(57)【要約】【課題】割当回線速度と実速度との間の誤差を低減する回線割当方式を実現し、ノード局のリソース（周波数帯域、時間、符号）を有効利用する。【解決手段】ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、これらの通信に用いられる通信回線の割り当てを行う回線割当装置から構成される通信システムにおいて、回線割当装置は、端末局装置間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズに基づき、次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻までの区間における割当回線速度を決定する構成である。【選択図】  図３
2014135690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、これらの通信に用いられる通信回線の割り当てを行う回線割当装置から構成される通信システムにおいて、
前記回線割当装置は、前記端末局装置間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズに基づき、次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻までの区間における割当回線速度を決定する構成である
ことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記回線割当装置は、時刻Ｔに更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT と前記ノード局装置を介して通信する前記端末局装置間のラウンドトリップ時間ＲＴＴに基づき、時刻Ｔから次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻Ｔ＋１までの区間における割当回線速度ＲT を
ＲT [bps] ＝ＷT [byte]×８／ＲＴＴ[s] 
により決定する構成である
ことを特徴とする通信システム。
【請求項３】
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記端末局装置間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズを取得し、前記回線割当装置に通知するＴＣＰウィンドウサイズ監視装置を備えた
ことを特徴とする通信システム。
【請求項４】
ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、これらの通信に用いられる通信回線の割り当てを行う回線割当装置から構成される通信システムの通信方法において、
前記回線割当装置は、前記端末局装置間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズに基づき、次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻までの区間における割当回線速度を決定する
ことを特徴とする通信方法。
【請求項５】
請求項４に記載の通信方法において、
前記回線割当装置は、時刻Ｔに更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT と前記ノード局装置を介して通信する前記端末局装置間のラウンドトリップ時間ＲＴＴに基づき、時刻Ｔから次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻Ｔ＋１までの区間における割当回線速度ＲT を
ＲT [bps] ＝ＷT [byte]×８／ＲＴＴ[s] 
により決定する
ことを特徴とする通信方法。
【請求項６】
請求項１に記載の通信システムで前記ＴＣＰウィンドウサイズを監視するＴＣＰウィンドウサイズ監視装置において、
前記端末局装置の受信パケットからＴＣＰヘッダを取り出し、ＴＣＰウィンドウサイズを取得する手段と、
前記ＴＣＰウィンドウサイズが更新されたか否かを判断し、更新されたＴＣＰウィンドウサイズを前記回線割当装置に通知する手段と
を備えたことを特徴とするＴＣＰウィンドウサイズ監視装置。
【請求項７】
請求項１に記載の回線割当装置において、
送信元の前記端末局装置と通信相手の前記端末局装置との間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズを取得する手段と、
前記ＴＣＰウィンドウサイズに基づき、次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻までの区間における割当回線速度を決定し、送信元および通信相手の前記端末局装置に通知する手段と
を備えたことを特徴とする回線割当装置。
【請求項８】
請求項７に記載の回線割当装置において、
時刻Ｔに更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT と前記ノード局装置を介して通信する前記端末局装置間のラウンドトリップ時間ＲＴＴに基づき、時刻Ｔから次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻Ｔ＋１までの区間における割当回線速度ＲT を
ＲT [bps] ＝ＷT [byte]×８／ＲＴＴ[s] 
により決定する構成である
ことを特徴とする回線割当装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端末局と端末局がノード局を介してＴＣＰ（Transmission Control Protocol)を用いた通信を行う無線または有線の通信システムに関する。特に、ノード局のリソース（周波数帯域、時間、符号）の有効利用が可能な端末局への回線割当を行う通信システム、通信方法、ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置および回線割当装置に関する。
ここで、ノード局としては、無線通信システムにおける衛星中継局または無線基地局、有線通信システムにおけるゲートウェイなどがある。
【背景技術】
【０００２】
端末局と端末局がノード局を介して通信を行う無線または有線の通信システムでは、全通信回線の周波数帯域幅の総和は、ノード局が利用可能な全周波数帯域幅に制限される。
【０００３】
端末局へ割り当てる回線の速度（以下、「割当回線速度」という）が常に一定である固定回線割当方式では、図８に示すように、通信回線に一定時間に流れるパケットの量（以下、「実速度」という）が割当回線速度を大きく下回ることがある。この場合には、通信回線に必要以上の周波数帯域幅が割り当てられていることになり、無駄な割り当てとなる。
【０００４】
一方、割当回線速度を実速度に応じて変動させる動的回線割当方式は、図９に示すように、実速度の測定区間ごとに実速度の平均値を算出し、次の測定区間の割当回線速度として設定する（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】荒谷、鹿間、「移動体通信システムにおけるデータパケットの回線割り当て制御方式の検討」、信学技報、ＮＳ2006-170、2007年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の動的回線割当方式では、１つ前の測定区間における実速度の平均値を割当回線速度とするため、割当回線速度と実速度との間に誤差が生じる。そのため、固定回線割当方式よりも改善しているとは言え、図９に示すように、通信回線に必要以上の周波数帯域幅が割り当てられることがある。
【０００７】
本発明は、割当回線速度と実速度との間の誤差を低減する回線割当方式を実現し、ノード局のリソース（周波数帯域、時間、符号）を有効利用することができる通信システム、通信方法、ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置および回線割当装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、これらの通信に用いられる通信回線の割り当てを行う回線割当装置から構成される通信システムにおいて、回線割当装置は、端末局装置間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズに基づき、次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻までの区間における割当回線速度を決定する構成である。
【０００９】
第１の発明の通信システムにおいて、回線割当装置は、時刻Ｔに更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT とノード局装置を介して通信する端末局装置間のラウンドトリップ時間ＲＴＴに基づき、時刻Ｔから次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻Ｔ＋１までの区間における割当回線速度ＲT を
ＲT [bps] ＝ＷT [byte]×８／ＲＴＴ[s] 
により決定する構成である。
【００１０】
第１の発明の通信システムにおいて、端末局装置間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズを取得し、回線割当装置に通知するＴＣＰウィンドウサイズ監視装置を備える。
【００１１】
第２の発明は、ＴＣＰを用いて通信を行う複数の端末局装置と、該端末局装置間の通信を中継するノード局装置と、これらの通信に用いられる通信回線の割り当てを行う回線割当装置から構成される通信システムの通信方法において、回線割当装置は、端末局装置間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズに基づき、次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻までの区間における割当回線速度を決定する。
【００１２】
第２の発明の通信方法において、回線割当装置は、時刻Ｔに更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT とノード局装置を介して通信する端末局装置間のラウンドトリップ時間ＲＴＴに基づき、時刻Ｔから次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻Ｔ＋１までの区間における割当回線速度ＲT を
ＲT [bps] ＝ＷT [byte]×８／ＲＴＴ[s] 
により決定する。
【００１３】
第３の発明は、第１の発明の通信システムでＴＣＰウィンドウサイズを監視するＴＣＰウィンドウサイズ監視装置において、端末局装置の受信パケットからＴＣＰヘッダを取り出し、ＴＣＰウィンドウサイズを取得する手段と、ＴＣＰウィンドウサイズが更新されたか否かを判断し、更新されたＴＣＰウィンドウサイズを回線割当装置に通知する手段とを備える。
【００１４】
第４の発明は、第１の発明の通信システムの回線割当装置において、送信元の端末局装置と通信相手の端末局装置との間で更新されたＴＣＰウィンドウサイズを取得する手段と、ＴＣＰウィンドウサイズに基づき、次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻までの区間における割当回線速度を決定し、送信元および通信相手の端末局装置に通知する手段とを備える。
【００１５】
第４の発明の回線割当装置において、時刻Ｔに更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT とノード局装置を介して通信する端末局装置間のラウンドトリップ時間ＲＴＴに基づき、時刻Ｔから次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻Ｔ＋１までの区間における割当回線速度ＲT を
ＲT [bps] ＝ＷT [byte]×８／ＲＴＴ[s] 
により決定する構成である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、更新されたＴＣＰウィンドウサイズに基づいて割当回線速度を決定することにより、ＴＣＰウィンドウサイズで得られる実速度の最大値を割当回線速度とすることができる。これにより、割当回線速度が実速度の限界値を超えることなく、また実速度との間の誤差を低減することができ、ノード局装置のリソースを有効利用する回線割当が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の通信システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の通信システムのシーケンスを示す図である。
【図３】本発明による割当回線速度の算出手順を説明する図である。
【図４】本発明による割当回線速度のシミュレーション例を示す図である。
【図５】割当回線速度と実速度の誤差を示す図である。
【図６】ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置１０の構成例を示す図である。
【図７】回線割当装置２０の構成例を示す図である。
【図８】固定回線割当方式の例を示す図である。
【図９】動的回線割当方式の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の通信システムの構成例を示す。
図１(1),(2) は無線通信システムであり、端末局Ａと端末局Ｂがノード局である衛星中継局または無線基地局を介して通信を行う構成である。図１(3) は有線通信システムであり、端末局Ａと端末局Ｂがノード局であるゲートウェイを介して通信を行う構成である。実線矢印は無線または有線の通信回線、点線矢印は無線または有線の制御回線を示す。
【００１９】
本発明の通信システムの特徴は、端末局Ａ，ＢにおけるＴＣＰウィンドウサイズを算出するＴＣＰウィンドウサイズ監視装置１０と、得られたＴＣＰウィンドウサイズに基づいて、端末局Ａ，Ｂに設定する割当回線速度を決定する回線割当装置２０を備えるところにある。ここで、ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置１０は、端末局Ａ，Ｂにそれぞれソフトウェアとして内蔵される構成でもよいし、外付け装置として接続される構成でもよい。回線割当装置２０は、各通信システムのノード局（衛星中継局、無線基地局、ゲートウェイ）に無線または有線の制御回線を介して接続される。
【００２０】
図２は、本発明の通信システムのシーケンスを示す。
図２において、端末局Ａが端末局Ｂに対してデータ信号を送信し、端末局Ｂが端末局Ａに対してＡＣＫ信号を送信し、端末局Ａに受信される。端末局ＡのＴＣＰウィンドウサイズ監視装置は、端末局Ｂから返信されたＡＣＫ信号のＴＣＰヘッダからＴＣＰウィンドウサイズを取得し、ＴＣＰウィンドウサイズが更新されたときに、ＴＣＰウィンドウサイズの更新値を制御回線を介して回線割当装置２０へ通知する。
【００２１】
回線割当装置２０は、図３に示すように、時刻Ｔにおいて更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT を用いて、次式により時刻Ｔから次にＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻Ｔ＋１までの区間における割当回線速度ＲT を決定する。なお、端末局Ａ，Ｂ間あるいは端末局Ａ，Ｂと回線割当装置２０間のラウンドトリップ時間をＲＴＴとする。
ＲT [bps] ＝ＷT [byte]×８／ＲＴＴ[s] 
時刻Ｔで決定された割当回線速度ＲT は、端末局Ａ，Ｂに制御回線を介して通知され、端末局Ａ，Ｂは通知された割当回線速度ＲT に変更する。次に、時刻Ｔ＋１において更新されたＴＣＰウィンドウサイズＷT+1 を用いて、時刻Ｔ＋１から時刻Ｔ＋２までの区間における割当回線速度ＲT+1 を決定し、端末局Ａ，Ｂに制御回線を介して通知される。以下同様に、ＴＣＰウィンドウサイズが更新される時刻ごとに端末局Ａ，Ｂの割当回線速度が決定し、通知される。
【００２２】
図４は、本発明による回線割当速度のシミュレーション例を示す。
ここでのシミュレーションの条件は、通信トラヒックは１パケットサイズが1500byteで、 1.4ＭbyteのファイルサイズをＦＴＰアップロードしたときに発生したものを用いている。また、ＲＴＴは 0.5ｓ、実速度は 0.1ｓ毎に値をプロットし、従来法の測定間隔は１ｓとした。図４より、発明技術を用いることで実速度の変動に高い追従性を有した回線割当が行われていることがわかる。
【００２３】
図５は、割当回線速度と実速度の誤差（差分の絶対値）を示す。
図５の誤差は、図４のシミュレーションと同様の条件で算出したものである。図５より、発明技術を用いることで割当回線速度と実速度の誤差が抑制されることがわかる。例えば、平均誤差で比較すると、従来法を用いたものが108631.6[bps] に対して、発明技術を用いたものは48095.6[bps]となる。
【００２４】
なお、これらのシミュレーションは、いずれもノード局のリソースとして周波数帯域を端末局に割り当てているが、周波数帯域の他、時間や符号、またはこれらを組み合わせたものを割り当てることも可能である。
【００２５】
また、ノード局を介した通信環境を構築してシミュレーションを実施したが、ノード局を介さず、端末局が回線割当装置と直接通信を行うことも可能である。
【００２６】
図６は、ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置１０の構成例を示す。
図６において、ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置１０は、データ入力部１１、ＴＣＰヘッダ取り出し部１２、ＴＣＰウィンドウサイズ保存部１３、ＴＣＰウィンドウサイズ比較部１４、制御回線送受信部１５により構成される。
【００２７】
ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置１０は、ＴＣＰヘッダ取り出し部１２でデータ入力部１１に入力したデータからＴＣＰヘッダを取り出し、ＴＣＰウィンドウサイズを取得する。ここで得たＴＣＰウィンドウサイズはＴＣＰウィンドウサイズ保存部１３に保存される。保存された値は新たなＴＣＰウィンドウサイズを得る毎にアップデートされる。ＴＣＰウィンドウサイズ比較部１４は、新たに取得したＴＣＰウィンドウサイズとＴＣＰウィンドウサイズ保存部１３にて保存されているＴＣＰウィンドウサイズを比較し、これらの値が異なる場合に更新されたＴＣＰウィンドウサイズを制御回線送受信部１５に通知する。制御回線送受信部１５は、端末局から回線割当装置２０へ送信される回線要求信号にＴＣＰウィンドウサイズを付加する。また、この回線要求信号には、送信元の端末局の端末局ＩＤと、その通信相手の端末局の端末局ＩＤも、併せて付加される。
【００２８】
図７は、回線割当装置２０の構成例を示す。
図７において、回線割当装置２０は、制御回線送受信部２１、アクセス制御部２２、回線速度割当部２３、回線管理部２４、端末局管理部２５により構成される。制御回線送受信部２１が回線要求信号を受信すると、アクセス制御部２２が送信元およびその通信相手の端末局の端末局ＩＤとＴＣＰウィンドウサイズの情報を取り出し、回線速度割当部２３に通知する。回線速度割当部２３は、本発明の回線割当法（上記の数式）を用いて割当回線速度を決定し、回線管理部２４の未使用帯域情報から割当回線を決定する。決定した割当回線は、端末局管理部２５の情報に基づき、端末局ＩＤを持つ送信元およびその通信相手の端末局に通知され、回線管理部２４の内容はアップデートされる。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ＴＣＰウィンドウサイズ監視装置
１１  データ入力部
１２  ＴＣＰヘッダ取り出し部
１３  ＴＣＰウィンドウサイズ保存部
１４  ＴＣＰウィンドウサイズ比較部
１５  制御回線送受信部
２０  回線割当装置
２１  制御回線送受信部
２２  アクセス制御部
２３  回線速度割当部
２４  回線管理部
２５  端末局管理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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