＲＢ３（ｔ）を示し、横軸は時間（時刻）ｔを示す。図６において、値Ｂ１ａは、映像データのビットレート値が変化する前のビットレート値（すなわち、時刻ｔ１以前の期間Ｔ１１におけるビットレート値）であり、値Ｂ１ｂは、映像データのビットレート値が変化した後のビットレート値（すなわち、時刻ｔ１より後のビットレート値）を示す。また、図６において、値ＲＢ１ａは、ビットレート値が変化する前の映像データに基づいた第一帯域予約量を示し、値ＲＢ１ｂは、ビットレート値が変化した後の映像データに基づいた第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）を示す。ＲＢ２（ｔ）は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ１３における第二帯域予約量、ＲＢ３（ｔ）は時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ１３における合成帯域予約量ＲＢ３である。
【００４８】
また、時刻ｔ１は映像データのビットレート値が変化した時間、時刻ｔ２はビットレート値が変化した後の映像データに基づいた第一帯域予約量ＲＢ１（ｔ）を通信ネットワーク３上で確保した時間である。
【００４９】
図６において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１２では、映像データのビットレート値に対して、予約されている伝送帯域が不足しており、その不足量（「不足伝送帯域量」とも言う。）は、（Ｂ１ｂ−ＲＢ１ａ）である。この伝送帯域の不足量を時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間で積分したデータ量（図６において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間でハッチングされている領域の面積に相当）は、送信データバッファ部１２のデータ残量に等しい。この送信データバッファ部１２のデータ残量は、時刻ｔ２まで増加する。時刻ｔ２における送信データバッファ部１２のデータ残量をＤＢ１とおく。
【００５０】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までに送信データバッファ部１２に蓄積されたデータ量は、上述の帯域予約補償量と同じである。この帯域予約補償量に相当する伝送帯域を付加的に確保することによって、伝送帯域を増加させ、時刻ｔ１から時刻ｔ２までに送信データバッファ部１２に蓄積されたデータ量を減少させる。
【００５１】
従って、第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）を付加的に確保する期間Ｔ１３は、帯域予約補償量を第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）で除算することによって算出できる。第二帯域予約量算出部１６は、帯域予約制御部１７からの通知で時刻ｔ２を認識し、時計１８を使用して期間Ｔ１３を計測する。時刻ｔ２から第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）を確保するとすれば、時刻ｔ２から期間Ｔ１３が経過した時刻ｔ３まで、第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）の確保が行われることとなる。ここで、図６において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間でハッチングされている領域と、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間でハッチングされている領域は等しいこととなり、この関係を利用して時刻ｔ３が求められる。
【００５２】
図７は、送信データバッファ部１２のデータ残量を示す図である。図７において、縦軸は送信データバッファ部１２に蓄積されているデータの残量（データ残量）を示し、横軸は時間を示す。図７は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１２で送信データバッファ部１２のデータ残量が増加し、時刻ｔ２において送信データバッファ部１２のデータ残量が値ＤＢ１になり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間Ｔ１３で送信データバッファ部１２のデータ残量が減少し、時刻ｔ３で、送信データバッファ部１２のデータ残量は０となる場合を示している。図７に示されるように、増加した送信データバッファ部１２のデータ残量は、第二帯域予約量ＲＢ２（ｔ）として付加的に確保した伝送帯域によって、速やかに減少し、時刻ｔ３で値０となり、通信障害への耐性が回復する。
【００５３】
本実施の形態に係る帯域予約装置及び帯域予約方法によれば、突発的に伝送データが発生した場合や、伝送データのビットレート値Ｂ（ｔ）が変化した場合であっても、それらの事象が発生した時点（例えば、時刻ｔ１）から、帯域予約処理が完了し、通信ネットワーク上で伝送データが伝送できるようになる時点（例えば、時刻ｔ２）までの期間（例えば、期間Ｔ１２）に、伝送データのデータ量に相当する伝送帯域（例えば、図６の期間Ｔ１３のハッチング部分）を付加的に帯域予約することによって、図７に示されるように、伝送データ用の送信データバッファ部１２に蓄積されているデータ残量を速やかに減少させ、送信データバッファ部１２のオーバーフローを発生しにくくし、安定した伝送データの伝送を可能としている。
【００５４】
本実施の形態に係る帯域予約装置及び帯域予約方法は、帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して、映像データや音声データ等の一定のビットレート値で入力される映像データを送信装置から受信装置に伝送する通信システム、例えば、無線映像音声伝送システムなどに適用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１  送信装置、  ２  受信装置、  ３  通信ネットワーク、  ４  映像データ信号源、  １０  帯域予約装置、  １１  映像データ入力部、  １２  送信データバッファ部、  １３  ビットレート値通知部、  １４  第一帯域予約量算出部、  １５  無線通信部、  １６  第二帯域予約量算出部、  １７  帯域予約制御部、  １８  時計。
【図１】
2012042703.tif 000007
【図２】
2012042703.tif 000008
【図３】
2012042703.tif 000009
【図４】
2012042703.tif 000010
【図５】
2012042703.tif 000011
【図６】
2012042703.tif 000012
【図７】
2012042703.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月19日(2013.7.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約装置であって、
前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを一時的に蓄積する送信データバッファ部と、
前記伝送データのビットレート値を通知するビットレート値通知部と、
前記ビットレート値通知部から通知された前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出する第一帯域予約量算出部と、
前記ビットレート値通知部から通知された前記伝送データのビットレート値が、前記第一帯域予約量算出部が算出した前記第一帯域予約量より小さい第一のビットレート値から前記第一帯域予約量より大きい第二のビットレート値に変化したときに、前記第二のビットレート値と前記第一帯域予約量との差分値を不足伝送帯域量とし、前記不足伝送帯域量を、前記第一のビットレート値から前記第二のビットレート値に変化した時刻から前記第一帯域予約量算出部が前記第二のビットレート値に基づいて算出した新たな第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間で時間積分することで帯域予約補償量を算出し、少なくとも前記帯域予約補償量に相当するデータ量の伝送データの伝送に必要な第二帯域予約量を算出する第二帯域予約量算出部と、
前記新たな第一帯域予約量と前記第二帯域予約量とを加算することによって得られた合成帯域予約量を予約する帯域予約制御部と
を備えることを特徴とする帯域予約装置。
【請求項２】
前記第二帯域予約量算出部は、算出した第二帯域予約量を前記帯域予約制御部に要求し、前記帯域予約制御部が前記合成帯域予約量を予約した後に、前記帯域予約補償量を前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の経過後に、前記第二帯域予約量に相当する帯域予約を削減するように、前記帯域予約制御部に要求することを特徴とする請求項１に記載の帯域予約装置。
【請求項３】
前記第二帯域予約量算出部は、前記通信ネットワークにおける追加予約可能な最大帯域量に所定の割合Ａ％（ここで、０＜Ａ＜１００）を乗算して得られた値を、前記第二帯域予約量とすることを特徴とする請求項２に記載の帯域予約装置。
【請求項４】
帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約方法であって、
前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを送信データバッファ部に一時的に蓄積するステップと、
前記伝送データのビットレート値を通知するステップと、
前記ビットレート値を通知するステップにおいて通知された前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出するステップと、
前記ビットレート値を通知するステップにおいて通知された前記伝送データのビットレート値が、前記第一帯域予約量を算出するステップで算出した前記第一帯域予約量より小さい第一のビットレート値から前記第一帯域予約量より大きい第二のビットレート値に変化したときに、前記第二のビットレート値と前記第一帯域予約量との差分値を不足伝送帯域量とし、前記不足伝送帯域量を、前記第一のビットレート値から前記第二のビットレート値に変化した時刻から前記第一帯域予約量を算出するステップで前記第二のビットレート値に基づいて算出した新たな第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間で時間積分することで帯域予約補償量を算出し、少なくとも前記帯域予約補償量に相当するデータ量の伝送データの伝送に必要な第二帯域予約量を算出するステップと、
前記新たな第一帯域予約量と前記第二帯域予約量とを加算することによって得られた合成帯域予約量を予約するステップと
を備えることを特徴とする帯域予約方法。
【請求項５】
前記第二帯域予約量を算出するステップにおいて、算出した第二帯域予約量を要求し、前記合成帯域予約量を予約した後に、前記帯域予約補償量を前記第二帯域予約量で除算して得られた時間の経過後に、前記第二帯域予約量に相当する帯域予約を削減することを特徴とする請求項４に記載の帯域予約方法。
【請求項６】
前記第二帯域予約量を算出するステップにおいて、前記通信ネットワークにおける追加予約可能な最大帯域量に所定の割合Ａ％（ここで、０＜Ａ＜１００）を乗算して得られた値を、前記第二帯域予約量とすることを特徴とする請求項５に記載の帯域予約方法。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯域予約装置と、
伝送データを合成帯域予約量に従って送信する無線通信部と
を有することを特徴とする通信装置。
【請求項８】
請求項７に記載の通信装置と、
通信ネットワークに備えられたアクセス制御手段と
を有することを特徴とする通信システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の一態様に係る帯域予約装置は、帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約装置であって、前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを一時的に蓄積する送信データバッファ部と、前記伝送データのビットレート値を通知するビットレート値通知部と、前記ビットレート値通知部から通知された前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出する第一帯域予約量算出部と、前記ビットレート値通知部から通知された前記伝送データのビットレート値が、前記第一帯域予約量算出部が算出した前記第一帯域予約量より小さい第一のビットレート値から前記第一帯域予約量より大きい第二のビットレート値に変化したときに、前記第二のビットレート値と前記第一帯域予約量との差分値を不足伝送帯域量とし、前記不足伝送帯域量を、前記第一のビットレート値から前記第二のビットレート値に変化した時刻から前記第一帯域予約量算出部が前記第二のビットレート値に基づいて算出した新たな第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間で時間積分することで帯域予約補償量を算出し、少なくとも前記帯域予約補償量に相当するデータ量の伝送データの伝送に必要な第二帯域予約量を算出する第二帯域予約量算出部と、前記新たな第一帯域予約量と前記第二帯域予約量とを加算することによって得られた合成帯域予約量を予約する帯域予約制御部とを備えることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明の一態様に係る帯域予約方法は、帯域予約型のメディアアクセス制御を行う通信ネットワークを経由して伝送データを伝送する通信システムにおいて、前記伝送データを前記通信ネットワークを経由して伝送するための伝送帯域を予約する帯域予約方法であって、前記伝送データが入力された時点から前記伝送データを前記通信ネットワークへ送信する時点までの期間、前記伝送データを送信データバッファ部に一時的に蓄積するステップと、前記伝送データのビットレート値を通知するステップと、前記ビットレート値を通知するステップにおいて通知された前記伝送データのビットレート値から、前記通信ネットワークにおける伝送に必要な第一帯域予約量を算出するステップと、前記ビットレート値を通知するステップにおいて通知された前記伝送データのビットレート値が、前記第一帯域予約量を算出するステップで算出した前記第一帯域予約量より小さい第一のビットレート値から前記第一帯域予約量より大きい第二のビットレート値に変化したときに、前記第二のビットレート値と前記第一帯域予約量との差分値を不足伝送帯域量とし、前記不足伝送帯域量を、前記第一のビットレート値から前記第二のビットレート値に変化した時刻から前記第一帯域予約量を算出するステップで前記第二のビットレート値に基づいて算出した新たな第一帯域予約量が予約できた時刻までの帯域取得遅延時間で時間積分することで帯域予約補償量を算出し、少なくとも前記帯域予約補償量に相当するデータ量の伝送データの伝送に必要な第二帯域予約量を算出するステップと、前記新たな第一帯域予約量と前記第二帯域予約量とを加算することによって得られた合成帯域予約量を予約するステップとを備えることを特徴としている。
【国際調査報告】
2012042703.tif 000014
2012042703.tif 000015