(57)【要約】【課題】  トラフィックが持つ時間スケールに係る特性に着目し、トラフィックのレスポンスタイムに関する公平性を保つことを可能とする。【解決手段】  フロー到着率時間変動特性の異なるトラフィッククラスごとに、該時間変動特性に応じた「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」を定義し、該帯域制御パラメータを使用して各トラフィッククラスごとの重みを最適化する重み算出部１３と、該重みに基づいて前記通信回線の回線容量を各トラフィッククラスに配分する帯域制御部１４とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々異なるフロー到着率時間変動特性を持つ複数のトラフィックを収容する通信回線の回線容量を個々のトラフィックに割当てる制御を行う帯域割当制御装置において、
フロー到着率時間変動特性の異なるトラフィッククラスごとに、該時間変動特性に応じた「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」を定義し、該帯域制御パラメータを使用して各トラフィッククラスごとの重みを最適化する重み算出手段と、
該重みに基づいて前記通信回線の回線容量を各トラフィッククラスに配分する帯域制御手段と、
を備えたことを特徴とする帯域割当制御装置。
【請求項２】
前記レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータは、フロー到着率の時間変動の周期を分割した各時間帯ごとに得られたものであることを特徴とする請求項１に記載の帯域割当制御装置。
【請求項３】
前記重み算出手段は、各トラフィッククラスのサービス時間で規格化したレスポンスタイムが等しくなるように最適化制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の帯域割当制御装置。
【請求項４】
フロー到着率が時間とともに変動するという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、トラフィック量が最大となる時間帯の平均レスポンスタイムを用い、
一方、フロー到着率が時間とともにあまり変動しないという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、全ての時間帯にわたってトラフィック量により重み付けした平均レスポンスタイムを用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の帯域割当制御装置。
【請求項５】
各々異なるフロー到着率時間変動特性を持つ複数のトラフィックを収容する通信回線の回線容量を個々のトラフィックに割当てる制御を行うためのコンピュータプログラムであって、
フロー到着率時間変動特性の異なるトラフィッククラスごとに、該時間変動特性に応じた「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」を定義し、該帯域制御パラメータを使用して各トラフィッククラスごとの重みを最適化する重み算出機能と、
該重みに基づいて前記通信回線の回線容量を各トラフィッククラスに配分する帯域制御機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項６】
前記レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータは、フロー到着率の時間変動の周期を分割した各時間帯ごとに得られたものであることを特徴とする請求項５に記載のコンピュータプログラム。
【請求項７】
前記重み算出機能は、各トラフィッククラスのサービス時間で規格化したレスポンスタイムが等しくなるように最適化制御することを特徴とする請求項５又は６に記載のコンピュータプログラム。
【請求項８】
フロー到着率が時間とともに変動するという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、トラフィック量が最大となる時間帯の平均レスポンスタイムを用い、
一方、フロー到着率が時間とともにあまり変動しないという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、全ての時間帯にわたってトラフィック量により重み付けした平均レスポンスタイムを用いることを特徴とする請求項５から７のいずれかの項に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々異なる特性を持つ複数のトラフィックを収容する通信回線において個々のトラフィックに割当てる回線容量（通信速度）を制御する帯域制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信ネットワークにおいて各トラフィックに回線容量を配分する際には、多くの場合、個々のトラフィックが持つ優先度などを特に考慮せずに均等に配分することを目標にしている（例えば、特許文献１参照）。また、そのように回線容量を均等に配分する場合、データ転送に要する時間の平均値は当該ユーザが転送しようとしているデータの量に比例することから、この観点から見れば公平であるという特徴を有することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【非特許文献１】S.Ben Fredj, T.Bonald, A.Proutiere, G.Regnie, and J.Roberts, “Statistical bandwidth sharing: A study of congestion at flow level”, in Proceedings of ACM SIGCOMM, Pitsburgh, PA, 2002
【非特許文献２】L.Kleinrock, “Queueing Systems”, Volume 2 .J.Wiley & Sons, 1975
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上述した従来の技術により、時間スケールが異なる複数のトラフィックが混在する通信ネットワークにおいて個々のトラフィックに対して回線容量を均等に配分した場合、長い時間スケールで品質を評価すると、公平性が保たれないという問題が生じる。例えば、品質評価の時間スケールに係る特定の特性を有するトラフィックとして、以下の２つのクラスに属するものを考える。
クラス１；フロー到着率が時間とともに変動するもの。このため、クラス１のトラフィックの品質評価に使用するのに適当な時間スケールは、該フロー到着率の時間変動がきちんと反映されるくらいの一定以下の長さとなる。クラス１に属するトラフィックとしては、例えば、ユーザの意志により端末からＷｅｂサイトへアクセスする時に発生するトラフィックがある。さらに具体的には、端末の操作者が所望のコンテンツへのハイパーリンクをマウスでクリックすることにより発生するトラフィックなどである。このように人の行動パターンに依存してトラフィックが発生するため、クラス１のトラフィック量は、例えば早朝未明の時間帯では日中の時間帯に比べて少なくなるなど、時間帯によって異なるという傾向を示す。
【０００４】
クラス２；フロー到着率が時間とともにあまり変動しないもの。このため、トラフィックの品質評価に使用するのに適当な時間スケールは、非定常的なフロー到着率の変動がほとんど反映されないくらいの一定以上の長さとなる。クラス２に属するトラフィックとしては、例えば、Ｐ２Ｐ（Peer to Peer）によるコンピュータ相互間で発生するトラフィックがある。さらに具体的には、コンピュータによるバックグラウンドの処理によりファイル転送が行われる時に発生するトラフィックなどである。このようにコンピュータのバックグラウンド処理としてトラフィックが発生するため、クラス２のトラフィック量は時間帯にかかわらずあまり変化しないという傾向を示す。
【０００５】
なお、上記フロー到着率とは、単位時間当たりに発生するフロー（通信単位）の個数である。クラス１のフロー到着率の一例としては、端末からＷｅｂサイトへの１秒間当たりのアクセス回数がある。例えば、端末の操作者がＷｅｂページ中のハイパーリンクをクリックすることにより、Ｗｅｂサイトに対する一回のアクセスが発生する。クラス２のフロー到着率の一例としては、バックグラウンド処理で行われるファイル転送の１秒間当たりの発生回数がある。
【０００６】
上記したクラス１、２の各トラフィックが一つの通信回線を共有する場合、クラス２のトラフィック量は時間変化に殆ど左右されないが、クラス１のトラフィック量は時間変化に応じて変化することから、クラス１及び２全体としてのトラフィック量の時間的変化はクラス１のトラフィック量の変化に応じたものとなる。このため、従来の均等配分方法によれば、全体のトラフィック量に対する割合がクラス１の方がクラス２よりも大きな期間であっても双方のクラスに対して均等に回線容量が割当てられてしまうので、クラス１のトラフィックのレスポンスタイムがクラス２と比較して劣化しやすく、不公平な状態が発生する。レスポンスタイムとは、例えば端末の操作者がＷｅｂページ中のハイパーリンクをクリックしてＷｅｂサイトへのアクセスを行った時点から、当該Ｗｅｂサイトからの応答（例えばコンテンツのダウンロードデータ）が端末で受信されるまでにかかる時間のことである。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、トラフィックが持つ時間スケールに係る特性に着目し、トラフィックのレスポンスタイムに関する公平性を保つことができる帯域割当制御装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、本発明の帯域割当制御装置をコンピュータを利用して実現するためのコンピュータプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係る帯域割当制御装置は、各々異なるフロー到着率時間変動特性を持つ複数のトラフィックを収容する通信回線の回線容量を個々のトラフィックに割当てる制御を行う帯域割当制御装置において、フロー到着率時間変動特性の異なるトラフィッククラスごとに、該時間変動特性に応じた「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」を定義し、該帯域制御パラメータを使用して各トラフィッククラスごとの重みを最適化する重み算出手段と、該重みに基づいて前記通信回線の回線容量を各トラフィッククラスに配分する帯域制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る帯域割当制御装置においては、前記レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータは、フロー到着率の時間変動の周期を分割した各時間帯ごとに得られたものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る帯域割当制御装置においては、前記重み算出手段は、各トラフィッククラスのサービス時間で規格化したレスポンスタイムが等しくなるように最適化制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る帯域割当制御装置においては、フロー到着率が時間とともに変動するという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、トラフィック量が最大となる時間帯の平均レスポンスタイムを用い、一方、フロー到着率が時間とともにあまり変動しないという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、全ての時間帯にわたってトラフィック量により重み付けした平均レスポンスタイムを用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るコンピュータプログラムは、各々異なるフロー到着率時間変動特性を持つ複数のトラフィックを収容する通信回線の回線容量を個々のトラフィックに割当てる制御を行うためのコンピュータプログラムであって、フロー到着率時間変動特性の異なるトラフィッククラスごとに、該時間変動特性に応じた「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」を定義し、該帯域制御パラメータを使用して各トラフィッククラスごとの重みを最適化する重み算出機能と、該重みに基づいて前記通信回線の回線容量を各トラフィッククラスに配分する帯域制御機能とをコンピュータに実現させることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るコンピュータプログラムにおいては、前記レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータは、フロー到着率の時間変動の周期を分割した各時間帯ごとに得られたものであることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るコンピュータプログラムにおいては、前記重み算出機能は、各トラフィッククラスのサービス時間で規格化したレスポンスタイムが等しくなるように最適化制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るコンピュータプログラムにおいては、フロー到着率が時間とともに変動するという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、トラフィック量が最大となる時間帯の平均レスポンスタイムを用い、一方、フロー到着率が時間とともにあまり変動しないという特性を有するトラフィッククラスに対しては、レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータとして、全ての時間帯にわたってトラフィック量により重み付けした平均レスポンスタイムを用いることを特徴とする。
これにより、前述の帯域割当制御装置がコンピュータを利用して実現できるようになる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、トラフィックが持つ時間スケールに係る特性に着目し、トラフィックのレスポンスタイムに関する公平性を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態では、トラフィックの例として、上述したクラス１、２の時間スケールに係る特性を有する２種類のトラフィックを扱う。
クラス１のトラフィックは、フロー到着率が時間とともに変動するという特性を有する。このため、クラス１のトラフィックの品質評価に使用するのに適当な時間スケールは、該フロー到着率の時間変動がきちんと反映されるくらいの一定以下の長さとなる。
クラス２のトラフィックは、フロー到着率が時間とともにあまり変動しないという特性を有する。このため、クラス２のトラフィックの品質評価に使用するのに適当な時間スケールは、非定常的なフロー到着率の変動がほとんど反映されないくらいの一定以上の長さとなる。
【００１９】
以下、本実施形態に係る帯域割当制御装置の帯域制御方法を説明する。
先ず、制御対象の通信回線が有する回線容量Ｃに対して、クラスｋ（ｋは１又は２）のフロー（通信単位）当たりの平均データ量を「Ｃ／μｋ」と定義する。ここで「１／μｋ」は、測定によって得られたサービス時間である。帯域割当制御装置は、制御対象の通信回線に関し、各クラスｋに対してそれぞれ重みｇｋを設定する。そして、各フローに対して重みｇｋに応じた回線容量を割当てるように制御する。
【００２０】
いまクラスｋのフロー到着率が定常時にλｋであったとする。このとき、クラスｋの平均レスポンスタイムＷｋは、
Ｗｋ（λ１，λ２，μ１，μ２，ｇ１，ｇ２）
なる関数として表される。
【００２１】
次に、フロー到着率が変動する状況を考える。このときは、フロー到着率の変動周期（例えば２４時間）に着目する。この一周期の期間をＮ個の時間帯に区切り、それぞれを時間帯１、２、・・・、Ｎとする。そして、時間帯ｎ（ｎは１〜Ｎ）におけるクラスｋのフロー到着率をλｋ（ｎ）とする。但し、フロー到着率λｋ（ｎ）は一つの時間帯の中では一定であるとみなせるものとする。フロー到着率λｋ（ｎ）は測定によって得る。
【００２２】
また、各クラスに割当てる重みは時間帯ごとに設定する。時間帯ｎにおけるクラスｋの重みをｇｋ（ｎ）とする。このとき、時間帯ｎにおけるクラスｋの平均レスポンスタイムＷｋは、
Ｗｋ（λ１（ｎ），λ２（ｎ），μ１，μ２，ｇ１（ｎ），ｇ２（ｎ））
なる関数として表される。具体的には、次式で表される。
【００２３】
【数１】
2006197195.tif 000003
【００２４】
ここで、クラス１は、短い時間スケールで品質が評価されるので、どの時間帯ｎにおいても一定の品質を確保することが要求される。この知見に基づき、クラス１に対しては、品質評価尺度としての帯域制御パラメータとして、トラフィック量が最大となる時間帯の平均レスポンスタイムＭＷ１を用いる。
【００２５】
ＭＷ１＝ｍａｘ｛Ｗ１（λ１（ｎ），λ２（ｎ），μ１，μ２，ｇ１（ｎ），ｇ２（ｎ））、ｎ＝１，・・・，Ｎ｝
【００２６】
一方、クラス２は、長い時間スケールで品質が評価されるので、全ての時間帯ｎにおける平均として一定の品質を確保できればよい。この知見に基づき、クラス２に対しては、品質評価尺度としての帯域制御パラメータとして、全ての時間帯にわたってトラフィック量により重み付けした平均レスポンスタイムＭＷ２を用いる。
【００２７】
【数２】
2006197195.tif 000004
【００２８】
さらに、より一層の公平性を確保するために、各クラスｋのサービス時間「１／μｋ」で規格化したレスポンスタイムが等しくなるように最適化制御する。この最適化制御処理では、次式の最適化問題を解いて各時間帯ｎにおける各クラスｋの重みｇｋ（ｎ）を算出する。
【００２９】
Ｆｉｎｄ    ｇｋ（ｎ）、  ｋ＝１，２、  ｎ＝１，・・・，Ｎ
Ｔｏ ｍｉｎｉｍｉｚｅ    ｍａｘ｛ＭＷ１μ１，ＭＷ２μ２，｝
【００３０】
なお、最適化問題の解法の一例として「ニューメリカルレシピ・イン・シー、William H.Press著、丹慶 勝市訳、技術評論社、1993年」に記載の滑降シンプレックス法が知られている。
【００３１】
本実施形態に係る帯域割当制御装置は、上記最適化問題の解として得られた各時間帯ｎにおける各クラスｋの重みｇｋ（ｎ）によって、各時間帯ｎにおける各クラスｋの各トラフィックに割当てる回線容量（通信速度）を制御する。
【実施例】
【００３２】
図１は本実施形態に係る帯域割当制御装置の一実施例を示すブロック図である。
図１において、入力部１１によって入力されたデータは記憶部１２に記憶される。記憶部１２は、制御対象の通信回線が有する回線容量Ｃ、各クラスｋのサービス時間「１／μｋ」及び各時間帯ｎにおけるクラスｋのフロー到着率λｋ（ｎ）を記憶する。
【００３３】
重み算出部１３は、上記した最適化問題を解くための所定の演算式（例えば上記した滑降シンプレックス法による演算式）により、各時間帯ｎにおける各クラスｋの重みｇｋ（ｎ）を算出する。
【００３４】
帯域制御部１４は、その算出結果の重みｇｋ（ｎ）に基づき、各時間帯ｎにおける各クラスｋの各トラフィックに割当てる回線容量（通信速度）を制御する。具体的には、ある時間帯ｎにおいて各クラスｋに配分する回線容量を、重みｇｋ（ｎ）に応じて回線容量Ｃを配分した値として算出する。そして、各クラスｋ内において、該配分された回線容量を自クラスに属する各トラフィックに対して均等に配分する。
出力部１５は、帯域制御部１４による制御結果を出力する。
【００３５】
図２は、本実施形態による改善効果を示すためのシミュレーション結果が示されているグラフである。
このシミュレーション条件は、
Ｎ＝２、
λ１（１）＝０．３、λ１（２）＝０．１、μ１＝１、
λ２（１）＝λ２（２）＝λ２、μ２＝０．１、
ρ２＝λ２／μ２、
である。そして、λ２を変数として変化させている。
【００３６】
図２のシミュレーション結果から明らかなように、従来の単純な均等割当て方法ではクラス１の性能が先に劣化してしまうが、本実施形態によればクラス２の性能をほとんど劣化させることなく、クラス１の性能が改善されている。これは、上記したように本実施形態により、クラス１のトラフィックが持つ時間スケールに最適な重み付けが行われて回線容量の配分が行われたためである。この改善により、収容可能なトラフィック量は約１割程度増加している。なお、本シミュレーションではＮ＝２としているため、全時間帯の半分がピーク時間帯となっているが、実際のトラフィック状況ではピーク時間帯の割合はもっと少ないので、改善度合いはさらに大きくなる可能性がある。
【００３７】
上述したように本実施形態によれば、フロー到着率の時間変動特性の異なるトラフィッククラスごとに、該時間変動特性に応じた「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」を定義し、該帯域制御パラメータを使用して各トラフィッククラスごとの重みを最適化する。そして、該重みに基づいて通信回線の回線容量を各トラフィッククラスに配分する。これにより、各トラフィッククラスにおけるレスポンスタイムは、自トラフィックが持つ時間スケールに係る特性に適したものとなるので、トラフィックのレスポンスタイムに関する公平性を保つことができる。
【００３８】
上記「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」は、フロー到着率の時間変動の周期を分割した各時間帯ごとに得られたものである。
【００３９】
フロー到着率が時間とともに変動するという特性を有するトラフィッククラスに対しては、「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」として、トラフィック量が最大となる時間帯のレスポンスタイムを用いる。
一方、フロー到着率が時間とともにあまり変動しないという特性を有するトラフィッククラスに対しては、「レスポンスタイムに係る帯域制御パラメータ」として、全ての時間帯にわたってトラフィック量により重み付けした平均レスポンスタイムを用いる。
【００４０】
さらに、本実施形態によれば、各トラフィッククラスのサービス時間で規格化したレスポンスタイムが等しくなるように最適化制御するので、より一層の公平性が確保可能となる。
【００４１】
また、図１に示す帯域割当制御装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより帯域割当制御処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００４２】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による帯域割当制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態による改善効果を示すためのシミュレーション結果が示されているグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１１…入力部、１２…記憶部、１３…重み算出部、１４…帯域制御部、１５…出力部。
【図１】
2006197195.tif 000005
【図２】
2006197195.tif 000006