(57)【要約】【課題】連続的に入力されるビットストリームをリアルタイムで送信すること、および、限界伝送速度を増大させることを可能にする。【解決手段】１個のビットストリームを入力して複数個のビットストリームに分割して出力するビットストリーム並列化装置６１と、該並列化装置６１からのデータを受信し、ＩＰネットワーク６８を介して固定された宛先にＴＣＰによる通信でデータフレームを送信する送信用計算機６４，６６と、該ＩＰネットワーク６８を介して受信したデータフレームを受信し、同期動作用クロック信号に基づく周期でデータを送信する受信用計算機６５，６７と、前記同期動作用クロック信号に基づき前記受信用計算機６５，６７と同期して、複数個の入力データフレーム列を１つのビットストリームに再編成して出力するビットストリーム直列化装置６２と、直列化装置６２および受信用計算機６５，６７に同期動作用クロックを供給する周波数標準器６３とを備える。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個のビットストリームを入力して複数個のビットストリームに分割して出力するビットストリーム並列化装置と、
該並列化装置からのデータを受信し、ＩＰネットワークを介して固定された宛先にＴＣＰによる通信でデータフレームを送信する送信用計算機と、
該ＩＰネットワークを介して受信したデータフレームを受信し、同期動作用クロック信号に基づく周期でデータを送信する受信用計算機と、
前記同期動作用クロック信号に基づき前記受信用計算機と同期して、複数個の入力データフレーム列を１つのビットストリームに再編成して出力するビットストリーム直列化装置とを有することを特徴とするＴＣＰによるビットストリーム並列伝送システム。
【請求項２】
ビットストリーム並列化装置は入力されたビットストリームを複数のビットストリームへ分割し、
該ビットストリーム並列化装置は分割後のビットストリームを送信用計算機へ送信し、
各々の送信用計算機は受け取ったデータを内部記憶媒体に一時的に保存し、
該各々の送信用計算機は内部記憶媒体に保存されたデータをＴＣＰによる通信で、対応する受信用計算機に送信し、
各々の受信用計算機は受信したデータを一時的に内部記憶媒体に保存し、
該各々の受信用計算機は内部記憶媒体に保存されたデータを順にビットストリーム直列化装置に送信し、
該ビットストリーム直列化装置は受信したデータを該ビットストリーム並列化装置により分割される前の順番に再構成し、ビットストリームとして出力し、
上記各処理をビットストリームがビットストリーム並列化装置に入力されている間、連続的に行うことを特徴とするＴＣＰによるビットストリーム並列伝送方法。
【請求項３】
１つの入力ポートと、複数個の出力ポートと、入力するビットストリームを先頭から同じサイズのデータフレームに区切り、先頭のデータフレームから入力順に各出力ポートへラウンドロビン方式で振り分ける手段と、振り分けられた出力ポートから順につながったデータを出力する手段とを具備することを特徴とするビットストリーム並列化装置。
【請求項４】
複数個の入力ポートと、１個の出力ポートと、外部から同期動作用クロック信号を受信するインターフェースと、各入力ポートに対して１個ずつ割り当てられ、該入力ポートから入力されたデータを一時的に蓄積するメモリと、複数個の入力データフレーム列を１個のビットストリームに再編成して、該同期動作用クロックに同期して出力する手段とを具備することを特徴とするビットストリーム直列化装置。
【請求項５】
並列化装置から送られたデータを受信するインターフェースと、ＩＰネットワークに接続されたネットワーク用インターフェースと、受信したデータフレームを内部記憶媒体に記憶して行き、それと並行して、記憶したデータフレームを受信順に対応する受信用計算機にＩＰネットワークを介してＴＣＰで送信する手段とを具備することを特徴とするビットストリーム送信用計算機。
【請求項６】
直列化装置にデータを送信するインターフェースと、ＩＰネットワークに接続された該ネットワーク用インターフェースと、外部から同期動作用のクロック信号を受信するインターフェースと、該ＩＰネットワークを介して受信したデータフレームを内部記憶媒体に保存して行く手段と、保存されたデータフレームの総量が予め定めた閾値に到達すると、外部からの同期動作用クロックに同期して、記憶したデータフレームの直列化装置への送信を開始する手段とを具備することを特徴とするビットストリーム受信用計算機。
【請求項７】
複数台の受信用計算機の各クロック信号受信用インターフェース、および、少なくとも１台の直列化装置のクロック信号受信用インターフェースに接続され、それぞれ同期動作用のクロック信号を供給する手段を具備することを特徴とする周波数標準器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＴＣＰによるビットストリーム並列伝送システムに関し、特に、連続的に入力されるビットストリームをリアルタイムで送信して、限界伝送速度を向上させるためのシステム構成、伝送方法、並列化装置、直列化装置、送信用計算機、受信用計算機、周波数標準器、およびビットストリーム伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰネットワーク上のビットストリームのリアルタイム送信では、ＵＤＰを用いることが一般的である。しかし、ＵＤＰは各々のＩＰパケットの送信先への到着を保証しないため、超高精細画像のリアルタイム配信や、実験データのリアルタイム処理という用途には不向きである。一方、ＴＣＰは、その再送機能によって距離による伝送速度の制限を受ける。そこで、ＴＣＰによる高速伝送を行うために送信するデータを分割し、複数のＴＣＰストリームで並列伝送を行うことが行われてきた。ソフトウェアで実装されたものが複数存在する。ｂｆｔｐと呼ばれるソフトウェアが、そのうちの代表的なものである。
【０００３】
上述のことから、ＴＣＰとＵＤＰのどちらのプロトコルを利用するかを決める場合、用途に応じて選択することが必要である。ＴＣＰは、広域インターネットで信頼性のある通信を実現したいときに利用される。また、特に高速でなくても差し支えないが、ＬＡＮでもＷＡＮでも、ネットワークが空いていても、ネットワークが混雑していても、一定以上の性能で通信を行いたいときに利用される。ＴＣＰを利用すると、データが失われたときに再送処理を行うため、データの到達間隔が一定にならず、画像や音声が暫く停止したり、早送りになったりすることがある。
ＴＣＰを使用してデータを送信すると、送信した順序通りに相手のコンピュータまで届く。しかし、送信したときのデータの切れ目は分からなくなる。ストリームとは切れ目のないデータ構造のことである。ＴＣＰでは、信頼性を実現するために順序制御や再送制御が行われる。また、フロー制御（流量制御）や輻輳回避制御、ネットワークの利用効率向上の仕組みなどの機能を有している。
【０００４】
それに対して、ＵＤＰは、データ量が小さいときや、ＬＡＮ内で高速に通信をしたいときに利用される。また、テレビ会議システムなどでビデオ画像や音声画像を配送することには、ＵＤＰが利用される。マルチキャストやブロードキャストの通信を行いたいときには、ＴＣＰを利用することはできないので、ＵＤＰを使わなければならない。
ＵＤＰは、信頼性のないデータグラム型のプロトコルである。細かい処理は上位層のアプリケーションが決定することになる。送信したときのデータの大きさは保持されるが、パケットが到達する保証がないため、必要に応じてアプリケーションが再送処理をしなければならない。
ＩＰヘッダには、プロトコルフィールドが定義されており、ここにはトランスポートプロトコルを表す番号が記述される。この番号で、ＩＰが運んでいるデータがＴＣＰであるのか、あるいはＵＤＰであるのかが識別できる（以上、竹下隆史他著『マスタリング  ＴＣＰ／ＩＰ  入門編  第２版』（オーム社、1998年5月25日発行，P.168-170)(非特許文献１参照））。
【０００５】
【非特許文献１】竹下隆史、村山公保、荒井透、苅田幸雄、共著『マスタリング  ＴＣＰ／ＩＰ  入門編  第２版』（オーム社、1998年5月25日発行，P.168-170)
【非特許文献２】ｂｂＦＴＰ，Ｇｉｌｌｅｓ  Ｆａｒｒａｃｈｅ〔ｏｎｌｉｎｅ〕,2003年12月24日掲載（更新）、インターネット〈ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｄｏｃ．ｉｎ２ｐ３．ｆｒ／ｂｆｔｐ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、従来のＴＣＰ並列伝送技術は、送信側ＰＣ（パソコン）に静的に保存されたデータを送信するための技術である。また、従来の方式では、基本的に複数のＴＣＰセッションは一組の送信側ＰＣ、受信側ＰＣの間で張られるため、送信，受信の負荷がそれぞれ一台のＰＣに集中してしまい、伝送速度の増大には限界が生じていた。
【０００７】
（目的）
本発明の目的は、このような従来の課題を解決し、連続的に入力されるビットストリームをリアルタイムで送信すること、および、限界伝送速度を増大させることが可能なＴＣＰによるビットストリーム並列伝送システム、伝送方法、および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】
本発明においては、ビットストリームを複数のビットストリームへ分割し、分割後のビットストリームをＴＣＰにより並列伝送し、並列的に受信したＴＣＰストリームを分割前の順番に再構成する。そして、ビットストリームの並列化、直列化をハードウェアで行うことにより、ビットストリームのリアルタイム並列伝送を行う。また、ＴＣＰによる送受信を複数のＰＣ間で行うことにより、負荷分散を行い、限界伝送速度を増大させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、連続的に入力されるビットストリームをリアルタイムで送信することができ、限界伝送速度を増大させることが可能である。また、ＴＣＰによる送受信を複数のＰＣ間で行うので、負荷分散を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例を、図面により詳細に説明する。
図１は、本発明が適用する並列化装置の動作例を示す説明図である。
ここでは、入力されたビットストリームをｎ個のストリームに分割するものとする。並列化装置１１は、一つの入力ポートと、ｎ個の出力ポートを持つ。
並列化装置１１は、入力するビットストリームを先頭から同じサイズのデータフレームに区切る。先頭のデータフレームから順番に、Ｄ１１，Ｄ２１，・・，Ｄｎ１，Ｄ１２，Ｄ２２，・・Ｄｎ２，・・，Ｄ１３，Ｄ２３・・とする。入力順に各出力ポートへラウンドロビン方式で振り分ける。その結果、出力ポート１へは、Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，・・が順につながったデータを出力し、出力ポート２へは、Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３・・・が順につながったデータを出力する。以下、同様に、出力ポートｋ（１≦ｋ≦ｎ）には、Ｄｋ１，Ｄｋ２，Ｄｋ３，・・が順につながったデータを出力する。
【００１１】
図２は、本発明が適用する直列化装置の動作例を示す説明図である。
ここでは、ｎ個の入力データフレーム列を一つのビットストリームに再編成して出力するものとする。直列化装置２１は、ｎ個の入力ポートと一つの出力ポートを持つ。さらに、外部から同期動作用のクロック信号を受けるためのインターフェースを持つ。さらに、各入力ポートについて、一つずつメモリＭ１，Ｍ２，Ｍ３，・・Ｍｎを持つ。入力ポートｋ（１≦ｋ≦ｎ）に対応するメモリをＭｋとする。入力ポートｋから入力されたデータは、メモリＭｋに記憶される。
直列化装置２１は、周期的に、各メモリについて、記憶されたデータフレームの中で最も到着が早いものを読み出し、それらを並べて出力ポートから出力する。出力されたデータが保存されていたメモリ領域は読み出しと同時に解放される。この時、Ｍｋから読み出したデータをＤｋとすると、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，・・・Ｄｎの順で出力する。また、この動作の周期は、外部（周波数標準器）から入力されたクロック信号から決定される。
【００１２】
図３は、本発明が適用する送信用ＰＣの動作例を示す説明図である。
送信用ＰＣ３１は、並列化装置１１が送信するデータを受信するインターフェース３３と、ＩＰネットワーク用インターフェース３４を持つ。さらに、各送信用ＰＣ３１について、送信先の受信用ＰＣが固定して定められている。
送信用ＰＣ３１は、並列化装置１１から送られてきたデータフレームを内部記憶媒体３２に記憶して行く。それと並行して、記憶したデータを受信順に対応する受信用ＰＣにＩＰネットワークを通じてＴＣＰで送信し（３５）、送信済みデータを内部記憶媒体３２から消去する。
【００１３】
図４は、本発明が適用する受信用ＰＣの動作例を示す説明図である。
受信用ＰＣ４１は、直列化装置２１にデータを送信するインターフェース４４と、ＩＰネットワーク用インターフェース４３を持つ。さらに、外部（周波数標準器）から同期動作用のクロック信号を受けるためのインターフェースを持つ。
各受信用ＰＣ４１は、ＩＰネットワークを通じて受信したデータフレームを内部記憶媒体４２に保存して行く。保存されたデータの総量が予め定めた閾値に到達すると、記憶したデータフレームの直列化装置２１への送信を開始する。この送信は、到着順に外部から供給されたクロックに基づく周期で、各受信用ＰＣ４１が同期をとって一斉に行う。
【００１４】
図５は、本発明が適用する直列化装置と受信用ＰＣの連携動作を示す説明図である。
直列化装置５２と各受信用ＰＣ５３，５４は、同一の周波数標準器５１からのクロック信号に基づいて、同期して、図２および図４で説明した動作を行う。すなわち、受信用ＰＣｋ番から直列化装置のｋ番ポートへデータフレームを送信し、次に、各メモリＭｋからデータフレームを読み出し、つなげてビットストリームとして出力する。受信用ＰＣから直列化装置への送信と、直列化装置からの送信は、周波数標準器５１からのクロック信号により、同期して処理される。これにより、次の２つの点を実現する。
（１）各受信用ＰＣ５３，５４の直列化装置５２へのデータ送信と各メモリＭｋからのデータ出力は同じ速度で行い、メモリ溢れや、データの欠損を防ぐ。
（２）各受信用ＰＣ５３，５４が同時に送信するデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，・・Ｄｎは、常に同じｉについてＤｋ＝Ｄｋｎｉ（１≦ｋ≦ｎ）となっている。
【００１５】
図６は、本発明が適用する各装置を接続したシステムの全体構成図および流れの例を示す図である。
送信用ＰＣｋは、同じ番号の受信用ＰＣｋにデータを送信する。これにより、分割されたデータが順番を間違えることなく再生される。
また、受信用ＰＣ６５，６７は、送信用ＰＣ６４，６６から受け取ったデータを直ちに直列化装置６２に送信せずに、一旦、内部記憶媒体に蓄積した上で送信する。これにより、データ到着の遅延、揺らぎが受信用ＰＣ６５，６７の内部で吸収され、直列化装置６２への入力は規則的なものになる。
周波数標準器６３は、直列化装置６２と複数の受信用ＰＣ６５，６７に同期クロック信号を供給する。受信用ＰＣ６５，６７から直列化装置６２の入力１・・・ｎに入力された並列データは、メモリＭ１・・・Ｍｎに蓄積され、並列化装置６１に入力されたビットストリームが再現されて出力される。
【００１６】
次に、既存のＴＣＰによる並列伝送方式の具体例について説明する。
ｂｂＦＴＰ，Ｇｉｌｌｅｓ  Ｆａｒｒａｃｈｅ〔ｏｎｌｉｎｅ〕,2003年12月24日掲載（更新）（非特許文献２参照）に記述されているように、ｂｂＦＴＰと呼ばれるファイル転送用ソフトウェアを用いる。このソフトウェアは、２ＧＢ以上の大量ファイルの伝送に適用される。ｂｂＦＴＰの特徴は、次の通りである。
（イ）接続時のユーザ名とパスワードは暗号化される。
（ロ）ＳＳＨおよび証明書は、証明用モジュールが用いられる。
（ハ）マルチストリーム伝送が行われる。
（ニ）ＲＦＣ１３２３で規定された大型Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）が用いられる。
（ホ）大至急でデータ圧縮が可能である。
（ヘ）自動的に再試行が可能である。
（ト）慣用的にタイムアウトになる。
（チ）伝送シミュレーションが可能である。
（リ）ＡＦＳ（Ａｎｄｒｅｗ  Ｆｉｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍ：分散ファイルシステム）が統合的に行われる。
（ヌ）無線Ｉ／Ｏインターフェースが用いられる。
【００１７】
企業や大学などが内部向けに設置したＦＴＰサイトは、関係者にＩＤとパスワードを与え、そのＦＴＰサイトにアクセスするユーザにＩＤとパスワードを要求して認証を行う。
ＦＴＰには、いくつかのコマンド（命令文）が用意される。相手の計算機を呼び出すＯＰＥＮコマンド、ファイルをダウンロードするＧＥＴコマンド、ファイルをアップロードするＰＵＴコマンド、ディレクトリーを上下するＣＤコマンドなどがある。
フリーウェアやシェアウェアとして広く出回っているＦＴＰクライアントを用いれば、このようなコマンドをキーボードで入力することなく、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）やＭａｃｉｎｔｏｓｈのグラフィカルな環境でマウスを用いて簡単にファイルをコピーすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明が適用する並列化装置の構成図である。
【図２】本発明が適用する直列化装置の構成図である。
【図３】本発明が適用する送信用計算機の構成図である。
【図４】本発明が適用する受信用計算機の構成図である。
【図５】本発明が適用する受信用計算機と直列化装置の接続構成図および流れ図である。
【図６】本発明の一実施例に係るＴＣＰによるビットストリーム並列伝送システムの全体構成図および流れ図である。
【符号の説明】
【００１９】
１１…並列化装置、２１…直列化装置、３１…送信用計算機、３２…内部記憶媒体、
３３…データ受信用インターフェース、３４…ＩＰネットワーク用インターフェース、
３５…並列化装置からの受信順にＩＰネットワークへ送信する動作、
４１…受信用計算機、４２…内部記憶媒体、
４３…ＩＰネットワーク用インターフェース、
４４…直列化装置へのデータ送信用インターフェース、
４５…周波数標準器からのクロック信号に基づく周期で直列化装置へデータを送信、
５１…周波数標準器、５２…直列化装置、５３，５４…受信用計算機、
６１…並列化装置、６２…直列化装置、６３…周波数標準器、
６４，６６…送信用計算機、６５，６７…受信用計算機。
【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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