JP2016034079A - 通信速度選択装置、通信速度選択方法、および、通信速度選択プログラム - Google Patents

通信速度選択装置、通信速度選択方法、および、通信速度選択プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】これから行うデータ通信の通信速度を適切に選択すること。【解決手段】端末1は、帯域判別データベース12の事前確率に基づく通信速度で、Webサーバ3に対して通信用ページ30を要求するWebブラウザ11と、Webブラウザ11が受信したWebサーバ3の通信量から確率的因果関係表16を参照して尤度を求め、その求めた尤度と帯域判別データベース12の事前確率とをもとにベイズの定理により事後確率を計算し、その事後確率を次回の事前確率として、帯域判別データベース12に更新するベイズ更新部15と、を有することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、通信速度選択装置、通信速度選択方法、および、通信速度選択プログラムの技術に関する。
平成26年7月現在のモバイル端末向けデータ通信用ネットワークサービスには、通信量の制限が設けられているサービスもある。例えば、端末ごとに上限通信量(7GB[Gigabytes]など)を設け、月あたりの通信量が上限通信量を超えると、その超過分から通信速度が最大128kbpsの低速通信へと切り替わるサービスがある。
非特許文献1には、エンドユーザが自身の端末操作により、高速通信と低速通信との切り替え設定を行うことで、使用する通信量を抑制させるシステムが、IIJmioクーポンスイッチ(みおぽん)として記載されている。これにより、上限通信量に達していないエンドユーザは、自身の所望する通信だけを高速通信にできるので、通信待ちのストレスを低減できる。
IIJ(Internet Initiative Japan Inc.)、"インターネットトピック:IIJmio高速モバイル/Dサービスとオンラインチャージング"、[online]、[平成26年7月22日検索]、インターネット〈URL:http://www.iij.ad.jp/company/development/report/iir/pdf/iir_vol20_topic.pdf〉
一方、エンドユーザに高速通信と低速通信との切り替えを直接操作させる方式では、切り替え操作の手間がわずらわしい上に、エンドユーザの予想で速度を選ぶので、速度の選択精度がよいとはいえない。よって、エンドユーザに切り替えを意識させずに、自動で速度を切り替えるシステムが望まれる。
そこで、本発明は、これから行うデータ通信の通信速度を適切に選択することを、主な課題とする。
前記課題を解決するために、本発明の通信速度選択装置は、データサーバごとに、そのデータサーバが管理する通信用データにアクセスするための通信速度と、その通信速度を求めるためのベイズ更新における事前確率とを対応づける速度判別データベースにアクセス可能であり、
前記通信用データの通信量ごとに、その通信に用いられた通信速度ごとのベイズ更新における尤度を対応づける確率的因果関係表を記憶する記憶手段と、
前記速度判別データベースの前記事前確率に基づく通信速度で、前記データサーバに対して前記通信用データを要求するデータ要求部と、
前記データ要求部が受信した前記データサーバの通信量から前記確率的因果関係表を参照して前記尤度を求め、その求めた前記尤度と前記速度判別データベースの前記事前確率とをもとにベイズの定理により事後確率を計算し、その事後確率を次回の前記事前確率として、前記速度判別データベースに更新するベイズ更新部と、を有することを特徴とする。
これにより、今回受信したデータサーバの通信量から計算した事後確率が、次回の事前確率として、速度判別データベースにベイズ更新されるので、これから行うデータ通信の通信速度を適切に選択することができる。
本発明は、前記通信速度選択装置が、前記速度判別データベースを自身の記憶手段に有する代わりに、外部の前記速度判別データベースにアクセスするための通信手段を有することを特徴とする。
これにより、通信速度選択装置が低性能なモバイル端末であっても、ベイズ更新に必要な処理負荷や記憶容量を軽減することができる。
本発明は、前記ベイズ更新部が、前記通信用データの受信開始から所定期間において受信した通信量から前記確率的因果関係表を参照して前記尤度を求めることを特徴とする。
これにより、8秒ルールなどの人間が許容する待ち時間に応じて、適切な通信速度を設定することができる。
本発明は、前記データ要求部が、前記通信用データを要求するメッセージに、前記速度判別データベースの前記事前確率に基づく通信速度を示す情報を付加することで、要求先の前記データサーバに対して通信速度に応じた前記通信用データを受信対象として選択させることを特徴とする。
これにより、低速通信を選択したにもかかわらず大容量の通信用データを受信しようとしてパケットロスが発生する事象を回避できる。さらに、低速通信を選択したときに、充分な品質のコンテンツを閲覧させることができる。
本発明は、前記ベイズ更新部が、前記速度判別データベースの前記事前確率が設定されていない場合、要求する前記通信用データのメディアタイプに応じた前記事前確率を初回の前記事前確率として前記速度判別データベースに書き出すことを特徴とする。
これにより、通信履歴がない通信用データであっても、ベイズ更新前に適切な通信速度を選択できる。
本発明によれば、これから行うデータ通信の通信速度を適切に選択することができる。
本発明の一実施形態に関する通信速度選択システムを示す構成図である。 本発明の一実施形態に関する通信速度選択システムにおいて帯域判別データベースの位置を変更した形態を示す構成図である。 本発明の一実施形態に関する図1または図2の形態におけるWebページのダウンロード処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に関する帯域判別データベースから通信速度を取得する処理を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に関する帯域判別データベース(図5(a))および確率的因果関係表(図5(b))を示す構成図である。 本発明の一実施形態に関する通信速度選択システムにおいて速度別のページを用意した形態を示す構成図である。 本発明の一実施形態に関する図6の形態におけるWebページのダウンロード処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、通信速度選択システムを示す構成図である。
通信速度選択システムは、端末1と、Webサーバ3とが通信事業者網2で接続される。図1では、Webサーバ3(A,B)という2台のサーバを例示するが、Webサーバ3の台数は特に限定しない。
これらの通信速度選択システムの各装置は、CPU(Central Processing Unit)とメモリとハードディスク(記憶手段)とネットワークインタフェースを有するコンピュータとして構成され、このコンピュータは、CPUが、メモリ上に読み込んだプログラムを実行することにより、各処理部を動作させる。
各装置には、通信用ページ30を受信させるために、以下のIPアドレスとポート番号との組み合わせが割り当てられている。
Webサーバ3(A):IPアドレス「α1」とポート番号「α2」。
Webサーバ3(B):IPアドレス「β1」とポート番号「β2」。
端末1:IPアドレス「γ1」とポート番号「γ2」。
端末1は、Webブラウザ11と、帯域判別データベース12と、端末側速度切替部13と、パケット計測部14と、ベイズ更新部15と、確率的因果関係表16とを有する。
Webブラウザ11は、通信用ページ30を参照するためのアプリケーションである。Webブラウザ11は、入力されるURL(Uniform Resource Locator)が示す通信用ページ30を要求するために、http(Hypertext Transfer Protocol) requestをWebサーバ3に送信する。そして、Webブラウザ11は、Webサーバ3から応答された(ダウンロードした)通信用ページ30をユーザに閲覧させる。
なお、DNS(Domain Name System)を参照することで、URLに含まれるホスト名が示すWebサーバ3のIPアドレスを特定できる。
帯域判別データベース12は、Webサーバ3のIPアドレスとポート番号との組み合わせをキーにして、そのWebサーバ3の通信用ページ30にアクセスするための通信速度の判別結果(高速通信または低速通信)と、その判別結果を求めるための事前確率とを保持している。
端末側速度切替部13は、帯域判別データベース12の判別結果に基づいて、端末1の通信速度を高速または低速に切り替える。低速通信とは、例えば、最大2Mbps(8秒で2Mバイト)であり、高速通信とは、低速通信よりも大きい帯域である。
パケット計測部14は、pcap(Packet Capture)などの計測ツールである。パケット計測部14は、Webブラウザ11が要求した通信用ページ30のIPパケット数およびパケットあたりのデータサイズをカウントすることで、ダウンロードした通信用ページ30の通信量を計測する。
なお、パケット計測部14は、例えば、8秒ルールに基づき、通信用ページ30ごとに、ダウンロード開始から8秒間にダウンロードした通信量をカウントする。
ここで、8秒ルールとは、利用者があるサイトを訪れてから、ページ全体の内容が表示されるまでに8秒以上を要すると、利用者は待ちきれずに他のサイトに行ってしまい、再び戻ってくることが非常に少ないとされるルールである。
ベイズ更新部15は、帯域判別データベース12の事前確率と、パケット計測部14の計測結果をキーにして確率的因果関係表16から取得した尤度とをもとに事後確率を計算し、その事後確率を次回の事前確率として、帯域判別データベース12に更新する(つまり、事前確率をベイズ更新する)。
確率的因果関係表16は、パケット計測部14の計測結果(8秒間の通信量)ごとに、その通信に用いられた通信速度(低速通信または高速通信)のもっともらしさ(尤もらしさ)を示す尤度を検索させるための表である。
通信事業者網2(またはその網内に配備される制御サーバ)は、網側速度切替部23と、網側計測部24とを有する。
網側計測部24は、端末1ごとに(または端末1のユーザごとに)高速通信の通信量をカウントする。
網側速度切替部23は、網側計測部24が計測した通信量が契約容量(例えば、7GB(gigabyte))の制限を超過したユーザの端末1について、端末側速度切替部13で指定した速度にかかわらず、強制的に低速通信に切り替える。
図2は、通信速度選択システムにおいて帯域判別データベース12の位置を変更した形態を示す構成図である。図1と比較すると、図2の帯域判別データベース12は、通信事業者網2の側に配備されている。この帯域判別データベース12は、例えば、ネットワーク接続ハードディスク(NAS:Network Attached Storage)として構成される。つまり、端末1は、外部の帯域判別データベース12にアクセスするための通信手段を有する。
この構成により、端末1側の負荷(処理能力、記憶容量)を軽減することができる。
図3は、図1または図2の形態におけるWebページ(通信用ページ30)のダウンロード処理を示すフローチャートである。
S11として、Webブラウザ11は、ダウンロードするWebページを示すURLの指定を受け付ける。
S12として、端末側速度切替部13は、S11で指定されたWebページの通信速度を、帯域判別データベース12から取得する。このS12の処理の詳細は、図4で後記する。
S13として、端末側速度切替部13は、S12で取得した通信速度に切り替え、指定されたWebページをWebサーバ3に要求する。これにより、自動で通信速度を切り替えることができる。
S14として、Webブラウザ11は、要求したWebページをダウンロードしつつ、パケット計測部14は、そのダウンロードしたパケット量を計測する。
S15として、ベイズ更新部15は、計測したパケット量をもとに帯域判別データベース12をベイズ更新する。これにより、Webページのデータサイズの変更に追従して、適切な通信速度を選択できる。
図4は、帯域判別データベース12から通信速度を取得する処理を示すフローチャートである。
S111として、端末側速度切替部13は、S11で指定されたWebページのアドレス(URL)から、DNSを参照して、そのWebページを送信するWebサーバを特定する。
S112として、端末側速度切替部13は、S111で特定したWebサーバを、帯域判別データベース12から検索する。
S113として、端末側速度切替部13は、S112の検索結果として、S111で特定したWebサーバが帯域判別データベース12に存在するか否かを判定する。S113でYesならS121に進み、NoならS114に進む。
S114として、端末側速度切替部13は、事前確率の手入力を受け付けたか否かを判定する。ここでの手入力とは、外部から直接的に事前確率の数値が入力されることを示し、キーボードなどの入力装置を介するユーザからの入力の他に、他装置から事前確率の数値が端末1に送信するなど、任意の入力形態が含まれる。S114でYesならS115に進み、NoならS116に進む。
S115として、ベイズ更新部15は、S114の手入力値を事前確率として採用し、その採用した事前確率を、S111で特定したWebサーバに対応づけて帯域判別データベース12に書き出す。例えば、ユーザは、アクセス対象のWebページのメディアタイプが動画であるとあらかじめ把握しているときには、事前確率=70%などの高速通信を優先させる手入力値を入力してもよい。
または、端末1がアクセス対象のWebページのメディアタイプをもとに、あらかじめ設定されているメディアタイプごとの初期値(動画なら事前確率=70%など)を参照して、採用する事前確率を決定してもよい。
S116として、ベイズ更新部15は、事前確率=50%(デフォルト値)を、S111で特定したWebサーバに対応づけて帯域判別データベース12に書き出す。なお、このデフォルト値は、不十分理由の原理から導き出せる。
S121として、端末側速度切替部13は、事前確率≧50%を満たすか否かを判定する。S121でYesならS122に進み、NoならS123に進む。
S122として、端末側速度切替部13は、S11で指定されたWebページのダウンロードに用いる通信速度を「高速通信」とする。
S123として、端末側速度切替部13は、S11で指定されたWebページのダウンロードに用いる通信速度を「低速通信」とする。
図5(a)は、帯域判別データベース12を示す構成図である。なお、図5(a)では、3段階の帯域判別データベース12の内容(更新前→1回目のベイズ更新後→2回目のベイズ更新後)を例示する。
帯域判別データベース12は、Webサーバ3のIPアドレスとポート番号との組み合わせをキーにして、そのWebサーバ3の通信用ページ30にアクセスするための通信速度の判別結果(高速通信または低速通信)と、その判別結果を求めるための事前確率とを保持している。
例えば、ベイズ更新前において、WebサーバBにアクセスするための通信速度は、S116で入力された事前確率=50%(デフォルト値)から特定される(S121、Yes)高速通信(S122)である。
図5(b)は、確率的因果関係表16を示す構成図である。
確率的因果関係表16は、パケット計測部14の計測結果(8秒間の通信量)ごとに、その通信に用いられた通信速度(低速通信または高速通信)のもっともらしさ(尤もらしさ)を示す尤度を検索させるための表である。各Webページは継続して更新されているので、そのデータ量も時々刻々と変化する。そのため、尤度も確率同様に0〜100%の範囲で定義される。
なお、端末1は、確率的因果関係表16をユーザから手入力で入力させてもよいし、事前の充分な時間のアクセス履歴(高速通信でアクセスした確率と、低速通信でアクセスした確率)から自動で確率的因果関係表16を作成してもよい。
以下、ベイズ更新部15によるベイズ更新処理を説明する。K通りの複数原因A1,A2,…,Akのどれかから結果Bが起こったとする。原因Aiが発生したという前提条件の下で、結果Bが起こる確率を条件付き確率P(B|Ai)とする。以下の式が、ベイズの定理である。
P(Ai|B)=P(Ai)×P(B|Ai)/(P(A1)×P(B|A1)+P(A2)×P(B|A2)+…+P(Ak)×P(B|Ak))
事前確率P(Ai)は、事象Aiが発生する確率である。事前確率は互いに排反であり、A1,A2,…,Akは同時に起こらない(P(A1|B)+P(A2|B)+…+P(Ak|B)=1)。
尤度P(B|Ai)は、事象Aiが発生したという前提条件の下で、事象Bが発生する条件付き確率である。換言すると、尤度P(B|Ai)は、結果Bが観察されたときに、その原因がAiであると推測する尤もらしさ(もっともらしさ)である。
事後確率P(Ai|B)は、事象Bが発生したという前提条件の下で、事象Aiが発生する条件付き確率である。換言すると、事後確率P(Ai|B)は、原因Aiから結果Bが発生する確率である。
ベイズ更新部15は、以下に示す手順で、図5(a)のWebサーバBについての1回目のベイズ更新を行う。
ベイズ更新前の事前確率=50%(デフォルト値)から選択された高速通信を用いて受信したWebページの通信量として、パケット計測部14は、1.5MBを計測したとする。ベイズ更新部15は、A1を低速通信、A2を高速通信、Bを1.5MB(=確率的因果関係表16での「1.2M以上1.6M未満」)として、ベイズの定理式を計算する。
P(A1|B)=P(A1)×P(B|A1)/(P(A1)×P(B|A1)+P(A2)×P(B|A2))
=0.5×0.15/(0.5×0.15+0.5×0.08)=0.65
P(A2|B)=1-P(A1|B)=1-0.65=0.35(=今回の事後確率であり、次回の事前確率)
ベイズ更新部15は、以下に示す手順で、図5(a)のWebサーバBについての2回目のベイズ更新を行う。
1回目のベイズ更新後の事前確率=35%から選択された低速通信を用いて受信したWebページの通信量として、パケット計測部14は、2MBを計測したとする。ベイズ更新部15は、A1を低速通信、A2を高速通信、Bを2MB(=確率的因果関係表16での「2.0M以上2.4M未満」)として、ベイズの定理式を計算する。
P(A1|B)=P(A1)×P(B|A1)/(P(A1)×P(B|A1)+P(A2)×P(B|A2))
=0.65×0.07/(0.65×0.07+0.35×0.14)=0.48
P(A2|B)=1-P(A1|B)=1-0.48=0.52(=今回の事後確率であり、次回の事前確率)
これにより、次回は、高速通信を選択できる。
図6は、通信速度選択システムにおいて速度別のページを用意した形態を示す構成図である。図1の通信用ページ30が、図6では、高速通信用ページ31と、低速通信用ページ32とに分けられている。高速通信用ページ31と、低速通信用ページ32とは、ともに同じURLでアクセスするページであるが、高速通信でアクセスする高速通信用ページ31のほうが、低速通信でアクセスする低速通信用ページ32よりもデータ量が大きい。
例えば、同じ映像素材データを、高画質でエンコードした高速通信用ページ31と、低画質でエンコードした低速通信用ページ32として構成してもよいし、同じ映像素材データを、動画でエンコードした高速通信用ページ31と、静止画として切り出した低速通信用ページ32として構成してもよい。なお、高画質とは、例えば、ハイレゾリューションであったり、低圧縮率でエンコードしたデータであったりする。
図7は、図6の形態におけるWebページのダウンロード処理を示すフローチャートである。S11、S12、S15は、それぞれ図3で説明したとおりである。
S13bとして、端末側速度切替部13は、S13と同様に、S12で取得した通信速度に切り替え、指定されたWebページをWebサーバ3に要求する。ここで、S13bでは、端末1は、指定されたWebページを要求するメッセージ(http request)のUser-Agentヘッダに低速通信のフラグ(lowSpeed)または高速通信のフラグ(highSpeed)を追記してから、送信する。このフラグは、切り替えた通信速度を示す。
なお、User-Agentヘッダとは、本来はWebブラウザ11の種別(Mozilla/5.0など)を指定するためのヘッダであり、通信速度を追記するヘッダは別のヘッダでもよい。
S14bとして、Webブラウザ11は、S14と同様に、要求したWebページをダウンロードしつつ、パケット計測部14は、そのダウンロードしたパケット量を計測する。ここで、S14bでは、Webサーバ3は、受信したhttp requestのUser-Agentヘッダに従い、指定された速度の高速通信用ページ31または低速通信用ページ32を、端末1のWebブラウザ11に応答する。
これにより、通信速度に適した分量のWebページや、通信速度に適した通信品質(広帯域や低遅延)を要するWebページが応答される。
以上説明した本実施形態では、継続して更新されるWebページを参照するために必要な通信帯域(低速通信または高速通信)を、端末1がベイズ理論の活用により自動判別することを主な特徴とする。その判別結果を帯域判別データベース12に保持しておく。そして、Webページを参照するたびに、ベイズ更新部15は、ベイズ更新により判別結果(帯域判別データベース12の事前確率)の自動更新を行う。
ここで、ベイズ更新部15は、尤度を求めるための確率的因果関係表16を参照する。この確率的因果関係表16には、エンドユーザがWeb参照のためにアクセスしてから応答が返る時間(例えば8秒間)を仮定し、その範囲で応答が返るように高速通信の尤度と低速通信の尤度とが規定されている。
これにより、端末側速度切替部13は、ベイズ更新された帯域判別データベース12を参照して通信速度の自動判別を行うことができるので、エンドユーザの主観での手動切り替えよりも、エンドユーザの切り替え操作の手間を削減できる上に、適切な速度を選ぶ選択精度を向上させることができる。
つまり、Webページは内容の更新などに伴い、データ量が更新されていくが、確率表現である帯域判別データベース12の事前確率もベイズ更新によって更新されていくので、選択精度を向上させることができる。
1 端末(通信速度選択装置)
2 通信事業者網
3 Webサーバ(データサーバ)
11 Webブラウザ(データ要求部)
12 帯域判別データベース(速度判別データベース)
13 端末側速度切替部
14 パケット計測部
15 ベイズ更新部
16 確率的因果関係表
23 網側速度切替部
24 網側計測部
30 通信用ページ(通信用データ)
31 高速通信用ページ
32 低速通信用ページ

Claims (7)

  1. データサーバごとに、そのデータサーバが管理する通信用データにアクセスするための通信速度と、その通信速度を求めるためのベイズ更新における事前確率とを対応づける速度判別データベースにアクセス可能であり、
    前記通信用データの通信量ごとに、その通信に用いられた通信速度ごとのベイズ更新における尤度を対応づける確率的因果関係表を記憶する記憶手段と、
    前記速度判別データベースの前記事前確率に基づく通信速度で、前記データサーバに対して前記通信用データを要求するデータ要求部と、
    前記データ要求部が受信した前記データサーバの通信量から前記確率的因果関係表を参照して前記尤度を求め、その求めた前記尤度と前記速度判別データベースの前記事前確率とをもとにベイズの定理により事後確率を計算し、その事後確率を次回の前記事前確率として、前記速度判別データベースに更新するベイズ更新部と、を有することを特徴とする
    通信速度選択装置。
  2. 前記通信速度選択装置は、前記速度判別データベースを自身の記憶手段に有することを特徴とする
    請求項1に記載の通信速度選択装置。
  3. 前記ベイズ更新部は、前記通信用データの受信開始から所定期間において受信した通信量から前記確率的因果関係表を参照して前記尤度を求めることを特徴とする
    請求項1または請求項2に記載の通信速度選択装置。
  4. 前記データ要求部は、前記通信用データを要求するメッセージに、前記速度判別データベースの前記事前確率に基づく通信速度を示す情報を付加することで、要求先の前記データサーバに対して通信速度に応じた前記通信用データを受信対象として選択させることを特徴とする
    請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の通信速度選択装置。
  5. 前記ベイズ更新部は、前記速度判別データベースの前記事前確率が設定されていない場合、要求する前記通信用データのメディアタイプに応じた前記事前確率を初回の前記事前確率として前記速度判別データベースに書き出すことを特徴とする
    請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の通信速度選択装置。
  6. 通信速度選択装置は、記憶手段と、データ要求部と、ベイズ更新部と、を有しており、
    データサーバごとに、そのデータサーバが管理する通信用データにアクセスするための通信速度と、その通信速度を求めるためのベイズ更新における事前確率とを対応づける速度判別データベースにアクセス可能であり、
    前記記憶手段には、前記通信用データの通信量ごとに、その通信に用いられた通信速度ごとのベイズ更新における尤度を対応づける確率的因果関係表が記憶されており、
    前記データ要求部は、前記速度判別データベースの前記事前確率に基づく通信速度で、前記データサーバに対して前記通信用データを要求し、
    前記ベイズ更新部は、前記データ要求部が受信した前記データサーバの通信量から前記確率的因果関係表を参照して前記尤度を求め、その求めた前記尤度と前記速度判別データベースの前記事前確率とをもとにベイズの定理により事後確率を計算し、その事後確率を次回の前記事前確率として、前記速度判別データベースに更新することを特徴とする
    通信速度選択方法。
  7. 請求項6に記載の通信速度選択方法を、コンピュータである前記通信速度選択装置に実行させるための通信速度選択プログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116502958A (zh) * 2023-05-10 2023-07-28 浙江大学 一种基于因果分析的航天薄壁件旋压加工质量诊断方法

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