(57)【要約】 【課題】衛星通信システムにおける通信ノードにおいて伝送帯域、回線数、データバッファ量といった通信ネットワーク資源を有効利用し、ユーザ条件もしくは通信サービス条件に応じたＱｏＳを満足するようネットワーク資源（伝送帯域）の割当をダイナミックかつリアルタイムに可能な技術を提供する。【解決手段】所定の遅延時間の目標発生確率ＯＰと目標伝送効率ＯＴＥを保持し、所定のトラヒック測定期間内のタイムスロット毎にパケットの遅延時間を測定し、そのうち前記所定の遅延時間の発生確率Ｐを算出し、所定のトラヒック測定期間内のパケットの伝送効率ＴＥを算出する。そして、前記発生確率Ｐと前記目標発生確率ＯＰとの差、又は／及び前記伝送効率ＴＥと前記目標伝送効率ＯＴＥとの差を算出し、前記差が所定の条件を満たす場合に、伝送帯域割当レートＴＢの変更を行う。【選択図】図２
2015211250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星通信システム全体の帯域割当制御を行う集中制御装置と通信を行い、パケットのキューと所定の伝送帯域割当レートＴＢによりパケットを送信する通信チャネル部とを備える通信ノードであって、
所定の遅延時間の目標発生確率ＯＰと目標伝送効率ＯＴＥのいずれか又は両方を保持するＱｏＳ制御係数管理部と、
所定のトラヒック測定期間内のタイムスロット毎にパケットの遅延時間を測定し、当該測定したパケットの遅延時間のうち前記所定の遅延時間の発生確率Ｐを算出し、後述の帯域割当制御部へ送信する遅延時間計算部と、
前記所定のトラヒック測定期間内における前記パケットの伝送効率ＴＥを算出し、後述の帯域割当制御部へ送信する伝送効率計算部と、
前記遅延時間計算部から前記発生確率Ｐを受信し、ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標発生確率ＯＰを保持している場合は、前記発生確率Ｐと前記目標発生確率ＯＰとの差である遅延時間発生確率差を算出し、
前記遅延時間計算部から前記伝送効率ＴＥを受信し、ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標伝送効率ＯＴＥを保持している場合は、前記伝送効率ＴＥと前記目標伝送効率ＯＴＥとの差である伝送効率差を算出し、
前記遅延時間発生確率差と前記伝送効率差が所定の条件を満たす場合は、伝送帯域割当レートＴＢの変更値を算出し、前記集中制御装置に対し前記変更値による伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求し、
前記要求が許諾された場合に、通信チャネル部に伝送帯域割当の変更指示を行う帯域割当制御部とを備え、
前記通信チャネル部は、前記変更指示を受信すると伝送帯域割当レートＴＢの変更を行うことを特徴とする通信ノード。
【請求項２】
請求項１記載の通信ノードであって、
前記ＱｏＳ制御係数管理部は、さらに伝送帯域割当レートＴＢを決定するための係数ｃ１を保持し、
前記帯域割当制御部は、
前記ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標発生確率ＯＰのみ保持し、かつ前記遅延時間発生確率差の絶対値が所定値ε以上の場合に、
前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ増加させ、
前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ減少させ、
前記ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標伝送効率ＯＴＥのみ保持し、かつ前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、
前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ増加させ、
前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ減少させ、
前記ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標発生確率ＯＰと前記目標伝送効率ＯＴＥの両方を保持している場合は、さらに遅延時間の発生確率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１１と、伝送効率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１２と、前記所定の遅延時間の発生確率と伝送効率のいずれを優先して伝送帯域割当レートＴＢを変更するかを示す優先度ＰＲを保持し、
前記遅延時間発生確率差の絶対値が前記所定値ε以上の場合に、
前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ増加させ、
前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ減少させる演算処理を行い、
前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、
前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ増加させ、
前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ減少させる演算処理を行い、
前記演算処理後の係数ｃ１１と前記演算処理後の係数ｃ１２を比較し、
前記演算後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値より小さい場合は、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、
前記演算処理後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値以上の場合は、
優先度ＰＲが所定の遅延時間の発生確率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、
優先度ＰＲが伝送効率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１２の値を代入し、
前記増加又は減少又は代入された係数ｃ１で決定される伝送帯域割当レートＴＢで前記集中制御装置に対し伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求することを特徴とする通信ノード。
【請求項３】
請求項２記載の通信ノードであって、
係数ｃ１で決定される伝送帯域割当レートＴＢは、
前記所定のトラヒック測定期間（Ｚタイムスロット分の時間）内のタイムスロットｊにおけるトラヒック負荷の１次モーメント（ＥＭＡ＿ＱＳＰ（ｊ））と２次モーメント（ＥＭＡ＿ＱＳＳ（ｊ））をそれぞれ式（１０）と式（１１）で算出し、
【数１】
2015211250.tif 000018
（ここで、Ｑ（ｊ）はタイムスロットｊの時の待ちキュー量、ＳＩ（ｊ）はタイムスロットｊの時の入力パケットの入力レート、ｄｔはタイムスロットの微小な時間単位を表す）
前記１次モーメント及び前記２次モーメントと平均、分散及び標準偏差間の変換式を適用し、トラヒック発生確率の平均値ＡＶＥ＿ＱＳ，分散値ＶＡＲ＿ＱＳ及び標準偏差ＳＴＤ＿ＱＳはそれぞれ式（１２）、式（１３）及び式（１４）で算出し、
【数２】
2015211250.tif 000019
（ここで、ＳＱＲＴ（  ）は、（  ）内数値の二乗根を表す）
上限トラヒックレートＴＨを式（１５）で算出し、
【数３】
2015211250.tif 000020
伝送帯域割当レートＴＢを式（３）で算出することを特徴とする通信ノード。
【数４】
2015211250.tif 000021
（ここで、ＭＩＮ＿ＲＡＴＥは最小伝送帯域レート、ＭＡＸ＿ＲＡＴＥは最大伝送帯域レートを表す）
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載の通信ノードであって、
さらに
前記所定のトラヒック測定期間内に前記キューに入力されるパケットの入力量と入力時刻を前記タイムスロット毎に測定する入力測定部と、
前記タイムスロット毎の入力時刻に、当該入力時刻までのすべての入力量の合計である累積入力量を計算し、当該入力時刻と当該入力時刻における入力量と前記計算した累積入力量を記憶する入力情報計算・記憶処理部と、
前記トラヒック測定期間内に前記キューから出力されるパケットの出力量と出力時刻を前記タイムスロット毎に測定する出力測定部と、
前記タイムスロット毎の出力時刻に、当該出力時刻までのすべての出力量の合計である累積出力量を計算し、当該出力時刻と当該出力時刻における出力量と前記計算した累積出力量を記憶する出力情報計算・記憶処理部とを備え、
前記遅延時間計算部は、
前記タイムスロット毎に記憶された入力時刻と入力量と累積入力量のうち、入力量が０でない時の入力時刻を遅延時間計算処理時刻とし、当該遅延時間計算処理時刻における累積入力量を取得し、前記タイムスロット毎に記憶された出力時刻と累積出力量のうち、前記累積入力量と同一かそれ以上の累積出力量に対応する出力時刻で、かつ前記遅延時間計算処理時刻以降の時刻のうち、最古の出力時刻である対応出力時刻を取得し、前記対応出力時刻と前記遅延時間計算処理時刻の差をパケット遅延時間として算出すること
を特徴とする通信ノード。
【請求項５】
衛星通信システム全体の帯域割当制御を行う集中制御装置と通信を行い、パケットのキューと所定の伝送帯域割当レートＴＢによりパケットを送信する通信チャネル部とを備える通信ノードにおける帯域割当方法であって、
所定の遅延時間の目標発生確率ＯＰと目標伝送効率ＯＴＥのいずれか又は両方を保持するＱｏＳ制御係数管理ステップと、
所定のトラヒック測定期間内のタイムスロット毎にパケットの遅延時間を測定し、当該測定したパケットの遅延時間のうち前記所定の遅延時間の発生確率Ｐを算出する遅延時間計算ステップと
前記所定のトラヒック測定期間内における前記パケットの伝送効率ＴＥを算出する伝送効率計算ステップと、
前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで前記目標発生確率ＯＰを保持している場合は、前記発生確率Ｐと前記目標発生確率ＯＰとの差である遅延時間発生確率差を算出し、
前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで前記目標伝送効率ＯＴＥを保持している場合は、前記伝送効率ＴＥと前記目標伝送効率ＯＴＥとの差である伝送効率差を算出し、
前記遅延時間発生確率差と前記伝送効率差が所定の条件を満たす場合は、伝送帯域割当レートＴＢの変更値を算出し、前記集中制御装置に対し前記変更値による伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求し、
前記要求が許諾された場合に、通信チャネル部に伝送帯域割当の変更指示を行う帯域割当制御ステップとを備え、
前記通信チャネル部は、前記変更指示を受信すると伝送帯域割当レートＴＢの変更を行うことを特徴とする帯域割当方法。
【請求項６】
請求項５記載の帯域割当方法であって、
前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで、さらに伝送帯域割当レートＴＢを決定するための係数ｃ１を保持し、
前記帯域割当制御ステップは、
前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで前記目標発生確率ＯＰのみ保持し、かつ前記遅延時間発生確率差の絶対値が所定値ε以上の場合に、
前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ増加させ、
前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ減少させ、
前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで前記目標伝送効率ＯＴＥのみ保持し、かつ前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、
前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ増加させ、
前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ減少させ、
前記ＱｏＳ制御係数管理ステップが前記目標発生確率ＯＰと前記目標伝送効率ＯＴＥの両方を保持している場合は、さらに遅延時間の発生確率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１１と、伝送効率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１２と、前記所定の遅延時間の発生確率と伝送効率のいずれを優先して伝送帯域割当レートＴＢを変更するかを示す優先度ＰＲを保持し、
前記遅延時間発生確率差の絶対値が前記所定値ε以上の場合に、
前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ増加させ、
前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ減少させる演算処理を行い、
前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、
前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ増加させ、
前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ減少させる演算処理を行い、
前記演算処理後の係数ｃ１１と前記演算処理後の係数ｃ１２を比較し、
前記演算後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値より小さい場合は、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、
前記演算処理後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値以上の場合は、
優先度ＰＲが所定の遅延時間の発生確率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、
優先度ＰＲが伝送効率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１２の値を代入し、
前記増加又は減少又は代入された係数ｃ１で決定される伝送帯域割当レートＴＢで前記集中制御装置に対し伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求することを特徴とする帯域割当方法。
【請求項７】
請求項５乃至請求項６記載の帯域割当方法をコンピュータに実行させるための帯域割当プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケット通信ネットワーク分野に関し、要求割当多元接続（DAMA（Demand Assigned Multiple Access）：以下、ＤＡＭＡと称す）方式を利用した、あるいは動的に帯域割当制御を行う通信ノードに対する帯域割当方法とその装置に関する。
【０００２】
以下の説明では、「トラヒック」ならびに「パケット」という用語を用いている。前者は入出力する対象を「流れ」として意識した場合に、後者はトラヒックを形成する「個々」を意識した場合に用いているが、両者の内容は大きく異なることはない。
【背景技術】
【０００３】
パケット通信ネットワークは、１つまたは複数のコンピュータ・端末の間の通信を可能にする。通信ネットワークは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット、ワイヤレス・ネットワーク等を含んでいる。ネットワークを利用して通信を行う際、どのような品質（パケット転送遅延、パケット損失率等）で通信を行うかはサービスを利用するユーザにとって重要かつ基本的な問題である。特にパケット転送遅延は、パケット損失と並んで通信品質を決定づける支配要因であるため、正確にその特性を把握しておく必要がある。
【０００４】
通信ネットワークの構成・制御技術については、種々の形態の通信ネットワーク、例えば、固定電話ネットワーク、携帯電話ネットワーク、インターネット、衛星通信ネットワーク等が提供され、最近ではＮＧＮ（New Generation Network）が勧告化されるなどその技術的な進展については枚挙のいとまがない。
【０００５】
これらの技術を通信ネットワークの通信品質の観点からその動向を探ると、ネットワーク資源の有効利用を図って経済効果を上げながらユーザが希望した通信品質を提供することが益々求められている。例えば、ＶＳＡＴ（Very Small Aperture Terminal）衛星通信システムにおけるＤＡＭＡ方式では、入力通信トラヒックに応じて衛星通信チャネルの伝送帯域を適宜割当て、通信品質確保のためダイナミックに衛星通信システムの運用条件を変化させるシステムが実際に提供されている。ただし、「資源利用の効率性」と「通信品質」の両評価指標をダイナミックかつリアルタイムに提供する技術は確立しておらず、今後、種々の技術的な改良が必要と考えられている。
【０００６】
通信品質については、ＩＴＵ（International Telecommunication Union）、ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force)等から勧告化されており、パケット通信ネットワークにおいては以下に示す評価指標が基本的なものとして扱われている。
・パケット遅延時間
・パケット遅延ゆらぎ
・パケット損失率
【０００７】
これらの項目は、基本的にエンドーエンド間の通信品質として規定されているが、通信ネットワークを構成する通信ノード、伝送路にそれぞれの設計値が配分される。しかし、配分された規定値を順守するためにこれらきめ細かく設定・監視する手段が存在しないことが今後の大きな課題になっている。
【０００８】
本発明と関連する特許文献例を特許文献１及び特許文献２に示す。
【０００９】
特許文献１は、ＤＡＭＡ機能を持った統計多重化装置について装置全般の制御信号のシーケンス（通信メッセージのやりとり）について示している。統計多重が可能な入力トラヒック量を測定しその量に応じて伝送帯域幅を増減させる方法である。しかし、その方法はトラヒック量の多少で判断しており、転送遅延等の通信品質の評価指標を直接測定して制御していない。このため、高い精度や評価指標による多様性をはかることが困難である。
【００１０】
特許文献２は、ＤＡＭＡ機能を持った衛星通信装置において過去における通信要求状況およびサービス品質にもとづき将来における通信要求状況およびサービス品質を予測した上、予め設定されたサービス品質を満足させるとともに回線使用率の向上をはかることを目的とした発明である。しかし、評価指標とするサービス品質は、回線の接続品質である呼損率を対象としており、リアルタイムに通信特性（遅延時間等）を測定してダイナミックに伝送帯域の割当てを変更することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平8‐97796号公報
【特許文献２】特開平8‐23297号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】「DAMA回線制御方式」、自治体衛星通信機構、LASCOM STD-401
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
近年、アプリケーションの多様化から急激（バースト的）に変化するトラヒックに対しても追随性のよい、すなわちネットワーク資源の効率利用を図りつつサービス性を確保（短遅延時間転送）する伝送帯域制御が望まれている。言い換えると、ネットワーク資源の効率的な利用をはかりつつ、通信サービスのユーザが望むＱｏＳ（Quality of Service）、もしくは通信サービスに応じたＱｏＳを提供する方向で技術革新を進める必要がある。このような通信品質管理・制御技術は、通信サービスの提供方法やネットワーク運用管理で解決する問題ではなく、通信品質管理・制御技術の仕組みそのものを通信ノードに持たせるような技術的なブレークスルーが必要になる。具体的には、通信ノードにおいて伝送帯域、回線数、データバッファ量といった通信ネットワーク資源を有効利用しながら要望されるＱｏＳを提供できるように通信ネットワークを構築していく必要がある。特に衛星通信では資源（伝送帯域）が地上ネットワークに比べ高価であるため、ネットワーク資源の有効利用と高いＱｏＳ提供を両立させることは益々重要になっている。
【００１４】
本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、通信ノードにおいて伝送帯域、回線数、データバッファ量といった通信ネットワーク資源を有効利用し、通信サービスにおけるユーザが望むＱｏＳ、もしくは通信サービスに応じたＱｏＳを満足するため、ネットワーク資源（伝送帯域）の割当をダイナミックかつリアルタイムに可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、衛星通信システム全体の帯域割当制御を行う集中制御装置と通信を行い、パケットのキューと所定の伝送帯域割当レートＴＢによりパケットを送信する通信チャネル部とを備える通信ノードであって、所定の遅延時間の目標発生確率ＯＰと目標伝送効率ＯＴＥのいずれか又は両方を保持するＱｏＳ制御係数管理部と、所定のトラヒック測定期間内のタイムスロット毎にパケットの遅延時間を測定し、当該測定したパケットの遅延時間のうち前記所定の遅延時間の発生確率Ｐを算出し、後述の帯域割当制御部へ送信する遅延時間計算部と、前記所定のトラヒック測定期間内における前記パケットの伝送効率ＴＥを算出し、後述の帯域割当制御部へ送信する伝送効率計算部と、前記遅延時間計算部から前記発生確率Ｐを受信し、ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標発生確率ＯＰを保持している場合は、前記発生確率Ｐと前記目標発生確率ＯＰとの差である遅延時間発生確率差を算出し、前記遅延時間計算部から前記伝送効率ＴＥを受信し、ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標伝送効率ＯＴＥを保持している場合は、前記伝送効率ＴＥと前記目標伝送効率ＯＴＥとの差である伝送効率差を算出し、前記遅延時間発生確率差と前記伝送効率差が所定の条件を満たす場合は、伝送帯域割当レートＴＢの変更値を算出し、前記集中制御装置に対し前記変更値による伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求し、前記要求が許諾された場合に、通信チャネル部に伝送帯域割当の変更指示を行う帯域割当制御部とを備え、前記通信チャネル部は、前記変更指示を受信すると伝送帯域割当レートＴＢの変更を行う通信ノードに関する。
【００１６】
本発明の第２の態様は、第１の態様の通信ノードであって、前記ＱｏＳ制御係数管理部は、さらに伝送帯域割当レートＴＢを決定するための係数ｃ１を保持し、前記帯域割当制御部は、前記ＱｏＳ制御係数管理部が前記目標発生確率ＯＰのみ保持し、かつ前記遅延時間発生確率差の絶対値が所定値ε以上の場合に、前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ増加させ、前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ減少させ、前記ＱｏＳ制御係数管理部が目標伝送効率ＯＴＥのみ保持し、かつ前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ増加させ、前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ減少させ、前記ＱｏＳ制御係数管理部は、前記目標発生確率ＯＰと前記目標伝送効率ＯＴＥの両方を保持している場合は、さらに遅延時間の発生確率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１１と、伝送効率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１２と、前記所定の遅延時間の発生確率と伝送効率のいずれを優先して伝送帯域割当レートＴＢを変更するかを示す優先度ＰＲを保持し、前記帯域割当制御部は、前記遅延時間発生確率差の絶対値が前記所定値ε以上の場合に、前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ増加させ、前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ減少させる演算処理を行い、前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ増加させ、前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ減少させる演算処理を行い、前記演算処理後の係数ｃ１１と前記演算処理後の係数ｃ１２を比較し、前記演算後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値より小さい場合は、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、前記演算処理後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値以上の場合は、優先度ＰＲが所定の遅延時間の発生確率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、優先度ＰＲが伝送効率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１２の値を代入し、前記増加又は減少又は代入された係数ｃ１で決定される伝送帯域割当レートＴＢで前記集中制御装置に対し伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求する通信ノードに関する。
【００１７】
本発明の第３の態様は、第２の態様の通信ノードであって、係数ｃ１で決定される伝送帯域割当レートＴＢは、前記所定のトラヒック測定期間（Ｚタイムスロット分の時間）内のタイムスロットｊにおけるトラヒック負荷の１次モーメント（ＥＭＡ＿ＱＳＰ（ｊ））と２次モーメント（ＥＭＡ＿ＱＳＳ（ｊ））をそれぞれ式（１０）と式（１１）で算出し、
【数５】
2015211250.tif 000003
（ここで、Ｑ（ｊ）はタイムスロットｊの時の待ちキュー量、ＳＩ（ｊ）はタイムスロットｊの時の入力パケットの入力レート、ｄｔはタイムスロットの微小な時間単位を表す）前記１次モーメント及び前記２次モーメントと平均、分散及び標準偏差間の変換式を適用し、トラヒック発生確率の平均値ＡＶＥ＿ＱＳ，分散値ＶＡＲ＿ＱＳ及び標準偏差ＳＴＤ＿ＱＳはそれぞれ式（１２）、式（１３）及び式（１４）で算出し、
【数６】
2015211250.tif 000004
（ここで、ＳＱＲＴ（  ）は、（  ）内数値の二乗根を表す）
上限トラヒックレートＴＨを式（１５）で算出し、
【数７】
2015211250.tif 000005
伝送帯域割当レートＴＢを式（３）で算出する通信ノードに関する。
【数８】
2015211250.tif 000006
（ここで、ＭＩＮ＿ＲＡＴＥは最小伝送帯域レート、ＭＡＸ＿ＲＡＴＥは最大伝送帯域レートを表す）
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１乃至第３の態様の通信ノードであって、  さらに前記所定のトラヒック測定期間内に前記キューに入力されるパケットの入力量と入力時刻を前記タイムスロット毎に測定する入力測定部と、前記タイムスロット毎の入力時刻に、当該入力時刻までのすべての入力量の合計である累積入力量を計算し、当該入力時刻と当該入力時刻における入力量と前記計算した累積入力量を記憶する入力情報計算・記憶処理部と、前記トラヒック測定期間内に前記キューから出力されるパケットの出力量と出力時刻を前記タイムスロット毎に測定する出力測定部と、前記タイムスロット毎の出力時刻に、当該出力時刻までのすべての出力量の合計である累積出力量を計算し、当該出力時刻と当該出力時刻における出力量と前記計算した累積出力量を記憶する出力情報計算・記憶処理部とを備え、前記遅延時間計算部は、前記タイムスロット毎に記憶された入力時刻と入力量と累積入力量のうち、入力量が０でない時の入力時刻を遅延時間計算処理時刻とし、当該遅延時間計算処理時刻における累積入力量を取得し、前記タイムスロット毎に記憶された出力時刻と累積出力量のうち、前記累積入力量と同一かそれ以上の累積出力量に対応する出力時刻で、かつ前記遅延時間計算処理時刻以降の時刻のうち、最古の出力時刻である対応出力時刻を取得し、前記対応出力時刻と前記遅延時間計算処理時刻の差をパケット遅延時間として算出する通信ノードに関する。
【００１９】
本発明の第５の態様は、衛星通信システム全体の帯域割当制御を行う集中制御装置と通信を行い、パケットのキューと所定の伝送帯域割当レートＴＢによりパケットを送信する通信チャネル部とを備える通信ノードにおける帯域割当方法であって、所定の遅延時間の目標発生確率ＯＰと目標伝送効率ＯＴＥのいずれか又は両方を保持するＱｏＳ制御係数管理ステップと、所定のトラヒック測定期間内のタイムスロット毎にパケットの遅延時間を測定し、当該測定したパケットの遅延時間のうち前記所定の遅延時間の発生確率Ｐを算出する遅延時間計算ステップと、前記所定のトラヒック測定期間内における前記パケットの伝送効率ＴＥを算出する伝送効率計算ステップと、前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで前記目標発生確率ＯＰを保持している場合は、前記発生確率Ｐと前記目標発生確率ＯＰとの差である遅延時間発生確率差を算出し、前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで前記目標伝送効率ＯＴＥを保持している場合は、前記伝送効率ＴＥと前記目標伝送効率ＯＴＥとの差である伝送効率差を算出し、前記遅延時間発生確率差と前記伝送効率差が所定の条件を満たす場合は、伝送帯域割当レートＴＢの変更値を算出し、前記集中制御装置に対し前記変更値による伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求し、前記要求が許諾された場合に、通信チャネル部に伝送帯域割当の変更指示を行う帯域割当制御ステップとを備え、前記通信チャネル部は、前記変更指示を受信すると伝送帯域割当レートＴＢの変更を行う帯域割当方法に関する。
【００２０】
本発明の第６の態様は、第５の態様の帯域割当方法であって、前記ＱｏＳ制御係数管理ステップは、さらに伝送帯域割当レートＴＢを決定するための係数ｃ１を保持し、前記帯域割当制御ステップは、前記ＱｏＳ制御係数管理ステップで前記目標発生確率ＯＰのみ保持し、かつ前記遅延時間発生確率差の絶対値が所定値ε以上の場合に、前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ増加させ、前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値αだけ減少させ、前記ＱｏＳ制御係数管理で前記目標伝送効率ＯＴＥのみ保持し、かつ前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ増加させ、前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１を所定値βだけ減少させ、前記ＱｏＳ制御係数管理ステップが前記目標発生確率ＯＰと前記目標伝送効率ＯＴＥの両方を保持している場合は、さらに遅延時間の発生確率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１１と、伝送効率に対応して係数ｃ１を決定するための係数ｃ１２と、前記所定の遅延時間の発生確率と伝送効率のいずれを優先して伝送帯域割当レートＴＢを変更するかを示す優先度ＰＲを保持し、前記遅延時間発生確率差の絶対値が前記所定値ε以上の場合に、前記遅延時間発生確率差が正ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ増加させ、前記遅延時間発生確率差が負ならば、前記係数ｃ１１を前記所定値αだけ減少させる演算処理を行い、前記伝送効率差の絶対値が所定値ξ以上の場合に、前記伝送効率差が負ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ増加させ、前記伝送効率差が正ならば、前記係数ｃ１２を所定値βだけ減少させる演算処理を行い、前記演算処理後の係数ｃ１１と前記演算処理後の係数ｃ１２を比較し、前記演算後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値より小さい場合は、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、前記演算処理後の係数ｃ１１の値が前記演算処理後の係数ｃ１２の値以上の場合は、優先度ＰＲが所定の遅延時間の発生確率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１１の値を代入し、優先度ＰＲが伝送効率を優先することを示すならば、係数ｃ１に前記演算処理後の係数ｃ１２の値を代入し、前記増加又は減少又は代入された係数ｃ１で決定される伝送帯域割当レートＴＢで前記集中制御装置に対し伝送帯域割当レートＴＢの変更を要求する帯域割当方法に関する。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第５乃至第６の態様の帯域割当方法をコンピュータに実行させるための帯域割当プログラムに関する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、通信ノード内でネットワーク輻輳等の要因により大きくなる可能性のある遅延、特に転送待ち行列における待ち合わせ時間といった遅延特性および伝送効率をリアルタイムに測定し、ネットワーク資源（伝送帯域）の割当をダイナミックかつリアルタイムに行うことにより、通信ノード内でＱｏＳを満足するトラヒック制御を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、通信ノード（パケット交換機、パケット多重化装置、パケット端末等）内において通信ネットワーク資源の有効活用をはかりながら所定のＱｏＳを満足することを実現するＤＡＭＡにおける帯域割当制御方式に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＶＳＡＴ（Very Small Aperture terminal）を利用した衛星通信システムの概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係るパケット通信ネットワークでのシステム構成図である。
【図３】トラヒック測定に基づく伝送帯域制御の動作概念図である。
【図４】トラヒック測定に基づくトラヒック監視制御部１４の動作フローを示す図である。
【図５】トラヒック測定に基づくトラヒック監視制御部１４の動作フローを示す図である。
【図６】遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐを算出する動作フローである。
【図７】通信ノードにおける待ちキューの概略を示す図である。
【図８】通信ノードにおける遅延時間の内容を示す図である。
【図９】パケットの遅延時間を求める原理を示す図である。
【図１０】遅延時間計算部１４６の動作を示すフローチャートである。
【図１１】データベース（ＤＢ）内の情報を示す図である。
【図１２】パケット遅延時間の発生確率分布を示す図である。
【図１３】入力パケットのトラヒックレートの発生頻度分布を示す図である。
【図１４】本発明の数値シミュレーション結果（ｃ１＝４）を示す図である。
【図１５】本発明の数値シミュレーション結果（ｃ１＝２）を示す図である。
【図１６】本発明の数値シミュレーション結果（ｃ１＝１）を示す図である。
【図１７】本発明の数値シミュレーション結果（ｃ１＝０）を示す図である。
【図１８】本発明の数値シミュレーション結果である遅延時間の発生確率分布を示す図である。
【図１９】本発明の数値シミュレーション結果である係数ｃ１に対する伝送効率の関係を示す図である。
【図２０】係数ｃ１を選択する考え方を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２６】
図１は、ＶＳＡＴ（Very Small Aperture terminal）を利用した衛星通信システムの概念図である。このシステムは、衛星通信システム全体を制御するＤＡＭＡ集中制御局６と通信端末に相当するＶＳＡＴ局１から構成される。ＤＡＭＡ制御による帯域割当制御方式は、衛星とＶＳＡＴ局間のＩＰ通信に適用されているものであり、非特許文献１に記載されている。各ＶＳＡＴ局１及びＤＡＭＡ集中制御局６との間は衛星通信チャネルで接続されており、ＶＳＡＴ局間はデータ通信チャネル８により音声やデータ等のパケットが送受信され、ＶＳＡＴ局とＤＡＭＡ集中制御局間は制御信号用チャネル７により、帯域割当制御のための信号が送受信される。ここで、ＶＳＡＴは小型地球局であるが、これに限らず衛星通信システムにおいて通信衛星を経由して他の地球局と無線通信できる地球局であればよく、ここでは地球局の１つとしてＶＳＡＴにより説明するものである。なお、ＶＳＡＴ局１は図２以降の説明では通信ノード１と、ＤＡＭＡ集中制御局６は図２以降の説明では集中制御装置６と、データ通信チャネル８は図２以降の説明では入回線４−１乃至４−４および出回線５−１乃至５−４に対応するものとする。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に係るパケット通信ネットワークでのシステム構成図である。通信回線の設定はすでに行われているものとし、通信回線が設定された後の動作について説明するものである。通信ノード１は、前記衛星通信チャネルの前記データ通信チャネル８である入回線４−１乃至４−４を通じて入力された各入力パケット２−１乃至２−４の受信を行い、前記衛星通信チャネルの前記データ通信チャネル８である出回線５−１乃至５−４を通じて出力パケット３−１乃至３−４を送信する機能を有るものである。そして、パケットのトラヒックの状況に応じて集中制御装置６に対して帯域割当（伝送帯域の変更）要求を行い、ＯＫの応答が受信されれば、出回線５−１乃至５−４の伝送帯域を変更することにより、通信サービスに応じたQoS条件を満足できるようなネットワーク資源（伝送帯域）の割当を行うものである。ここで、入回線４−１乃至４−４並びに出回線５−１乃至５−４はそれぞれ４回線としているが、これに限定されるものではなく、通信ノード１の性能や構成に応じて、回線数をより多くしたり少なくしたりしても良いものとする。また、入力パケット２−１乃至２−４、出力パケット３−１乃至３−４、入回線４−１乃至４−４、出回線５−１乃至５−４は、それぞれの一つを代表するものとして表現する場合は、それぞれ入力パケット２、出力パケット３、入回線４、出回線５と記載するものとする。
【００２８】
集中制御装置６は、前記衛星通信チャネルの前記制御信号用チャネル７を経由した通信ノード１からの帯域割当要求（伝送帯域の変更）の是非（許容範囲内にあるか否か）を判断し、その判断結果の応答を前記衛星通信チャネルの前記制御信号用チャネル７を経由して送信するものである。
【００２９】
通信ノード１は、入回線４からの入力パケット２の受信処理を行う入力パケット受信部１１と、前記入力パケット受信部１１からのパケットの転送待ち処理を行う転送待合せ処理部１２と前記転送待合せ処理部１２からのパケットを送信する出力パケット送信部１３と、前記出力パケット送信部１３からのパケットを出回線５へ出力する通信チャネル部１５と、前記入力パケット受信部１１でのパケットのトラフック量と出力パケット送信部１３でのパケットのトラヒック量と前記転送待ち合わせ処理部１２でのキュー長を監視し、伝送帯域の割当の制御を行うトラヒック監視制御部１４から構成される。
【００３０】
入力パケット受信部１１は、入回線４からの入力パケット２を受信し、当該パケットの正常性を確認し、正常な場合は後述するキュー１２１に繋ぐ機能を有する。キュー１２１に空きがある場合は入力パケットを廃棄することはないが、通信ネットワークが輻輳したり障害が発生したりするとキュー１２１が満杯となり当該パケットは廃棄され、パケット損失となる。
【００３１】
転送待合せ処理部１２は前記入力パケット受信部１１からの入力パケット２を出力パケット３として送信処理するまで一時的に待合せするための待ち行列であるキュー１２１−１乃至１２１−４から構成される。この場合にキュー１２１−１乃至１２１−４は４つ存在するが、これに限定されるものではなく、通信ノードの性能や構成に応じて多くしたり少なくしたりしてもよいものとする。また、キュー１２１−１乃至１２１−４の一つを代表するものとして表現する場合は、キュー１２１と記載するものとする。
【００３２】
前記入力パケット受信部１１からのパケットは、キュー１２１に入力されるが、キューの中に以前に入力され滞留しているパケットである転送待ちのキュー長が０の場合はただちに前記出力パケット送信部１３へ送信されるが、転送待ちのキュー長が０でない場合は当該キュー長が０となるまでキュー１２１で待つこととなる。キューの接続・制御方法には種々の方式が存在するが、本実施例では簡単のためFIFO（First-In-First-Out）形式の待ちキューモデルを前提とする。
【００３３】
出力パケット送信部１３は、キュー１２１の出力側に存在するパケットを通信チャネル部１５へ送信するものであり、出回線５である衛星通信チャネルが空き状態になると、キュー１２１から待ち状態にあるパケットを取り出し、通信チャネル部１５に送信する。
【００３４】
通信チャネル部１５は、出力パケット送信部１３からの出力パケットを出回線５に出力パケット３として送信するものであり、出回線５の伝送帯域を増減することが可能であり、トラヒック監視制御部１４内の後述する帯域割当制御部１４９からの帯域割当指示信号により伝送帯域が制御されるものである。
【００３５】
トラヒック監視制御部１４は、入力トラヒック量、転送待ちのキュー長、出力トラヒック量を前記タイムスロット毎に監視し、以下の事項に関するデータ集計・分析を行う。
・転送待ちのキュー長
・割当てられた伝送帯域
・転送待ちのキューにおける遅延時間
・伝送効率
【００３６】
そして、分析の結果、通信チャネル部１５の伝送帯域が不足していると判断した場合は制御信号用チャネル７を通じてＤＡＭＡ集中制御局６に伝送帯域割当要求を行い、ＤＡＭＡ集中制御局６からの応答が「許諾」の場合、それに基づいて通信チャネル部１５に対して帯域割当指示を行う。
【００３７】
当該トラヒック監視制御部１４におけるトラヒック測定に基づく伝送帯域制御の動作概念を図３に示す。トラヒック監視制御部１４は、一定のトラヒック測定期間（Ｚタイムスロット分の時間）を設け、当該測定期間でのトラヒック測定・分析結果を次の送信処理に反映させるように動作する。トラヒック測定期間（Ｚタイムスロット分の時間）は、数千単位時間以上と推測される。このようにパケットのトラヒックに応じて伝送帯域をリアルタイムに変更することにより、ＱｏＳ条件を満足できるようなネットワーク資源（伝送帯域）の割当をすることができるものである。ここで、各パラメータを以下の通り定義する。なお、「タイムスロットｘｘ」と記載する場合、「ｘｘ」は各タイムスロットを時系列にナンバリングしているものとする。
・ｋ，ｋ＋１，ｋ＋２，・・・：各トラヒック測定期間の識別番号（時系列順に１ずつ増加）
・ｍst（ｋ）：トラフィック測定・分析（ｋ）における測定開始のタイムスロットの番号
・ｍend（ｋ）：トラフィック測定・分析（ｋ）における測定終了のタイムスロットの番号
この場合、測定時間がＺタイムスロット分の時間であるので、ｍend（ｋ）＝ｍst（ｋ）＋Ｚ、ｍend（ｋ＋１）＝ｍst（ｋ＋１）＋Ｚとなる。
【００３８】
システムの動作を説明する上で使用する各変数について定義する。当該システムにおける時間は、微小な時間単位ｄｔ（例えばミリ秒（msec））を定義し、当該時間単位ｄｔをもとにしたタイムスロットｉにおける各変数を以下の通り定義する。なお、ＶＳＡＴ局１への入力トラヒックは、キュー１２１が空き状態であっても通過するのに１＊ｄｔの時間が必要である。
・ＳＩ（ｉ）：タイムスロットｉにおける入力パケット２の入力レート
・ＳＯ（ｉ）：タイムスロットｉにおける出力パケット３の出力レート
・Ｑ（ｉ）：タイムスロットｉにおける転送待ち合わせ処理部１２内のキュー１２１における待ちキュー量
・ＴＢ（ｉ）：タイムスロットｉにおける衛星通信チャネルのデータ通信チャネル８である出回線５の伝送帯域割当レート
【００３９】
図２に示す当該トラヒック監視制御部１４は、入力パケット受信部１１における入力タイムスロットｉにおけるパケットの入力レートＳＩ（ｉ）を測定する入力測定部１４１と、前記入力タイムスロットｉおよび入力量ＳＩ（ｉ）を記憶処理し、パケットの累積入力量ＴＩＮ（ｉ）を計算及び記憶処理する入力情報計算・記憶処理部１４３と、出力パケット送信部１３の出力におけるパケットの出力タイムスロットｉにおける出力レートＳＯ（ｉ）を測定する出力測定部１４２と、前記タイムスロットｉおよび出力レートＳＯ（ｉ）を記憶し、パケットの累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ）を計算し、記憶処理する出力情報計算・記憶処理部１４４と、タイムスロットｉにおける待ちキュー量Ｑ（ｉ）を測定し、記憶処理するキュー長測定・記憶処理部１５０と、前記タイムスロットｉと前記累積入力量ＴＩＮ（ｉ）と前記出力タイムスロットｉと累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ）とタイムスロットｉにおける待ちキュー量Ｑ（ｉ）とを記憶する記憶部１４５と、前記記憶部１４５に記憶されたデータに基づき、遅延時間ＤＬ（ｉ）を計算し記憶部１４５に記憶処理するとともに各遅延時間の発生確率を算出し後述する帯域割当制御部１４９に送信する遅延時間計算部１４６と、ユーザ条件やサービス条件に応じたＱｏＳを実現するための遅延時間の発生確率や伝送効率の目標値等を管理するＱｏＳ制御係数管理部１４８と、データ通信チャネル８での伝送効率を算出する伝送効率計算部１４７と、遅延時間計算部１４６からのパケット遅延時間の発生確率と伝送効率計算部１４７からの伝送効率の情報をもとに、通信チャネルの伝送帯域の過不足に応じて、集中制御装置６に伝送帯域割当を増減する要求を送信し、当該要求に対する応答が許諾であるならば、通信チャネル部１５に対し、伝送路の帯域割当指示信号を送信する帯域割当制御部１４９から構成される。
【００４０】
入力測定部１４１は、ある微小な単位時間ｄｔ（例えばミリ秒（msec））内において通信ノード１に入力された入力パケット２が入力パケット受信部１１を経由し転送待合せ処理部１２に入力されるときにその入力タイムスロットｉにおける当該単位時間ｄｔ内の入力パケットの入力レートＳＩ（ｉ）を測定し、入力情報計算・記憶処理部１４３に送る処理を行うものである。
【００４１】
入力情報計算・記憶処理部１４３は、入力測定部１４１から送られてきた前記入力タイムスロットｉと入力量ＳＩ（ｉ）＊ｄｔを記憶部１４５に記憶し、前記入力量ＳＩ（ｉ）＊ｄｔにもとづき前記入力タイムスロットｉまでの入力量の総計である累積入力量ＴＩＮ（ｉ）を計算し、記憶部１４５に記憶処理するものである。
【００４２】
出力測定部１４２は、ある単位時間ｄｔ内において転送待合わせ処理部１２から出力された出力パケットが出力パケット送信部１３を経由して通信チャネル部１５に送信されるときにその出力タイムスロットｉにおける出力パケットの出力レートＳＯ（ｉ）を測定し、出力情報計算・記憶処理部１４４に送る処理を行うものである。
【００４３】
出力情報計算・記憶処理部１４４は、出力測定部１４２から送られてきた前記出力タイムスロットｉと出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔを記憶部１４５に記憶し、前記出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔにもとづき前記出力タイムスロットｉまでの出力量の総計である累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ）を計算し、記憶部１４５に記憶処理するものである。
【００４４】
キュー長測定・記憶処理部１５０は、転送待合せ処理部１２における待ちキュー量Ｑ（ｉ）を測定し、記憶部１４５にタイムスロットｉとともに記憶処理するものである。なお、廃棄トラヒックは系に入る前に廃棄されるため、系内のトラヒック負荷にはならないので、廃棄トラヒック分はこの計算において除くことができる。
【００４５】
ここで、転送待合せ処理部１２のキュー１２１において、次回のタイムスロットｉ＋１における待ちキュー量Ｑ（ｉ＋１）はタイムスロットｉの時の入出力パケットの差と待ちキュー量Ｑ（ｉ）から、式（１）にて、ＳＯ（ｉ）は、伝送帯域割当レートＴＢ（ｉ）と出力トラヒックレートＱ（ｉ）／ｄｔ＋ＳＩ（ｉ）の大小関係により選択され、式（２）の関係が成立する。
【数９】
2015211250.tif 000007
【００４６】
ここで、ｍｉｎ｛  ｝は、｛  ｝内の内部要素のうち最小値のものを選択する意味である。
【００４７】
記憶部１４５は、後述する図１１に示すようなテーブル形式のデータベース（ＤＢ）を記憶するものであり、前記トラヒック監視制御部１４において帯域割当制御を行うために必要となる各種情報を記憶するものである。具体的には、入力パケットの測定時の入力タイムスロットｉと、前記入力タイムスロットｉにおける入力パケット２の入力量ＳＩ（ｉ）＊ｄｔと、出力タイムスロットｉにおけるパケットの前記出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔと、タイムスロットｉにおけるキュー１２１のパケットの待ちキュー量Ｑ（ｉ）と、タイムスロットｉにおける入力パケットの累積入力量ＴＩＮ（ｉ）と、タイムスロットｉにおける出力パケットの累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ）と、タイムスロットｉにおける算出された遅延時間ＤＬ（ｉ）と、後述する遅延時間計算部１４６により算出され記憶されたデータである入力時刻ＩＮ（ｉ）と出力時刻ＯＵＴ（ｉ）と遅延時間ＤＬ（ｉ）から構成される。
【００４８】
遅延時間計算部１４６は、記憶部１４５に記憶された情報をもとに転送待合せ処理部１２のキュー１２１におけるパケット遅延時間ＤＬ（ｉ）を算出し、記憶処理するものであり、記憶したパケット遅延時間ＤＬ（ｉ）のうち、後述する所定の発生確率Ｐを算出し、帯域割当制御部１４９に送るものである。
【００４９】
ＱｏＳ制御係数管理部１４８は、帯域割当制御部１４９がユーザ条件やサービス条件に応じたＱｏＳを満足するための帯域割当制御を行うのに必要な各種係数を記憶するものであり、目標遅延時間ＤＬ０の発生確率であるＯＰと、目標伝送効率ＯＴＥと、トラヒックレートの発生確率分布の範囲の上限値を選択する際の選択傾向を調整する上限値を選択する際の選択傾向を調整する係数ｃ１と、測定した遅延時間の発生確率に応じた係数ｃ１を決定するための係数ｃ１１と、測定した伝送効率に応じた係数ｃ１を決定するための係数ｃ１２と、遅延発生確率が変化したか否かを判断するための閾値であるεと、伝送効率が変化したか否かを判断するための閾値であるξと、測定した遅延時間の発生確率に対応して係数ｃ１の増減する場合の増減量αと、測定した伝送効率に対応して係数ｃ１を増減する場合の増減量βと、測定した遅延時間の発生確率と伝送効率に対して、いずれを優先して係数ｃ１を増減するかを決定する優先度ＰＲを当初から記憶しており、これらの係数を帯域割当制御部１４９並びに遅延時間計算部１４６が読出すものである。なお、係数ｃ１の詳細については後述する。
【００５０】
伝送効率計算部１４７は、記憶部１４５に記憶された出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔと後述する伝送帯域割当レートＴＢ（ｉ）に基づき後述する伝送効率ＴＥを算出し、帯域割当制御部１４９に送信するものである。
【００５１】
帯域割当制御部１４９は、前述の遅延時間計算部１４６から受信した発生確率Ｐと伝送効率計算部１４７から受信した伝送効率ＴＥに基づいて後述する伝送帯域割当レートＴＢを決定し、通信チャネル部１５への帯域割当指示をするものである。以下に当該帯域割当制御部１４９の動作原理を示す。
【００５２】
図４及び図５は、トラヒック測定に基づくトラヒック監視制御部１４の動作フローを示す図である。入力測定部１４１、入力情報計算・記憶処理部１４３、出力測定部１４２及び出力情報計算・記憶処理部１４４は、通信ノード１にパケットが入出力される最初の時から測定及び計算を行い記憶部１４５に図１１のとおり、タイムスロットｉと、入力量ＳＩ（ｉ）＊ｄｔと、出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔと、待ちキュー量Ｑ（ｉ）と、累積入力量ＴＩＮ（ｉ）と、累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ）とを記憶しているものとする。また、ＱｏＳ制御係数管理部１４８は前述のとおり、ユーザ条件やサービス条件に応じたＱｏＳを満足するための帯域割当制御を行うのに必要な各種係数を記憶しているものとする。
【００５３】
帯域割当制御部１４９は、ＱｏＳ制御係数管理部１４８から目標遅延時間ＤＬ０の発生確率であるＯＰと、目標伝送効率ＯＴＥと、トラヒックレートの発生確率分布の範囲の上限値を選択する際の選択傾向を調整する係数ｃ１と、測定した遅延時間の発生確率に応じたｃ１を決定するための係数ｃ１１と、測定した伝送効率に応じたｃ１を決定するための係数ｃ１２と、遅延発生確率が変化したか否かを判断するための閾値であるεと、伝送効率が変化したか否かを判断するための閾値であるξと、測定した遅延時間の発生確率に対応して係数ｃ１の増減する場合の増減量αと、測定した伝送効率に対応して係数ｃ１を増減する場合の増減量βと、測定した遅延時間の発生確率と伝送効率に対して、いずれを優先して係数ｃ１を増減するかを決定する優先度ＰＲとを読出し（ステップＳ１０１）、記憶部１４５に記憶されたＺタイムスロット分の時間のトラヒック測定データより、遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐと伝送効率ＴＥを算出する（ステップＳ１０２）。ここで、遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐは遅延時間計算部１４６にて算出し、伝送効率ＴＥは伝送効率計算部１４７にて算出し、それぞれ帯域割当制御部１４９に送信される。遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐの算出処理内容および伝送効率ＴＥの算出処理内容については後述する。
【００５４】
目標遅延時間ＤＬ０の発生確率ＯＰ及び目標伝送効率ＯＴＥに値が設定されているかを判定し（ステップＳ１０３）、ＯＰ，ＯＴＥともの設定されていれば前記Ｐと前記ＯＰとを比較し（ステップＳ１０４）、ＯＰのみ設定されていれば「ａ」に進み、図５のとおり前記Ｐと前記ＯＰとを比較し（ステップＳ１１４）、ＯＴＥのみ設定されていれば「ｂ」に進み、図５のとおり前記ＴＥと前記ＯＴＥとを比較する（ステップＳ１１７）。これは、ユーザ条件やサービス条件によりＯＰとＯＴＥに目標値を設定したり、しなかったりする場合があるため、このような判断を行うものである。
【００５５】
ステップＳ１０４にてＰとＯＰの差がε未満であればステップＳ１０７に進み、（Ｐ−ＯＰ）がε以上であれば係数ｃ１１をαだけ増やし（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０７に進み、（Ｐ−ＯＰ）が−ε以下であれば係数ｃ１１をαだけ減らし（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０７に進む。これは、トラヒック測定により算出した遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐが目標遅延時間ＤＬ０の発生確率ＯＰよりε以上大きい場合は、伝送帯域が不足していると判断し、係数ｃ１１をαだけ増やすことにより伝送帯域を大きくするものであり、ＰがＯＰよりε以上小さい場合は、伝送帯域が余っていると判断し、係数ｃ１１をαだけ減らすことにより伝送帯域を小さくするものである。ここで用いられている係数α及びεはユーザ条件やサービス条件により異なる経験値である。当該処理の考え方は係数ｃ１１が係数ｃ１に置き換わるがステップＳ１１４でも同様の考え方である。
【００５６】
ステップＳ１０７にてＴＥとＯＴＥを比較し、ＴＥとＯＴＥの差がξ未満であればステップＳ１１０に進み、（ＴＥ−ＯＴＥ）がε以上であれば係数ｃ１２をβだけ減らし（ステップＳ１０８）、ステップＳ１１０に進み、（ＴＥ−ＯＴＥ）が−ξ以下であれば係数ｃ１２をβだけ増やし（ステップＳ１０９）、ステップＳ１１０に進む。これは、トラヒック測定により算出した伝送効率ＴＥが目標伝送効率ＯＴＥよりξ以上大きい場合は伝送帯域が余っていると判断し、係数ｃ１２をβだけ減らすことにより伝送帯域を小さくするものであり、ＴＥがＯＴＥよりξ以上小さい場合は、伝送帯域が不足していると判断し、係数ｃ１２をβだけ増やすことにより伝送帯域を大きくするものである。ここで用いられている係数β及びξはユーザ条件やサービス条件により異なる経験値である。当該処理の考え方は係数ｃ１２が係数ｃ１に置き換わるがステップＳ１１７でも同様の考え方である。
【００５７】
ステップＳ１１０にてｃ１１とｃ１２を比較し、ｃ１１がｃ１２より小さければｃ１にｃ１１の値を代入し（ステップＳ１１１）、「ｃ」に進み、図５のステップＳ１２０に進む。ｃ１１がｃ１２以上であればステップＳ１１２に進み、ＰＲに「遅延時間を優先」が設定されていればステップＳ１１１に進み、ＰＲに「伝送効率を優先」が設定されていればｃ１にｃ１２を代入し、「ｃ」に進み、図５のステップＳ１２０に進む。これは、遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐをできるだけ小さくするには係数ｃ１はｃ１１以上である必要があるのに対し、伝送効率ＴＥをできるだけ大きくするには係数ｃ１はｃ１２以下である必要がある。このため係数ｃ１１がｃ１２以上であればｃ１はｃ１１とｃ１２の間の値であればよいと考え、その中で最も伝送帯域を少なくできるｃ１の値としてｃ１１を設定することとしているものである。一方、ｃ１１がｃ１２より小さい場合は、遅延時間の測定により決定された係数ｃ１１と伝送効率の測定により決定された係数ｃ１２のいずれかを選択する必要があり、遅延時間／伝送効率の優先度ＰＲに設定された値によりｃ１にｃ１１かｃ１２のいずれを設定するかを決定するものである。
【００５８】
ステップＳ１１４にてＰとＯＰを比較し、ＰとＯＰの差がε未満であればステップＳ１２０に進み、（Ｐ−ＯＰ）がε以上であれば係数ｃ１をαだけ増やし（ステップＳ１１５）、ステップＳ１２０に進み、（Ｐ−ＯＰ）が−ε以下であれば係数ｃ１をαだけ減らし（ステップＳ１１６）、ステップＳ１２０に進む。
【００５９】
ステップＳ１１７にてＴＥとＯＴＥを比較し、ＴＥとＯＴＥの差がξ未満であればステップＳ１２０に進み、（ＴＥ−ＯＴＥ）がε以上であれば係数ｃ１をβだけ減らし（ステップＳ１１８）、ステップＳ１２０に進み、ＴＥ−ＯＴＥが−ξ以下であれば係数ｃ１をβだけ増やし（ステップＳ１１９）、ステップＳ１２０に進む。
【００６０】
ステップＳ１２０では、ｃ１の値に基づき、トラヒック測定・分析により推定された上限トラヒックレートＴＨを算出する。当該上限トラヒックレートＴＨの算出方法については後述する。
【００６１】
前記算出した上限トラヒックレートＴＨに基づき、伝送帯域割当レートＴＢを式（３）により算出し、集中制御装置６に対し、ＴＢの帯域割当を要求する（ステップＳ１２１）。これは伝送帯域レートＴＢが当該通信ノード１のデータ通信チャネル８に割り当てられた伝送帯域の範囲内にあるか否かの確認を行うものである。
【００６２】
【数１０】
2015211250.tif 000008
【００６３】
ここで、ＭＩＮ＿ＲＡＴＥは当該データ通信チャネル８に割り当てられた最小伝送帯域レート、ＭＡＸ＿ＲＡＴＥは当該データ通信チャネル８に割り当てられた最大伝送帯域レートである。
【００６４】
集中制御装置６からの応答が「許諾」であれば、通信チャネル部１５に対し、伝送帯域割当レートＴＢの割当指示を送信し（ステップＳ１２３）、ステップＳ１２４に進み、応答が「拒否」であればステップＳ１２４に進む。
【００６５】
ステップＳ１２４にて通信終了か否かを判断し、ｙｅｓ（通信終了する）なら当該処理を終了し（ステップＳ１２６）、ｎｏ（通信終了しない）なら、ｋを１増やすことにより次のトラヒック測定を行うべく「ｄ」に進み（ステップＳ１２５）、図４のステップＳ１０２に戻る。
【００６６】
次に図６及び図１２により、前記ステップＳ１０２にて算出した遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐを算出する動作フローを説明する。遅延時間計算部１４６は、帯域割当制御部１４９にて設定した測定開始タイムスロットｍst（ｋ）を時刻に変換し遅延時間計算処理時刻ｍに設定し、測定終了タイムスロットｍend（ｋ）を時刻に変換し、データ収集時刻ｉｓに設定し（ステップＳ２０１）、測定開始タイムスロットｍst（ｋ）から測定終了タイムスロットｍend（ｋ）までにおける遅延時間を算出し、記憶部１４５に記憶し（ステップＳ２０２）、記憶部１４５に記憶された前記遅延時間から、図１２のようにその発生確率分布を作成し、その線形近似直線を算出し（ステップＳ２０３）、遅延時間ＤＬ０の発生確率Ｐを求める（ステップＳ２０４）。ここで、線形近似直線としているが、トラヒック特性により前記発生確率分布は直線となるとは限らず、曲線になる場合もあると考えられ、回帰分析による回帰曲線や最小二乗法による最適関数の推定など適切な方法で遅延時間の発生確率を算出することができるものであればその算出手段は問わないものとする。図１２において、●はステップＳ２０２で記憶部１４５に記憶した遅延時間について、横軸を遅延時間、縦軸を各遅延時間の発生頻度を全測定回数で割り算し、算出した発生頻度をプロットしたものである。そして、このプロットした発生確率から線形近似曲線を求め、遅延時間ＤＬ０における発生確率Ｐを求めることを図示するものであり、具体的には遅延時間ＤＬ０が２５単位時間のときの発生確率Ｐは０．００１であることが示されている。
【００６７】
前記ステップＳ２０２の遅延時間の算出の動作は図７乃至図１１にて以下の通り説明する。遅延時間算出の動作説明のため、まずパケットが通信ノード１内にてどのような動きをするのかを説明する。図７は、転送待合せ処理部１２内のキュー１２１−１乃至１２１−４における待ちキューの概略を示す図である。キュー１２１は通常、バッファメモリから構成される。通信ノード１に入力された入力パケット２はキュー１２１に空き１２１ａがある場合は、キュー１２１に繋がられるが、キュー１２１が塞がり１２１ｂで満杯の場合は当該入力パケット２は破棄される。通信トラヒックの入力状況に応じて時間的に変化するキュー空塞状況が遅延時間に大きく影響するため、キューの空塞状況を的確に把握することが重要になる。
【００６８】
図８は、通信ノードにおける遅延時間の内容を示す図である。入回線４からの入力パケット２に対し、受信処理及び転送待合わせ処理、出回線への送信処理がシリアルに行われる。横軸は時間を表し、それぞれの処理時間はＴ２０１、Ｔ２０２、Ｔ２０３であり、多くの場合、転送待合わせ処理時間Ｔ２０２は受信処理時間Ｔ２０１や送信処理時間Ｔ２０３よりも長く、かつ変動がより大きいことが知られている。したがって、転送待合わせ処理時間Ｔ２０２を把握することは通信品質を評価する上で極めて重要である。
【００６９】
転送待合せ時間Ｔ２０２を求める場合、例えば、パケット毎に遅延測定用のタグ情報（タイムスタンプ）を付加して入出力時の時刻差から遅延時間を求める方法が考えられるが、運用中のパケットに付加処理を加える等の処理能力へ悪影響を与える等の問題がある。本発明ではそのような問題を回避するため、流体制御モデルを適用した遅延時間測定方法を提案する。また、前記アクティブ測定法では現実のパケットのトラヒックとは別に測定用トラヒックを特別に使用するため、測定対象パケットそのものの遅延時間の測定ではなくなり、測定系に外乱を与えるという問題が生ずる。よって、本発明の実施形態ではパッシブ測定法を用いることとする。
【００７０】
図９は、パケットの遅延時間（転送待合わせ処理時間Ｔ２０２と送信処理時間Ｔ２０３の合計）を求める原理を示す図である。上のグラフは横軸を時間として入力パケット２の累積入力量ＴＩＮ（ｉ）の変化を示すものであり、下のグラフは横軸を時間として出力パケット３の累積出力量ＴＯＵＴ（ｍ）の変化を示すものである。なお、受信処理時間Ｔ２０１は、通信ノード１における入力パケット受信部１１の装置内部での処理時間であり、他の時間に比べオーダー的に十分小さく、また固定時間として扱え、転送待合せ処理時間Ｔ２０２や送信処理時間Ｔ２０３と比較して無視できるものである。このモデルでは、転送待合せ処理部１２と出力パケット処理部１３へのパケットの入出力における累積入力量ＴＩＮ（ｉ）と累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ）に着目するものであり、時刻ｔ１における累積入力量ＴＩＮ（ｉ）と等しい累積出力量ＴＯＵＴ（ｍ）になる時刻ｔ２との時間差（ｔ２−ｔ１）を測定し、その時間差をパケットの遅延時間とするものである。時間は連続量であるが、具現化時には、時間を小片の時間幅の集合体とし、これらを離散的に扱い（タイムスロット化）することが、扱いやすい。このような前提条件から、以下のように動作を一般化して記述することができる。
【００７１】
図１０は遅延時間計算部１４６の動作を示すフローチャートである。また、図１１は数値シミュレーションによる動作結果例であり、記憶部１４５に記憶されているものである。これらの図を参照しながら遅延時間計算部１４６の動作を説明する。
【００７２】
図１１は、データベース（ＤＢ）内の情報を示す図である。当該情報はパケットの遅延時間を測定するために必要となる各種情報で構成されており、記憶部１４５に表形式のデータベース（ＤＢ）として記憶される。当該表の各行は時刻ｉごとに記憶された各種情報を表しているものであり、単位時間ｄｔの入力量ＳＩ（ｉ）＊ｄｔ、単位時間ｄｔの出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔ，キュー１２１における待ちキュー量Ｑ（ｉ），入力情報計算・記憶処理部１４３において以下の式（４）で算出される累積入力量ＴＩＮ（ｉ），出力情報計算・記憶処理部１４４において以下の式（５）で算出される累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ），入力パケットの入力時刻ＩＮ（ｉ），出力パケットの出力時刻ＯＵＴ（ｉ），遅延時間計算部１４６により算出された遅延時間ＤＬ（ｉ）から構成される。
【００７３】
【数１１】
2015211250.tif 000009
【００７４】
ここで、sum｛ｊ＝１,ｉ｝は、ＳＩ（ｊ）＊ｄｔの ｊ＝１ から ｊ＝ｉ までの総和を示す。
【００７５】
【数１２】
2015211250.tif 000010
【００７６】
ここで、sum｛ｊ＝１,ｉ｝は、ＳＯ（ｊ）＊ｄｔの ｊ＝１ から ｊ＝ｉ までの総和を示す。
【００７７】
遅延時間計算部１４６の動作について図１０ならびに図１１を用いて説明する。まず、入力情報計算部・記憶処理部１４３ならびに出力情報計算部・記憶処理部１４４の処理が、時刻ｉが15742の時からデータ収集時刻ｉｓ（15755）まで実施され、入力量ＳＩ（ｉ）＊ｄｔ，出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔ，累積入力量ＴＩＮ（ｉ），累積出力量ＴＯＵＴ（ｉ）が記憶部１４５に記憶され、図１１のように記憶されたと仮定する。そのとき、遅延時間計算部１４６は、図１０に示すように動作する。すなわち、ｍを遅延時間計算処理時刻に、ｉｓをパケット遅延時間データ収集時刻に設定し（ステップＳ３０１）、記憶部１４５内のＤＢに記憶された時刻ｍにおける入力量ＳＩ（ｍ）＊ｄｔを読み込み（ステップＳ３０２）、ＳＩ（ｍ）＊ｄｔ＞０ならば（ステップＳ３０３の結果がｙｅｓ）、記憶部１４５内のＤＢの入力時刻ＩＮ（ｍ）に時刻ｍ（＝１５７５１）を記憶し（ステップＳ３０４）、記憶部１４５内のＤＢにおいて、ＴＩＮ（ｍ）≦ＴＯＵＴ（ｎ）を満たす最古の時刻ｎを検索し（ステップＳ３０５）、最古の時刻ｎが存在すれば（ステップＳ３０６の結果がＹｅｓ）、記憶部１４５内記憶部１４５のＤＢの出力時刻ＯＵＴ（ｍ）（図１１のＸの部分）に時刻ｎを記憶し（ステップＳ３０７）、遅延時間ＤＬ（ｍ）を式（６）により算出し（ステップＳ３０８）、記憶部１４５内のＤＢ（図１１のＹの部分）に遅延時間ＤＬ（ｍ）を記憶し（ステップＳ３０９）、ｍを１だけ増やし（ステップＳ３１０）、ｍ≧ｉｓでなければ（ステップＳ３１３の結果がＮｏ）ステップＳ３０２に戻り、再度遅延時間の測定を行い、ｍ≧ｉｓならば（ステップＳ３１３の結果がＹｅｓ）終了する。ただし、ステップＳ３０１のｍの設定において、過去に測定したすべてのパケットの入力量や出力量について、パケット遅延時間を測定する場合は、mをパケットの測定開始時刻に設定する。また、ｍをパケット遅延時間データ収集時刻に近い時刻に設定すればリアルタイムにパケット遅延時間を測定することが可能となるものである（ステップＳ３０１（注））。
【００７８】
また、ステップ３０３の結果がＮｏであればｍを１だけ増やし（ステップＳ３１１）、ｍ≧ｉｓであれば（ステップＳ３１２の結果がＹｅｓ）処理を終了し、ステップＳ３１２の結果がＮｏであればステップＳ３０２に戻る。さらに、ステップＳ３０６の結果がＮｏであればステップＳ３１０に進む。
【００７９】
【数１３】
2015211250.tif 000011
【００８０】
ステップＳ３０６の結果がＮｏである場合としては、例えばキュー１２１による遅延時間が極めて長くなったケースがあり、ｍ≦ｉ≦ｉｓの範囲でＴＩＮ（ｍ）≦ＴＯＵＴ（ｎ）を満たす時刻ｎが見いだせないこととなる。
【００８１】
また、図４の前記ステップＳ１０２にて算出した伝送効率ＴＥの算出方法について説明する。伝送効率ＴＥはトラヒック測定期間（Ｚタイムスロット分の時間）内に実質的に送信したデータ量ＴＳＯに対する伝送帯域総割当量ＴＢＲの比であり、式（７）で表される。
【００８２】
【数１４】
2015211250.tif 000012
【００８３】
ここで、トラヒック測定期間内に実質的に送信したデータ量ＴＳＯは式（８）で、トラヒック測定期間内における伝送帯域総割当量ＴＢＲは式（９）で表される。
【００８４】
【数１５】
2015211250.tif 000013
【００８５】
ここで、ｓｕｍ｛ｊ＝１：Ｚ｝は、タイムスロットｊが１，２，・・・，Ｚまでの期間における出力量ＳＯ（ｊ）＊ｄｔの総和を表す。
【００８６】
【数１６】
2015211250.tif 000014
【００８７】
ここで、ｓｕｍ｛ｊ＝１：Ｚ｝は、タイムスロットｊが１，２，・・・，Ｚまでの期間における伝送帯域割当量ＴＢ（ｊ）＊ｄｔの総和を表す。
【００８８】
具体的には、図１１のように記憶部１４５に記憶されたＤＢのデータのうち、測定開始タイムスロットｍst（ｋ）から測定終了タイムスロットｍend（ｋ）における出力量ＳＯ（ｉ）＊ｄｔの総和であるＴＳＯを式（８）で求め、当該トラヒック測定期間の一つ前の測定期間で決定した伝送帯域割当レートＴＢを式（９）のＴＢ（ｊ）とし、ＴＢＲを求め、式（７）により伝送効率ＴＥを算出することができる。
【００８９】
次に、図１３の入力パケットのトラヒックレートの発生頻度分布を示す図を用いて、ステップＳ１２０における上限トラヒックレートＴＨの算出方法について説明する。当該算出方法では、前記トラヒック測定・分析によりデータ通信チャネル８におけるパケットのトラヒックレートの発生分布を図１３のような正規分布であると仮定し、上限のトラヒックレートＴＨを求めるものである。これは、通信回線におけるトラヒックが正規分布等の指数関数系の統計分布に従うと仮定することが、実態に沿うものであるとして取り扱われ、一般的に行われているためである。
【００９０】
図１３で示すようにトラヒックレートのうち、平均値が最も発生確率が大きく、その値が平均値よりも離れると発生確率は小さくなる傾向がある。このトラヒックレート発生分布では、平均値から標準偏差の２倍値（２σ）以上の発生確率は５％であり、さらに標準偏差の４倍値（４σ）以上の発生確率は０．０１％となる。これに対応して、データ通信チャネル８の伝送帯域レートを２σに設定すればパケットの９５％は伝送帯域以下のトラヒックレートとなり、伝送帯域レートを４σに設定すればパケットの９９．９９％は伝送帯域以下のトラヒックレートとなり、伝送帯域レートをオーバする確率は減少する。しかし、データ通信チャネルの利用効率は低下することとなるため、ユーザ条件やサービス条件に応じてデータ通信チャネルの伝送帯域を設定する必要がある。
【００９１】
前記考え方に基づき、以下の通り上限トラヒックレートＴＨを算出する。このため、通信ノード１への入力パケット２の発生確率の分布形状、平均及び分散等の統計的な特性を得るため、タイムスロットｉにおけるＶＳＡＴ局１（通信ノード１）への全トラヒック負荷である入力パケットの入力レートＳＩ（ｉ）と待ちキュー量Ｑ（ｉ）の統計的情報（平均値、分散値、標準偏差）を求める。このため、統計処理分野において定義された公式である１次モーメント（Primary Moment）並びに２次モーメント（Secondary Moment）を時系列データの平滑化手法である指数移動平均（ＥＭＡ：Exponential Moving Average）を用いて以下の通り求める。
【００９２】
ＶＳＡＴ局１（通信ノード１）の全トラヒック負荷の１次モーメントをＥＭＡ＿ＱＳＰ，２次モーメントＥＭＡ＿ＱＳＳとすると、それぞれ式（１０）、式（１１）で表すことができる。この計算により測定区間（Ｚタイムスロット分の時間）における１次モーメントおよび２次モーメントを求めることができる。
【００９３】
【数１７】
2015211250.tif 000015
【００９４】
１次モーメント及び２次モーメントと平均、分散及び標準偏差間の変換式を適用するとトラヒック発生確率の平均値ＡＶＥ＿ＱＳ，分散値ＶＡＲ＿ＱＳ，標準偏差ＳＴＤ＿ＱＳはそれぞれ式（１２）、式（１３）、式（１４）で表すことができる。
【００９５】
【数１８】
2015211250.tif 000016
【００９６】
ここで、ＳＱＲＴ（  ）は、（  ）内数値の二乗根を意味する。
【００９７】
以上により、上限トラヒックレートＴＨを式（１５）で表すことができる。なお、ＴＨを求める当該方法以外にＡＶＥ＿ＱＳに係数を掛ける方法、最小レートを変更する方法、これらの方法の組合せた方法を適用してもよい。
【００９８】
【数１９】
2015211250.tif 000017
【００９９】
ここで、係数ｃ１はトラヒックレートの発生確率分布の範囲の上限値を選択する際の選択傾向を調整する係数であり、当該係数ｃ１はサービス品質（遅延時間の発生確率）並びに伝送効率のトレードオフの関係から決定されるものである。そのｃ１を決定するための条件は、前記ＱｏＳ制御係数管理部１４８に記憶されている目標遅延時間ＤＬ０の発生確率であるＯＰと、目標伝送効率ＯＴＥである。図２０は係数ｃ１を選択する考え方を示す図であり、具体的には同図に示すような発生確率が１０−３である遅延時間分布において、４０単位時間以上の遅延時間の発生確率をＯＰ（１０−３）以下にするという条件と伝送効率がＯＴＥ（４％）以上にするという条件とを満たす係数ｃ１の範囲を求め、その中から選択することができる。図２０では係数ｃ１は０．７≦ｃ１≦１．５から選択できることを示している。
【０１００】
本発明の効果を確かめるため、数値シミュレーションにより動作確認した結果を示す。数値シミュレーションにおいては以下の事項を前提としている。
・シミュレーションモデルは、流体モデルを適用する。
・パケットの入力トラヒック特性は対数正規分布とする。これにより、入力トラヒック負荷のバースト性をシミュレートする。
・転送待ち行列は十分大きく、パケット廃棄の影響はないとする。
・トラヒック測定期間および分析実行期間は、いずれも５，０００単位時間とする。
・シミュレーションは１００，０００単位時間実行する。
・ｃ１係数は、０，１，２，４を選択し、それぞれの伝送帯域割当特性を測定する。
【０１０１】
図１４乃至図１７は、係数ｃ１が大きい順であるｃ１＝４，２，１，０における数値シミュレーション結果を示す図である。いずれの図も４つのグラフが示されており、上から（ａ）待ち時間の時間的推移、（ｂ）待ちキュー量、（ｃ）割当てられた伝送帯域、（ｄ）入力トラヒック特性を示している。各シミュレーションにおける入力トラヒック負荷条件は統計的に同一であり、係数ｃ１が異なるのみである。これらの結果から、係数ｃ１が大きいほど伝送帯域割当が多くなっていることと、それにより待ちキュー量並びに遅延時間が短縮されていることがわかる。
【０１０２】
図１８は、前記数値シミュレーションによる、遅延時間の発生確率分布を示す図であり、直線は線形近似直線を示している。これにより、係数ｃ１の値による遅延時間への影響を把握できる。そして、遅延時間をリアルタイムに測定できることから、ＱｏＳ条件に基づく伝送帯域割当制御を行うことができる。
【０１０３】
図１９は、前記数値シミュレーションによる、係数ｃ１に対する伝送効率の関係を示す図であり、伝送帯域割当量が減るに従い、伝送効率が高くなることがわかる。ただし、係数ｃ１がある程度大きい（２以上）と伝送効率への影響度は小さくなる傾向にある。
【符号の説明】
【０１０４】
１  通信ノード
１１  入力パケット受信部
１２  転送待合せ処理部
１３  出力パケット送信部
１４  トラヒック監視制御部
１５  通信チャネル部
２−１〜２−４  入力パケット
３−１〜３−４  出力パケット
４−１〜４−４  入回線
５−１〜５−４  出回線
６  集中制御装置
７  制御信号用チャネル
８  データ通信チャネル
【図１】
2015211250.tif 000022
【図２】
2015211250.tif 000023
【図３】
2015211250.tif 000024
【図４】
2015211250.tif 000025
【図５】
2015211250.tif 000026
【図６】
2015211250.tif 000027
【図７】
2015211250.tif 000028
【図８】
2015211250.tif 000029
【図９】
2015211250.tif 000030
【図１０】
2015211250.tif 000031
【図１１】
2015211250.tif 000032
【図１２】
2015211250.tif 000033
【図１３】
2015211250.tif 000034
【図１４】
2015211250.tif 000035
【図１５】
2015211250.tif 000036
【図１６】
2015211250.tif 000037
【図１７】
2015211250.tif 000038
【図１８】
2015211250.tif 000039
【図１９】
2015211250.tif 000040
【図２０】
2015211250.tif 000041