JP6575529B2 - 可用帯域推定システム、可用帯域推定方法、受信装置及び受信装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、可用帯域推定システム、可用帯域推定方法、受信装置及び受信装置のプログラムの記憶媒体に関する。

通信回線の可用帯域（利用可能帯域とも呼ばれる）は、通信回線のボトルネックリンクの物理帯域から、ネットワークに流れている他のトラヒック（以下、クロストラヒックと呼ぶ）を差し引いた空き帯域である。例えば、可用帯域１００は、通信回線のボトルネックリンクの物理帯域が１００Ｍｂｐｓ、クロストラヒックが３０Ｍｂｐｓであった場合、１００−３０＝７０Ｍｂｐｓとなる。

可用帯域を推定することは、端末間で双方向に映像を送り合ってコミュニケーションをとるビデオチャットやテレビ電話、テレビ会議などで重要である。その理由は、映像の送信レートを可用帯域の推定値以下に抑えることで、映像の送信レートとクロストラヒックとの合計が通信回線のボトルネックリンクの物理帯域を超過することによって生じるパケットロスを抑制し、映像品質を確保できるからである。

特許文献１の発明において、送信側装置は、図１に示す通り、可用帯域推定用の各パケットの送信間隔を等間隔にして、パケットサイズが徐々に増加する複数のパケットを１つのまとまり（以下、パケットトレインと呼ぶ）として受信側装置に送信する。また、受信側装置は、受信したパケットトレイン内の各パケットの受信間隔の変化を検出することで、可用帯域を推定する。図１に示すパケットトレイン１０がネットワークを通過する際に、パケットの送信レートがネットワークの可用帯域を超えた場合、パケットトレイン１０内のパケットは、ネットワーク上のルータやスイッチなどの装置において一時的にキューイングされる（以下、キューイングによる遅延をキューイング遅延と呼ぶ）。キューイング遅延が発生した場合、受信側装置におけるパケットの受信間隔は、送信側装置での送信間隔に対して大きくなる。例えば、図１に示すパケットトレイン１１におけるパケット３とパケット４との間の受信間隔は、送信間隔と比較して大きくなる。特許文献１の発明は、この性質を利用して、受信側装置でのパケットの受信間隔が送信側装置での送信間隔と比較して大きくなり始める箇所を特定し、その箇所に対応するパケットサイズを送信間隔で除算することで、可用帯域を算出する。

パケット通信において生じる遅延は、図２に示す通り、１．伝播遅延（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｄｅｌａｙ）、２．処理遅延（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｄｅｌａｙ）、３．キューイング遅延（ｑｕｅｕｉｎｇ ｄｅｌａｙ）、４．シリアライゼーション遅延（ｓｅｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｌａｙ）の４種類に分類される。シリアライゼーション遅延は、伝送遅延（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｄｅｌａｙ）とも呼ばれることがある。

伝播遅延は、通信回線の中を信号が光速に近い速度で伝播するのに要する時間である。処理遅延は、ルータやスイッチなどの装置がパケットを受信した際に、装置内の経路表を参照してどの通信回線にパケットを送出するかを決定するのに要する時間である。キューイング遅延は、上述の通りである。シリアライゼーション遅延は、パケットの全ビットを通信回線に送出するのに要する時間であり、パケットサイズ÷通信回線の物理帯域で計算できる。すなわち、シリアライゼーション遅延は、パケットサイズが大きくなれば大きくなるほど、大きくなる。

特許文献１の発明は、ネットワークにおける可用帯域の推定精度の劣化を防ぐことを目的としている。ここで、上記ネットワークは、例えば、パケットトレインを送信中にクロストラヒックが変動した場合、無線ネットワークにおいて電波強度が変動した場合、基地局でのスケジューリングの影響でパケットの送受信タイミングが乱れた場合に、ノイズが発生する。

パケットごとのミクロな視点で受信間隔またはキューイング遅延を調べるとノイズによる影響を大きく受けてしまうことから、特許文献１の発明は、複数パケットのキューイング遅延のおおまかな傾向をマクロな視点で分析する。これによって、特許文献１の発明は、キューイング遅延の立ち上がり位置の特定時に、ノイズの影響を低減することができる。

特許文献１の発明における、パケット受信間隔が大きくなり始める箇所の具体的な特定方法は、次の通りである。なお、上記パケット受信間隔の拡大は、キューイング遅延の増加に起因する。

特許文献１の発明は、まず、キューイング遅延＝｛ｔｒ（ｉ）−ｔｒ（ｉ−１）｝−｛ｔｓ（ｉ）−ｔｓ（ｉ−１）｝（式１とする）を算出する。ここで、ｔｓ（ｉ）は、パケットトレイン内のパケット数をＮ個とした場合の送信側装置におけるｉ番目（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）のパケットの送信時刻である。また、ｔｒ（ｉ）は、パケットトレイン内のパケット数をＮ個とした場合の受信側装置におけるｉ番目（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）のパケットの受信時刻である。すなわち、特許文献１の発明は、１つ前のパケットからの経過時間の差分をキューイング遅延と定義している。この場合、前記ノイズが全く発生しなかった場合に想定される理想的なキューイング遅延の推移は、水平直線と傾きを持った直線とを結合したものになる。特許文献１の発明は、水平直線と傾きを持った直線とを結合した複数の理想曲線毎に、式１により算出したキューイング遅延との二乗誤差の総和を算出する。そして、特許文献１の発明は、算出した二乗誤差の総和が最小となる理想曲線を特定する。さらに、特許文献１の発明は、キューイング遅延と最も良くフィットするこの理想曲線の水平直線と傾きを持った直線の結合箇所を、マクロな視点でのキューイング遅延の立ち上がり位置として特定する。

ここで、式１を積分し、先頭パケットからの経過時間として式１を書き改めると、式１は、キューイング遅延Ｑ（ｉ）＝｛ｔｒ（ｉ）−ｔｒ（１）｝−｛ｔｓ（ｉ）−ｔｓ（１）｝となる。なお、ノイズが全く発生しなかった場合に想定されるキューイング遅延Ｑ（ｉ）の推移は、水平直線と放物線とを結合したものになる。その理由は、次の通りである。先ず、パケットごとの送信レートが可用帯域の真値よりも低いとキューイング遅延が発生しないため、理想的なキューイング遅延Ｑ（ｉ）の推移が水平直線となるからである。さらに、パケットごとの送信レートが可用帯域の真値を超過すると、理想的なキューイング遅延Ｑ（ｉ）の推移が放物線状に立ち上がるため、理想的なキューイング遅延Ｑ（ｉ）の推移が放物線となるからである。

図３は、上述したキューイング遅延Ｑ（ｉ）の立ち上がり位置を特定する方法（以下、第２の特定方法という）を説明するものである。第２の特定方法は、図３に示す通り、パケット番号ｉを横軸に、キューイング遅延Ｑ（ｉ）を縦軸にした平面上に、キューイング遅延Ｑ（ｉ）１２をプロットする。そして、第２の特定方法は、前記ノイズが全く発生しなかった場合に想定される理想的なキューイング遅延Ｑ（ｉ）の推移として、水平直線と放物線とを結合した理想曲線１３をパケット数分プロットする。なお、理想曲線１３は、パケットトレイン内のパケット数をＮ個とした場合、（Ｎ−１）個存在するが、図３では、５つだけ表示している。

そして、第２の特定方法は、理想曲線１３ごとにキューイング遅延Ｑ（ｉ）１２との二乗誤差の総和を算出する。また、第２の特定方法は、図３のように、二乗誤差の総和が最小となる理想曲線１３−４を特定する。最後に、第２の特定方法は、観測されたキューイング遅延１２と最も良くフィットする理想曲線１３−４の水平直線と放物線の結合箇所を、マクロな視点でのキューイング遅延の立ち上がり位置として特定する。

国際公開第２０１４／０１７１４０号

しかしながら、上記特許文献１の発明及び上記第２の特定方法は、パケット番号が進むにつれてパケットサイズが大きくなり、シリアライゼーション遅延も大きくなるのにも関わらず、シリアライゼーション遅延の存在を考慮していない。このため、上記特許文献１の発明及び上記第２の特定方法は、シリアライゼーション遅延を含むキューイング遅延と、理想曲線とを比較する。すなわち、上記特許文献１の発明及び上記第２の特定方法は、キューイング遅延の立ち上がり位置を誤認識し、誤った推定値を出力する場合がある。

図４は、上記キューイング遅延Ｑ（ｉ）の立ち上がり位置を特定する上記第２の特定方法について、具体例を示している。図４は、実網で約１００個のパケットから成るパケットトレインを送受信した際に観測されたキューイング遅延１２を示しているが、実際にはシリアライゼーション遅延が混入している。キューイング遅延１２が線形に上昇する傾向を示している理由は、シリアライゼーション遅延が混入していることが原因である。また、パケットトレインの末尾付近（８５番目のパケット付近）で、キューイング遅延１２の傾きがそれまでよりも急峻になっている理由は、キューイング遅延の影響を受けているからである。図４の例において、上記第２の特定方法を適用した場合、理想曲線１３は、最も良くフィットする理想曲線として選択される。また、６０番目辺りのパケットは、キューイング遅延の立ち上がり位置として誤認識される。そして、上記第２の特定方法は、キューイング遅延の立ち上がり位置として誤認識した６０番目辺りのパケットに基づき、過小評価となる推定値を出力する。すなわち、上記第２の特定方法は、推定精度を確保することができない。

本発明の目的は、上述した課題を解決し、観測される所定の遅延にシリアライゼーション遅延が混入していても、キューイング遅延単体の正確な立ち上がり位置を特定し、推定精度を確保することのできる可用帯域推定システム、可用帯域推定方法、受信装置及び受信装置のプログラムの記憶媒体を提供することにある。

本発明の可用帯域推定システムは、送信装置と受信装置とを備え、前記送信装置と前記受信装置とを接続するネットワークの可用帯域を推定する可用帯域推定システムであって、前記送信装置は、パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを送信し、前記受信装置は、前記送信装置から送信されるパケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出し、前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出し、前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する、ことを特徴とする。

本発明の可用帯域推定方法は、送信装置と受信装置とを備え、前記送信装置と前記受信装置とを接続するネットワークの可用帯域を推定する可用帯域推定方法において、
パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを送信し、前記パケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出し、前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出し、前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定することを特徴とする。

本発明の受信装置は、パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出するシリアライゼーション遅延算出手段と、前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出するシリアライゼーション遅延除去手段と、前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する推定値算出手段と、を備えることを特徴とする。

本発明のプログラムの記憶媒体は、一時的でなく、パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出するシリアライゼーション遅延算出処理と、前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出するシリアライゼーション遅延除去処理と、前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する推定値算出処理と、を受信装置のコンピュータに実行させるための受信装置の制御プログラムを記録する、ことを特徴とする。

本発明の可用帯域推定システム、可用帯域推定方法、受信装置及び受信装置のプログラムの記憶媒体は、観測される所定の遅延にシリアライゼーション遅延が混入していても、キューイング遅延単体の正確な立ち上がり位置を特定し、推定精度を確保することができるという効果がある。

特許文献１の発明で送受信されるパケットトレインを示す。 パケット通信において生じる遅延の種類を示す。 観測したキューイング遅延の立ち上がり位置を特定する第２の特定方法の一例を示す。 観測したキューイング遅延の立ち上がり位置を特定する第２の特定方法の具体的な一例を示す。 本発明の第１の実施形態の可用帯域推定システム５０の構成例を示す。 本発明の第１の実施形態の受信装置３０のブロック構成図を示す。 本発明の第１の実施形態の可用帯域推定システム５０の動作フローの一例を示す。 本発明の第２の実施形態の可用帯域推定システム５０Ｂの構成例を示す。 本発明の第２の実施形態の送信装置２０Ｂのブロック構成図を示す。 本発明の第２の実施形態のデータ記憶手段２０２が格納する情報を示す。 本発明の第２の実施形態の受信装置３０Ｂのブロック構成図を示す。 本発明の第２の実施形態における観測遅延８０を示す。 本発明の第２の実施形態における、同一パケットペア内の偶数番号のパケットと、奇数番号のパケットとの受信間隔を示す。 本発明の第２の実施形態における、パケット番号が奇数である観測遅延及びキューイング遅延を示す。 本発明の第２の実施形態のデータ記憶手段３０３が格納する情報を示す。 本発明の第２の実施形態の可用帯域推定システム５０Ｂの動作フローの一例を示す。 本発明の第２の実施形態の可用帯域推定システム５０Ｂで送受信されるパケットトレインの一例を示す。

＜第１の実施形態＞
本願発明の第１の実施形態について説明する。

図５は、第１の実施形態の可用帯域推定システム５０の構成例を示している。可用帯域推定システム５０は、送信装置２０と受信装置３０とから構成される。送信装置２０と受信装置３０とは、例えば、インターネットで構成されるネットワーク４０を介して接続されている。

送信装置２０は、パケットサイズが一定の割合で増加する、所定の数のパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを送信する。ここで、パケットペアは、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたものである。

受信装置３０は、送信装置２０から送信されるパケットトレインを受信し、受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出する。また、受信装置３０は、受信したパケットトレインに含まれる、パケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出する。また、受信装置３０は、算出した観測遅延から、算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出する。そして、受信装置３０は、算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する。

図６は、第１の実施形態の受信装置３０の詳細をブロック図で示したものである。

受信装置３０は、シリアライゼーション遅延算出手段３００と、シリアライゼーション遅延除去手段３０１と、推定値算出手段３０２とから構成される。

シリアライゼーション遅延算出手段３００は、パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを受信する。また、シリアライゼーション遅延算出手段３００は、受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出する。また、シリアライゼーション遅延算出手段３００は、受信したパケットトレインに含まれる、パケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出する。

シリアライゼーション遅延除去手段３０１は、シリアライゼーション遅延算出手段３００が算出した観測遅延から、シリアライゼーション遅延算出手段３００が算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出する。

推定値算出手段３０２は、シリアライゼーション遅延除去手段３０１が算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する。

図７のフロー図を参照して本発明の第１の実施形態の動作例を説明する。

ステップ１０（以下、ステップをＳと表記する）
送信装置２０は、パケットサイズが一定の割合で増加する、所定の数のパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを送信する。ここで、パケットペアは、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたものである。

Ｓ１１
受信装置３０は、送信装置２０から送信されるパケットトレインを受信し、受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出する。また、受信装置３０は、受信したパケットトレインに含まれる、パケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出する。

Ｓ１２
受信装置３０は、算出した観測遅延から、算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出する。そして、受信装置３０は、算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する。

以上、本発明の第１の実施形態によれば、観測される所定の遅延にシリアライゼーション遅延が混入している場合でも、キューイング遅延単体の正確な立ち上がり位置を特定し、推定精度を確保することができる。

＜第２の実施形態＞
本願発明の第２の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図８は、第２の実施形態の可用帯域推定システム５０Ｂの構成例を示している。可用帯域推定システム５０Ｂは、送信装置２０Ｂと受信装置３０Ｂとから構成される。送信装置２０Ｂと受信装置３０Ｂとは、ネットワーク４０を介して接続されている。

送信装置２０Ｂは、所定の情報を送信する。また、受信装置３０Ｂは、送信装置２０Ｂから送信される所定の情報を受信する。送信装置２０Ｂ及び受信装置３０Ｂは、パーソナルコンピュータ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ、ＰＣ）、携帯型コンピュータ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ、ＰＤＡ）、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、固定電話、街頭マルチメディア端末、車載端末、ネットワーク接続機能付きテレビ、ネットワーク接続機能付きセットトップボックス、ゲーム機、ネットワーク接続機能付きプリンタ、ネットワーク接続機能付きスキャナ、外部と所定の情報をやり取りする機能を備えたその他の類似装置であってよい。

ネットワーク４０は、送信装置２０Ｂと受信装置３０Ｂとを接続する通信回線である。例えば、ネットワーク４０は、インターネットで構成されていてもよい。また、ネットワーク４０には、送信装置２０Ｂ及び受信装置３０Ｂ以外の図示しない装置が接続されていてもよく、これらの図示しない装置間でクロストラヒックが流れていてもよい。

図９は、第２の実施形態の送信装置２０Ｂの詳細をブロック図で示したものである。

送信装置２０Ｂは、パケットペア生成手段２００と、パケットトレイン生成手段２０１と、データ記憶手段２０２とから構成される。

パケットペア生成手段２００は、後述するデータ記憶手段２０２に格納される先頭パケットサイズ６１、パケットペア個数６２、パケットサイズ増分６３に基づき、パケットペアを複数個生成する。ここで、パケットペアとは、同一サイズの２つのパケットを送信間隔ゼロで密着させたものである。なお、生成した各パケットペアのパケットサイズは、それぞれ異なる。上記のように各パケットペアのパケットサイズに違いを設ける理由は、後続のパケットペアのパケットサイズが先行するパケットペアのパケットサイズに対して単調増加するパケットトレインを生成するためである。

パケットトレイン生成手段２０１は、パケットペア生成手段２００が生成した一連の複数のパケットペアを１つにまとめ、パケットトレインを生成する。当該パケットトレインにおいて、各パケットペアの送信間隔は、等間隔になっている。また、各パケットペア間のパケットサイズの増分は、一定量になっている。なお、パケットトレイン生成手段２０１は、後述するデータ記憶手段２０２に格納されるパケットペア送信間隔６０、先頭パケットサイズ６１、パケットペア個数６２、パケットサイズ増分６３に基づいてパケットトレインを生成する。パケットトレイン生成手段２０１は、生成したパケットトレインを受信装置３０Ｂに送信する。この際、パケットトレイン生成手段２０１は、送信するパケットトレイン内のパケットに、送信直前の送信装置２０Ｂの時刻を埋め込んでから送信する。ここで、パケットトレイン生成手段２０１は、パケットトレイン内の先頭のパケットのみに、送信直前の送信装置２０Ｂの時刻を埋め込んでから送信してもよい。この場合、受信装置３０Ｂにパケットペアの送信間隔の情報を予め格納しておき、受信装置３０Ｂは、先頭パケットの送信時刻と、該パケットペアの送信間隔とに基づき、各パケットの送信時刻を算出する。

データ記憶手段２０２は、所定の情報を格納している。より詳細には、データ記憶手段２０２は、図１０に示すように、パケットペア送信間隔６０と、先頭パケットサイズ６１と、パケットペア個数６２と、パケットサイズ増分６３とを格納している。

パケットペア送信間隔６０は、送信するパケットトレイン内のパケットペア間の送信間隔（以下、Ｔとおく）である。

先頭パケットサイズ６１は、送信するパケットトレイン内の先頭のパケットペアのパケットサイズ（以下、Ｐ１とおく）である。

パケットペア個数６２は、送信するパケットトレイン内のパケットペアの個数（以下、Ｎとおく）である。

パケットサイズ増分６３は、送信するパケットトレイン内でパケットペアの番号が１つ増えた時に増加するパケットサイズ（以下、ΔＰとおく）である。すなわち、ｉ番目（ｉ＝１、２、．．．、Ｎ）のパケットペアの先発と後発の２つのパケットのサイズは共に、Ｐ１＋ΔＰ×（ｉ−１）になる。

図１１は、第２の実施形態の受信装置３０Ｂの詳細をブロック図で示したものである。

受信装置３０Ｂは、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂと、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂと、推定値算出手段３０２Ｂと、データ記憶手段３０３とから構成される。

シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、送信装置２０Ｂから送信されるパケットトレインを受信する。そして、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、受信したパケットトレインに基づき、観測遅延８０を算出する。

観測遅延８０は、受信したパケットトレイン内のパケットについて観測された遅延であり、シリアライゼーション遅延やキューイング遅延等のパケット通信に係る所定の遅延を含む。ここで、ｊ番目のパケットについての観測遅延８０は、ｄ（ｊ）＝｛ｔｒ（ｊ）−ｔｒ（１）｝−｛ｔｓ（ｊ）−ｔｓ（１）｝（式２とする）で与えられる。なお、ｔｓ（ｊ）は、送信装置２０Ｂにおけるｊ番目（ｊ＝２、３、．．．、２Ｎ）のパケットの送信時刻を表す。また、ｔｒ（ｊ）は、受信装置３０Ｂにおけるｊ番目のパケットの受信時刻を表す。図１２に示すように、観測遅延８０は、受信装置３０Ｂで１番目のパケットを受信してからｊ番目のパケットを受信するまでの経過時間から、送信装置２０Ｂで１番目のパケットを送信してからｊ番目のパケットを送信するまでの経過時間を、差し引いた値である。このように、観測遅延８０は、パケット番号を引数とする関数の形になる。また、観測遅延８０は、Ｎ個のパケットペアで構成されるパケットトレイン１つに対し、（２Ｎ−１）個存在する。従って、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、送信装置２０Ｂから送信されるパケットの送信時刻、送信装置２０Ｂから送信されるパケットを受信した際の受信時刻及び上記式２に基づき、観測遅延８０を算出する。

また、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、受信したパケットトレインに基づき、シリアライゼーション遅延を算出するための所定のパラメータを算出する。そして、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、算出したパラメータに基づき、シリアライゼーション遅延を算出する。

より詳細には、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、受信したパケットトレインに含まれるパケットペア内で先発となる奇数パケットと、後発となる偶数パケットとの間の受信間隔を算出する。各パケットペア内で先発となる奇数パケット及び後発となる偶数パケットは、送信間隔ゼロで送信される。このため、算出される受信間隔は、各パケットペア内で先発となる奇数パケットと後発となる偶数パケットとの間で発生したシリアライゼーション遅延のみの値、またはシリアライゼーション遅延及びキューイング遅延の合算値となる。次に、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、図１３に示すように、横軸が偶数のパケット番号（２、４、．．．、２Ｎ）であり、縦軸が上記算出した受信間隔とするグラフを生成する。次に、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、上記グラフにプロットされた受信間隔７０の点の集合のうち、２つの点を通る最も緩やかな正の傾きを持つ直線であり、かつ、上記直線よりも上の領域に全ての点がある、という条件を満たす直線７１を算出する。ここで、上記２つの点は、シリアライゼーション遅延のみ生じた場合の受信間隔を表す点である。従って、算出した直線７１は、パケットサイズと、該パケットサイズのパケットに発生するシリアライゼーション遅延の値との関係を示す直線となる。シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、算出した直線７１の傾き及び切片を算出し、データ記憶手段３０３に格納する。そして、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、算出した直線７１の傾き及び切片を用いて、奇数番号のパケットに発生したシリアライゼーション遅延を算出し、データ記憶手段３０３に格納する。例えば、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂが算出した直線７１がｙ＝ａｘ＋ｂ（式３とする）と表現された場合を考える。なお、式３の“ａ”は直線７１の傾き、“ｂ”は直線７１の切片、“ｘ”はパケット番号、“ｙ”は受信間隔（シリアライゼーション遅延）を示している。この場合、例えば、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、式３の“ｘ”に３を代入し、パケットサイズがＰ１＋２×ΔＰとなる３番目のパケットに発生したシリアライゼーション遅延を算出する。シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、同様の計算を全ての奇数番号のパケットに対して行い、各奇数番号のパケットに発生したシリアライゼーション遅延を算出する。

シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂが算出した観測遅延８０から、シリアライゼーション遅延の影響を除去することで純粋なキューイング遅延８２を算出する。より詳細には、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、図１４に示すように、まず、横軸が奇数のパケット番号（３、５、．．．、２Ｎ−１）であり、縦軸が観測遅延８０であるグラフを生成する。このとき、観測遅延８０には、キューイング遅延やシリアライゼーション遅延等のパケット通信に係る所定の遅延が混在している。シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、奇数番号のパケットの観測遅延８０の値から、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂが算出したシリアライゼーション遅延の値を減算する。これにより、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、シリアライゼーション遅延の影響のない、純粋なキューイング遅延（以下、ｑ（ｉ）とおく）８２を算出できる。そして、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、算出したｑ（ｉ）を、データ記憶手段３０３に格納する。例えば、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、３番目のパケットに関する観測遅延ｄ（３）の値から、３番目のパケットに関するシリアライゼーション遅延ｙの値を減算し、シリアライゼーション遅延の影響のない純粋なキューイング遅延ｑ（３）を算出する。シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、奇数番号のパケットの観測遅延８０の値に全てに対し、同様の計算を行い、奇数番号のパケットのキューイング遅延８２を算出する。

推定値算出手段３０２Ｂは、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂが算出したキューイング遅延８２を分析して、可用帯域の推定値８３を算出し、データ記憶手段３０３に格納する。より詳細には、推定値算出手段３０２Ｂは、図１４に示すように、横軸が奇数のパケット番号（３、５、．．．、２Ｎ−１）であり、縦軸が上記算出したキューイング遅延８２であるグラフを生成する。そして、推定値算出手段３０２Ｂは、ノイズ等が全く発生しなかった場合に想定される理想的なキューイング遅延の推移として、水平直線と放物線とを結合した、（Ｎ−１）本の理想曲線を上記作成したグラフ上にプロットする。水平直線と放物線とを結合した（Ｎ−１）本の理想曲線を上記作成したグラフ上にプロットする理由は、次の通りである。先ず、パケットごとの送信レートが可用帯域の真値よりも低い場合には、キューイング遅延が全く発生しないため、その推移が水平直線（傾きがゼロの第１の直線）となることを想定しているからである。さらに、パケットごとの送信レートが可用帯域の真値を超過した場合には、｛ｔｒ（ｊ）−ｔｒ（１）｝−｛ｔｓ（ｊ）−ｔｓ（１）｝で定義されるキューイング遅延が、放物線状に立ち上がり、その推移が放物線になることを想定しているからである。なお、各理想曲線の放物線部は、特許文献１で記載される傾きを持った直線（ΔＰ×Ｔｓ／Ｐｋ）×ｍ＋（Ｐ１−ΔＰ）×Ｔｓ／Ｐｋを積分した形式で表すことができる。ここで、Ｐｋは、ｋ番目のパケットサイズを表す。また、Ｔｓは、Ｔｓ＝ｔｓ（ｋ）−ｔｓ（ｋ−１）を表す。また、ｋは、初めてパケットの送信レートが可用帯域の真値を超えた場合の奇数パケット番号を表す。また、ｍは、ｍ＝ｋ、ｋ＋２、．．．、２Ｎ−１を表す。

そして、推定値算出手段３０２Ｂは、上記プロットした理想曲線ごとに、上記算出したキューイング遅延８２との二乗誤差の総和を算出し、図１４に示すように、その総和が最小となる理想曲線８４を特定する。推定値算出手段３０２Ｂは、特定した理想曲線８４における、水平直線と、放物線との結合箇所のパケット番号を算出する。そして、推定値算出手段３０２Ｂは、算出したパケット番号におけるパケットサイズを、送信間隔Ｔで除算し、可用帯域の推定値を算出する。

データ記憶手段３０３は、所定の情報を格納している。より詳細には、データ記憶手段３０３は、図１５に示すように、観測遅延８０と、シリアライゼーション遅延８１と、キューイング遅延８２と、推定値８３とを格納している。

観測遅延８０は、受信したパケットトレイン内のパケットに生じた遅延であり、上述したシリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂによって算出される。観測遅延８０は、シリアライゼーション遅延やキューイング遅延等のパケット通信に係る所定の遅延を含む。

シリアライゼーション遅延８１は、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂによって直線７１の傾きおよび切片に基づき算出された、奇数番号のパケットに生じたシリアライゼーション遅延の値である。

キューイング遅延８２は、観測遅延８０からシリアライゼーション遅延の影響を除去することで得られる純粋なキューイング遅延である。上述したように、キューイング遅延８２は、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂによって算出される。

推定値８３は、推定値算出手段３０２Ｂによって算出された、可用帯域の推定値である。

図１６のフロー図を参照して本発明の第２の実施形態の可用帯域推定システム５０Ｂの動作例を説明する。

Ｓ２０
送信装置２０Ｂのパケットペア生成手段２００は、パケットサイズが同一であり、送信間隔ゼロで密着する２つのパケットのペアで構成されるパケットペアをＮ個生成する。なお、各パケットペアのパケットサイズはそれぞれ異なるものとする。

送信装置２０Ｂのパケットトレイン生成手段２０１は、上記生成したＮ個のパケットペアを１つにまとめ、パケットトレインを生成する。当該パケットトレインにおいて、各パケットペアの送信間隔は、等間隔になっている。また、各パケットペア間のパケットサイズの増分は、一定量になっている。送信装置２０Ｂは、生成したパケットトレインを受信装置３０Ｂに送信する。なお、パケットトレイン生成手段２０１は、送信するパケットトレイン内のパケットに、送信直前の送信装置２０Ｂの時刻をｔｓ（ｊ）として埋め込んでから送信する（ただし、ｊはパケット番号を示し、ｊ＝１、２、．．．２Ｎとする）。

図１７は、パケットトレイン生成手段２０１が送信するパケットトレイン９０の一例を示す。図１７に示すパケットトレイン９０は、４個のパケットペアから構成される。同一パケットペア内の２つのパケットは、同一サイズである。例えば、１番目のパケットペアであるパケット１及びパケット２のパケットサイズは、共にＰ１である。また、各パケットペア内のパケットは、送信間隔ゼロで送信される。例えば、送信装置２０Ｂは、１番目のパケットペアにおけるパケット１を送信した後、送信間隔ゼロでパケット２を送信する。また、各パケットペアの送信間隔は、一定間隔のＴである。例えば、送信装置２０Ｂは、パケット２を送信し、Ｔ経過した後、パケット３を送信する。また、パケットペア間のパケットサイズの増加量は、一定量である。例えば、１番目のパケットペア及び２番目のパケットペアにおけるパケットサイズの増加量は、ΔＰとなる。

Ｓ２１
受信装置３０Ｂのシリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、送信装置２０Ｂから送信されるパケットトレインを受信し、受信したパケットトレイン内のパケットの観測遅延８０を算出する。図１７は、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂが受信したパケットトレイン９１の一例を示している。受信したパケットトレイン９１は、パケット４とパケット５との間においてキューイング遅延が発生した場合を示している。ここで、パケット１及びパケット２の間、パケット３及びパケット４の間には、それぞれ異なる値のシリアライゼーション遅延が発生している。また、パケット２及びパケット３の間にも、シリアライゼーション遅延が発生している。そのため、パケット２及びパケット３の受信間隔は、送信間隔Ｔと、シリアライゼーション遅延とを合算したものとなる。また、パケット４及びパケット５の間には、キューイング遅延及びシリアライゼーション遅延の両方が発生している。そのため、パケット４及びパケット５の受信間隔は、パケットペアの送信間隔Ｔと、キューイング遅延と、シリアライゼーション遅延とを合算したものとなる。また、パケット５以降の各パケット間には、キューイング遅延及びシリアライゼーション遅延の両方が生じている。

Ｓ２２
受信装置３０Ｂのシリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、横軸を偶数のパケット番号（２、４、．．．、２Ｎ）、縦軸を各パケットペア内で先発となる奇数パケットと後発となる偶数パケットとの間の受信間隔とするグラフを生成する。例えば、図１７に示す受信したパケットトレイン９１の場合、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、パケット１の受信時刻及びパケット２の受信時刻に基づき、パケット１とパケット２との間の受信間隔を算出する。この場合、算出した受信間隔は、パケット１及びパケット２の間に生じたシリアライゼーション遅延となる。また、パケット５の受信時刻及びパケット６の受信時刻に基づき算出される受信間隔は、パケット５とパケット６との間に生じたシリアライゼーション遅延とキューイング遅延との合算値となる。すなわち、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂが生成するグラフは、パケットペア内のパケット間で発生した、シリアライゼーション遅延の値、または、シリアライゼーション遅延及びキューイング遅延の合算値をプロットしたグラフとなる。

次に、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、生成したグラフ上にプロットされた受信間隔の点の集合のうち、２つの点を通る最も緩やかな正の傾きを持つ直線であり、かつ、前記直線よりも上の領域に全ての点がある、という条件を満たす直線７１を算出する。そして、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、直線７１の傾き及び切片を算出する。そして、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、算出した直線７１の傾き及び切片をデータ記憶手段３０３に格納する。なお、上記算出した直線７１の傾き及び切片は、受信したパケットに発生したシリアライゼーション遅延を算出する際に用いられる。ここで、例えば、図１７に示した受信したパケットトレイン９１の場合、パケット１及びパケット２の間、パケット３及びパケット４の間には、シリアライゼーション遅延のみが発生している。また、パケット５及びパケット６の間、パケット７及びパケット８の間には、シリアライゼーション遅延及びキューイング遅延が発生している。すなわち、キューイング遅延が混入していないパケット１及びパケット２の受信間隔と、パケット３及びパケット４の受信間隔とを結ぶ直線は、上記条件を満たす直線となる。

そして、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、算出した直線７１の傾き及び切片を用いて、奇数番号のパケットに発生したシリアライゼーション遅延を算出する。

Ｓ２３
受信装置３０Ｂのシリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、奇数番号のパケットの観測遅延８０の値から、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂが算出したシリアライゼーション遅延の値を減算する。これにより、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、シリアライゼーション遅延の影響のない、純粋なキューイング遅延８２を算出する。そして、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、算出した純粋なキューイング遅延８２をデータ記憶手段３０３に格納する。例えば、シリアライゼーション遅延除去手段３０１Ｂは、観測遅延ｄ（３）の値から、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂが算出した３番目のパケットに発生したシリアライゼーション遅延の値を減算し、シリアライゼーション遅延の影響のない、キューイング遅延ｑ（３）を算出する。

Ｓ２４
受信装置３０Ｂの推定値算出手段３０２Ｂは、キューイング遅延８２をプロットし、キューイング遅延８２に対して最も良くフィットする理想曲線を求め、キューイング遅延の立ち上がり位置を特定する。また、推定値算出手段３０２Ｂは、特定した位置に対応するパケットサイズをパケットペアの送信間隔Ｔで除算し、可用帯域の推定値を算出する。そして、推定値算出手段３０２Ｂは、算出した可用帯域の推定値をデータ記憶手段３０３に格納する。

以上、本発明の第２の実施形態において、送信装置２０Ｂは、複数のパケットを１つにまとめたパケットトレインを生成し、これを受信装置３０Ｂに送信する。なお、当該パケットトレインにおいて、各パケットペアの送信間隔は、等間隔になっている。また、各パケットペア間のパケットサイズの増分は、一定量になっている。受信装置３０Ｂは、送信装置２０Ｂから受信したパケットトレインに基づき、パケットトレイン内のパケットで観測される観測遅延を算出する。また、受信装置３０Ｂは、パケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出する。そして、受信装置３０Ｂは、観測遅延からシリアライゼーション遅延を減算することにより、シリアライゼーション遅延の影響のない純粋なキューイング遅延を算出し、算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域の推定を行う。本発明の第２の実施形態によれば、観測される所定の遅延にシリアライゼーション遅延が混入している場合でも、キューイング遅延単体の正確な立ち上がり位置を特定し、推定精度を確保することができる。本発明の第２の実施形態により、例えば、所定の端末間で、双方向に映像を送り合ってコミュニケーションをするビデオチャットやテレビ電話、テレビ会議等で、映像の送信レートを可用帯域の推定値以下に抑えることが可能となる。すなわち、本発明の第２の実施形態によれば、映像の送信レートとクロストラヒックとの合計が通信回線のボトルネックリンクの物理帯域を超過することによって生じるパケットロスを抑制し、映像品質を確保することができる。

なお、第２の実施形態のＳ２２において、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、所定の条件を満たす直線７１を算出した。所定の条件とは、生成したグラフ上にプロットされた受信間隔の点の集合のうち２つの点を通る最も緩やかな正の傾きを持つ直線であり、かつ、上記直線よりも上の領域に全ての点がある、という条件である。しかしながら、直線７１の算出方法は、上記方法に限定されない。例えば、シリアライゼーション遅延算出手段３００Ｂは、プロットされた全ての点を対象に、線形回帰を行い、直線７１、直線７１の傾き及び切片を算出してもよい。

また、本発明の第２の実施形態の受信装置３０Ｂは、図示しない制御手段を備え、該制御手段が受信装置３０Ｂの各手段の制御を行ってもよい。制御手段は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成してもよい。また、例えば、制御手段のＣＰＵは、ＲＯＭから読み込んだプログラムに基づいて、各手段の制御を行ってもよい。また、制御手段のＣＰＵは、コンピュータで読み取り可能なプログラムを記憶した記憶媒体から、図示しない読み込み装置等を用いて、プログラムを読み込んで、各手段の制御を実行してもよい。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではない。本発明は、各実施形態の変形・置換・調整に基づいて実施できる。すなわち、本発明は、本明細書の全ての開示内容、技術的思想に従って実現できる各種変形、修正を含む。なお、各図面に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

この出願は、２０１４年１１月２７日に出願された日本出願特願２０１４−２３９４８０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０、９０ 送信するパケットトレイン
１１、９１ 受信したパケットトレイン
１２、８２ キューイング遅延
１３、８４ 理想曲線
２０、２０Ｂ 送信装置
２００ パケットペア生成手段
２０１ パケットトレイン生成手段
２０２、３０３ データ記憶手段
３０、３０Ｂ 受信装置
３００、３００Ｂ シリアライゼーション遅延算出手段
３０１、３０１Ｂ シリアライゼーション遅延除去手段
３０２、３０２Ｂ 推定値算出手段
４０ ネットワーク
５０、５０Ｂ 可用帯域推定システム
６０ パケットペア送信間隔
６１ 先頭パケットサイズ
６２ パケットペア個数
６３ パケットサイズ増分
７０ 受信間隔
７１ 直線
８０ 観測遅延
８１ シリアライゼーション遅延
８２ キューイング遅延
８３ 推定値

Claims (9)

1. 送信装置と受信装置とを備え、前記送信装置と前記受信装置とを接続するネットワークの可用帯域を推定する可用帯域推定システムであって、
   前記送信装置は、パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを送信し、
   前記受信装置は、前記送信装置から送信されるパケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出し、前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出し、前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する、
   ことを特徴とする可用帯域推定システム。
2. 前記受信装置は、パケットペア順に並べた、前記パケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔の点の集合のうち、任意の２つの点を通る、最も緩やかな正の傾きを持つ直線であり、かつ、前記直線よりも上の領域に全ての点があるという条件を満たす直線を算出し、前記算出した直線の傾き及び切片に基づき、前記シリアライゼーション遅延を算出することを特徴とする請求項１に記載の可用帯域推定システム。
3. 前記受信装置は、前記算出した観測遅延から、前記直線の傾き及び切片に基づき算出される前記シリアライゼーション遅延を減算し、前記キューイング遅延を算出することを特徴とする請求項２に記載の可用帯域推定システム。
4. 前記受信装置は、前記受信したパケットトレインに含まれる同一パケットペア内の、先発となる奇数パケットの受信時刻と、後発となる偶数パケットの受信時刻との差分に基づき、前記パケットの受信間隔を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可用帯域推定システム。
5. 前記受信装置は、前記キューイング遅延に影響を与えるノイズが存在しない理想的な状況におけるキューイング遅延を表現する理想曲線を算出し、
   前記算出したキューイング遅延と前記理想曲線の数式との間の二乗誤差を算出し、
   前記算出した二乗誤差が最小となる理想曲線に基づき、前記可用帯域の推定を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可用帯域推定システム。
6. 前記受信装置は、パケットの送信レートが可用帯域の真値を超えない範囲では、傾きがゼロの第１の直線とし、パケットの送信レートが可用帯域の真値を超える範囲では、傾きがパケットサイズの増分と送信間隔との積を送信レートが初めて可用帯域の真値を超えるパケットのパケットサイズで除算した値である第２の直線を積分した放物線とし、前記第１の直線と前記放物線とを結合した前記理想曲線を算出することを特徴とする請求項５に記載の可用帯域推定システム。
7. 送信装置と受信装置とを接続するネットワークの可用帯域を推定する可用帯域推定方法において、
   パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを送信し、
   前記パケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出し、前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出し、前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する、
   ことを特徴とする可用帯域推定方法。
8. パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出するシリアライゼーション遅延算出手段と、
   前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出するシリアライゼーション遅延除去手段と、
   前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する推定値算出手段と、
   を備えることを特徴とする受信装置。
9. パケットサイズが一定の割合で増加し、同一サイズの２つのパケットが送信間隔ゼロで配置されたパケットペアを等間隔で配置することによって構成されたパケットトレインを受信し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットの観測遅延を算出し、前記受信したパケットトレインに含まれるパケットペアを構成する２つのパケットの受信間隔に基づき、シリアライゼーション遅延を算出するシリアライゼーション遅延算出処理と、
   前記算出した観測遅延から前記算出したシリアライゼーション遅延を除去することでキューイング遅延を算出するシリアライゼーション遅延除去処理と、
   前記算出したキューイング遅延に基づき、可用帯域を推定する推定値算出処理と、
   を受信装置のコンピュータに実行させるための受信装置の制御プログラム。
   

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