JP2008205932A - Node device and band control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、端末間でネットワークを介してデータを送受信するシステムにおけるフロー制御に関する。 The present invention relates to flow control in a system that transmits and receives data between terminals via a network.
パソコンなどの端末の間ではインターネットなどのコンピュータネットワークを介した通信が行われる。この通信によってファイル等のデータが転送される。この種のデータ転送システムでは、トランスポート層のプロトコルとして、標準的なトランスポートプロトコルであるＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）が用いられることが多い。 Communication between terminals such as personal computers is performed via a computer network such as the Internet. Data such as a file is transferred by this communication. In this type of data transfer system, TCP (Transmission Control Protocol), which is a standard transport protocol, is often used as a transport layer protocol.
また、データ転送においては大容量のデータを高速で転送することが要求されることがある。これに対して端末のＴＣＰプロトコルに変更を加えることで実効的なスループットを向上させる検討が数多くなされている（例えば、非特許文献１、２参照）。
ＴＣＰでは、データを保存しておくウィンドウのサイズを自立的に変化させる帯域制御が行なわれる。しかし、この帯域制御では、ウィンドウサイズの変化に応じてスループットが鋸歯状になり、平均としてのスループットが低下してしまう。そのため、帯域が保証されたネットワークでのデータ転送において、保証された帯域を十分に活用できないという問題があった。 In TCP, bandwidth control is performed to autonomously change the size of a window for storing data. However, in this band control, the throughput becomes serrated according to the change in the window size, and the average throughput decreases. Therefore, there is a problem that the guaranteed bandwidth cannot be fully utilized in data transfer in a network where the bandwidth is guaranteed.
上述したＴＣＰプロトコルに変更を加えることで実効的なスループットを向上させる技術にはこの問題に対する対策がある。しかし、これらの技術は端末主導でデータのレートを制御する方式であるため、ユーザ間でスループットの公平性を保つのが困難であった。 A technique for improving the effective throughput by changing the TCP protocol described above has a countermeasure for this problem. However, since these techniques are terminal-driven data rate control methods, it is difficult to maintain fairness of throughput among users.
本発明の目的は、帯域保証ネットワークでのデータ転送において保証帯域を効率良く利用して高いスループットを保つとともにユーザ間の公平性を保つことのできる装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an apparatus that can efficiently use a guaranteed bandwidth in data transfer in a bandwidth guaranteed network to maintain high throughput and maintain fairness among users.
上記目的を達成するために、本発明のノード装置は、
データ送信端末からデータ受信端末へ送信できる帯域が保証された帯域保証ネットワークにおいて前記データ送信端末と前記データ受信端末の間に配置されるノード装置であって、
前記帯域保証ネットワークにて前記データ送信端末から前記データ受信端末へのフローに割り当てられた帯域保証値を保持する帯域情報保持部と、
前記フローの前記帯域保証ネットワークによる伝送遅延時間を計測する伝送遅延時間算出部と、
前記帯域情報保持部に保持されている前記フローの帯域保証値と、前記伝送遅延時間算出部で計測された伝送遅延時間とから、前記フローのデータが前記帯域保証値以内の帯域となるウィンドウサイズを算出するウィンドウサイズ算出部と、
前記ウィンドウサイズ算出部で算出された前記ウィンドウサイズを前記データ送信端末の帯域制御に使用させるために前記データ送信端末に通知するウィンドウサイズ書き込み部と、を有している。
In order to achieve the above object, the node device of the present invention provides:
A node device arranged between the data transmitting terminal and the data receiving terminal in a bandwidth guaranteed network in which a bandwidth that can be transmitted from the data transmitting terminal to the data receiving terminal is guaranteed;
A bandwidth information holding unit for holding a bandwidth guaranteed value assigned to a flow from the data transmitting terminal to the data receiving terminal in the bandwidth guaranteed network;
A transmission delay time calculation unit for measuring a transmission delay time by the bandwidth guarantee network of the flow;
The window size in which the data of the flow falls within the bandwidth guaranteed value from the bandwidth guaranteed value of the flow held in the bandwidth information holding unit and the transmission delay time measured by the transmission delay time calculating unit A window size calculation unit for calculating
A window size writing unit for notifying the data transmission terminal to use the window size calculated by the window size calculation unit for bandwidth control of the data transmission terminal.
本発明によれば、データ送信端末からデータ受信端末へ送信するデータのレートを保証帯域内で安定的に制御できるので、保証帯域を効率良く利用することができ、また帯域保証ネットワークによる保証帯域に基づいた帯域制御を行なうのでユーザ間の公平性が保たれる。 According to the present invention, since the rate of data transmitted from the data transmission terminal to the data reception terminal can be stably controlled within the guaranteed bandwidth, the guaranteed bandwidth can be used efficiently, and the guaranteed bandwidth by the bandwidth guaranteed network can be increased. Since bandwidth control is performed based on this, fairness among users is maintained.
また、前記データ送信端末から前記データ受信端末への時間的に集中して送信されたデータを分散させるシェーパー部を更に有することにしてもよい。 Moreover, you may decide to further have the shaper part which disperse | distributes the data transmitted from the said data transmission terminal to the said data reception terminal concentrated in time.
これによればデータ送信端末から帯域保証ネットワークに送出されるデータが短時間に集中するのを防止することができる。 According to this, it is possible to prevent the data transmitted from the data transmission terminal to the bandwidth guarantee network from being concentrated in a short time.
また、前記データ送信端末と前記データ受信端末の間のプロトコルは、データ受信装置の受信バッファの状態に依存してサイズが決定される広告ウィンドウと、前記帯域保証ネットワークでのパケット廃棄の状況に応じて前記データ送信端末がサイズを決定する輻輳ウィンドウとが定義され、前記広告ウィンドウのサイズと前記輻輳ウィンドウのサイズのいずれか小さい方を採用して前記データ送信端末での帯域制御に用いるプロトコルであり、
前記ウィンドウサイズ書き込み部は、前記データ受信端末から前記データ送信端末に通知される前記広告ウィンドウのサイズを、前記ウィンドウサイズ算出部で算出されたウィンドウサイズに書き換えることにしてもよい。
The protocol between the data transmitting terminal and the data receiving terminal depends on the advertisement window whose size is determined depending on the state of the reception buffer of the data receiving apparatus, and the packet discarding situation in the bandwidth guaranteed network. A congestion window for determining the size of the data transmission terminal, and a protocol used for bandwidth control in the data transmission terminal by adopting the smaller one of the size of the advertisement window and the size of the congestion window. ,
The window size writing unit may rewrite the size of the advertising window notified from the data receiving terminal to the data transmitting terminal to the window size calculated by the window size calculating unit.
これによれば、ノード装置がデータ受信端末からデータ送信端末へ通知される広告ウィンドウサイズを書き換えるので、データ送信端末はそれを元に既存の動作をするだけであり、データ送信端末のプロトコルに本発明に特有の機能を加えることなくスループットを改善できる。 According to this, since the node device rewrites the advertisement window size notified from the data receiving terminal to the data transmitting terminal, the data transmitting terminal only performs an existing operation based on this, and the protocol of the data transmitting terminal is Throughput can be improved without adding features specific to the invention.
また、前記ノード装置は前記帯域保証ネットワークのエッジにおいて前記データ送信端末に接続されており、
前記伝送遅延時間算出部は、前記データ送信装置と前記データ受信装置の間のコネクション確立において、前記データ送信端末から前記データ受信端末へ送信された信号の通過を認識した時刻から、前記データ受信端末から前記データ送信端末への応答の通過を認識した時刻までの時間を前記伝送遅延時間として計測することにしてもよい。
In addition, the node device is connected to the data transmission terminal at the edge of the bandwidth guarantee network,
The transmission delay time calculating unit is configured to establish the connection between the data transmitting device and the data receiving device from the time when the transmission of the signal transmitted from the data transmitting terminal to the data receiving terminal is recognized. The time from when the response is recognized to the data transmission terminal until the time when the response is recognized may be measured as the transmission delay time.
本発明によれば、データ送信端末からデータ受信端末へ送信するデータのレートを保証帯域内で安定的に制御できるので、保証帯域を効率良く利用することができ、また帯域保証ネットワークによる保証帯域に基づいた帯域制御を行なうのでユーザ間の公平性が保たれる。 According to the present invention, since the rate of data transmitted from the data transmission terminal to the data reception terminal can be stably controlled within the guaranteed bandwidth, the guaranteed bandwidth can be used efficiently, and the guaranteed bandwidth by the bandwidth guaranteed network can be increased. Since bandwidth control is performed based on this, fairness among users is maintained.
一般的なＴＣＰでは広告ウィンドウと輻輳ウィンドウという２つのウィンドウが定義される。広告ウィンドウのサイズは受信側で受信バッファの状態に依存して決定される。輻輳ウィンドウのサイズは送信側でパケット廃棄の状況に応じて決定される。フロー制御に用いるウィンドウサイズには広告ウィンドウサイズと輻輳ウィンドウサイズのうちいずれか小さい方が選択される。このウィンドウサイズはＡＣＫが到着したときに更新される。 In general TCP, two windows, an advertisement window and a congestion window, are defined. The size of the advertisement window is determined on the receiving side depending on the state of the reception buffer. The size of the congestion window is determined on the transmission side according to the packet discard situation. As the window size used for flow control, the smaller one of the advertisement window size and the congestion window size is selected. This window size is updated when an ACK arrives.
本実施形態では、データの送信側となるデータ送信端末と、データの受信側となるデータ受信端末との間は、帯域保証ネットワークによって帯域が保証される構成である。したがって、帯域保証値以下でデータを送出している限りパケットの廃棄が生じないことが想定される。それ故、データが帯域保証値以下で送出されるように広告ウィンドウサイズを調節すればパケットの廃棄を防ぐことができる。パケットの廃棄が生じなければ輻輳ウィンドウサイズが小さくならないので常に広告ウィンドウサイズがＴＣＰウィンドウサイズに採用されることになる。その結果、スループットが鋸歯状に変動しなくなり保証帯域の効率的な利用が可能となる。 In the present embodiment, a band is guaranteed by a band guarantee network between a data transmitting terminal serving as a data transmitting side and a data receiving terminal serving as a data receiving side. Therefore, it is assumed that no packet is discarded as long as data is transmitted with a bandwidth guaranteed value or less. Therefore, discarding packets can be prevented by adjusting the advertisement window size so that data is transmitted below the guaranteed bandwidth value. If the packet discard does not occur, the congestion window size is not reduced, so the advertisement window size is always adopted as the TCP window size. As a result, the throughput does not fluctuate in a sawtooth shape, and the guaranteed bandwidth can be used efficiently.
そこで、本実施形態では、データ送信端末とデータ受信端末の間でエッジノードが、送信側と受信側の間の伝送遅延時間と、帯域保証ネットワークによる帯域保証値とから、データが帯域保証値以内で送出されるようなウィンドウサイズを算出し、データ受信端末からデータ送信端末へのＡＣＫパケットに記載される広告ウィンドウサイズを、算出したウィンドウサイズの値に書き換える。 Therefore, in this embodiment, the edge node between the data transmitting terminal and the data receiving terminal is within the bandwidth guaranteed value based on the transmission delay time between the transmitting side and the receiving side and the bandwidth guaranteed value by the bandwidth guaranteed network. Is calculated, and the advertisement window size described in the ACK packet from the data receiving terminal to the data transmitting terminal is rewritten to the calculated window size value.
これにより、データ送信端末からデータ受信端末へ送信するデータのレートを保証帯域内で安定的に制御できるので、保証帯域を効率良く利用することができる。また、帯域保証ネットワークによる保証帯域に基づいた帯域制御を行なうのでユーザ間の公平性が保たれる。また、エッジノードがＡＣＫパケットの広告ウィンドウサイズを書き換え、データ送信端末はそれを元に既存の動作をするだけなので、データ送信端末のＴＣＰプロトコルに変更を加えることなくスループットを改善することができる。 As a result, the rate of data transmitted from the data transmitting terminal to the data receiving terminal can be stably controlled within the guaranteed bandwidth, so that the guaranteed bandwidth can be used efficiently. Further, since bandwidth control based on the guaranteed bandwidth by the bandwidth guaranteed network is performed, fairness among users is maintained. In addition, since the edge node rewrites the advertisement window size of the ACK packet and the data transmitting terminal only performs an existing operation based on it, throughput can be improved without changing the TCP protocol of the data transmitting terminal.
このとき帯域保証値と一致するレートでデータが送出されるようなウィンドウサイズが好適である。 At this time, a window size is preferable such that data is transmitted at a rate that matches the guaranteed bandwidth value.
また、本実施形態では、ＴＣＰ特有のＲＴＴ（Ｒｏｕｎｄ Ｔｒｉｐ Ｔｉｍｅ）毎のバースト的なデータの送出により途中のルータにおいてバッファのオーバーフローが生じるのを、ＴＣＰのデータパケットをシェーピングすることにより防止する。 Further, in this embodiment, it is possible to prevent a buffer overflow from occurring in a router in the middle due to burst-like data transmission for each RTT (Round Trip Time) peculiar to TCP by shaping a TCP data packet.
以下、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本実施形態によるデータ通信システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施形態のデータ通信システムは、エッジノード１１，１２および帯域管理サーバ（ＲＡＣＳ（Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｕｂ−ｓｙｓｔｅｍ）、Ｒｅｓｏｒｃｅ Ａｇｅｎｔ）１３を有している。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the data communication system according to the present embodiment. Referring to FIG. 1, the data communication system of this embodiment includes
データ送信端末１４はエッジノード１１に接続され、データ受信端末１５はエッジノード１２に接続されている。エッジノード１１とエッジノード１２は帯域保証ネットワーク１６上でデータを送受信することができる。これによりデータ送信端末１４からのデータがエッジノード１１とエッジノード１２を介してデータ受信端末１５へ転送される。
The
ＲＡＣＳ１３は帯域保証ネットワーク１６の全リンクの帯域情報を集中的に管理する装置である。帯域情報にはリンクに割り当てられた保証帯域の情報が含まれている。ＲＡＣＳ１３は管理している各リンクの帯域情報をエッジノード１１，１２に通知する。ＲＡＣＳ１３による帯域管理によって、データ送信端末１４からデータ受信端末１５へのリンクは帯域保証ネットワーク１６での保証帯域が確保される。その結果、データ送信端末１４が保証帯域以下でデータを送出する限り帯域保証ネットワーク１６内でパケットの廃棄は発生しない。
The RACS 13 is a device that centrally manages bandwidth information of all links of the
データ送信端末１４の接続されたエッジノード１１は、データ送信端末１４とデータ受信端末１５の間の伝送遅延時間を測定する。さらにエッジノード１１は、測定した伝送遅延時間と、ＲＡＣＳ１３から通知された帯域保証値とから、データが帯域保証値以内で送出されるようなウィンドウサイズを算出する。さらにエッジノード１１は、データ受信端末１５からデータ送信端末１４へのＡＣＫパケットに記載される広告ウィンドウサイズを、算出したウィンドウサイズの値に書き換える。
The
図２は、本実施形態のエッジノードの構成を示すブロック図である。図２を参照すると、エッジノード１１は、データ受信部２１、フロー識別・振り分け部２２、シェーパー部２３、データ送信部２４、帯域情報保持部２５、伝送遅延時間算出部２６、フロー情報保持部２７、ウィンドウサイズ算出部２８、および広告ウィンドウサイズ書き込み部２９を有している。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the edge node of this embodiment. Referring to FIG. 2, the
帯域情報保持部２５は、ＲＡＣＳ１３から通知されたサービス対象ユーザの帯域情報とユーザ情報（宛先・送信元ＩＰアドレス、宛先・送信元ポート番号）とを対応付けて保持する。帯域情報には、リンクに割り当てられた保証帯域の情報が含まれている。リンクは、ユーザ情報により識別することができる。
The band
データ受信部２１は、データパケットやＡＣＫパケットなどのパケットを受信し、フロー識別・振り分け部２２に送る。
The
フロー識別・振り分け部２２は、帯域情報保持部２５に帯域情報とともに保持されているユーザ情報を基に、帯域を保証したデータ転送のサービスの対象となるフロー（サービス対象フロー）と、帯域を保証したデータ転送のサービスの対象とならないフロー（サービス非対象フロー）とを識別する。さらにフロー識別・振り分け部２２は、サービス対象フローのデータパケットを送出口２２ｂからシェーパー部２３へ、サービス対象フローのＡＣＫパケットを送出口２２ａから広告ウィンドウサイズ書き込み部２９へ、サービス非対象フローのパケットを送出口２２ｃからデータ送信部２４へと振り分ける。
The flow identification /
シェーパー部２３は、フロー識別・振り分け部２２からのサービス対象フローのパケットをシェーピングしてパケットの送信間隔を均等にし、データ送信部２４に送る。
The
データ送信部２４は、シェーパー部２３からのパケットと、フロー識別・振り分け部２２からのパケットと、広告ウィンドウサイズ書き込み部２９からのパケットとを、帯域保証ネットワーク１６へ送出する。シェーパー部２３からのデータパケットはエッジノード１２に転送され、広告ウィンドウサイズ書き込み部２９からのＡＣＫパケットはデータ送信端末１４に転送される。また、フロー識別・振り分け部２２からのパケットは、その宛先によって指定された装置に転送される。
The
伝送遅延時間算出部２６は、データ送信端末１１とデータ受信端末１２の間の伝送遅延時間を計測する。伝送遅延時間は例えばＲＴＴである。
The transmission delay
フロー情報保持部２７は、フロー識別・振り分け部２２で識別されるサービス対象フローのコネクション情報と、伝送遅延時間算出部２６で算出された伝送遅延時間とを対応付けて保持する。
The flow
ウィンドウサイズ算出部２８は、フロー情報保持部２７に保持されている伝送遅延時間と、帯域情報保持部２５に保持されている帯域情報の帯域保証値とを用いて、データの送出帯域が帯域保証値以内となるようなウィンドウサイズを算出する。
The window
広告ウィンドウサイズ書き込み部２９は、データ受信端末１５からデータ送信端末１４へのＡＣＫパケットのウィンドウサイズのフィールドに、ウィンドウサイズ算出部２８で算出されたウィンドウサイズの値を書き込み、そのＡＣＫパケットをデータ送信部２４に送る。
The advertisement window
図３は、エッジノードが伝送遅延時間を計測する様子を示す概念図である。図３を参照して伝送遅延時間の計測について説明する。なお、本実施形態では通信中にルーティング変更はなくＲＴＴは変動しないものとする。 FIG. 3 is a conceptual diagram showing how the edge node measures the transmission delay time. The measurement of transmission delay time will be described with reference to FIG. In this embodiment, it is assumed that there is no routing change during communication and the RTT does not change.
伝送遅延時間の計測は、データ送信端末１４とデータ受信端末１５がスリーウェイハンドシェイクによりコネクションを確立するときに行なわれえる。コネクションを確立するとき、まずデータ受信端末１５はデータ送信端末１４に対してデータ要求としてＳＹＮパケットを送信する。データ送信端末１４は、データ受信端末１５からＳＹＮパケットを受信すると、それに対するＳＹＮ／ＡＣＫパケットをデータ受信端末１５へ送信する。データ受信端末１５は、データ送信端末１５からＳＹＮ／ＡＣＫパケットを受信すると、それに対するＡＣＫパケットをデータ送信端末１４へ送信する。
The transmission delay time can be measured when the
図３には、その中のデータ送信端末１４からデータ受信端末１５へのＳＹＮ／ＡＣＫパケットと、データ受信端末１５からデータ送信端末１４へのＡＣＫパケットとが示されている。そして、エッジノード（Ｓ−Ｅｄｇｅ）１１はＳＹＮ／ＡＣＫパケットの送信からＡＣＫパケットの受信までの時間を往復の伝送遅延時間として計測する。
FIG. 3 shows a SYN / ACK packet from the
図４は、伝送遅延時間を計測するときのエッジノード内のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。図４を参照すると、データ送信端末１４側のエッジノード１１において、フロー識別・振り分け部２２は、データ送信端末１４からデータ受信端末１５へのＳＹＮ／ＡＣＫパケットを観測すると（ステップ１０１）、サービス対象フローのユーザ情報と共に伝送遅延時間計測開始要求を伝送遅延時間算出部２６に送る（ステップ１０２）。これにより遅延時間算出部２６は伝送遅延時間ｔ１の計測を開始する。
FIG. 4 is a sequence diagram showing exchange of signals between blocks in the edge node when measuring transmission delay time. Referring to FIG. 4, in the
その後、フロー識別・振り分け部２２は、データ受信端末１５からデータ送信端末１４へのＡＣＫパケットを観測すると（ステップ１０３）、ユーザ情報と共に伝送遅延時間計測終了要求を伝送遅延時間算出部２６に送る（ステップ１０４）。これにより遅延時間算出部２６は伝送遅延時間ｔ１の計測を終了する。
Thereafter, when the flow identification /
以上のようにしてデータ送信端末１４とデータ受信端末１５の間の往復の伝送遅延時間ｔ１が計測される。伝送遅延時間ｔ１の計測を終えた伝送遅延時間算出部２６は、計測した伝送遅延時間ｔ１をユーザ情報と共に伝送遅延時間報告としてフロー情報保持部２７に通知する（ステップ１０５）。
As described above, the round-trip transmission delay time t1 between the
なお、本来であればＲＴＴは伝送遅延時間ｔ１にデータ送信端末１４と送信側のエッジノード１１の間の伝送遅延時間ｔ２を加えた値である。しかし、本実施形態ではデータ送信端末１４と送信側のエッジノード１１との間の伝送遅延時間ｔ２が伝送遅延時間ｔ１に対して十分に小さな値であるとし、伝送遅延時間ｔ１をＲＴＴとみなしている。
Note that RTT is originally a value obtained by adding the transmission delay time t2 between the
図５は、フロー識別・振り分け部によるパケット振り分けを説明するための図である。図５を参照して、フロー識別・振り分け部によるパケット振り分けを詳細に説明する。 FIG. 5 is a diagram for explaining packet distribution by the flow identification / distribution unit. With reference to FIG. 5, packet distribution by the flow identification / distribution unit will be described in detail.
データ送信端末１４とデータ受信端末１５間でコネクションが確立されると、データの転送が開始される。
When a connection is established between the
エッジノード１１のフロー識別・振り分け部２２は、データ送信端末１４からデータパケットを受信すると、そのパケットがサービス対象フローのデータパケットか、サービス非対象フローのデータパケットかを判断する。サービス対象フローのデータパケットであれば、フロー識別・振り分け部２２は、そのデータパケットを、送出口２２ｂを通してシェーパー部２３に送る。サービス非対象フローのデータパケットであれば、フロー識別・振り分け部２２は、そのデータパケットを、送出口２２ｃを通してデータ送信部２４に送る。
When the flow identification /
また、エッジノード１１のフロー識別・振り分け部２２は、データ受信端末１５からのＡＣＫパケットを受信すると、サービス対象フローのＡＣＫパケットか否か判定をする。サービス対象フローのＡＣＫパケットであれば、フロー識別・振り分け部２２は、そのＡＣＫパケットを、送出口２２ａを通して広告ウィンドウサイズ書き込み部２９に送る。サービス非対象フローのＡＣＫパケットであれば、フロー識別・振り分け部２２は、そのＡＣＫパケットを、送出口２２ｃを通してデータ送信部２４に送る。
Further, when receiving the ACK packet from the
図６は、ウィンドウサイズを算出するときのエッジノード内のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。データ受信端末１５からの最初のＡＣＫパケットがエッジノード１１のフロー識別・振り分け部２２に到着すると（ステップ２０１）、フロー識別・振り分け部２２はウィンドウサイズ算出部２８に対して、サービス対象フローのユーザ情報と共にウィンドウサイズ計算要求を送る（ステップ２０２）。
FIG. 6 is a sequence diagram showing exchange of signals between blocks in the edge node when the window size is calculated. When the first ACK packet from the
ウィンドウサイズ計算要求を受けたウィンドウサイズ算出部２８は、そのユーザ情報を基にして、帯域情報保持部２５に対してユーザ情報に対応する帯域保証値を要求し（ステップ２０３）、フロー情報保持部２７に対してユーザ情報に対応するＲＴＴを要求する（ステップ２０４）。
The window
フロー情報保持部２７は、ウィンドウサイズ算出部２８からの要求に応じてＲＴＴの値を返送する（ステップ２０５）。また、帯域情報保持部２５は、ウィンドウサイズ算出部２８からの要求に応じて帯域保証値を返送する（ステップ２０６）。
The flow
ＲＴＴと帯域保証値を受信したウィンドウサイズ算出部２８は、それらの値を基に、データ送信端末１４が帯域保証値以内でデータを送出するようなウィンドウサイズを算出する（ステップ２０７）。このとき帯域保証値と一致するレートでデータが送出されるようなウィンドウサイズが好適である。
The window
ウィンドウサイズの求め方は例えば式（１）により求めることができる。 The window size can be obtained by, for example, equation (1).
式（１）によれば、帯域保証値が１００［Ｍｂｐｓ］であり、ＲＴＴが０．０１［ｓ］である場合、ウィンドウサイズは１２５［ＫＢ］となる。 According to Expression (1), when the guaranteed bandwidth value is 100 [Mbps] and the RTT is 0.01 [s], the window size is 125 [KB].
図７は、ＡＣＫパケットに広告ウィンドウサイズを書き込むときのエッジノード内のブロック間の信号のやりとりを示すシーケンス図である。図７を参照すると、まずウィンドウサイズ算出部２８が、サービス対象フローのウィンドウのサイズを算出する（ステップ３０１）。続いて、ウィンドウサイズ算出部２８は、算出したウィンドウサイズと、そのサービス対象フローのユーザ情報とを広告ウィンドウサイズ書き込み部２９に通知する（ステップ３０２）。広告ウィンドウサイズ書き込み部２９は、ウィンドウサイズ算出部２８から通知されたウィンドウサイズの値を、フロー識別・振り分け部２２からのＡＣＫパケットのウィンドウサイズのフィールドに書き込む（ステップ３０３）。広告ウィンドウサイズ書き込み部２９でウィンドウサイズが書き込まれたＡＣＫパケットはデータ送信部２４に送られる。
FIG. 7 is a sequence diagram showing signal exchange between blocks in the edge node when the advertisement window size is written in the ACK packet. Referring to FIG. 7, first, the
図８は、本実施形態によるデータ転送のスループットの遷移を示すグラフである。 FIG. 8 is a graph showing the transition of the data transfer throughput according to this embodiment.
エッジノード１１によってウィンドウサイズが書き込まれたＡＣＫパケットがデータ送信端末１４に到達してデータ送信端末１４とデータ受信端末１５の間のコネクションが確立すると、データ送信端末１４はデータ受信端末１５へデータの送信を開始する。
When the ACK packet in which the window size is written by the
データ転送において、データ送信端末１４は、ＡＣＫパケットに書き込まれていた広告ウィンドウサイズと自身が管理している輻輳ウィンドウサイズとを比較し、いずれか小さい方をＴＣＰウィンドウサイズに採用する。
In data transfer, the
データ転送開始直後のＴＣＰスロースタート時には、エッジノード１１が書き換えた広告ウィンドウサイズより輻輳ウィンドウサイズの方が小さい状態となる。そのため輻輳ウィンドウサイズがＴＣＰウィンドウサイズに採用される。ＴＣＰスロースタート時にはデータ送信端末１４は図８に示されているようにスループットを少しずつ上昇させる。
At the time of TCP slow start immediately after the start of data transfer, the congestion window size is smaller than the advertisement window size rewritten by the
スループットは少しずつ上昇して帯域保証値に近づく。しかし、データ転送が帯域保証値以内に収まるように広告ウィンドウサイズが設定されており、輻輳ウィンドウサイズが広告ウィンドウサイズを超えると、広告ウィンドウサイズがＴＣＰウィンドウサイズに採用されるので、データ送信端末１４からのデータレートは帯域保証値を越えることはない。 Throughput gradually increases and approaches the guaranteed bandwidth value. However, the advertisement window size is set so that the data transfer is within the guaranteed bandwidth value. If the congestion window size exceeds the advertisement window size, the advertisement window size is adopted as the TCP window size. The data rate from will not exceed the guaranteed bandwidth value.
また、帯域保証ネットワークではデータレートが帯域保証値以下であればパケット廃棄が生じないため、データ送信端末１４が輻輳ウィンドウサイズを小さくすることがない。そのためエッジノード１１の書き込んだ広告ウィンドウサイズが常にＴＣＰウィンドウサイズとして採用され続ける。
In the bandwidth guarantee network, if the data rate is equal to or less than the bandwidth guarantee value, packet discard does not occur, so the
以上の動作の結果としてスループットが帯域保証値付近で安定することになる。図８を参照すると、スループットは帯域保証値に達した後、帯域保証値付近で安定している。 As a result of the above operation, the throughput is stabilized near the bandwidth guarantee value. Referring to FIG. 8, the throughput is stable near the bandwidth guarantee value after reaching the bandwidth guarantee value.
本実施形態では、ＴＣＰコネクションでのデータ転送が継続されれば、スループットが帯域保証値付近にある状態の時間的な割合が高くなり、ＴＣＰスロースタートの状態の割合が低くなる。ストリーミングのような長時間にわたってデータ転送が継続的に行なわれるような状況では、輻輳ウィンドウサイズがＴＣＰウィンドウサイズとして採用される時間、すなわちスループットが帯域保証値を下回ってネットワークの利用効率が低くなる時間は、全体の通信時間の中で無視できるほど短いものとする。 In this embodiment, if the data transfer through the TCP connection is continued, the time ratio when the throughput is in the vicinity of the bandwidth guarantee value is increased, and the ratio of the TCP slow start state is decreased. In situations where data transfer is continuously performed over a long period of time such as streaming, the time when the congestion window size is adopted as the TCP window size, that is, the time when the throughput falls below the guaranteed bandwidth value and the network usage efficiency becomes low Is assumed to be negligibly short in the total communication time.
このように、本実施形態では、エッジノード１１は、データが帯域保証値以内で送出されるようなウィンドウサイズを算出して、データ受信端末１５からデータ送信端末１４へのＡＣＫパケットに広告ウィンドウサイズとして書き込むので、データ送信端末１４は、ＡＣＫパケットの広告ウィンドウサイズをＴＣＰウィンドウサイズとして採用し、帯域保証値付近の安定したレートでデータを送出することができる。その結果、データ送信端末１４のＴＣＰプロトコルを変更しなくても保証帯域を効率良く利用して高いスループットを保つことができる。例えば、帯域保証ネットワーク下におけるリッチコンテンツ配信サービスにおいて、ネットワークのリソースを効率良く利用し、高スループットを保った状態でコンテンツを配信することができる。また、本実施形態では帯域保証ネットワーク１６による帯域保証値に基づいてデータのスループットが制御されるのでユーザ間の公平性が保たれる。
Thus, in this embodiment, the
なお、本実施形態のデータ受信端末１５はバッファが十分大きく、大きなウィンドウサイズを扱えるものとする。例えば、データ送信端末１４とデータ受信端末１５のウィンドウスケールオプションが有効になっているものとする。
It is assumed that the
図９は、本実施形態のシェーパー部２３によるシェーピングの様子を説明するための図である。ＴＣＰには、送出されるデータが時間的に分散せず、図９（ａ）に示すようにＲＴＴ毎にバースト的にデータが送出されるという特有の性質がある。
FIG. 9 is a diagram for explaining a state of shaping by the
シェーパー部２３は、スループットが低下しない範囲内でデータを時間的に分散させてバースト的な送出を緩和する。具体例としては、シェーパー部２３は、ＲＴＴ毎に集中しているパケット群を、互いのパケットの間隔が伝送遅延時間／パケット数となるように時間的に分散させる。
The
図９（ａ）を参照すると、シェーピング前にはＲＴＴ毎に送信データのデータ量が高い状態が現れている。それに対して、図９（ｂ）に示されているシェーピング後にはデータが分散され、データ量の高い状態が発生しなくなっている。 Referring to FIG. 9A, a state in which the amount of transmission data is high for each RTT appears before shaping. On the other hand, after the shaping shown in FIG. 9B, the data is dispersed, and the state where the data amount is high does not occur.
これによって、データ送信端末１４から帯域保証ネットワーク１６に送出されるデータが短時間に集中するのを防止することができる。例えば、ＴＣＰパス上のルータにバースト的なデータが流れ込んで、ルータのバッファがオーバーフローするのを防止することができる。
As a result, it is possible to prevent the data transmitted from the
１１，１２ エッジノード
１３ 帯域管理サーバ
１４ データ送信端末
１５ データ受信端末
１６ 帯域保証ネットワーク
２１ データ受信部
２２ フロー識別・振り分け部
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 送出口
２３ シェーパー部
２４ データ送信部
２５ 帯域情報保持部
２６ 伝送遅延時間算出部
２７ フロー情報保持部
２８ ウィンドウサイズ算出部
２９ 広告ウィンドウサイズ書き込み部
１０１〜１０５、２０１〜２０７、３０１〜３０３ ステップ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記帯域保証ネットワークにて前記データ送信端末から前記データ受信端末へのフローに割り当てられた帯域保証値を保持する帯域情報保持部と、
前記フローの前記帯域保証ネットワークによる伝送遅延時間を計測する伝送遅延時間算出部と、
前記帯域情報保持部に保持されている前記フローの帯域保証値と、前記伝送遅延時間算出部で計測された伝送遅延時間とから、前記フローのデータが前記帯域保証値以内の帯域となるウィンドウサイズを算出するウィンドウサイズ算出部と、
前記ウィンドウサイズ算出部で算出された前記ウィンドウサイズを前記データ送信端末の帯域制御に使用させるために前記データ送信端末に通知するウィンドウサイズ書き込み部と、を有するノード装置。 A node device arranged between the data transmitting terminal and the data receiving terminal in a bandwidth guaranteed network in which a bandwidth that can be transmitted from the data transmitting terminal to the data receiving terminal is guaranteed;
A bandwidth information holding unit for holding a bandwidth guaranteed value assigned to a flow from the data transmitting terminal to the data receiving terminal in the bandwidth guaranteed network;
A transmission delay time calculation unit for measuring a transmission delay time by the bandwidth guarantee network of the flow;
The window size in which the data of the flow falls within the bandwidth guaranteed value from the bandwidth guaranteed value of the flow held in the bandwidth information holding unit and the transmission delay time measured by the transmission delay time calculating unit A window size calculation unit for calculating
A node device comprising: a window size writing unit that notifies the data transmission terminal to use the window size calculated by the window size calculation unit for bandwidth control of the data transmission terminal.
前記ウィンドウサイズ書き込み部は、前記データ受信端末から前記データ送信端末に通知される前記広告ウィンドウのサイズを、前記ウィンドウサイズ算出部で算出されたウィンドウサイズに書き換える、請求項１または２に記載のノード装置。 The protocol between the data transmitting terminal and the data receiving terminal is an advertisement window whose size is determined depending on the state of the reception buffer of the data receiving apparatus, and the protocol according to the state of packet discard in the bandwidth guaranteed network. A congestion window for determining a size by the data transmission terminal is defined, and a protocol used for bandwidth control in the data transmission terminal by adopting the smaller one of the size of the advertisement window and the size of the congestion window,
3. The node according to claim 1, wherein the window size writing unit rewrites the size of the advertising window notified from the data receiving terminal to the data transmitting terminal with the window size calculated by the window size calculating unit. apparatus.
前記伝送遅延時間算出部は、前記データ送信装置と前記データ受信装置の間のコネクション確立において、前記データ送信端末から前記データ受信端末へ送信された信号の通過を認識した時刻から、前記データ受信端末から前記データ送信端末への応答の通過を認識した時刻までの時間を前記伝送遅延時間として計測する、請求項１から３のいずれか１項に記載のノード装置。 The node device is connected to the data transmission terminal at an edge of the bandwidth guarantee network;
The transmission delay time calculating unit is configured to establish the connection between the data transmitting device and the data receiving device from the time when the transmission of the signal transmitted from the data transmitting terminal to the data receiving terminal is recognized. 4. The node device according to claim 1, wherein a time from when the response to the data transmission terminal is recognized to the time when the response is recognized is measured as the transmission delay time. 5.
前記帯域保証ネットワークにて前記データ送信端末から前記データ受信端末へのフローに割り当てられた帯域保証値を予め保持し、
前記フローの前記帯域保証ネットワークによる伝送遅延時間を計測し、
保持している前記フローの帯域保証値と、計測した伝送遅延時間とから、前記フローのデータが前記帯域保証値以内の帯域となるウィンドウサイズを算出し、
算出された前記ウィンドウサイズを前記データ送信端末の帯域制御に使用する、帯域制御方法。 A bandwidth control method for controlling a bandwidth of data transmission from the data transmission terminal to the data reception terminal in a bandwidth guarantee network in which a bandwidth that can be transmitted from the data transmission terminal to the data reception terminal is guaranteed,
A bandwidth guarantee value assigned to a flow from the data transmission terminal to the data reception terminal in the bandwidth guarantee network is held in advance,
Measure the transmission delay time by the bandwidth guarantee network of the flow,
From the guaranteed bandwidth value of the flow that is held and the measured transmission delay time, calculate the window size in which the data of the flow becomes a bandwidth within the guaranteed bandwidth value,
A bandwidth control method that uses the calculated window size for bandwidth control of the data transmission terminal.
前記データ受信端末から前記データ送信端末に通知される前記広告ウィンドウのサイズを、算出された前記ウィンドウサイズに書き換えることにより、前記ウィンドウサイズを前記データ送信端末の帯域制御に使用させる、請求項５または６に記載の帯域制御方法。 The protocol between the data transmitting terminal and the data receiving terminal is an advertisement window whose size is determined depending on the state of the reception buffer of the data receiving apparatus, and the protocol according to the state of packet discard in the bandwidth guaranteed network. A congestion window for determining a size by the data transmission terminal is defined, and a protocol used for bandwidth control in the data transmission terminal by adopting the smaller one of the size of the advertisement window and the size of the congestion window,
The window size is used for bandwidth control of the data transmission terminal by rewriting the size of the advertisement window notified from the data reception terminal to the data transmission terminal to the calculated window size. 6. The bandwidth control method according to 6.
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