JP2002077263A - 送受信方法 - Google Patents
送受信方法Info
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Abstract
いて、データの通信品質を落とさない送受信方法の提
供。 【解決手段】 ゲートウェイ12で測定した送信端末側
11及び受信端末側13の伝送帯域、伝送所要時間を受
信端末に通知し、それらに基づいてレート制御やデータ
バッファリングを行う。またTCPのウィンドウサイズの
制御や確認応答のタイミング制御によってゲートウェイ
バッファの保護や他のUDPフローの保護を行う。
Description
おける送受信方法に関する。
ット接続の利用が始まっている。一般には無線携帯端末
からゲートウェイに無線接続し、有線接続されたサーバ
のデータを取得あるいは再生する、という構成で運用さ
れている。また、インターネットによる動画像や音声な
どのストリームコンテンツの送受信も盛んになっている
が、無線接続で限られた帯域幅の中でストリームコンテ
ンツを送受信する場合、コンテンツの品質を守るために
は帯域幅にあったレートでコンテンツを送受信したり、
伝送制御によってストリームコンテンツの情報欠落を防
いだりする必要がある。
術では、ゲートウェイが送受信端末の間にあるため、受
信端末はゲートウェイと送信端末との間の伝送帯域を、
送信端末はゲートウェイと受信端末との間の伝送帯域を
知ることができず、送信端末からの送信レートが決定で
きなかった。また受信端末において、ネットワーク状況
に応じた適切なバッファリングを行うことができなかっ
た。
信端末間でTCPによる通信を行う際も、送受信間のレー
ト制御がゲートウェイバッファの量に関係なく行われる
ため、通信レートが上がるとゲートウェイバッファがオ
ーバーフローし、コンテンツの品質を落とす可能性があ
った。
を同時に受信する場合、受信端末においてTCPフローに
よるUDPフローのデータ欠落が発生しやすかった。
なされたもので、ゲートウェイを介したデータ送受信に
おいて、データの品質を落とさないような送受信方法を
提供することを目的とする。
に、この発明に係る送受信方法は、ゲートウェイもしく
は送信端末で計測した送信端末とゲートウェイとの間の
伝送帯域を受信端末に通知し、またはゲートウェイもし
くは受信端末で計測した受信端末とゲートウェイとの間
の伝送帯域を送信端末に通知する。また、ゲートウェイ
もしくは送信端末で送信端末とゲートウェイとの間の伝
送所要時間を計測し、ゲートウェイもしくは受信端末で
受信端末とゲートウェイとの間の伝送所要時間を計測
し、この双方に基づいて受信端末におけるデータのバッ
ファリング時間と再送要求を行うまでの時間を決定す
る。ゲートウェイがTCPの通信フローを中継する際、受
信バッファのサイズに応じてTCPウィンドウサイズを決
定して受信端末から送信端末に送られる確認応答をゲー
トウェイが書き換えるか、受信バッファのサイズに応じ
て確認応答を送信端末に送信するタイミングをゲートウ
ェイが遅らせる。TCPとUDPの両方のフローを受信する
際、UDPのパケット欠落が起こらないように、受信端末
はTCPのウィンドウサイズを調整するかTCPの確認応答メ
ッセージを送信するタイミングを遅らせる。
て、図面を参照しながら説明する。
の実施形態に係る送受信方法を示す構成図である。送信
端末11はゲートウェイ12を介して受信端末13に情
報コンテンツを送信する。ゲートウェイ12は、ゲート
ウェイ12と送信端末11との間の伝送帯域の測定(1
4)を行う。測定方法としては、ゲートウェイ12と送
信端末11との間を伝送されるパケットの総量を直接観
測する方法のほか、パケットの往復伝送時間を計測して
帯域を計算する方法(pathchar(「bit」1998年
8月号51ページなど))などがある。また、物理的に
接続された回線の帯域幅(ISDN、T1、など)を既
知として記憶していてもよい。
した伝送帯域の値を取得する。図2、3は伝送帯域を取
得する方法を説明する図である。図2のように、受信端
末13はゲートウェイ12に対して伝送帯域の値を要求
し(21)、取得(22)してもよいし、図3のよう
に、受信端末13が送信端末11に伝送帯域を問い合わ
せ(31)、送信端末11はゲートウェイ12に問い合
わせて(32)取得した(33)伝送帯域の値を受信端
末13に通知(34)することもできる。こうして伝送
帯域の値を得た受信端末13は、複数あるコンテンツの
のなかから、受信端末13が知り得るゲートウェイ12
と受信端末13との間の伝送帯域と、ゲートウェイが測
定したゲートウェイ12と送信端末11との間の伝送帯
域の2つの値のうち、小さいほうの値を用いて適当なコ
ンテンツを選択してもよいし、コンテンツの要求ととも
に2つの伝送帯域の小さいほうの値を送信端末11に通
知(23または35)し、送信端末11から伝送帯域に
応じた伝送レートでコンテンツを受信(24または3
6)することもできる。
が測定する場合の伝送帯域の通知手順の例を図4及び5
に示す。受信端末13は図4のように、送信端末11に
伝送帯域の値を要求し(41)取得(42)してもよい
し、図5のようにゲートウェイ12に伝送帯域を問い合
わせ(51)、ゲートウェイ12は送信端末11に問い
合わせて(52)取得した(53)伝送帯域の値を受信
端末13に通知(54)することもできる。
信端末11に通知したりするために送信端末11側の伝
送帯域を取得するのではなく、送信端末11が、コンテ
ンツの要求に対して伝送レートを決めるために受信端末
13側の伝送帯域を取得する方法について、図6から図
9を用いて説明する。ゲートウェイ12と受信端末13
との間の伝送帯域(受信端末13側の伝送帯域)は、受
信端末13で測定する(図6、7)か、ゲートウェイ1
2で測定する(図8、9)。受信端末13からコンテン
ツの要求を受信した送信端末11は、受信端末13側の
伝送帯域を、ゲートウェイ12に問い合わせる(図7、
8)か、受信端末13に問い合わせ(図6、9)、得ら
れた受信端末13側の伝送帯域の値と、送信端末11が
知り得る送信端末11とゲートウェイ12との間の伝送
帯域の2つの値に応じてコンテンツを送信することがで
きる。
態に係る送受信方法について図10、11を用いて説明
する。送信端末11からゲートウェイ12を介して受信
端末13にデータを伝送する際、伝送方法の一つとし
て、送信端末11とゲートウェイ12間(ネットワーク
107)、ゲートウェイ12と受信端末13間(ネット
ワーク108)とをそれぞれ分離して別々に伝送処理を
行うことができる。これによって、ネットワーク107
とネットワーク108とで伝送特性が異なる場合、一方
の伝送特性が他方に与える影響が少なくなる。例えば、
ネットワーク108が無線伝送を用いていてデータパケ
ットの欠落率が高い場合、送信端末11からゲートウェ
イ12への伝送が欠落なく行われていれば、受信端末1
3からの欠落したパケットの再送要求は、ゲートウェイ
12において処理すればよい(ネットワーク107とネ
ットワーク108とを分離しない場合、再送要求はゲー
トウェイ12を介して送信端末11まで送られ、欠落な
く伝送が行われているネットワーク107に負荷をかけ
ることになる)。
伝送を行うためにデータパケットを連続で送信する場合
を考える。送信端末11から送信される動画像のパケッ
ト(101S、102S、103S、……)は、ゲート
ウェイ12を経由(101G、102G、……)して受
信端末13で受信される(101R、102R、…
…)。ここで、パケット103Sがゲートウェイ12に
伝送される途中で欠落したとする(103L)。受信端
末13でもパケット103Sは欠落したと判断される
(103r)。ゲートウェイ12及び受信端末13のそ
れぞれでパケットが欠落したと判断されてからただちに
再送要求(103Q、103q)が送信され、パケット
が再送されてゲートウェイ12を通過して(103G)
受信端末13に到着(103R)するまでの時間は、ネ
ットワーク107及び108における伝送所要時間をそ
れぞれT、t(ただしT > t)、伝送所要時間のゆらぎを
それぞれJ、jとすると、図10からB=2T+2J+jとなる。
またT < tの場合は図11からB=2t+3jとなる。
タを欠落なく再生するためには、受信したパケットを、
再送を見込んだ時間だけ受信端末13で保持していなけ
ればならない。欠落したパケット103rの再送要求を
送って時間Bだけ経過してから103Rを受信しても正
しく連続パケットを再生(103P)するためには、他
のパケット(例えば104R)も時間Bだけ受信端末で
保持されてから再生(104P)すればよい。この保持
する時間Bを「バッファリング時間」と呼ぶ。
時間Bまでに再送させるためにはパケットが欠落したか
どうかの判断を時間j(106)以内に行わなければな
らない。この時間jを「再送要求を行うまでの時間」と
呼ぶ。パケットの伝送所要時間にはゆらぎがあるため、
パケットの到着予定時刻にゆらぎを見込んだ時間を加え
た時刻だけ待ってもパケットが到着しなければ、パケッ
トが欠落したと判断することができる。従って「再送要
求を行うまでの時間」は、パケットの伝送所要時間のゆ
らぎjであればよい。このゆらぎjは、伝送所要時間を複
数回測定した場合の分散をvとするとj=4vで十分である
ことが知られている(Ramjee et al., "Adaptive playou
t mechanisms for packetized audio applications in
wide-areanetworks", Proceedings of IEEE INFOCOM, p
p. 680-688, 1994)。
ケットの伝送所要時間の平均及び分散をそれぞれT、Vと
し、ネットワーク108におけるパケットの伝送所要時
間の平均及び分散をそれぞれt、vとすると、受信端末1
3におけるパケットの「再送要求を行うまでの時間」は
4v、受信端末13におけるパケットの「バッファリング
時間」は2max(T,t)+2max(4V,4v)+4vとなる(max(a,b)は
aとbのうち大きいほうの値)。
送要求を行うまでの時間を知るために、ネットワーク1
07の伝送所要時間の測定は送信端末11またはゲート
ウェイ12で行う必要がある。ゲートウェイ12はネッ
トワーク108の伝送所要時間の測定も可能であるの
で、 (1)ゲートウェイ12でネットワーク107及び10
8の伝送所要時間を測定し、バファリング時間及び再送
要求を行うまでの時間を計算して受信端末13に通知す
る。
の伝送所要時間を測定して受信端末13に通知し、受信
端末13で測定するネットワーク108の伝送所要時間
とからバッファリング時間及び再送要求を行うまでの時
間を計算する。のいずれかの方法により、受信端末13
におけるバッファリング時間及び再送要求を行うまでの
時間を求める。伝送所要時間は片道の所要時間であるた
め、往復の所要時間が測定される場合はその2分の1を
片道の伝送所要時間として扱えばよい。
態に係る送受信方法について図12を参照しながら説明
する。第1及び第2の実施形態で得られる伝送帯域、伝
送所要時間及びそのゆらぎ、バッファリング時間、再送
要求を行うまでの時間は、HTTP(Hyper Text Transfer P
rotocol, RFC2616, IETF)及びSDP(Session Description
Protocol, RFC2327, IETF)で伝送可能である。例とし
て、図2のようにゲートウェイ12で取得した伝送帯域
などのデータを受信端末13に伝送する際、図12にお
けるスクリプト121を受信端末13からゲートウェイ
12に送信してデータを問い合わせ、スクリプト122
をゲートウェイ12から受信端末13が受信してデータ
を取得する。データの問い合わせ元、問い合わせ先が異
なる場合も同様である。
してgateway.example.comに対し、server1.sdpで指定さ
れたデータを送信するように要求している。それに対
し、スクリプト122では要求されたデータとして、伝
送帯域(bandwidth:単位キロビット毎秒)、バッファリ
ング時間(prebuffering:単位ミリ秒)、再送要求を行
うまでの時間(buffertimeout:単位ミリ秒)、伝送所要
時間(rtt:単位ミリ秒)、伝送時間のゆらぎ(jitter:
単位ミリ秒)の各データを記述している。v=、o=、s=は
SDPの文法に従ったSDPのバージョン、送信者、セッショ
ン名の記述である。データは全ての項目を記述する必要
はなく、例えば伝送帯域のみを記述してあってもよい。
態に係る送受信方法の構成について図13を用いて説明
する。
て受信端末13にデータを伝送する際、ゲートウェイ1
2が伝送したパケットをゲートウェイ12が保存し、受
信端末13からパケット欠落のため再送要求があった場
合にゲートウェイ12がバッファ135に保存したパケ
ットを再送する、という伝送処理を行うことができる。
これによって、ネットワーク107とネットワーク10
8とで伝送特性が異なる場合、一方の伝送特性が他方に
与える影響が少なくなる。例えば、ネットワーク108
が無線伝送を用いていてデータパケットの欠落率が高い
場合、送信端末11からゲートウェイ12への伝送が欠
落なく行われていれば、受信端末13からの欠落したパ
ケットの再送要求は、ゲートウェイ12において処理す
ればよい(ネットワーク107とネットワーク108と
を分離しない場合、再送要求はゲートウェイ12を介し
て送信端末11まで送られ、欠落なく伝送が行われてい
るネットワーク107に負荷をかけることになる)。
データ伝送を行う場合、受信端末13から送信端末11
に、ウィンドウサイズ(受信可能データ量を表す)を含
む確認応答を送信してフロー制御(レート制御)を行う
が、図13のような構成で受信端末13の性能に基づい
て伝送レートが上がっていくと、ゲートウェイ12が持
つバッファ135のサイズを保存パケットの量が上まわ
る可能性がある。
信端末13から送信端末11に送られる確認応答142
をゲートウェイ12がいったん受信し、ウィンドウサイ
ズwをバッファ135の残量に基づいてW’に書き直し
(143)、送信端末11に再送信する。また、もう一
つの方法としては、ゲートウェイ12がいったん受信し
た確認応答をゲートウェイ12でしばらく保持し、バッ
ファ135の残量が増えるのを待ってから確認応答を送
信端末11に送信してもよい。またこの方法は、TCPプ
ロトコルに限らず、受信可能データ量を通知してフロー
制御を行ったり、確認応答を行ったりするプロトコルに
関して適用することができる。
態に係る送受信方法について図15を用いて説明する。
コル(例:TCP)によるデータ伝送(154)とフロー制
御のないプロトコル(例:UDP)によるデータ伝送(15
6)を受信する場合を考える。フロー制御のあるプロト
コルでは、受信端末153はデータパケットを受信する
たびに、確認応答155を送信端末A(151)に送信
し、送信端末A(151)は確認応答155を受信して
から次のデータパケットを送信する。確認応答155に
は受信端末153が受信可能なデータ量(TCPプロトコ
ルの場合はウィンドウサイズ)が記述されており、送信
端末A(151)はその記述に基づいて送信データ量を
決定する。この受信可能なデータ量は、可能な限り増加
を続ける。
ないプロトコルのデータフローが混在する場合、一般に
はフロー制御のないプロトコルのデータフローにおい
て、データパケットの欠落が発生する。これを防ぐた
め、受信端末153は受信しているパケットを監視し、
欠落が生じた場合は、フロー制御のある伝送154に対
して、伝送レートを下げるような制御を行う。一つは、
パケットの欠落が生じないように、確認応答155に記
述する受信可能なデータ量の値を決定することであり、
もう一つはパケットの欠落が生じているときに確認応答
155を受信端末153が送信するタイミングを決定す
ることである。第1の方法によって、送信端末A(15
1)から送信されるデータ量は減少し、第2の方法によ
って送信端末A(151)から送信されるデータの送信
間隔をあけることによって時間あたりの送信データ量は
減少する。このようにして送信端末B(152)から送
信されるフロー制御のないデータフローを保護すること
ができる。
ータフローに対してTCP(フロー制御を行う)のフロー
制御を行うことによって実現できるが、TCP以外でフロ
ー制御のあるプロトコルによって実現することもでき
る。
よれば、ゲートウェイにおける伝送帯域の測定により、
送信端末11が受信端末13側の伝送帯域を、また受信
端末13が送信端末11側の伝送帯域を知ることによ
り、送信端末及び受信端末の双方が、伝送経路全体の伝
送帯域を知ることができるので、情報として動画や音声
など実時間性の必要なデータを送受信する場合、伝送帯
域に応じて伝送レートを決めることによってデータ落ち
を防ぐことができる。
ークの状況に応じて変動する伝送所要時間に基づいて、
ストリーム伝送のための最適なバッファリングを行うこ
とができる。
くはゲートウェイで測定された伝送帯域や伝送所要時間
などのデータをSDPフォーマットを用いて他の端末もし
くはゲートウェイで取得し、伝送レートやバッファリン
グなどを制御して最適な情報送受信を行うことができ
る。
ェイの再送用バッファの容量を考慮したTCPのレート制
御により、再送用バッファのオーバーフローが発生する
ことなく受信端末からの再送要求に応じることができ
る。
フロー制御のあるプロトコルによるレート制御によっ
て、UDPなどフロー制御のないプロトコルのデータパケ
ットの欠落を防ぐことができる。
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
信端末が伝送帯域を取得する方法を説明する図
る図
る図
データ取得のための記述の例を示す図
る図
る図
る図
Claims (16)
- 【請求項1】 送信端末から少なくとも1つ以上のゲー
トウェイを介して受信端末にデータを送信する伝送路に
おいて、前記ゲートウェイが前記ゲートウェイと前記送
信端末との間の伝送帯域を測定し、前記伝送帯域を受信
端末に直接もしくは送信端末を介して通知することを特
徴とする送受信方法。 - 【請求項2】 送信端末から少なくとも1つ以上のゲー
トウェイを介して受信端末にデータを送信する伝送路に
おいて、前記送信端末が前記ゲートウェイと前記送信端
末との間の伝送帯域を測定し、前記伝送帯域を受信端末
に直接もしくはゲートウェイを介して通知することを特
徴とする送受信方法。 - 【請求項3】 送信端末から少なくとも1つ以上のゲー
トウェイを介して受信端末にデータを送信する伝送路に
おいて、前記ゲートウェイが前記ゲートウェイと前記受
信端末との間の伝送帯域を測定し、前記伝送帯域を送信
端末に直接もしくは受信端末を介して通知することを特
徴とする送受信方法。 - 【請求項4】 送信端末から少なくとも1つ以上のゲー
トウェイを介して受信端末にデータを送信する伝送路に
おいて、前記受信端末が前記ゲートウェイと前記受信端
末との間の伝送帯域を測定し、前記伝送帯域を送信端末
に直接もしくはゲートウェイを介して通知することを特
徴とする送受信方法。 - 【請求項5】 送信端末からゲートウェイを介して受信
端末にデータを送信する伝送路において、前記ゲートウ
ェイが、ゲートウェイと前記送信端末との間及びゲート
ウェイと前記受信端末との間の双方の伝送所要時間を測
定し、前記伝送所要時間に基づいて前記受信端末のデー
タパケットのバッファリング時間と再送要求を行うまで
の時間の少なくとも一方を決定し、前記受信端末に直接
もしくは送信端末を介して通知することを特徴とする送
受信方法。 - 【請求項6】 送信端末からゲートウェイを介して受信
端末にデータを送信する伝送路において、前記送信端末
が、ゲートウェイと前記送信端末との間の伝送所要時間
を測定して前記受信端末に直接またはゲートウェイを介
して通知し、前記受信端末は前記伝送所要時間に基づい
て前記受信端末のデータパケットのバッファリング時間
と再送要求を行うまでの時間の少なくとも一方を決定す
ることを特徴とする送受信方法。 - 【請求項7】 請求項5及び6に記載の送受信方法にお
いて、前記伝送所要時間の測定を複数回行い、前記伝送
所要時間の平均値及び分散の双方に基づいてデータパケ
ットの前記バッファリング時間及び再送要求を行うまで
の時間を決定することを特徴とする送受信方法。 - 【請求項8】 請求項1から7に記載の送受信方法にお
いて、伝送帯域、伝送所要時間、バッファリング時間、
再送要求を行うまでの時間の少なくとも一つの通知を、
SDP(Session Description Protocol)を用いて行うこと
を特徴とする送受信方法。 - 【請求項9】 送信端末からゲートウェイを介して受信
端末にデータパケットを送信する伝送路において、 ゲートウェイは送信端末から送信されたデータパケット
を受信端末に送信するとともにゲートウェイのデータパ
ケット保存領域に保存し、 受信端末が前記データパケットを受信できなかった際に
送信する再送要求を前記ゲートウェイが受信し、ゲート
ウェイが保存したデータパケットを受信側に再送信する
送受信方法であって、 ゲートウェイが送信端末から受信可能なデータ量を、ゲ
ートウェイの前記保存領域の残量に基づいて決定して送
信端末に通知することにより、ゲートウェイの前記保存
領域のオーバーフローを防ぐことを特徴とする送受信方
法。 - 【請求項10】 請求項9に記載の送受信方法におい
て、前記データパケットがTCPパケットであり、ゲート
ウェイが送信端末から受信可能な前記データ量がTCPウ
ィンドウサイズであり、受信端末が送信端末に対して送
信するデータパケットに記述されたTCPウィンドウサイ
ズを、ゲートウェイの前記保存領域の残量に基づいて決
定したTCPウィンドウサイズにゲートウェイが書き換え
て送信端末に送信して通知することを特徴とする送受信
方法。 - 【請求項11】 送信端末からゲートウェイを介して受
信端末にデータパケットを送信する伝送路において、 送信端末は受信端末から受信成功の通知を受信してから
次のパケットを送信し、 ゲートウェイは送信端末から送信されたデータパケット
を受信端末に送信するとともにゲートウェイのデータパ
ケット保存領域に保存し、 受信端末が前記データパケットを受信できなかった際に
送信する再送要求を前記ゲートウェイが受信し、ゲート
ウェイが保存したデータパケットを受信側に再送信する
送受信方法であって、 ゲートウェイが、ゲートウェイの前記保存領域の残量に
基づいて、受信端末から受信した受信成功の通知を送信
端末に送信するタイミングを決定することにより、ゲー
トウェイの前記保存領域のオーバーフローを防ぐことを
特徴とする送受信方法。 - 【請求項12】 請求項15に記載の送受信方法におい
て、前記データBのパケットがTCPパケットであり、前記
受信可能の通知がTCPの確認応答メッセージであること
を特徴とする送受信方法。 - 【請求項13】 受信端末が一つまたは複数の送信端末
から異なる種類のデータのパケットを受信し、そのうち
データAのパケットの送受信については受信端末から送
信端末に受信端末が受信可能なデータ量を通知し、送信
端末は受信端末が受信可能な前記データ量を超えるデー
タ量を送信しない送受信方法において、 受信端末が前記データA以外のパケットが欠落しないよ
うにデータAの受信において受信可能なデータ量を決定
することを特徴とする送受信方法。 - 【請求項14】 請求項13に記載の送受信方法におい
て、前記データAのパケットがTCPパケットであり、受信
端末が送信端末から受信可能な前記データ量がTCPウィ
ンドウサイズで表されることを特徴とする送受信方法。 - 【請求項15】 受信端末が一つまたは複数の送信端末
から異なる種類のデータのパケットを受信し、そのうち
データBのパケットの送受信については送信端末が受信
端末から受信成功の通知を受信してから次のパケットを
送信する送受信方法において、 受信端末が前記データB以外のパケットが欠落しないよ
うにデータBに関する受信成功の通知の送信タイミング
を決定することを特徴とする送受信方法。 - 【請求項16】 請求項15に記載の送受信方法におい
て、前記データBのパケットがTCPパケットであり、前記
受信成功の通知がTCPの確認応答メッセージであること
を特徴とする送受信方法。
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