(57)【要約】【課題】ランダムアクセス方式を用いるネットワークを通じて1以上の端末装置と接続される中継装置において、端末装置へ送信するパケットを蓄積する送信バッファのオーバーフローを抑制し、上り・下り間のフローのスループットの不公平性および上りフロー間のスループットの不公平性を防止する。【解決手段】中継装置である無線LAN基地局装置103の送信バッファ占有状態監視手段209は、送信側バッファ手段210の使用状態を監視する。受信側廃棄可否判断手段208およびパケット廃棄手段206は、監視された送信側バッファ手段210の使用状態に応じて、無線LAN経由で端末装置から受信したデータパケットを確率的に廃棄する。【選択図】図2
2009278256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランダムアクセス方式を用いるネットワークを通じて1以上の端末装置と接続され、前記端末装置とその通信相手間で授受されるパケットの中継を行う中継装置において、前記ネットワーク側の送信バッファの使用状態を監視する第１の手段と、前記第１の手段で監視された前記送信バッファの使用状態に応じて前記端末装置から受信したデータパケットを確率的に廃棄する第２の手段とを備えることを特徴とする中継装置。
【請求項２】
前記送信バッファの使用状態として、TCPデータパケットに対する確認応答パケットの前記送信バッファにおける占有率を用いることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項３】
前記送信バッファの使用状態として、TCPデータパケットに対する確認応答パケット以外のパケットの前記送信バッファにおける占有率を用いることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項４】
前記送信バッファの使用状態として、全パケットの前記送信バッファにおける占有率を用いることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項５】
前記送信バッファの使用状態として、前記送信バッファへパケットが入力されるビットレート、前記送信バッファからパケットが出力されるビットレート、および、前記送信バッファにおけるバッファ遅延の何れか1つまたは複数の組み合わせを用いることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
【請求項６】
前記第２の手段は、全ての受信データパケットに対して一様の確率で廃棄することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の中継装置。
【請求項７】
前記第２の手段は、受信データパケットに対して規則に従って廃棄率を決定し、該決定した廃棄率で廃棄することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の中継装置。
【請求項８】
前記第２の手段は、アプリケーション種別、受信パケットの送信端末、受信パケットの受信端末の何れか1つまたは複数の組み合わせを考慮して廃棄率を決定することを特徴とする請求項７に記載の中継装置。
【請求項９】
前記ネットワークが無線ネットワークであり、前記無線ネットワークの無線状態を監視する第３の手段を備え、前記第２の手段は、前記第１の手段で監視された無線状態に応じて廃棄率を決定することを特徴とする請求項７または８に記載の中継装置。
【請求項１０】
アクセスルータとして機能することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の中継装置。
【請求項１１】
ランダムアクセス方式を用いるネットワークを通じて1以上の端末装置と接続され、前記端末装置とその通信相手間で授受されるパケットの中継を行う中継装置における中継方法において、前記ネットワーク側の送信バッファの使用状態を監視する第１のステップと、前記第１のステップで監視された前記送信バッファの使用状態に応じて前記端末装置から受信したデータパケットを確率的に廃棄する第２のステップとを含むことを特徴とする中継方法。
【請求項１２】
ランダムアクセス方式を用いるネットワークを通じて1以上の端末装置と接続され、前記端末装置とその通信相手間で授受されるパケットの中継を行う中継装置を構成するコンピュータを、前記ネットワーク側の送信バッファの使用状態を監視する第１の手段と、前記第１の手段で監視された前記送信バッファの使用状態に応じて前記端末装置から受信したデータパケットを確率的に廃棄する第２の手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線LANなどランダムアクセス方式を用いるネットワークを通じて1以上の端末装置と接続されるアクセスポイント等の中継装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ラップトップPCや携帯電話などモバイル端末の普及に伴い、無線LAN通信網が誕生した。その手軽さや携帯電話と比べて高速であることから、今後も普及し続けるだろう。また、ノード間で通信の信頼性を保障するトランスポートプロトコルとしてTCPが広く使われている。その普及度合いは、現在のトラヒックの8割がTCP通信であるといわれるほどである。しかし、TCPの仕様は有線ネットワーク上で使われることが前提であった。こうした状況下で、無線LAN上でTCPトラヒック通信を行う場合の問題点が報告されている。
【０００３】
その問題は、無線LANの端末装置が上りのTCPフロー通信を行う際に、無線LANアクセスポイント(無線LAN基地局装置)の無線LAN側の送信バッファでオーバーフローが起こることである。このオーバーフローの問題は、上りTCPフローが存在する際に起こる。上りTCPフロー通信の例として、P2P通信、TV会議、シンクライアント端末による通信等が挙げられる。これらは、今後増加するトラフィックであるため、上りTCPフローによる影響は無視できない。
【０００４】
無線LAN基地局装置における無線LAN側の送信バッファにオーバーフローが起こる原因は2点ある。1点目は、無線LANの端末装置が送信したTCP dataパケットに対するTCP ACKパケットが当該送信バッファに蓄積されることである。TCPでは到達確認のために受信端末がTCP ACKパケットを返信する。また、TCPでは送信時に複数パケットをひとかたまりとして一度に送る。この複数パケットのひとかたまりをウィンドウという。確認応答を受け取った送信元TCPはこのウィンドウを増加させる。さらに、TCP上りフロー通信を行う無線LANの端末装置が複数ある場合には、全端末装置へのTCP ACKパケットが無線LAN基地局装置の送信バッファにバッファリングされるため、オーバーフローが起こる要因となる。バッファリングされたTCP ACKパケットが効率よく無線上に送信されれば、バッファオーバーフローは起こらない。しかし、無線LANのランダムアクセス制御により、無線LAN基地局装置は高効率的な送信ができない。それが2点目の原因である。すなわち、バッファオーバーフローを起こすもう一つの原因は、無線LANのアクセス方式により、バッファリングされたTCP ACKパケット送信が、端末台数増加に伴い非効率になるためである。
【０００５】
その無線アクセス方式は、IEEE 802.11により規定されるCSMA/CAと呼ばれるランダムアクセス方式である。CSMA/CAでは、無線LANの基地局装置と端末装置が無線帯域を平等に共有するようになっている。具体的な手順は以下である。無線LANの他の端末装置によるパケット通信終了を検出した端末装置と基地局装置は、送信パケットを所持していれば、それぞれが乱数を発生させる。その出力値に一定時間を掛けた時間のタイマーをセットし送信待機する。そのタイマーが最初に切れた無線LAN装置が送信権を獲得する。待機時間の途中で他端末の送信を検出した場合には、そのタイマーは一時停止する。この手順では乱数を振った結果の値が端末間で確率的に散らばるために、衝突を回避できる。このランダムアクセスの手順を用いるため、無線LANの端末装置および基地局装置共にパケット送信権獲得は均等に与えられる。しかしながら、無線LANの端末装置台数が増加すると送信時間間隔もともに増加するため、その分だけ基地局装置の送信権獲得の時間間隔も長くなる。これが送信バッファのオーバーフローの大きな要因となる。
【０００６】
上記で解説した送信バッファのオーバーフローはパフォーマンスに悪影響与える。それは、2種類のスループットの不公平性である。1つは、上り・下り間のTCPフローのスループットの不公平性である。2つ目は上りフロー間のスループットの不公平性である。
【０００７】
1つ目としての上りと下りTCPフロー間のスループットの不公平性は、送信バッファのオーバーフローで、TCP下りパケットがロスとなり、TCPのウィンドウサイズを下げることが原因である。そのため、下りのフローが無線帯域を占有する割合が減少し、その分上りTCPフローは送信ウィンドウサイズを上昇させる。これが上りと下りの不公平性の原因となる。これは上記で説明したリンクレベルで見られるスループットの不公平性をバッファオーバーフローが助長した結果となる。この状態は、非特許文献1によれば、過去のシミュレーション評価により最低でも数分は維持し続けることがわかっている。帯域が必要な下りTCPトラフィックの1つとして挙げられる動画ストリーミングでは深刻な問題となる。
【０００８】
また、バッファオーバーフローは、前述したように上りTCPフロー同士のスループットの不公平性も引き起こす。バッファオーバーフローによるロスはバースト的である。そのため、たまたま衝突などでウィンドウが小さくなった上りTCPフローの場合には、その全TCP ACKパケットをバッファオーバーフローによりロスしてしまう。すると、TCPの送信側ではタイムアウトと判断し、ウィンドウサイズを最小値に減じてしまい、スループットが殆ど出ない。このフローをここでは低スループットフローと呼ぶことにする。
【０００９】
一旦、ウィンドウが最小値に減じてしまうと、次の機会でもタイムアウトが起こる可能性がある。タイムアウト後の再送パケットに対するTCP ACKパケットの返信が無ければ、指数バックオフ状態に入り、送信間隔が倍に増加する。従って、この低スループット状態は維持し続ける。シミュレーション評価によれば、この状態は最低でも2分程度続く。TV会議通信をTCPで行う場合には、リアルタイム性が要求されるため2分の遅延は致命的である。また、このような上りTCPフローに無線帯域が占有された状態で、新しい上りTCPフローが通信を開始した場合にも、同様な状態となる。
【００１０】
一方、TCPのウィンドウサイズを高く維持できているフローはバッファオーバーフローによるロスの影響を受けにくい。それは、ウィンドウ内のパケットのうち、どれか１パケットのTCP ACKを受信できれば、ウィンドウを減じることがないからである。そのため、上限に達するまでウィンドウサイズを増加させて無線帯域占有率を上げていく。このフローをここでは高スループットフローと呼ぶ。
【００１１】
このように、上りTCPフローが複数存在する際には、無線LANの基地局装置における送信バッファでTCP ACKパケットのオーバーフローが起こり、スループットが極端に低いフローが存在する。
【００１２】
上記2つの不公平性への対策方法として、様々な方策が提案されている。非特許文献1は、バッファサイズとフロー数から必要帯域を想定し、無線LANの基地局装置が広告ウィンドウヘッダの値を書き換えることで、オーバーフローを押さえる。また、非特許文献2はIEEE802.11eの規定を用いて下りフレームを上りパケットに比べて優先的に送信することで解決している。また、特許文献1では、無線LANの基地局とインターネットとを接続するアクセスルータにおいて、各TCPフローのスループットを監視し、閾値を超えるようなバースト通信を検出した場合に受信パケットを廃棄している。
【００１３】
他方、特許文献2には、中継装置において、一方の端末から他方の端末へ転送するパケットを一時記憶する第1方向バッファおよび他方の端末から一方の端末へ転送するパケットを一時記憶する第2方向バッファの各キュー長を監視し、一方のバッファにおけるキュー長が所定の長さに達すると、他方のバッファに所定の遅延時間を挿入することにより、輻輳を制御する技術が記載されている。また、同文献の従来の技術の項には、バッファ内での平均キュー長を監視し、この長さに応じた確率で同バッファ内のデータパケットを損失させることで、端末に対して明示的に輻輳を通知するレッド(RED:Random Early Detection gateway)と呼ばれる輻輳制御方式が述べられている。
【００１４】
【特許文献１】特開2004-165844号公報
【特許文献２】特開2000-307634号公報
【非特許文献１】S. Pilosof, R. Ramjee, Y. Shavitt, P. Sinha, Understanding TCP fairness over Wireless LAN”, INFOCOM 2003, 13 April 2003.
【非特許文献２】D.J. Leith, P. Clifford, “Using the 802.11e EDCF to Achieve TCP Upload Fairness over WLAN Links”,WiOpt, April 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記技術はそれぞれに課題がある。非特許文献１では無線LANの基地局装置での制御が複雑となることである。無線LANの基地局装置でトラフィックやフロー数を監視する、最適スループット値を算出する、TCPヘッダ内にある広告ウィンドウサイズを書き換える、など複数の動作をパケットごとに行うのは複雑すぎるために、実装コストがかかる。また、フローの必要レートが広告ウィンドウに設定したレートを下回る場合には無線帯域を有効利用できないといった深刻な問題もある。また、非特許文献2に見られるようなIEEE802.11eを用いた制御では、無線LANの端末と基地局両方でIEEE802.11eの実装が必須となる。また、特許文献1ではバースト通信が行われてから規制をかけるために、未然にスループットの不公平性を検知し、それを未然に防止することができない。
【００１６】
他方、特許文献2では、無線LANの送信バッファの占有状態が閾値を超えたことを検出して受信バッファに遅延時間を挿入すると、受信バッファがオーバーフローし易くなる。下りTCPフローに対するTCP ACKパケットが受信バッファからオーバーフローすると、下りTCPフロー元は送信ウィンドウを減少させるため、下りTCPフローのスループットがより一層低下し、上り・下り間のTCPフローのスループットの不公平性が助長される。反対に、無線LANの受信バッファの占有状態が閾値を超えたことを検出して送信バッファに遅延時間を挿入すると、送信バッファがオーバーフローし易くなり、上りTCPフローに対するTCP ACKパケットのオーバーフローによって上りTCPフロー間のスループットの不公平性が助長される。また、下りTCPフローのTCP dataパケットがオーバーフローすると、下りTCPフローのスループットがより一層低下し、上り・下り間のTCPフローのスループットの不公平性が助長される。
【００１７】
またレッドでは、送信バッファの占有状態が閾値を超えたことを検出して送信バッファ中のデータパケットを廃棄すると、下りTCPフローのスループットがより一層低下し、上り・下り間のTCPフローのスループットの不公平性が助長される。他方、受信バッファの占有状態が閾値を超えたことを検出して受信バッファ中のデータパケットを廃棄すると、上りTCPフローの帯域占有率を無駄に低下させてしまう場合がある。その理由は、受信バッファの占有状態が閾値を超えたとしても、必ずしも送信バッファがオーバーフローする可能性が高いとは限らないためである。
【００１８】
この発明は上記のような課題に省みて、送信バッファのオーバーフローを抑制し、上り・下り間のフローのスループットの不公平性および上りフロー間のスループットの不公平性を防止することのできる中継装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の中継装置は、ランダムアクセス方式を用いるネットワークを通じて1以上の端末装置と接続され、前記端末装置とその通信相手間で授受されるパケットの中継を行う中継装置において、前記ネットワーク側の送信バッファの使用状態を監視する第１の手段と、前記第１の手段で監視された前記送信バッファの使用状態に応じて前記端末装置から受信したデータパケットを確率的に廃棄する第２の手段とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、上り・下り間のフローのスループットの不公平性および上りフロー間のスループットの不公平性を防止することができる。その理由は、送信バッファの使用状態に応じて端末装置から受信したデータパケットを確率的に廃棄することにより、送信側の輻輳制御を誘発させて上りフローの帯域占有率の低下を促し、送信バッファへ流入する確認応答パケットの流量を絞り、送信バッファのオーバーフローを防止するためである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
［実施の形態1］
本発明の実施の形態1を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
本実施の形態1は、ランダムアクセス方式を用いる通信システムにおいて、パケット中継装置が自装置の送信バッファの使用状態をモニターし、必要であれば、受信パケットを廃棄することを特徴とする。以下の説明では、ランダムアクセス方式を用いる通信システムの代表的なものとして、CSMA/CAを用いる無線LANネットワークを例として説明するが、ランダムアクセス方式であればこれに限らない。ランダムアクセス方式を用いた通信の他の例として、PLC(Power Line Communication:電力線通信)や、IEEE 802.15.3やIEEE 802.15.4などが挙げられる。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態１による中継装置が配されるネットワークの構成図である。無線LAN基地局（無線基地局）はインターネットなどの外部ネットワーク102に接続されている。ここでは、無線LAN端末装置104〜107は無線LAN基地局装置103と外部ネットワーク102を介して通信装置101とパケット送受信を行う。
【００２４】
図１において、無線LAN端末装置104〜107は、上りTCPフローの送信元となる。ここでは、通信相手が外部ネットワーク102上の端末と通信を行うとする。その場合、上りTCP dataパケットをカプセル化した無線LANフレームが無線LAN端末装置104〜107から無線LAN基地局装置103へ送信され、無線LAN基地局装置103により外部ネットワーク102を経由して通信相手へ送信される。外部ネットワーク102に接続された受信側の通信装置101は、そのTCP dataパケットの受信確認応答としてTCP ACKパケットを返送する。送信されたTCP ACKパケットは、外部ネットワーク102を経由して、無線LAN基地局装置103の無線LAN側の送信バッファにバッファリングされる。無線LAN基地局装置103が送信権を獲得した場合に、TCP ACKパケットは送信バッファから出力されて送信元の無線LAN端末装置104〜107に送信される。
【００２５】
下りフローの送信経路は上記と逆になる。外部ネットワーク102に接続された通信装置101が下りデータパケットを送信すると、外部ネットワーク102を経由して、無線LAN基地局装置103の無線LAN側の送信バッファに蓄積される。本実施の形態における無線LAN基地局装置103内の無線LAN側の送信バッファは、TCP ACKパケットと下りデータパケットとで共用されており、共に同じバッファに入力順に蓄積される。
【００２６】
ここでは、無線LAN端末装置104〜107の通信相手は外部ネットワーク102に接続する通信装置101とするが、通信相手が同じ無線LANセル内の場合は、無線LAN基地局装置103のみを経由してTCP dataパケットが受信元に届けられる。そのような場合にも本発明は適用可能である。
【００２７】
図２は、この発明の実施の形態１による中継装置の例として挙げる無線LAN基地局装置103の構成を示すブロック図である。
【００２８】
無線LAN基地局装置103は、無線LAN基地局機能を担う無線LAN I/F（インターフェース）202および外部NW I/F201を備える。外部NW I/F201は、外部ネットワーク102との間のインタフェースであり、外部ネットワーク102へパケットを送信する送信機能部203と、外部ネットワーク102からパケットを受信する受信機能部211とを有する。無線LAN I/F202は、無線LANとの間のインタフェースであり、無線LANを通じて無線LAN端末装置104〜107から無線LANフレームを受信する受信機能部204と、無線LAN端末装置104〜107へ無線LANを通じて無線LANフレームを送信する送信機能部205とを有する。
【００２９】
無線LAN I/F202の送信機能部205は、無線LAN端末装置104〜107へ無線LANを通じて送信するTCPパケットを一時的に蓄積する送信側バッファ手段210を有する。
【００３０】
無線LAN I/F202の受信機能部204は、パケット識別手段207、受信側廃棄可否判断手段208、パケット廃棄手段206および送信バッファ占有状態監視手段209を有する。
【００３１】
送信バッファ占有状態監視手段209は、送信機能部205の送信側バッファ手段210のバッファ状態を監視し、その情報を受信側廃棄可否判断手段208に通知する。本実施の形態では、送信側バッファ手段210中のTCP ACKパケットのバッファ占有率をバッファ使用状態として監視する。しかし、他にも下りフローパケットの占有率、パケットのバッファ遅延などをバッファ使用状態として監視しても良い。
【００３２】
パケット識別手段207は、フロー情報を取得し、受信側廃棄可否判断手段部208に通知する。本実施の形態では、パケット識別手段207は、トランスポートプロトコルがTCPかそれ以外かを識別する。しかし、フロー情報として、フロー識別、例えば宛先ノードやポート番号等、フローを示す情報であれば何でもよい。
【００３３】
受信側廃棄可否判断手段部208は、パケット識別手段207と送信バッファ占有状態監視手段209から、それぞれフロー状態と送信バッファ占有状態を取得し、受信パケットが上りTCP dataパケットで、バッファ占有率がある閾値を超えた場合には、当該受信パケットを廃棄パケットの候補とし、一定の確率で当該受信パケットを廃棄パケットと決定する。
【００３４】
パケット廃棄手段206は、受信側廃棄可否判断手段208が廃棄パケットと決定した受信パケットを廃棄する。パケット廃棄手段206は、受信側廃棄可否判断手段208が廃棄パケットと判断しなかった受信パケットについては、通常の動作と同様にパケット転送すべく、外部NW I/F201の送信機能部203に伝達する。
【００３５】
図３のフローチャートを用いて本実施の形態における無線LAN基地局装置103の動作の説明を行う。図３は無線LAN基地局装置103が無線LANフレームを受信した場合の動作を示すフローチャートである。
【００３６】
無線LAN基地局装置103の無線LAN I/F202は、帰属する無線LAN端末装置104〜107からの無線LANフレームを受信した際、まず送信元の無線LAN端末装置にWLAN ACKフレームを送信する(F301)。これで送信元無線LAN端末装置と受信した無線LAN基地局装置103間の無線LANフレームの受信は完了する。このWLAN ACK送信は通常の動作である。
【００３７】
次に、受信機能部204におけるパケット識別手段207において受信パケットの情報を識別し、TCP dataパケットか否かを識別する(F302)。その結果、受信パケットがTCP dataパケットではない場合、受信側廃棄可否判断手段208およびパケット廃棄手段206の処理を経ずに通常通りに外部NW I/F201の送信機能部203に転送され(F307)、最終的に外部ネットワーク102経由で通信相手に届けられる。
【００３８】
他方、受信パケットがTCP dataパケットの場合、受信側廃棄可否判断手段208は送信バッファ占有状態監視手段209から送信側バッファ手段210のTCP ACK占有率を確認する(F303)。その結果、TCP ACKの占有率が閾値以下の場合は、パケット廃棄手段206による廃棄を行わず通常通りTCP dataパケットを送信機能部203に転送する(F307)。しかし、TCP ACKの占有率が閾値以上の場合、受信側廃棄可否判断手段208は乱数を振り(F304)、廃棄するかどうかを確率的に決定する(F305)。本実施の形態では、送信元やフローは特定せずに全てのフローのデータパケットを一様の確率で廃棄する。閾値は、固定値でも良いし、無線の輻輳状況、トラフィック状況を考慮して決定しても良い。若し廃棄すると決定した場合、受信したTCP dataパケットはパケット廃棄手段206により廃棄する(F306)。
【００３９】
ここでは、一つのコネクションでは片方向のTCP dataパケットが送信されると仮定した。しかし、一つのTCPコネクションで上り下り両方向のTCPフローとなる場合は、上りのTCP dataパケットが下りTCP dataパケットへの確認応答、下りのTCP dataパケットが上りTCP dataパケットへの確認応答、となることがある。その場合は、TCP dataパケットとTCP ACKパケットは区別されない。バッファサイズ占有率を計算するときには、TCP ACKパケットのみではなくTCP dataパケットも含めた占有率とする。
【００４０】
次に、実施の形態1において、パケット廃棄となるバッファ占有率の閾値が一つの場合の実施例1を説明する。無線LAN基地局装置103の送信側バッファ手段210の最大容量が256パケットとする。TCP ACKパケットの占有率が閾値である8割を超えたら、すなわち、無線LAN基地局装置103の送信側バッファ手段210に蓄積されているTCP ACKパケットの数が閾値である205パケットを超えたら、受信パケットを1％の確率で廃棄する。例えば、0から999の値で乱数を振り、出た値が0〜9の場合は廃棄し、それ以外は廃棄せずに通常通りに転送する。ここではバッファのサイズを表す単位をパケットとしたが、単位をビットとしても良い。
【００４１】
次に、TCP ACKパケットのバッファ占有率によって上りTCP dataパケットの廃棄率を決定する実施例2を説明する。例えば、無線LAN基地局装置103の受信側廃棄可否判断手段208が図４のようなテーブルを参照して廃棄率を決定する。TCP ACKパケットのバッファ占有率が80〜90%の時は0.2%の割合で上りのTCP dataパケットを廃棄する。同様に、TCP ACKパケットのバッファ占有率が90〜100%未満では0.5%、100％に達したら1.0%を廃棄する。ここではバッファのサイズを表す単位をパケットとしたが、単位をビットとしても良い。
【００４２】
次に、パケット廃棄となるバッファ占有率の閾値がトラフィックによって変動する場合の実施例3を説明する。ここでは、閾値を決定する情報とするトラフィックの例として上下フローの本数を使用する。下りフローが存在するときには、送信側バッファ手段210に下りデータパケット用の余地が必要となる。そのため、下りフローが存在しない場合と下りフローが存在する場合、もしくは下りフローの本数で、TCP ACKパケットのバッファ占有率の閾値を変える必要がある。下りフローの本数は送信機能部205の送信側バッファ手段210から取得する。その場合に、無線LAN基地局装置103の受信側廃棄可否判断手段208が持つテーブルの例を図5に示す。
【００４３】
図5では、TCP ACKパケットのバッファ占有率が等しくても、下りフローの本数が増加するにつれて、パケット廃棄率を増加している。これは、下りフローが増加するにつれてその分のバッファ余地が必要となるためである。その必要余地は上りTCPフローのトータルスループットを下げることで実現する。実現方法は、無線LAN基地局装置103が上りTCP dataパケットを受信時に確率的に廃棄する。ここでは、閾値決定の指標として下りフローの本数を用いたが、下りフローパケットの送信側バッファ手段210への入力データビットレートやパケットレート、上り下りに関わらない全体のフロー数等、トラフィックに関する指標であれば何でも良い。
【００４４】
以上のごとく、本実施の形態では以下の2点の動作を両方実施することにより、各フロースループットの公平性を保つことができる。1つ目の動作は上りフローのTCP dataパケット受信時に、無線LAN基地局装置103における送信側バッファ手段210内のTCP ACKパケット占有率を監視することである。2つ目の動作は、そのバッファ占有率が閾値を超えたら、ある割合で全ての上りフローのTCP dataパケットを廃棄することである。上記２つの動作の作用として、上りTCPフローのトータルスループットを意図的に減少することができる。そして、無線LAN基地局装置103の送信側バッファ手段210におけるTCP ACKパケットの占有率が下がり、TCP ACKパケットのバッファオーバーフローを防ぐことができる。その結果、課題で示したような上りTCPフローの中で極端な低スループットフローが発生する事態や、下りTCPフローのスループットが極端に低くなる事態を回避でき、フロー間の公平性を実現することができる。
【００４５】
［実施の形態2］
次に本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態2は、上述した実施の形態1における無線LAN基地局装置103における受信側廃棄可否判断手段208がTCP dataパケットを廃棄するか否かを決定する際に、フローもしくは端末装置ごとのスループットを公平ではなく、ある程度の意図的な差分を持たせる、すなわち優先度をつけて廃棄する点を追加した形態である。各フロー間もしくは各端末間のスループットに差分を持たせる方法は、廃棄率に差をつけることで実現する。
【００４６】
図6は、実施の形態2における無線LAN基地局装置103の構成を示したものである。図6を参照すると、図2に示された実施の形態1における無線LAN基地局装置103の受信機能部204におけるパケット識別手段207に、受信パケットのアプリケーション情報を識別するアプリケーション識別手段601を有する点で異なる。
【００４７】
本実施の形態におけるパケット識別手段207は、無線LANからパケットを受信すると、アプリケーション識別手段601によって識別した受信パケットのアプリケーション情報を受信側廃棄可否判断手段208に通知する。受信側廃棄可否判断手段208は、取得したアプリケーション情報から現在通信が行われている上りフロー間の優先順位を決定し、各優先順位ごとのTCP dataパケット廃棄率を用いて廃棄するか否かを決定する。
【００４８】
次に、実施の形態2における無線LAN基地局装置103内部の動作のうち、実施の形態1と異なる点に関して図7〜図10を用いて詳細に説明する。
【００４９】
図7は、新規にTCPフローが通信を開始した際の優先順位決定のための動作のフローチャートを示す。パケット識別手段207はTCPパケットを受信した際に、新規上りTCPフローかどうかを以下の手順で判別し、該当フローの優先クラスを決定する。TCPでは、TCPコネクション確立の際にSYNパケットのやり取りを行う。このSYNパケットの受信で新規TCPフローか否かを判別する(F701)。SYNパケットかどうかはTCPヘッダ内のSYNビットから検出できる。このときに、送受信端末のIPアドレスやTCPヘッダ内のポート番号からフローを識別する。そして、ポート番号や、SYNパケットに続くTCP dataパケット等からアプリケーション情報を取得する(F702)。その後、アプリケーション情報と、既にエントリしているアプリケーション情報とを比較して優先クラスを決定し(F703)、図8のようなフローと優先クラスのマッピングテーブルにエントリ(登録)する(F704)。なお、図8のマッピングテーブルの例では、セッションID,送信元ポート番号,受信元ポート番号,送信元IPアドレスおよび受信元IPアドレスの組によってフローを特定している。
【００５０】
具体的なアプリケーションを例に挙げて説明する。既に通信を開始しているフローのアプリケーションがTV会議で、新しく開始する通信がe-mailであったとする。この場合、電話会議のTCPフローの場合は必要帯域が最低でも数百kBps通信と大きい。一方、e-mailの場合は、大きな添付ファイルがあっても送信レートが小さく全パケット送信完了までの時間の許容は比較的に長い。そのため、TV会議のTCPフローをe-mailのTCPフローよりも優先クラスを高くする。
【００５１】
図10に示すフローチャートは実際の通信中の廃棄を行う際の無線基地局装置103内部の動作を示す。送信側バッファ手段210の占有率を取得するまでの動作は、実施の形態1と同様である(F301〜F303)。受信時にパケット識別手段207は、アプリケーション識別手段601で識別したアプリケーション情報から図８を用いて優先クラスを識別し、受信側廃棄可否判断手段208に通知する。受信側廃棄可否判断手段208は、図9のテーブルを用いてバッファ占有率に応じた廃棄率を決定する。図9のテーブルでは、TCP ACKパケットの各バッファ占有率で、クラス1よりもクラス2、クラス2よりもクラス3の方が廃棄率が増加している。これは、廃棄率が大きい方がスループット低減の度合いも大きくなるためである。以降の動作は実施の形態１と同様のため説明は割愛する(F304〜F307)。
【００５２】
なお、実施の形態1で示したとおりに、同じ優先クラスだとしても、トラフィック状態を考慮して廃棄率を決定しても良い。
【００５３】
ここでは、各フローもしくは無線端末間のスループット差分を決定する指標として、アプリケーション情報を用いたが、通信相手装置や送信端末装置等、ネットワーク設計ポリシーによって優先順位を決定しても良い。
【００５４】
以上のごとく、実施の形態2ではアプリケーション情報等を考慮してフロー毎の廃棄率を決定することで、スループット優先制御も実現できる。また、無線LAN基地局装置103のみでの制御のため、導入コストの削減ともなる。
【００５５】
［実施の形態3］
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
【００５６】
本実施の形態3は、上述した実施の形態1,2における無線LAN基地局装置103における受信側廃棄可否判断手段208がTCP dataパケットを廃棄するか否かを決定する際に、無線状態を考慮する点で異なる。
【００５７】
図11は、実施の形態3における無線LAN基地局装置103の構成を示したものである。図11を参照すると、図2,図6に示された実施の形態1,2における無線LAN基地局装置103の受信機能部204において、無線状態識別手段1101を有する点で異なる。無線状態識別手段1101は、無線LANの無線状態が一時的なビットエラー状態なのか、輻輳状態なのか、一時的なビットエラー状態でも輻輳状態でもない正常状態なのかを判別し、受信側廃棄可否判断手段208に通知する。
【００５８】
図12は実施の形態3の無線LAN基地局装置103の動作のフローチャートを示す。本実施の形態3では、バッファの占有率を取得するまで(F301〜F303)は実施の形態1,2と同様である。その後、無線状態識別手段1101は無線状態を判別して、無線リンクが一時的なビットエラー状態かそれ以外の状態なのかを判別する(F1201)。例えば、受信フレームの無線LAN MACヘッダのリトライビットを調査し、一時的ではなくある一定時間、端末間の差が無くリトライビットがセットされている場合には無線状態が輻輳により再送が頻発していると判断する。他方、リトライビットがセットされている期間が一時的であったり、特定の端末のリトライビットのみセットされている場合には無線状態が一時的なビットエラー状態であると判断する。受信側廃棄可否判断手段208は、一時的なビットエラー状態と判断された無線リンクから受信したパケットは破棄の対象としない。一時的なビットエラー状態以外の状態、つまり正常または輻輳と判断された無線リンクから受信したパケットについては、実施の形態1または実施の形態2と同様の処理を行う。
【００５９】
実施の形態3では、無線リンク状態を参照しTCP dataパケットを廃棄するか否かを決定することで、不必要に上りTCPフローのスループット低減を招かずに済む。その理由は、無線リンクのビットエラーが一時的に大きい時に不必要にTCPの送信ウィンドウを低下させると、ビットエラーから回復したときに無線帯域を有効利用できなくなるので、その不都合を避けるためである。
【００６０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は以上の実施の形態にのみ限定されず、例えば以下のような各種の付加変更が可能である。
【００６１】
前述した各実施の形態では、送信側バッファ手段210中のTCP ACKパケットのバッファ占有率をバッファ使用状態として監視したが、以下のような状況をバッファ使用状態として監視する実施の形態も考えられる。
（a）TCP ACKパケット以外のパケットの送信側バッファ手段210における占有率。TCP ACKパケット以外のパケットとしては、下りTCPフローのTCP dataパケットがあり、このパケットの占有率が大きくなるとバッファオーバーフローの危険性がある。
（b）下りフローの全パケットの送信側バッファ手段210における占有率。
（c）送信側バッファ手段210へパケットが入力されるビットレート、送信側バッファ手段210からパケットが出力されるビットレート、および、送信側バッファ手段210におけるバッファ遅延の何れか1つまたは複数の組み合わせ。入力ビットレートが或るレート以上になったり、出力ビットレートが或るレート以下になったり、バッファ遅延が或る量以上になるとバッファオーバーフローの危険性がある。
【００６２】
また、本発明の中継装置はその有する機能をハードウェア的に実現することができる以外に、コンピュータとプログラムとで実現することが可能である。プログラムは、磁気ディスクや半導体メモリ等に記憶され、コンピュータの動作を制御することにより、そのコンピュータ上にパケット廃棄手段206、パケット識別手段207、受信側廃棄可否判断手段208、送信バッファ占有状態監視手段209、アプリケーション識別手段601、無線状態識別手段1101等、本発明の中継装置に必要な機能的手段を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の中継装置が配されるネットワークのシステム構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態1における無線LAN基地局装置の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態1における無線LAN基地局装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態1において、TCP ACKパケットのバッファ占有率に応じて上りTCP dataパケットの廃棄率を変える場合の管理テーブル例である。
【図５】本発明の実施の形態1において、TCP ACKパケットのバッファ占有率と下りフロー数に応じて上りTCP dataパケットの廃棄率を変える場合の管理テーブル例である。
【図６】本発明の実施の形態2における無線LAN基地局装置の構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態2における新規のTCPフロー通信が開始した場合の無線LAN基地局装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態2において、無線LAN基地局装置内のアプリケーション識別手段が有するフローIDと優先クラスのマッピングテーブル例である。
【図９】本発明の実施の形態2において、TCP ACKパケットのバッファ占有率とアプリケーションクラスに応じて上りTCP dataパケットの廃棄率を変える場合の管理テーブル例である。
【図１０】本発明の実施の形態2において、TCP dataパケットの廃棄率を決定する手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態3の無線LAN基地局装置の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態3の無線LAN基地局装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
101…通信装置
102…外部ネットワーク
103…無線LAN基地局装置
104〜107…無線LAN端末装置
201…外部NW I/F
202…無線LAN I/F
203…送信機能部
204…受信機能部
205…送信機能部
206…パケット廃棄手段
207…パケット識別手段
208…受信側廃棄可否判断手段
209…送信バッファ占有状態監視手段
210…送信側バッファ手段
211…受信機能部
601…アプリケーション識別手段
1101…無線状態識別手段
【図１】
2009278256.tif 000003
【図２】
2009278256.tif 000004
【図３】
2009278256.tif 000005
【図４】
2009278256.tif 000006
【図５】
2009278256.tif 000007
【図６】
2009278256.tif 000008
【図７】
2009278256.tif 000009
【図８】
2009278256.tif 000010
【図９】
2009278256.tif 000011
【図１０】
2009278256.tif 000012
【図１１】
2009278256.tif 000013
【図１２】
2009278256.tif 000014