(57)【要約】本発明は、受信機によりロスが通知されるまで、送信機の送出レートが繰返し増加されるプローブフェーズを有するレート制御プロトコルに関する。かかるプローブフェーズは、送信チャネル帯域幅のフェアシェアにその送出レートを迅速に増加するため、送信機により使用される。本発明によれば、フェイクロスは、送信機に対して強制的に探索を停止させるように、送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティに上昇したときに受信機により生成される。アプリケーションは、オーディオビデオストリーミングサービスへのワイヤレスアクセスである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
適応可能な送出レートを有する送信機、時間につれて変動するキャパシティを有する伝送チャネル、及び損失を検出するデータ制御手段と送信機に該損失を通知するフィードバック手段とを有する受信機を少なくとも有するデータ伝送システムであって、
該送信機は、受信機により損失が通知されるまでその送出レートを繰返し上昇することで伝送チャネルを探すためのプローブ手段を有し、
該受信機は、伝送チャネルを探すことを該送信機に終了させるように、該送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティにまで上昇したときにフェイクロスを通知するために設計される、
ことを特徴とするデータ伝送システム。
【請求項２】
該受信機は、データが受信されるレートの推定値である受信レートを計算し、該送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティに上昇したかを判定するために該受信レートの変化を監視するためにさらに設計される、
ことを特徴とする請求項１記載のデータ伝送システム。
【請求項３】
該送信機は、該伝送チャネルを探すことが終了されたとき、伝送チャネルの現在のキャパシティに該送出レートを動的に調節するレート制御手段を有する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のデータ伝送システム。
【請求項４】
時間的に変動するキャパシティを有する伝送チャネルを通して適応可能な送出レートで送信機により送出されるデータを受信することが意図される受信機であって、該受信機は、損失を検出するためのデータ制御手段と該損失を送信機に通知するフィードバック手段とを有し、
該送出レートは、受信機により損失が通知されるまで伝送チャネルを探索するために繰返し上昇され、該受信機は、該伝送チャネルを探すことを送信機に終了させるように、該送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティにまで上昇したとき、フェイクロスを通知するために設計される、
ことを特徴とする受信機。
【請求項５】
データが受信されたレートの推定値である受信レートを計算し、該送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティに上昇したかを判定するため、該受信レートの変化を監視するためにさらに設計される、
ことを特徴とする請求項４記載の受信機。
【請求項６】
時間的に変動するキャパシティを有する伝送チャネルを通して、適応可能な送出レートを有する送信機から損失を検出するために設計される受信機にデータを送信し、該送信器に損失を通知するために使用されるレート制御方法であって、
該レート制御方法は、
受信機により損失が通知されるまで、伝送チャネルを探すために該送出レートを繰返し上昇するステップと、
該伝送チャネルを探すフェーズを該送信機に終了させるように、送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティにまで上昇したとき、フェイクロスを通知するステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項７】
データが受信されたレートの推定値である受信レートを受信機で計算するステップと、送信機の送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティに上昇するかを判定するため、該受信レートの変化を監視するステップとをさらに有する、
ことを特徴とする請求項６記載のレート制御方法。
【請求項８】
プロセッサにより実行されたとき、請求項６又は７記載のレート制御方法の受信機の処理を実現するための命令を含むプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応可能な送出レートを有する送信機、時間変動するキャパシティを有する伝送チャネル、損失を検出するデータ制御手段を有する受信部、及び該損失を送信機に通知するためのフィードバック手段を少なくとも有するデータ伝送システムに関し、該送信機は、受信機により損失が通知されるまでその送出レートを繰返し上昇することで送信チャネルを探るためのプローブ手段を有している。
また、本発明は、かかる伝送システムで使用されるべき受信機に関する。
【０００２】
また、本発明は、適応可能な送出レートを有する送信機から、時間変動するキャパシティを有する伝送チャネルを介して、損失を検出して該損失を該送信機に通知するために設計される受信機にデータを送信するために使用されるレート制御方法に関し、該レート制御方法は、受信機により損失が通知されるまで伝送チャネルを探索する送信機の送出レートを繰返し上昇するステップを有している。
【０００３】
また、本発明は、プログラムはプロセッサにより実行されるとき、受信機で実現されるべき該レート制御方法のステップを実現するための命令を含むプログラムに関する。
【背景技術】
【０００４】
かかるレート制御方法の例は、IEEE  Network  May/June  2001  pages  28-37で出版されているJ.  Widmer,  R.  Denda及びM.  Mauveによる論文“A  survey  on  TCP-friendly  congestion  control”で発見することができる。
【０００５】
たとえば、ＴＦＲＣ（TCP-Friendly  Rate  Control  protocol）プロトコルでは、スタートアップの直後、送信機は、その送出レートを伝送チャネル帯域幅のフェアシェア（fair  share）に迅速に増加するため、「スロースタート」と呼ばれるフェーズに進む。おおよそ、ＴＦＲＣソロースタートは、送出レートのそれぞれのラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）を２倍することからなる。ＴＦＲＣスロースタートは、最初の損失報告で終了される。
【０００６】
たとえば、オーディオ／ビデオストリームの伝送について、インターネットを通したＴＣＰではないトラフィックの伝送について、かかるＴＣＰフレンドリなレートベースの制御プロトコルが設計されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、オーディオ／ビデオストリームサービスへの無線インターネットアクセスを可能にするように、「長距離細心ネットワーク（long  thin  network）」を通してかかるＴＣＰではないトラフィックの伝送に特に適応されるレート制御方法を提案することにある（長距離細心ネットワークは、G.  Montenegro,  S.  Dawkins,  M.  Kojo,  V.  Magret及び  N.  VaidyaによるRFC2527“Long  Thin  Networks”January  2000で定義されている）。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、請求項１乃至８に記載されるデータ伝送システム、受信機、レート制御方法及びプログラムで達成される。
【０００９】
本発明によれば、伝送チャネルが送信機の送出レートを反復的に上昇することで探索されるとき、送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティにまで上昇したときに受信機によりフェイクロス（fake  loss）が通知される。
【００１０】
長距離細心ネットワーク（ワイヤレスアクセスリンク、衛星リンク等）は、大きなラウンドトリップタイム（ＲＴＴ）を一般に含んでいる。典型的に、ラウンドトリップタイムは、インターネットへの有線アクセスについて数百ミリ秒に達し、無線アクセスについて数秒に達することがある。これは、高い反応性を防止する。特に、伝送チャネルが送信機の送出レートを反復的に上昇することで探索されるとき、伝送チャネルのキャパシティを超えるというリスクが存在し、これにより、受信機のフィードバックが送信機で時間通りに受信されないために更なる損失を生成する。
【００１１】
送信機の送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティにまで上昇したときにフェイクロスを通知することで、本発明は上記リスクを克服する。
【００１２】
有利なことに、受信機は、データが受信されたときのレートの推定値である受信レートを計算し、送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティに上昇されたかを決定するために該受信レートの変化をモニタする。
【００１３】
プローブフェーズの開始で、受信レートは送出レートと共に増加する。送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティに近くなるときに安定化し始める。したがって、受信レートの変化をモニタすることは、送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティにまで上昇したかに関する正確な指示を与える。
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の添付図面を参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る伝送システムは、例を介して図１に表現される。伝送システムは、送信機ＴＲ、伝送チャネルＣＸ、及び受信機ＲＲを含んでいる。記載される実施の形態では、送信機ＴＲは、ストリーミングサーバである。受信機ＲＲは、モバイル装置である。伝送チャネルＣＸは、（たとえば、インターネットネットワークである）パケット伝送ネットワークＮＥＴ及び（たとえば、ＧＰＲＳ又はＵＭＴＳ規格と互換性のあるネットワークである）無線アクセスネットワークＷＬＳを通して、長距離細心伝送チャネルである。伝送チャネルＣＸは共有されるリソースを使用するので、そのキャパシティは、予測不可能であって潜在的に広いやり方で変動する場合がある。図１で記載される伝送システムは、サーバＴＲにより供給されるオーディオ／ビデオストリーミングサービスへのワイヤレスアクセスを可能にする。
【００１５】
図１によれば、送信機ＴＲは、データソースＤＳｏ、ストリームリーダＳＲ、シェーパーＳＰ、及び送信／受信ブロックＴＢを有している。送信／受信機ブロックＴＢは、ＩＳＯプロトコルスタックの最初の４つのレイヤを実現する。この例では、ネットワークプロトコル（ＩＳＯレイヤ３）は、ＩＰ（Internet  Protocol）であり、トランスポートプロトコル（ＩＳＯレイヤ４）は、ＵＤＰ（User  Datagram  Protocol）を通してＲＴＰ（Real  time  Transfer  Protocol）である。ＵＤＰがレート制御をもたないトランスポートプロトコルであるとき、送信／受信ブロックＴＢは、特定のレート制御ブロックＴＣＢを有している。レート制御ブロックＴＣＢの目的は、伝送チャネルＣＸの現在のキャパシティに適したターゲットの送出レートを計算することである。このターゲット送出レートＸ（ｔ）は、シェーパーＳＰに送出される。ストリームリーダＳＲは、データソースＤＳｏからコンテンツサイズのデータパケットを得る。シェーパーＳＰの役割は、ターゲットの送出レートＸ（ｔ）がレート制御ブロックＴＣＢにより強制的に計算されるように、これらのデータパケットの送出時間を制御することである。シェーパーＳＰにより伝送されるとき、データパケットは、送信／受信ブロックＴＢに送出され、伝送チャネルＣＸを通して伝送されるため、上述されたトランスポートプロトコルに従って処理される。
【００１６】
受信機ＲＲは、送信／受信ブロックＲＢ及びストリームライタＳＷを有している。送信／受信ブロックＲＢは、ＩＳＯプロトコルスタックの最初の４つのレイヤを実現し、レート制御ブロックＲＣＢを有しており、その機能は、以下の記載で更に詳細に説明される。伝送チャネルＣＸを通して受信されるデータパケットは、送信／受信ブロックＲＢにより処理される。次いで、データパケットは、ストリームライタＳＷによりデータシンクＤＳｉで書き込まれる。
【００１７】
例を介して本明細書で説明される実施の形態では、レート制御ブロックＴＣＢ及びＲＣＢは、現在のバージョンのＴＦＲＣレート制御プロトコルと互換性のあるレート制御方法を実現する。これは限定的ではない。本発明は、受信機によりロスが報告されるまで送出レートを繰返し上昇することからなるプローブフェーズを有する他のプロトコルと使用される場合がある。
【００１８】
現在のバージョンのＴＦＲＣレート制御プロトコルは、2002年4月27日に出版され、2002年10月に終了したM.  Hanley,  J.  Padhye,  S.  Floyd及びJ.  WinderによるＩＥＴＦドラフト“TCP  friendly  rate  control  (TFRC)  :  protocol  specification”で記載されている。
【００１９】
図２は、ＴＦＲＣレート制御プロトコルに従って送信機ＴＲと受信機ＲＲとの間で交換される情報表現を与えている。図２に記載されるように、受信機ＲＲは、受信レートＲ（ｔ）及びロスインジケータｐ（ｔ）を計算する。受信レートＲ（ｔ）及びロスインジケータｐ（ｔ）の両者は、フィードバックリポートで送信機ＴＲに送信される（フィードバックリポートは、ＲＴＰ制御プロトコルを使用することで、受信機ＲＲから送信機ＴＲに送出される）。
【００２０】
受信レートＲ（ｔ）は、最後のフィードバックリポートからデータが受信されたときのレートの予測値である。
【００２１】
ロスインジケータｐ（ｔ）は、ＴＦＲＣにおけるロスイベントレートと呼ばれる。これは、平均のロスインターバルの逆数として定義され、ロスインターバルは、２つのロスイベントの間の受信パケットの数であり、ロスイベントは、現在のラウンドトリップタイムの期間を有する時間間隔で失われた１以上のパケットである。ロスイベントレートの計算は、ＴＦＲＣドラフトのパラグラフ５に見ることができる。
【００２２】
フィードリポートが受信されたとき、送信機ＴＲは、現在のラウンドトリップタイムＲＴＴ（ｔ）及び現在の再送信タイムアウトＲＴＯ（ｔ）を計算する。現在の再送信タイムアウトＲＴＯ（ｔ）は、現在のラウンドトリップタイムＲＴＴ（ｔ）から導出される。現在の再送信タイムアウトを計算するため、ＴＦＲＣは以下の近似を使用する。
ＲＴＯ（ｔ）＝４×ＲＴＴ（ｔ）
現在のラウンドトリップタイムＲＴＴ（ｔ）及び現在のタイムアウトＲＴＯ（ｔ）から、送信機は、許容される送出レートＴ（ｔ）を計算する。許容される送出レートを計算するために使用される式は、ＴＦＲＣドラフトのパラグラフ３．１で定義されており、以下の式で書くことができる。
【００２３】
【数１】
2005537735.tif 000003
Ｓはバイトでのデータパケットの平均サイズである。
【００２４】
その後、許容される送出レートＴ（ｔ）、ロスインジケータｐ（ｔ）及び受信レートＲ（ｔ）は、ターゲット送出レートＸ（ｔ）を計算するために使用される。ターゲット送出レートＸ（ｔ）を計算するために使用されるアルゴリズムは、ＴＦＲＣドラフトのパラグラフ４．３に定義され、以下のように書かれる。
【００２５】
【数２】
2005537735.tif 000004
また、（現在−スロースタートの間に最後に２倍された時間≧ＲＴＴ（ｔ））
【００２６】
【数３】
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「現在」とは送信機がフィードバックパケットを受信する時間である。
【００２７】
最後に、現在のラウンドトリップタイムＲＴＴ（ｔ）は、送信機ＴＲから受信機ＲＲに送出される。これは、現在のラウンドトリップタイムがロスインジケータｐ（ｔ）を計算するために受信機により使用されるためである。
【００２８】
上述された内容から分かるように、ターゲット送出レートを計算するために使用されるアルゴリズムは、伝送チャネルＣＸを探索するようにロスインジケータがゼロに等しいとき、ターゲット送出レートの各ラウンドトリップタイムを２倍にすることからなる。
【００２９】
本発明によれば、受信機は、送信器に該探索を強制的に終了させるように、送出レートが伝送チャネルＣＸの現在のキャパシティにまで上昇したとき、フェイクロス（ｐ（ｔ）≠０）を通知するために設計される。有利にも、送出レートが伝送チャネルの現在のキャパシティに上昇したかを判定するため、受信機は、受信レートＲ（ｔ）の変化をモニタする。好適な実施の形態は、図３に記載されている。
【００３０】
ボックスＢＸ１で示されるように、ロスインジケータｐ（ｔ）は、ＴＦＲＣドラフトで示される計算ルールに適用することで計算される。次いで、ボックスＢＸ２では、テストが実行される。ｐ（ｔ）≠０の場合、フィードバックリポートは、ボックスＢＸ６で示されるように送信機に直接送出される。フィードバックリポートは、ボックスＢＸ１で計算されるロスインジケータを有している。
【００３１】
ボックスＢＸ３では、受信レートの新たな値Ｒ（ｔ）が計算されるたび、受信機ＲＲは、受信レート｛Ｒ（ｔ），Ｒ（ｔ−１），…，Ｒ（ｔ−Ｎ＋１）｝の最後のＮ個の値の標準偏差σ（ｔ）及び平均値μ（ｔ）を更新する。その後、ボックスＢＸ４では、テストが実行される。
【００３２】
σ（ｔ）＜Ｋ.μ（ｔ）の場合、ここでＫは定数値であり、ボックスＢＸ５では、フェイクエラーが発生される。たとえば、このことは、ロスインジケータｐ（ｔ）を非ゼロの値に設定することで達成される。その後、フィードバックリポートは、ボックスＢＸ６で示されるように送信機に送出される。このフィードバックリポートは、ボックスＢＸ５で計算されたロスインジケータを含んでいる。
【００３３】
σ（ｔ）≧Ｋ.μ（ｔ）の場合、フィードバックリポートは、ボックスＢＸ６で示されるように送信機に直接送出される。このフィードバックリポートは、ボックスＢＸ１で計算されるロスインジケータを含んでいる。
【００３４】
たとえば、Ｋ＝０．０５及びＮ＝３。
上述された伝送システム、受信機、レート制御方法及びプログラムに関して、変更又は改善は、本発明の範囲から逸脱することなしに提案される場合がある。したがって、本発明は、提供される例に限定されるものではない。
【００３５】
特に、他の基準又は更なる基準は、フェイクロスが生成されなければならないかを判定するために受信機により使用される場合がある。
ワード「有する“comprising”」は、特許請求の範囲に列挙された以外のステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る伝送システムの例に関する概念的な表現である。
【図２】ＴＦＲＣプロトコルで交換される情報の概念的な表現である。
【図３】本発明に係るレート制御方法に関するブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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