(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段を有する転送制御装置において、バッファのキュー長を制御し、輻輳を回避するキュー管理方法であって、
前記バッファのキュー長を観測するステップと、
目標のキュー長と観測されたキュー長との差をフィードバック制御器に入力して、フィードバック制御器により補償前廃棄率を算出するステップと、
観測されたキュー長を外乱オブザーバに入力して、外乱オブザーバにより、前記目標のキュー長と観測されたキュー長との差を算出し、前記目標のキュー長と観測されたキュー長との差にＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを乗じて中間変数１を算出し、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における最終廃棄率を記憶手段から読み出し、読み出した前記最終廃棄率から中間変数１を減算して中間変数２を算出し、低域通過フィルタを用いて中間変数２の低周波成分のみを抽出した結果を、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差として出力するステップと、
前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算するステップと、
算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前記記憶手段に記憶させるステップと、
前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するステップと、
を含むことを特徴とするキュー管理方法。
【請求項２】
前記外乱オブザーバは、むだ時間要素を含まないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデル、または、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延の関数ではないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを用いて前記中間変数１を算出することを特徴とする請求項１に記載のキュー管理方法。
【請求項３】
転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段を有する転送制御装置において、バッファのキュー長を制御し、輻輳を回避するキュー管理方法であって、
前記バッファのキュー長を観測するステップと、
目標のキュー長と観測されたキュー長との差をフィードバック制御器に入力して、フィードバック制御器により補償前廃棄率を算出するステップと、
観測されたキュー長を外乱オブザーバに入力して、外乱オブザーバにより、前記観測されたキュー長の増減速度を微分演算により算出し、前記観測されたキュー長の増減速度または前記観測されたキュー長の増減速度から目標のキュー長の増減速度を減じた値にＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを２回時間積分した値とオブザーバゲインを乗じて中間変数３を算出し、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における最終廃棄率を記憶手段から読み出し、中間変数３に前記記憶手段から読み出した前記最終廃棄率を加算して中間変数４を算出し、前記オブザーバゲインをカットオフ周波数とする低域通過フィルタを用いて中間変数４の低周波成分のみを抽出した結果を中間変数５として算出し、中間変数５から中間変数３を減算して、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差を出力するステップと、
前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算するステップと、
算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前記記憶手段に記憶させるステップと、
前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するステップと、
を含むことを特徴とするキュー管理方法。
【請求項４】
前記外乱オブザーバは、むだ時間要素を含まないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデル、または、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延の関数ではないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを用いて前記中間変数３を算出することを特徴とする請求項３に記載のキュー管理方法。
【請求項５】
前記バッファにＴＣＰフローと非ＴＣＰフローが混在して流入している場合において、
前記外乱オブザーバは、前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルのモデル化誤差に加えて非ＴＣＰフローの流入によるキュー長の変動を同時に推定し、モデル化誤差に含めて出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のキュー管理方法。
【請求項６】
前記フィードバック制御器は、目標のキュー長と観測されたキュー長との差を入力として、目標のキュー長と観測されたキュー長との差に比例する出力を算出するＰ動作と、積分演算により目標のキュー長と観測されたキュー長との差の積分値を算出し、該積分値に比例した出力を算出するＩ動作と、微分演算により目標のキュー長と観測されたキュー長との差の微分値を算出し、該微分値に比例した出力を算出するＤ動作のうちの１つあるいは複数を組み合わせてキュー長の増減加速度参照値を算出し、
算出されたキュー長の増減加速度参照値に前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを２回時間積分した値を乗ずることにより前記補償前廃棄率を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のキュー管理方法。
【請求項７】
転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段と、前記バッファのキュー長を観測するキュー長観測手段と、最終廃棄率を算出する計算手段と、前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するキュー管理手段と、前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ記憶させることのできる記憶手段を有する転送制御装置であって、
前記計算手段は、
目標のキュー長と観測されたキュー長との差に基づいて補償前廃棄率を算出し、
前記目標のキュー長と観測されたキュー長との差に前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを乗じて中間変数１を算出し、
ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における前記最終廃棄率を前記記憶手段から読み出し、
前記記憶手段から読み出した前記最終廃棄率から中間変数１を減算して中間変数２を算出し、
低域通過フィルタを用いて中間変数２の低周波成分のみを抽出した結果を、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差として出力し、
前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算して算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ前記記憶手段に記憶させることを特徴とする転送制御装置。
【請求項８】
転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段と、前記バッファのキュー長を観測するキュー長観測手段と、最終廃棄率を算出する計算手段と、前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するキュー管理手段と、前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ記憶させることのできる記憶手段を有する転送制御装置であって、
前記計算手段は、
目標のキュー長と観測されたキュー長との差に基づいて補償前廃棄率を算出し、
前記観測されたキュー長の増減速度を微分演算により算出し、
前記観測されたキュー長の増減速度または前記観測されたキュー長の増減速度から目標のキュー長の増減速度を減じた値に前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを２回時間積分した値とオブザーバゲインを乗じて中間変数３を算出し、
ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における前記最終廃棄率を前記記憶手段から読み出し、
中間変数３に前記記憶手段から読み出した前記最終廃棄率を加算して中間変数４を算出し、
前記オブザーバゲインをカットオフ周波数とする低域通過フィルタを用いて中間変数４の低周波成分のみを抽出した結果を中間変数５として算出し、
中間変数５から中間変数３を減算して、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差を出力し、
前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算して算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ前記記憶手段に記憶させることを特徴とする転送制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッファのキュー長に応じてパケットまたはフレームの廃棄率を変更することでキュー長を制御し、ボトルネックにおける輻輳を回避する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークの輻輳制御技術として、例えば、図１に示すようなボトルネックとなる転送制御装置においてパケットまたはフレームを積極的に廃棄することで送信元に輻輳を知らせ、輻輳を回避するＡＱＭ（Active Queue Management）が知られている。転送制御装置におけるＡＱＭの機能ブロック図を図２に示す。図２に示されるように、ＡＱＭを実施する転送制御装置２０は、転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段２５、前記バッファのキュー長を観測するキュー長観測手段２３、キュー長観測手段２３によって観測されたキュー長に基づいて廃棄率を算出する計算手段２１、バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記廃棄率に従って廃棄するキュー管理手段２４を有する。ＡＱＭでは、計算手段２１においてさまざまなアルゴリズムを用いて、適切に廃棄率を調整することでキュー長を一定に保ち、輻輳を回避する。
以下では、特許文献１に記載のＲＥＤ（Random Early Detection）およびファジー推論に基づく方法、ならびに非特許文献１に記載のＰＩＤ制御に基づく方法を例に挙げて説明する。
【０００３】
特許文献１には、学習機能によりＲＥＤの制御パラメータを変更していく方法が記載されている。具体的には、トラフィック制御装置において、バッファのキュー長を監視し、最大パケット廃棄率を調整することにより、送信バッファ制御を現状のトラフィック特性に合致させる。最大パケット廃棄率の調整にはキュー長の急激な増減を抑制するためにファジー推論が用いられ、ファジー推論に用いられるパラメータの補正にはニューラルネットワークが用いられる。
特許文献１に記載の方法を用いることで、トラフィック特性の急激な変動に対して最大パケット廃棄率を適切に調整することが可能となる。しかしながら、ニューラルネットワークやファジー推論などのソフトコンピューティングによる手法では、膨大な計算量を必要とする上に、未知のネットワーク変動や非ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）フローの混入（モデル化誤差）に対応することはできない。
【０００４】
一方、非特許文献１には、目標のキュー長ｑcmdと観測されたキュー長ｑresとの誤差をフィードバックし、ＰＩＤ制御器によってパケット廃棄率ｐを算出する方法が記載されている。非特許文献１に記載されている制御系のブロック線図を図３に示す。
図３に記載のＰＩＤ制御器２８は、目標のキュー長と観測されたキュー長との差を入力として、目標のキュー長と観測されたキュー長との差に比例する出力を算出するＰ（Proportional）動作と、目標のキュー長と観測されたキュー長との差の積分値に比例する出力を算出するＩ（Integral）動作と、目標のキュー長と観測されたキュー長との差の微分値に比例する出力を算出するＤ（Derivative）動作を組み合わせて出力を算出する。
非特許文献１に記載の方法を用いることで、目標のキュー長と観測されたキュー長の定常誤差を小さくし、さらに応答特性を改善することが可能となる。しかしながら、ＰＩＤ制御のみでは未知のネットワーク変動や非ＴＣＰフローの混入（モデル化誤差）ｄに対応することはできない。
【特許文献１】特開２００３−２４９９５３号公報
【非特許文献１】Aun Haider, Harsha Sirisena, Krzysztof Pawlikowski, “PID Based Congestion Control Algorithms for AQM Routers Supporting TCP/IP Flows”, IEICE Transactions on Communications, vol.E87-B, no.3, pp.548-555, 2004.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークの輻輳制御において、従来の転送制御装置ではセッション数やリンク容量、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延などのネットワークパラメータの変動および非ＴＣＰフローの混入（モデル化誤差）に対してロバストに対応することができないという課題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ネットワークパラメータの変動や非ＴＣＰフローの混入（モデル化誤差）が発生した場合でも、バッファのキュー長を一定に保つことができるキュー管理方法および転送制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のキュー管理方法は、転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段を有する転送制御装置において、バッファのキュー長を制御し、輻輳を回避するキュー管理方法であって、前記バッファのキュー長を観測するステップと、目標のキュー長と観測されたキュー長との差をフィードバック制御器に入力して、フィードバック制御器により補償前廃棄率を算出するステップと、観測されたキュー長を外乱オブザーバに入力して、外乱オブザーバにより、前記目標のキュー長と観測されたキュー長との差を算出し、前記目標のキュー長と観測されたキュー長との差にＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを乗じて中間変数１を算出し、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における最終廃棄率を記憶手段から読み出し、読み出した前記最終廃棄率から中間変数１を減算して中間変数２を算出し、低域通過フィルタを用いて中間変数２の低周波成分のみを抽出した結果を、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差として出力するステップと、前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算するステップと、算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前記記憶手段に記憶させるステップと、前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するステップとを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記外乱オブザーバは、むだ時間要素を含まないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデル、または、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延の関数ではないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを用いて前記中間変数１を算出することが好ましい。
【００１０】
また、本発明のキュー管理方法は、転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段を有する転送制御装置において、バッファのキュー長を制御し、輻輳を回避するキュー管理方法であって、前記バッファのキュー長を観測するステップと、目標のキュー長と観測されたキュー長との差をフィードバック制御器に入力して、フィードバック制御器により補償前廃棄率を算出するステップと、観測されたキュー長を外乱オブザーバに入力して、外乱オブザーバにより、前記観測されたキュー長の増減速度を微分演算により算出し、前記観測されたキュー長の増減速度または前記観測されたキュー長の増減速度から目標のキュー長の増減速度を減じた値にＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを２回時間積分した値とオブザーバゲインを乗じて中間変数３を算出し、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における最終廃棄率を記憶手段から読み出し、中間変数３に前記記憶手段から読み出した前記最終廃棄率を加算して中間変数４を算出し、前記オブザーバゲインをカットオフ周波数とする低域通過フィルタを用いて中間変数４の低周波成分のみを抽出した結果を中間変数５として算出し、中間変数５から中間変数３を減算して、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差を出力するステップと、前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算するステップと、算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前記記憶手段に記憶させるステップと、前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
前記外乱オブザーバは、むだ時間要素を含まないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデル、または、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延の関数ではないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを用いて前記中間変数３を算出することが好ましい。
【００１２】
また、上述した本発明のキュー管理方法では、前記バッファにＴＣＰフローと非ＴＣＰフローが混在して流入している場合において、前記外乱オブザーバは、前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルのモデル化誤差に加えて非ＴＣＰフローの流入によるキュー長の変動を同時に推定し、モデル化誤差に含めて出力することが好ましい。
【００１３】
また、前記フィードバック制御器は、目標のキュー長と観測されたキュー長との差を入力として、目標のキュー長と観測されたキュー長との差に比例する出力を算出するＰ動作と、積分演算により目標のキュー長と観測されたキュー長との差の積分値を算出し、該積分値に比例した出力を算出するＩ動作と、微分演算により目標のキュー長と観測されたキュー長との差の微分値を算出し、該微分値に比例した出力を算出するＤ動作のうちの１つあるいは複数を組み合わせてキュー長の増減加速度参照値を算出し、算出されたキュー長の増減加速度参照値に前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを２回時間積分した値を乗ずることにより前記補償前廃棄率を算出することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の転送制御装置は、転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段と、前記バッファのキュー長を観測するキュー長観測手段と、最終廃棄率を算出する計算手段と、前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するキュー管理手段と、前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ記憶させることのできる記憶手段を有する転送制御装置であって、前記計算手段が、目標のキュー長と観測されたキュー長との差に基づいて補償前廃棄率を算出し、前記目標のキュー長と観測されたキュー長との差に前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを乗じて中間変数１を算出し、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における前記最終廃棄率を前記記憶手段から読み出し、前記記憶手段から読み出した前記最終廃棄率から中間変数１を減算して中間変数２を算出し、低域通過フィルタを用いて中間変数２の低周波成分のみを抽出した結果を、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差として出力し、前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算して算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ前記記憶手段に記憶させることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の転送制御装置は、転送するパケットまたはフレームを一時的にバッファに格納するバッファリング手段と、前記バッファのキュー長を観測するキュー長観測手段と、最終廃棄率を算出する計算手段と、前記バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するキュー管理手段と、前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ記憶させることのできる記憶手段を有する転送制御装置であって、前記計算手段が、目標のキュー長と観測されたキュー長との差に基づいて補償前廃棄率を算出し、前記観測されたキュー長の増減速度を微分演算により算出し、前記観測されたキュー長の増減速度または前記観測されたキュー長の増減速度から目標のキュー長の増減速度を減じた値に前記ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルを２回時間積分した値とオブザーバゲインを乗じて中間変数３を算出し、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延分だけ前の時刻における前記最終廃棄率を前記記憶手段から読み出し、中間変数３に前記記憶手段から読み出した前記最終廃棄率を加算して中間変数４を算出し、前記オブザーバゲインをカットオフ周波数とする低域通過フィルタを用いて中間変数４の低周波成分のみを抽出した結果を中間変数５として算出し、中間変数５から中間変数３を減算して、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表したＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとのモデル化誤差を出力し、前記出力されたモデル化誤差を補償値として前記補償前廃棄率に加算して算出された前記最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ前記記憶手段に記憶させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ネットワークパラメータの変動および非ＴＣＰフローの混入が発生したとしても、外乱オブザーバを用いてネットワークパラメータの変動や非ＴＣＰフローの混入をモデル化誤差として推定し、補償することにより、バッファのキュー長を一定値に保つことができるので、ボトルネックにおける輻輳を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図４は、本発明の転送制御装置の機能ブロック図である。図４に示されるように、本発明の転送制御装置１０は、転送するパケット（ＴＣＰ／ＩＰパケットを含む）またはフレーム（例えば、ＩＰパケットが格納されているイーサネット（登録商標）フレーム）を一時的にバッファに格納するバッファリング手段１５と、前記バッファのキュー長を観測するキュー長観測手段１３と、キュー長観測手段１３によって観測されたキュー長と、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ前の時刻における最終廃棄率に基づいて最終廃棄率を算出する計算手段１１と、バッファに格納されたパケットまたはフレームを前記最終廃棄率に従って廃棄するキュー管理手段１４を有する。例えば、パケットまたはフレームの廃棄は、バッファ内のパケットまたはフレームからランダムに選び出し、実施する。さらに、転送制御装置１０は、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ前に計算手段１１によって算出された最終廃棄率を出力する記憶手段１２を有する。この記憶手段１２は、計算手段１１によって算出された最終廃棄率を、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間分だけ記憶している。ここで、計算手段１１と記憶手段１２は計算機能部１６を構成する。
【００１９】
なお、図４では、入出力ポートが多入力１出力であると仮定して、これらを矢印で示したが、全入カポートからの最大入力帯域の総和が、全出力ポートからの最大出力帯域の総和より大きい場合は、ポート数に関係なく転送制御装置がボトルネックとなる可能性があるから、転送制御装置の入力ポート数、出力ポート数は任意の自然数である。
【００２０】
次に、計算機能部１６によって実現される本発明のキュー管理方法について説明する。図５は、計算機能部１６の制御系全体のブロック線図である。本発明のキュー管理方法では、フィードバック制御器１７と外乱オブザーバ１８を用いてバッファに格納されたパケットまたはフレームの廃棄率を算出する。まず、目標のキュー長ｑcmdとキュー長観測手段１３によって観測されたキュー長ｑresとの差をフィードバック制御器１７への入力とする。フィードバック制御器１７は、補償前廃棄率ｐpreを出力する。補償前廃棄率ｐpreに外乱オブザーバ１８の出力である廃棄率外乱ｄの推定値
【数１】
0004809854.tif 000002
を加算し、最終廃棄率ｐとする。ここで、廃棄率外乱ｄとは、セッション数Ｎやリンク容量Ｃ、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延Ｒ、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延Ｒによって影響を受けるＴＣＰのウインドウサイズＷなどのネットワークパラメータの変動、非ＴＣＰフローＶの混入のうちの一部または全てをＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルのモデル化誤差として廃棄率の次元で一括して推定したものと定義する。ここで、ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルを、前記最終廃棄率とキュー長との関係を表した数式モデルと定義する。ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルと実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークとの間にはモデル化誤差が存在するが、外乱オブザーバ１８を実装することで、観測されたキュー長ｑresおよび最終廃棄率ｐからＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰn-1を用いて、前述した廃棄率外乱を推定することができ、実際のＴＣＰ／ＡＱＭネットワークの挙動をＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの挙動に近づけることができる。結果として、外乱オブザーバ１８を実装した制御系は、パラメータ誤差などの環境変動に対してロバストとなる。なお、観測されたキュー長は、観測ノイズを低減するために、現在のキュー長、または過去に観測されたキュー長と現在のキュー長との平均値あるいは重み付け平均値、または低域通過フィルタを通した後の値としても良い。
【００２１】
まず、フィードバック制御器１７の構成について説明する。本発明のフィードバック制御器１７としては、目標のキュー長と観測されたキュー長との差を入力として、目標のキュー長と観測されたキュー長との差に比例する出力を算出するＰ動作と、積分演算により目標のキュー長と観測されたキュー長との差の積分値を算出し、該積分値に比例した出力を算出するＩ動作と、微分演算により目標のキュー長と観測されたキュー長との差の微分値を算出し、該微分値に比例した出力を算出するＤ動作を任意に組み合わせて補償前廃棄率ｐpreを算出する制御器またはＲＥＤ（Random Early Detection）アルゴリズムを用いることができる。
【００２２】
また、Ｐ動作、Ｉ動作、Ｄ動作を組み合わせた制御器を用いた場合には、Ｐ動作、Ｉ動作、Ｄ動作のうちの１つあるいは複数を組み合わせてキュー長の増減加速度参照値
【数２】
0004809854.tif 000003
を算出し、さらにキュー長の増減加速度参照値
【数３】
0004809854.tif 000004
にむだ時間要素ｅ-Rsを含まないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰn-1を２回時間積分した値を乗じて補償前廃棄率ｐpreを算出しても良い。ただし、ｅは自然対数の底、ｓはラプラス演算子である。
【００２３】
例えば、Ｐ動作とＤ動作を組み合わせたＰＤ制御器を用いる場合について税明する。ＰＤ制御器のブロック線図を図６に示す。図６において、ラプラス演算子ｓは微分演算を表している。フィードバック制御器１７の出力である補償前廃棄率ｐpreは以下のように求められる。
【数４】
0004809854.tif 000005
ただし、ＫpとＫvはそれぞれ位置ゲイン、速度ゲインであり、
【数５】
0004809854.tif 000006
はそれぞれ目標のキュー長を微分演算して得られたキュー長の増減速度、観測されたキュー長を微分演算して得られたキュー長の増減速度である。微分演算には、微分ノイズを低減するために低域通過フィルタを用いても良い。
【００２４】
次に、外乱オブザーバ１８の構成について説明する。本発明の外乱オブザーバ１８のブロック線図を図７に示す。外乱オブザーバ１８は、まず、目標のキュー長ｑcmdと観測されたキュー長ｑresとの差にＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰn-1を乗じて中間変数１ｘ1を算出する。そして、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延Ｒnだけ前の時刻における最終廃棄率ｐdelayを記憶手段１２から読み出し、中間変数１ｘ1を減算して中間変数２ｘ2を算出する。また、低域通過フィルタＦdisを用いて中間変数２ｘ2の低周波成分のみを抽出した結果を廃棄率外乱
【数６】
0004809854.tif 000007
として出力し、最終廃棄率ｐをＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間Ｒだけ記憶手段１２に記憶させる。微分演算には、微分ノイズを低減するために低域通過フィルタを用いても良い。
【００２５】
図７において、ｅ-Rnsのブロックは、最終廃棄率をＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間Ｒｎだけ記憶する記憶手段１２を表している。また、低域通過フィルタＦdisとしては、例えば、下式のようなカットオフ周波数ｇdisの１次フィルタを用いる。
【数７】
0004809854.tif 000008
【００２６】
むだ時間要素を含まないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰn-1には、例えば下式のように線形モデルＰnc-1を用いることができる。
【数８】
0004809854.tif 000009
ただし、右下添え字のｎは公称値を表し、例えば、統計的に算出された平均値などを用いる。Ｎn、Ｃn、Ｒnはそれぞれセッション数の公称値、リンク容量の公称値、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間の公称値を表している。外乱オブザーバ１８の出力
【数９】
0004809854.tif 000010
をフィードバックすることにより、ＴＣＰセッション数の変動およびリンク容量の変動およびＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延の変動をＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルのモデル化誤差として一括して推定し、補償することができる。
【００２７】
また、バッファにＴＣＰフローと非ＴＣＰフローが混在して流入している場合においては、外乱オブザーバ１８は、ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルのモデル化誤差に加えて非ＴＣＰフローの流入によるキュー長の変動を同時に推定し、モデル化誤差に含めて出力することができる。
【００２８】
また、むだ時間要素を含まないＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰn-1には、例えば下式のようにＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延Ｒnの関数ではない簡略化された逆モデルＰns-1を用いることもできる。
【数１０】
0004809854.tif 000011
なお、式（４）は、式（３）において、ｓ2の項が周波数ωの２乗で信号を増幅する支配項（ｓ＝ｊω）となるために、ｓ1およびｓ0の項を無視したモデルである。
【００２９】
外乱オブザーバ１８に簡略化されたＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰns-1を用いた場合、図７のブロック線図は図８のように書き直すことができる。まず、観測されたキュー長を微分演算することにより算出されたキュー長の増減速度
【数１１】
0004809854.tif 000012
にＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデル慣性Ｍｎおよびオブザーバゲインｇdisを乗じて中間変数３ｘ3を算出する。そして、ＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延Ｒｎだけ前の時刻における最終廃棄率ｐdelayを記憶手段１２から読み出し、中間変数３ｘ3を加算して中間変数４ｘ4を算出する。また、低域通過フィルタＦdisを用いて中間変数４ｘ4の低周波成分のみを抽出した結果を中間変数５ｘ5とし、中間変数５ｘ5から中間変数３ｘ3を減算して廃棄率外乱
【数１２】
0004809854.tif 000013
を出力し、最終廃棄率ｐをＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延時間Ｒnの間、記憶手段１２に記憶させる。
【００３０】
微分演算には、微分ノイズを低減するために低域通過フィルタＦdifを用いても良い。低域通過フィルタＦdifとしては、例えば、下式のようなカットオフ周波数ｇdifの１次フィルタを用いる。
【数１３】
0004809854.tif 000014
【００３１】
なお、外乱オブザーバ１８に簡略化されたＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰns-1を用いた場合、フィードバック制御器に用いるＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰn-1にもＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延Ｒnの関数ではない簡略化された逆モデルＰns-1を用いる。また、目標のキュー長の増減速度がゼロでない場合には、キュー長の増減速度の代わりにキュー長の増減速度から目標のキュー長の増減速度を減じた値を用いる。外乱オブザーバ１８の出力
【数１４】
0004809854.tif 000015
をフィードバックすることにより、ＴＣＰセッション数の変動およびリンク容量の変動およびＴＣＰフローの送受信端末間の往復遅延によって影響を受けるＴＣＰのウインドウサイズの変動をＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルのモデル化誤差として一括して推定し、補償することができる。
【００３２】
また、バッファにＴＣＰフローと非ＴＣＰフローが混在して流入している場合において、外乱オブザーバ１８は、ＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルのモデル化誤差に加えて非ＴＣＰフローの流入によるキュー長の変動を同時に推定し、モデル化誤差に含めて出力することができる。
【００３３】
簡略化されたＴＣＰ／ＡＱＭネットワークモデルの逆モデルＰns-1を用いた場合の制御系全体のブロック線図を図９に示す。図９に示した制御系では、フィードバック制御器としてＰＤ制御器を用いている。
【００３４】
上述した実施の形態では、ＰＤ制御と外乱オブザーバの組合せについて説明したが、Ｐ動作、Ｉ動作、Ｄ動作あるいはＲＥＤと外乱オブザーバとを任意に組み合わせることが可能である。また、上述した実施の形態では、ＴＣＰフローの輻輳制御について説明したが、ＴＣＰ以外のフローについても、ネットワークモデルを変更することで本発明を容易に適用できることは明らかである。さらに、本発明は転送制御装置に限定されることなく、ネットワークの集線部分の輻輳制御あるいはバッファのオーバーフロー防止に適用できることは明らかである。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ボトルネックとなる転送制御装置を説明する図である。
【図２】従来の転送制御装置の機能ブロック図である。
【図３】ＰＩＤ制御器によってキュー管理を実現する制御系全体のブロック線図である。
【図４】本発明の転送制御装置の機能ブロック図である。
【図５】計算機能部の制御系全体のブロック線図である。
【図６】本発明のＰＤ制御器のブロック線図である。
【図７】本発明の外乱オブザーバのブロック線図である。
【図８】本発明の簡易モデルを用いた場合の外乱オブザーバのブロック線図である。
【図９】本発明の簡易モデルを用いた場合の制御系全体のブロック線図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０，２０  転送制御装置
１１，２１  計算手段
１２  記憶手段
１３，２３  キュー長観測手段
１４，２４  キュー管理手段
１５，２５  バッファリング手段
１６  計算機能部
１７  フィードバック制御器
１８  外乱オブザーバ
２８  ＰＩＤ制御器
【図１】
0004809854.tif 000016
【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】
0004809854.tif 000024