JP6417097B2 - Packet transmission equipment - Google Patents
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Description
本発明は、伝送速度の切り替え可能な通信路を介して、IP(Internet protocol)パケットやイーサネット(登録商標)パケットなどのパケットを伝送するパケット伝送装置に関し、特に、伝搬状況の変化に応じて伝送速度を切り替える無線通信路などを用いて、通信路の伝送能力を活用して効率よくパケットを伝送するパケット伝送装置に関する。 The present invention relates to a packet transmission apparatus that transmits a packet such as an IP (Internet protocol) packet or an Ethernet (registered trademark) packet via a communication path whose transmission speed can be switched. The present invention relates to a packet transmission apparatus that efficiently transmits packets by using a transmission capacity of a communication path using a wireless communication path that switches speeds.
インターネットプロトコル(IP)を用いたデータ通信では、IPパケットにデータを格納し、パケット伝送装置と通信路を経由してIPパケットを伝送することで、データを伝送する。図3に、離れた地点にある送信端末50と受信端末53が、パケット伝送装置51及びパケット伝送装置52と通信路12及び通信路21を介して、データ通信を行う場合のネットワークの概略構成例を示す。ここで、送信端末50とパケット伝送装置51との間は通信路01及び通信路10を介して相互接続され、受信端末53とパケット伝送装置52との間は、通信路23及び通信路32を介して相互接続されるものとする。 In data communication using the Internet protocol (IP), data is transmitted by storing data in an IP packet and transmitting the IP packet via a packet transmission device and a communication path. FIG. 3 shows a schematic configuration example of a network in the case where the transmitting terminal 50 and the receiving terminal 53 at remote points perform data communication via the packet transmission device 51 and the packet transmission device 52 via the communication path 12 and the communication path 21. Indicates. Here, the transmission terminal 50 and the packet transmission device 51 are interconnected via the communication channel 01 and the communication channel 10, and the communication channel 23 and the communication channel 32 are connected between the reception terminal 53 and the packet transmission device 52. Shall be interconnected via
通信路12の伝送能力を有効に活用して効率よくパケットを伝送するには、送信端末50からパケット伝送装置51に出力するパケットの出力速度を通信路12の伝送速度の範囲内で、できるだけ高い速度に制御する必要がある。 In order to effectively transmit the packet by effectively using the transmission capability of the communication path 12, the output speed of the packet output from the transmission terminal 50 to the packet transmission device 51 is as high as possible within the range of the transmission speed of the communication path 12. Need to control to speed.
IPを用いたデータ通信を行う機器では、確実データを伝送するために、廃棄されたパケットで伝送したデータを回復したり、通信路の伝送速度に応じてパケットの出力速度を制御する機能(輻輳制御機能)を備えたデータ通信プロトコルを利用してデータ通信を行っている。これらの機器のデータ通信プロトコルには、TCP(Transmission Control Protocol)が広く使われている。 In a device that performs data communication using IP, in order to reliably transmit data, a function (congestion) that recovers data transmitted in a discarded packet or controls the output speed of a packet according to the transmission speed of a communication path. Data communication is performed using a data communication protocol having a control function. TCP (Transmission Control Protocol) is widely used as a data communication protocol for these devices.
まず、伝送速度が変化しない場合について、送信端末50のパケットの出力速度が、TCPの輻輳制御機能により通信路12の伝送速度の範囲内で、できるだけ高い速度に制御されることを説明する。 First, in the case where the transmission rate does not change, it will be described that the packet output rate of the transmission terminal 50 is controlled as high as possible within the range of the transmission rate of the communication path 12 by the TCP congestion control function.
図4は、従来のパケット伝送装置の一例を示すブロック図である。図3におけるパケット伝送装置51,52はそれぞれ同様の構成とすることができ、代表的にパケット伝送装置51を説明する。パケット伝送装置51は、パケット入力部511,515、パケット転送部512、パケット待機制御部513,516、及びパケット出力部514,517で構成される。 FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a conventional packet transmission apparatus. The packet transmission devices 51 and 52 in FIG. 3 can have the same configuration, and the packet transmission device 51 will be described as a representative. The packet transmission apparatus 51 includes packet input units 511 and 515, a packet transfer unit 512, packet standby control units 513 and 516, and packet output units 514 and 517.
パケット入力部511は、送信端末50から出力されたパケットを通信路01経由で受信し、パケット転送部512に入力する。パケット入力部515は、対向するパケット伝送装置52から送信されたパケットを通信路21経由で受信し、パケット転送部512に入力する。 The packet input unit 511 receives the packet output from the transmission terminal 50 via the communication path 01 and inputs it to the packet transfer unit 512. The packet input unit 515 receives a packet transmitted from the opposite packet transmission device 52 via the communication path 21 and inputs the packet to the packet transfer unit 512.
パケット転送部512は、入力されたパケットの宛先を解析してパケットの出力先を判別し、判別したパケット出力部517と接続するパケット待機制御部516にパケットを入力する。したがって、パケット転送部512は、例えばハブ又はスイッチとして構成され、複数のパケット出力部517の各々と接続する複数のパケット待機制御部516に対して、パケットの出力先を決定するように構成することができる(図示せず)。 The packet transfer unit 512 analyzes the destination of the input packet to determine the output destination of the packet, and inputs the packet to the packet standby control unit 516 connected to the determined packet output unit 517. Accordingly, the packet transfer unit 512 is configured as a hub or a switch, for example, and is configured to determine the output destination of the packet for the plurality of packet standby control units 516 connected to each of the plurality of packet output units 517. (Not shown).
パケット待機制御部513及びパケット待機制御部516は、それぞれに入力されたパケットを一時的にバッファに保持する機能を有し、それぞれパケット出力部514及びパケット出力部517から送信するためのパケットを受け取り、それぞれのパケット出力部514,517が接続する通信路12,10から送信可能になるまで、当該パケットをそれぞれのバッファに一時的に保持する。 Each of the packet standby control unit 513 and the packet standby control unit 516 has a function of temporarily holding the input packet in a buffer, and receives packets to be transmitted from the packet output unit 514 and the packet output unit 517, respectively. The packets are temporarily held in the respective buffers until transmission is possible from the communication paths 12 and 10 to which the respective packet output units 514 and 517 are connected.
尚、パケット待機制御部513及びパケット待機制御部516は、パケットをバッファに格納する際に、バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量が固定の上限(所定のバッファサイズ)に達しているか否かを判定し、このバッファサイズに達していればパケット格納不可と判定し、入力されたパケット若しくは格納中のパケットのいずれかを廃棄する。 The packet standby control unit 513 and the packet standby control unit 516 determine whether or not the number of packets or the amount of data that can be stored in the buffer has reached a fixed upper limit (predetermined buffer size) when the packet is stored in the buffer. If the buffer size has been reached, it is determined that the packet cannot be stored, and either the input packet or the packet being stored is discarded.
パケット出力部514は、パケット待機制御部513からパケットを取り出し、設定した伝送速度にて通信路12にパケットを送信する。パケット出力部517は、パケット待機制御部516からパケットを取り出し、通信路10にパケットを送信する。 The packet output unit 514 takes out the packet from the packet standby control unit 513 and transmits the packet to the communication path 12 at the set transmission rate. The packet output unit 517 extracts the packet from the packet standby control unit 516 and transmits the packet to the communication path 10.
したがって、パケット伝送装置51は、以前の送信したパケットの伝送のために通信路が使用中であるときや通信路を利用できないなどの理由により、パケットが入力されてもすぐに送信できない場合には、パケットの廃棄を防ぐため、当該パケットをパケット待機制御部513,516のバッファに格納し、通信路12,10へ送信可能になるまで保持する。しかし、従来のパケット伝送装置51では、バッファが格納できるパケットの数やデータ量に固定の上限があり、この固定の上限(所定のバッファサイズ)を超えたときにはパケットを廃棄する。 Therefore, the packet transmission apparatus 51 is not able to transmit immediately even if a packet is input because the communication path is in use for transmitting a previously transmitted packet or the communication path cannot be used. In order to prevent the packet from being discarded, the packet is stored in the buffers of the packet standby control units 513 and 516 and held until it can be transmitted to the communication paths 12 and 10. However, the conventional packet transmission device 51 has a fixed upper limit on the number of packets and the amount of data that can be stored in the buffer. When this fixed upper limit (predetermined buffer size) is exceeded, the packet is discarded.
次にTCPの輻輳制御について説明する。TCPは、輻輳ウィンドウ(cwnd)を用いてパケットの出力速度の制御を可能とする技法として知られている(例えば、特許文献1参照)。 Next, TCP congestion control will be described. TCP is known as a technique that makes it possible to control the output speed of a packet using a congestion window (cwnd) (see, for example, Patent Document 1).
TCPに基づく受信端末53は、送信端末50から出力されたパケットが受信端末53に入力され、正しく伝送されたことを確認できると、次に受け取るべきデータを参照する位置情報を確認応答(ACK)情報として送信端末50に送信する。送信端末50は、データを一度に全部出力するのでなく、ACK情報により指定された位置からcwndまでの範囲のデータを出力するフロー制御を行う。この機構によりパケットの出力速度の最高速度は、輻輳ウィンドウ/往復遅延時間に制限される。尚、往復遅延時間(RTT)とは、パケットを送信してから、そのパケットの確認応答パケットを受信するまでの時間である。 When the receiving terminal 53 based on TCP can confirm that the packet output from the transmitting terminal 50 is input to the receiving terminal 53 and correctly transmitted, the position information referring to the data to be received next is acknowledged (ACK). It transmits to the transmission terminal 50 as information. The transmitting terminal 50 performs flow control for outputting data in a range from the position specified by the ACK information to cwnd instead of outputting all data at once. This mechanism limits the maximum packet output rate to the congestion window / round trip delay time. The round trip delay time (RTT) is the time from when a packet is transmitted until the acknowledgment packet for that packet is received.
TCPの輻輳制御では、このcwndの大きさを調整することで、通信路の伝送速度にパケットの送出速度を追従させる。TCPの輻輳制御方式には幾つかの方式があるが、パケットロスを検出するまでcwndを徐々に拡大し、パケットロスを検出するとcwndを急速に減少させるロスベースの輻輳制御技法が広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。 In TCP congestion control, the packet sending speed is made to follow the transmission speed of the communication path by adjusting the size of this cwnd. There are several TCP congestion control methods. Loss-based congestion control techniques that gradually increase cwnd until packet loss is detected and rapidly decrease cwnd when packet loss is detected are widely used. (For example, refer to Patent Document 1).
代表的なロスベースの輻輳制御技法であるTCP New Renoでは、cwndの増加量はRTTあたり1パケットであり、減少量はcwndの1/2となるように制御している。図5に、TCP New Renoにおけるcwndの時間変化の例を示す。 In TCP New Reno, which is a typical loss-based congestion control technique, the amount of increase in cwnd is 1 packet per RTT, and the amount of decrease is controlled to be ½ of cwnd. FIG. 5 shows an example of the time change of cwnd in TCP New Reno.
この輻輳制御の機能により、送信端末50のパケットの出力速度はcwndの増加に応じて徐々に増加する。この出力速度が通信路12の伝送速度を超えると、パケット伝送装置51へと入力するパケット速度が、パケット伝送装置51の送出するパケット速度を上回り、パケット待機制御部513におけるバッファのパケット蓄積量が増加するようになり、やがてパケット蓄積量が当該固定の上限(所定のバッファサイズ)に達しパケット廃棄が起こる。送信端末50では、ACK情報からパケットロスを検出するとcwndを減少させ、パケット出力速度を減少させる。この繰り返しにより、送信端末50のパケット出力速度が、TCPの輻輳制御機能により通信路の伝送速度の近傍に制御される。 With this congestion control function, the packet output speed of the transmitting terminal 50 gradually increases as cwnd increases. When this output speed exceeds the transmission speed of the communication path 12, the packet speed input to the packet transmission apparatus 51 exceeds the packet speed transmitted by the packet transmission apparatus 51, and the amount of packets stored in the buffer in the packet standby control unit 513 is increased. Over time, the accumulated amount of packets reaches the fixed upper limit (predetermined buffer size), and packet discard occurs. When detecting a packet loss from the ACK information, the transmitting terminal 50 decreases cwnd and decreases the packet output rate. By repeating this, the packet output speed of the transmitting terminal 50 is controlled to be close to the transmission speed of the communication path by the TCP congestion control function.
このように、TCPの輻輳制御機能により、送信端末50のパケットの出力速度が通信路12の伝送速度の近傍に制御される。 As described above, the output speed of the packet of the transmission terminal 50 is controlled to be close to the transmission speed of the communication path 12 by the TCP congestion control function.
ここで、従来のパケット伝送装置51で通信路12の伝送速度を切り変えた場合についても、輻輳制御機能により、自動的にデータ送信速度が調整される。 Here, even when the transmission rate of the communication path 12 is switched by the conventional packet transmission device 51, the data transmission rate is automatically adjusted by the congestion control function.
つまり、伝送速度を増加させると、最初は送信端末50のパケットの出力速度よりパケット伝送装置51の送出するパケット速度が上回り、パケット待機制御部513におけるバッファのパケット蓄積量が減少する。伝送速度の切り替え時のcwndの値が小さく、パケット蓄積量が少ないときに当該切り替えが発生した場合には、バッファが枯渇し送信するパケットが無くなり、次のパケットがパケット伝送装置51に入力されるまで通信路12に空きを生じる。この通信路12に空きを生じ、パケットの送信が間歇的になる現象は、cwndが徐々に拡大し、当該送出するパケット速度が増加し、新たな伝送速度に達し、継続的にパケットがバッファに蓄積されるようになるまで継続する。この現象が継続する間、パケットロスは発生しない。 That is, when the transmission rate is increased, initially, the packet transmission rate of the packet transmission device 51 exceeds the packet output rate of the transmission terminal 50, and the packet storage amount of the buffer in the packet standby control unit 513 decreases. If the switching occurs when the cwnd value at the time of switching the transmission rate is small and the packet accumulation amount is small, the buffer is depleted and there is no packet to transmit, and the next packet is input to the packet transmission device 51. Until the communication path 12 becomes empty. The phenomenon in which the communication path 12 is vacant and packet transmission is intermittent is that cwnd gradually expands, the packet rate to be transmitted increases, reaches a new transmission rate, and packets are continuously buffered. Continue until it accumulates. While this phenomenon continues, no packet loss occurs.
前述したように、従来のパケット伝送装置51で通信路12の伝送速度を切り変えた場合についても、輻輳制御機能により、自動的にデータ送信速度が調整されることになる。しかし、cwndの拡大はゆっくりと行われることから、伝送速度を速くしても、送信端末50のパケットの出力速度がすぐには新たな伝送速度まで増加せず、通信路12の空きを生ずる期間が長くなるという問題がある。したがって、従来のパケット伝送装置51では、伝送速度が小さい時はcwndの最大値が小さいため、この問題が発生し易い問題があった。 As described above, even when the transmission rate of the communication path 12 is switched by the conventional packet transmission device 51, the data transmission rate is automatically adjusted by the congestion control function. However, since the expansion of cwnd is performed slowly, even if the transmission rate is increased, the output rate of the packet of the transmission terminal 50 does not immediately increase to the new transmission rate, and a period in which the communication path 12 is vacant. There is a problem that becomes longer. Therefore, the conventional packet transmission device 51 has a problem that this problem is likely to occur because the maximum value of cwnd is small when the transmission speed is low.
具体的には、cwndの拡大速度は、TCP New Renoでは、RTT当たり1パケットのペースであり、新たな速度に到達するまでには、(速度増加量/パケットサイズ)×RTTの時間が必要である。例えば、RTT 10ms、パケットサイズ1500バイトの通信では100Mbps増加するまでには83秒かかる。 Specifically, the expansion speed of cwnd is 1 packet per RTT in TCP New Reno, and it takes (time increase amount / packet size) × RTT time to reach a new speed. is there. For example, in communication with an RTT of 10 ms and a packet size of 1500 bytes, it takes 83 seconds to increase by 100 Mbps.
逆に、伝送速度が減少すると、受信端末53へのパケット入力間隔が長くなり、送信端末50に伝送するACK情報の出力間隔も長くなり、自動的に送信端末50におけるパケットの出力速度が抑えられる。 Conversely, when the transmission rate decreases, the packet input interval to the receiving terminal 53 increases, the output interval of ACK information transmitted to the transmitting terminal 50 also increases, and the packet output rate at the transmitting terminal 50 is automatically suppressed. .
しかし、送信端末50へのACK情報の間隔が変化するのは、伝送速度が低下してからRTT経過後である。この間、送信端末50におけるパケットの出力速度は伝送速度変更前のままである。このため、パケット伝送装置51の送信待ちパケットが急速に増加する。この結果、従来のパケット伝送装置51では、パケット待機制御部513におけるバッファに格納できる上限を超える状態が継続し大量のパケットロスが発生する場合があった。 However, the interval of the ACK information to the transmitting terminal 50 changes after the RTT has elapsed since the transmission rate has decreased. During this time, the packet output speed at the transmission terminal 50 remains unchanged before the transmission speed is changed. For this reason, the number of packets waiting for transmission in the packet transmission apparatus 51 increases rapidly. As a result, in the conventional packet transmission apparatus 51, there is a case where a state exceeding the upper limit that can be stored in the buffer in the packet standby control unit 513 continues and a large amount of packet loss occurs.
また、伝送速度を減少させてから送信端末50のパケットの出力速度が抑制されるまでのパケットの超過は一時的なものである。このような一時的な通信量の増加に対しては、ネットワークの中間部で通信速度が低い隘路となる部分よりも前に(例えば、パケット待機制御部513に相当する箇所)、十分な量のバッファと精密に帯域を制御する回路を組み合わせた平滑化装置を設けることにより通信量を平滑化する技法が知られている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、通信路12における伝送速度を減少してRTT時間経過するまで、或いはRTT時間経過した後の送信端末50のパケットの出力速度は、送信端末50のパケットの出力速度が抑制されるまでは当該伝送速度を減少した後の通信路12の伝送速度以下にはならないことから、平滑化しても通信路12の伝送速度以下にすることができないため、当該平滑化装置を追加しても、大量のパケットロスが発生する問題を解決することができない。 Further, the excess of the packet from when the transmission rate is reduced to when the output rate of the packet of the transmission terminal 50 is suppressed is temporary. For such a temporary increase in communication volume, a sufficient amount is required before the part that becomes a bottleneck where the communication speed is low in the middle part of the network (for example, a part corresponding to the packet waiting control unit 513). A technique for smoothing the communication amount by providing a smoothing device that combines a buffer and a circuit that precisely controls a band is known (see, for example, Patent Document 1). However, until the transmission rate on the communication path 12 decreases and the RTT time elapses, or the output speed of the packet of the transmission terminal 50 after the RTT time elapses until the output speed of the packet of the transmission terminal 50 is suppressed. Since it does not become lower than the transmission speed of the communication path 12 after reducing the transmission speed, even if smoothing cannot be made lower than the transmission speed of the communication path 12, even if the smoothing device is added, a large amount The problem of packet loss cannot be solved.
このように、従来のパケット伝送装置51では、通信路12の伝送速度を増加させても、ロスベースの輻輳制御技法を用いる送信端末50のcwndがすぐには増加しないことから、伝送速度の切り替え時のcwndの値が小さい場合には、パケットの送信が間歇的に行われ通信路12に空きが発生する状態が長く継続し、通信路12を有効に活用できないという問題があった。 Thus, in the conventional packet transmission device 51, even if the transmission rate of the communication path 12 is increased, the cwnd of the transmission terminal 50 using the loss-based congestion control technique does not increase immediately. When the value of cwnd is small, there is a problem that packets are transmitted intermittently and a state in which the communication path 12 is vacant continues for a long time and the communication path 12 cannot be used effectively.
また、通信路12の伝送速度を低下させたときに大量のパケットロスを起こすことがあった。大量のパケットロスは、他の通信に影響が波及し、リアルタイム通信でのデータ欠損や、欠損データの再送に伴うレスポンスの低下、通信速度の低下など大きな影響を与える問題があった。 Further, when the transmission speed of the communication path 12 is lowered, a large amount of packet loss may occur. A large amount of packet loss has an effect on other communications, and there are problems such as data loss in real-time communications, a decrease in response due to retransmission of missing data, and a decrease in communication speed.
そこで、本発明は上述の問題を鑑みて為されたものであり、本発明の目的は、通信路12の伝送速度の増加時にも連続的なパケットの送信を可能とし、通信路12の伝送速度の低下時にも大量のパケットロスの発生を抑制するために、通信路12の伝送速度の変更機能を有し、当該伝送速度の変更に応じたパケット待機制御を行うパケット伝送装置を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to enable continuous packet transmission even when the transmission speed of the communication path 12 is increased. A packet transmission apparatus having a function of changing the transmission rate of the communication path 12 and performing packet standby control according to the change of the transmission rate in order to suppress the occurrence of a large amount of packet loss even when the transmission rate decreases. is there.
本発明によるパケット伝送装置は、通信路の伝送速度の変更機能を有するパケット伝送装置であって、設定した伝送速度にてパケットを送信するパケット出力部と、前記パケット出力部から送信するパケットを、前記パケット出力部に接続される通信路から送信可能になるまで一時的にバッファに保持し、当該パケットを前記バッファに格納する際に、前記パケット出力部からの伝送速度の変更を監視して、前記伝送速度の変更時に前記バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量についての可変の上限を規定するバッファ閾値を変更するよう制御するバッファ閾値制御部を有するパケット待機制御部と、を備え、前記バッファ閾値制御部は、前記パケット出力部からの伝送速度が変更前より低速に変更する際に、前記バッファ閾値を拡大し、変更前より高速に変更する際には、速度変更後から所定の規定時間以上経過して時点で、前記バッファ閾値を縮小することを特徴とする。
A packet transmission device according to the present invention is a packet transmission device having a function of changing a transmission rate of a communication path, a packet output unit that transmits a packet at a set transmission rate, and a packet that is transmitted from the packet output unit. Temporarily hold in the buffer until it can be transmitted from the communication path connected to the packet output unit, when storing the packet in the buffer, monitoring the change in the transmission rate from the packet output unit, A packet standby control unit having a buffer threshold control unit that controls to change a buffer threshold that defines a variable upper limit for the number of packets or the amount of data that can be stored in the buffer when the transmission rate is changed, and the buffer threshold The control unit sets the buffer threshold when the transmission rate from the packet output unit is changed to a lower speed than before the change. Large, and when changing faster than before the change, at the time elapsed after the speed change predetermined specified time or more, and that you reduce the buffer threshold.
また、本発明によるパケット伝送装置において、前記バッファ閾値制御部は、前記パケット出力部からの伝送速度が変更前より低速に変更する際に、前記バッファ閾値を(変更前の速度−変更後の速度)×規定時間だけ拡大し、変更前より高速に変更する際には、速度変更後から所定の規定時間以上経過して時点で、前記バッファ閾値を(変更後の速度−変更前の速度)×規定時間だけ縮小することを特徴とする。 In the packet transmission device according to the present invention, the buffer threshold value control unit may change the buffer threshold value when the transmission rate from the packet output unit is lower than before the change (speed before change−speed after change). ) X Enlarged by the specified time and when changing to a higher speed than before the change, the buffer threshold is set to (the speed after the change-the speed before the change) at the time when a predetermined specified time has elapsed since the speed change. It is characterized by being reduced by a specified time.
また、本発明によるパケット伝送装置において、前記規定時間は、当該パケット伝送装置に通信接続する送信端末と該送信端末からのパケットを受信する受信端末との間の往復遅延時間とすることを特徴とする。 In the packet transmission apparatus according to the present invention, the specified time is a round-trip delay time between a transmission terminal that is communicatively connected to the packet transmission apparatus and a reception terminal that receives a packet from the transmission terminal. To do.
また、本発明によるパケット伝送装置において、前記規定時間は、当該パケット伝送装置と対向するパケット伝送装置との往復遅延時間に一定のマージンを加えた値とすることを特徴とする。 In the packet transmission apparatus according to the present invention, the specified time is a value obtained by adding a certain margin to a round-trip delay time between the packet transmission apparatus and the opposite packet transmission apparatus.
本発明によれば、通信路の伝送速度を低下させても、ロスベースの輻輳制御を用いる送信端末のcwndの最大値を高く維持することができ、通信路の伝送速度を低速から高速に切り替えたときに、パケットの送信が間歇的となることを防ぐことができ、通信路の伝送能力を有効に活用した効率のよいパケット伝送が実現可能となる。 According to the present invention, the maximum value of cwnd of a transmission terminal using loss-based congestion control can be maintained high even when the transmission speed of the communication path is reduced, and the transmission speed of the communication path is switched from low speed to high speed. Sometimes, packet transmission can be prevented from being intermittent, and efficient packet transmission that effectively utilizes the transmission capability of the communication path can be realized.
また、通信路の伝送速度を低下させたときにバッファが溢れ、大量のパケットロスの発生を抑制又は防止することができる。この結果、大量のパケットロスによるリアルタイム通信でのデータ欠損や、欠損データの再送に伴うレスポンスの低下、通信速度の低下など他の通信への影響を防止し、通信路の伝送能力を有効に活用した効率のよいパケット伝送が実現可能となる。 Further, when the transmission speed of the communication path is lowered, the buffer overflows, and the occurrence of a large amount of packet loss can be suppressed or prevented. As a result, data loss in real-time communication due to a large amount of packet loss, response deterioration due to retransmission of missing data, and other communication effects such as communication speed are prevented, and the transmission capacity of the communication path is effectively utilized. Thus, efficient packet transmission can be realized.
以下、図面を参照して、本発明による一実施形態のパケット伝送装置について説明する。図1は、本発明による一実施形態のパケット伝送装置51aのブロック図である。 Hereinafter, a packet transmission apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a packet transmission device 51a according to an embodiment of the present invention.
図3に示したように、離れた地点にある送信端末50と受信端末53が、パケット伝送装置51及びパケット伝送装置52と通信路12及び通信路21を介して、データ通信を行うネットワークを想定し、本発明に係るパケット伝送装置51aは、従来のパケット伝送装置51の代わりに設けられるものとして説明する。尚、送信端末50から受信端末53の方向のパケットを伝送する通信路01、通信路12及び通信路23の中で伝送速度が最も遅い通信路は通信路12であるとする。また、各装置は、TCPを利用してデータ通信を行うものとする。 As shown in FIG. 3, a network is assumed in which a transmitting terminal 50 and a receiving terminal 53 at remote points perform data communication via the packet transmission device 51 and the packet transmission device 52 via the communication path 12 and the communication path 21. The packet transmission device 51a according to the present invention will be described as being provided in place of the conventional packet transmission device 51. It is assumed that the communication path 12 has the slowest transmission speed among the communication paths 01, 12, and 23 that transmit packets in the direction from the transmission terminal 50 to the reception terminal 53. Each device performs data communication using TCP.
図1に示す本発明による一実施形態のパケット伝送装置51aは、図4に示す従来のパケット伝送装置51と同様の構成要素には同一の参照番号を付している。即ち、本発明による一実施形態のパケット伝送装置51aは、パケット入力部511,515、パケット転送部512、パケット待機制御部513a,516、及びパケット出力部514,517で構成され、パケット待機制御部513aがバッファ閾値制御部518を有する点で、従来のパケット伝送装置51とは相違する。 In the packet transmission device 51a according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the same components as those of the conventional packet transmission device 51 shown in FIG. That is, the packet transmission device 51a according to an embodiment of the present invention includes packet input units 511 and 515, a packet transfer unit 512, packet standby control units 513a and 516, and packet output units 514 and 517, and includes a packet standby control unit. 513a is different from the conventional packet transmission apparatus 51 in that it includes a buffer threshold value control unit 518.
パケット入力部511は、送信端末50から出力されたパケットを通信路01経由で受信し、パケット転送部512に入力する。パケット入力部515は、対向するパケット伝送装置52から送信されたパケットを通信路21経由で受信し、パケット転送部512に入力する。 The packet input unit 511 receives the packet output from the transmission terminal 50 via the communication path 01 and inputs it to the packet transfer unit 512. The packet input unit 515 receives a packet transmitted from the opposite packet transmission device 52 via the communication path 21 and inputs the packet to the packet transfer unit 512.
パケット転送部512は、入力されたパケットの宛先を解析してパケットの出力先を判別し、判別したパケット出力部517と接続するパケット待機制御部516にパケットを入力する。したがって、パケット転送部512は、例えばハブ又はスイッチとして構成され、複数のパケット出力部517の各々と接続する複数のパケット待機制御部516に対して、パケットの出力先を決定するように構成することができる(図示せず)。 The packet transfer unit 512 analyzes the destination of the input packet to determine the output destination of the packet, and inputs the packet to the packet standby control unit 516 connected to the determined packet output unit 517. Accordingly, the packet transfer unit 512 is configured as a hub or a switch, for example, and is configured to determine the output destination of the packet for the plurality of packet standby control units 516 connected to each of the plurality of packet output units 517. (Not shown).
パケット待機制御部513a及びパケット待機制御部516は、それぞれに入力されたパケットを一時的にバッファに保持する機能を有し、それぞれパケット出力部514及びパケット出力部517から送信するためのパケットを受け取り、それぞれのパケット出力部514,517が接続する通信路12,10から送信可能になるまで、当該パケットをそれぞれのバッファに一時的に保持する。 The packet standby control unit 513a and the packet standby control unit 516 have a function of temporarily storing the input packets in the buffers, and receive packets to be transmitted from the packet output unit 514 and the packet output unit 517, respectively. The packets are temporarily held in the respective buffers until transmission is possible from the communication paths 12 and 10 to which the respective packet output units 514 and 517 are connected.
ただし、パケット待機制御部513aは、パケットをバッファに格納する際に、バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量が可変の上限(以下、「バッファ閾値」と称する)に達しているか否かを判定し、このバッファ閾値に達していればパケット格納不可と判定し、入力されたパケット若しくは格納中のパケットのいずれかを廃棄する。 However, the packet standby control unit 513a determines whether or not the number of packets or the amount of data that can be stored in the buffer has reached a variable upper limit (hereinafter referred to as “buffer threshold”) when the packet is stored in the buffer. If this buffer threshold is reached, it is determined that the packet cannot be stored, and either the input packet or the packet being stored is discarded.
一方、パケット待機制御部516は、パケットをバッファに格納する際に、バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量が固定の上限(所定のバッファサイズ)に達しているか否かを判定し、このバッファサイズに達していればパケット格納不可と判定し、入力されたパケット若しくは格納中のパケットのいずれかを廃棄する。 On the other hand, when storing the packet in the buffer, the packet standby control unit 516 determines whether or not the number of packets or the amount of data that can be stored in the buffer has reached a fixed upper limit (predetermined buffer size). If it has reached, it is determined that the packet cannot be stored, and either the input packet or the packet being stored is discarded.
パケット出力部514は、パケット待機制御部513aからパケットを取り出し、変更可能な設定した伝送速度にて通信路12にパケットを送信する。パケット出力部517は、パケット待機制御部516からパケットを取り出し、通信路10にパケットを送信する。 The packet output unit 514 takes out the packet from the packet standby control unit 513a, and transmits the packet to the communication path 12 at a set transmission rate that can be changed. The packet output unit 517 extracts the packet from the packet standby control unit 516 and transmits the packet to the communication path 10.
したがって、パケット伝送装置51aは、以前の送信したパケットの伝送のために通信路が使用中であるときや通信路を利用できないなどの理由により、パケットが入力されてもすぐに送信できない場合には、パケットの廃棄を防ぐため、当該パケットをパケット待機制御部513a,516のバッファに格納し、通信路12,10へ送信可能になるまで保持する。そして、本発明に係るパケット伝送装置51aは、パケット待機制御部513aが有するバッファ閾値制御部518の機能により、バッファが格納できるパケットの数やデータ量に可変の上限(バッファ閾値)があり、このバッファ閾値を超えたときにはパケットを廃棄する。 Therefore, the packet transmission device 51a cannot transmit immediately even when a packet is input due to reasons such as when the communication path is being used for transmission of a previously transmitted packet or because the communication path cannot be used. In order to prevent the packet from being discarded, the packet is stored in the buffers of the packet standby control units 513a and 516 and held until it can be transmitted to the communication paths 12 and 10. The packet transmission device 51a according to the present invention has a variable upper limit (buffer threshold) in the number of packets and the amount of data that can be stored in the buffer by the function of the buffer threshold control unit 518 included in the packet standby control unit 513a. When the buffer threshold is exceeded, the packet is discarded.
以下、バッファ閾値制御部518について詳細に説明する。図2は、パケット伝送装置51aにおけるバッファ閾値制御部518によるバッファ閾値制御のフローチャートである。 Hereinafter, the buffer threshold control unit 518 will be described in detail. FIG. 2 is a flowchart of buffer threshold control by the buffer threshold controller 518 in the packet transmission device 51a.
本発明のパケット伝送装置51aでは、バッファ閾値制御部518により、パケット待機制御部513aによる通信路12の伝送速度の変更を監視しており(ステップS1)、パケット待機制御部513aにて通信路12の伝送速度を変更する際に、変更前より低速に変更する場合には(ステップS2:Yes)、パケット待機制御部513aが有するバッファのバッファ閾値を(変更前の速度−変更後の速度)×規定時間(即ち、後述する予め定めた往復遅延時間)だけ増加する(ステップS3)。 In the packet transmission device 51a of the present invention, the buffer threshold control unit 518 monitors the change in the transmission rate of the communication path 12 by the packet standby control unit 513a (step S1). When the transmission speed is changed to a lower speed than before the change (step S2: Yes), the buffer threshold of the buffer included in the packet waiting control unit 513a is set to (the speed before the change−the speed after the change) × It increases by a specified time (that is, a predetermined round-trip delay time described later) (step S3).
逆に、パケット待機制御部513aにて通信路12の伝送速度を変更する際に、変更前より高速に変更する場合には(ステップS2:No)、速度変更後から規定時間(即ち、後述する予め定めた往復遅延時間)以上経過した時点で、パケット待機制御部513aが有するバッファのバッファ閾値を(変更後の速度−変更前の速度)×規定時間だけ縮小する(ステップS4)。 Conversely, when changing the transmission speed of the communication path 12 at the packet standby control unit 513a, when changing to a higher speed than before the change (step S2: No), a specified time (ie, described later) after the speed change. When the predetermined round-trip delay time has elapsed, the buffer threshold of the buffer of the packet standby control unit 513a is reduced by (the speed after change−the speed before the change) × the specified time (step S4).
「規定時間」は、実際にデータ通信を行う送信端末50と受信端末53との間の往復遅延時間とすることが一般化する上で望ましいが、通信路12及び通信路21の伝送遅延が、他の通信路の伝送遅延より極端に大きい場合には、パケット伝送装置51aとパケット伝送装置52との間の往復遅延時間に一定のマージンを加えた値とすることで、より精密なバッファ閾値制御が可能となる。 The “specified time” is desirable to generalize the round-trip delay time between the transmission terminal 50 and the reception terminal 53 that actually perform data communication. However, the transmission delay of the communication path 12 and the communication path 21 is When the transmission delay is extremely larger than the transmission delay of the other communication path, a more precise buffer threshold value control is performed by setting a value obtained by adding a certain margin to the round-trip delay time between the packet transmission device 51a and the packet transmission device 52. Is possible.
このバッファ閾値制御部518の機能により、伝送速度を低下させてから送信端末50のパケットの出力速度が低下するまでの間のパケットを全てバッファに格納することで、大量のパケットロスの発生を防止することができる。 The function of the buffer threshold control unit 518 prevents the occurrence of a large amount of packet loss by storing in the buffer all packets from when the transmission rate is reduced until the output rate of the packet of the transmitting terminal 50 is reduced. can do.
また、バッファ閾値が同じ値であれば、伝送速度が低速であるほどcwndの最大値が小さくなるが、低速時のバッファ閾値を増加することで、伝送速度を低下させた時のcwndの最大値の減少を防ぎ、高速伝送時のcwndを維持することができる。この効果により、通信路12の伝送速度を低速から高速に切り替えたときに発生するcwndの不足によりパケットの送信が間歇的となったとしても、これが長く続くことを防ぐことができる。 Also, if the buffer threshold is the same value, the maximum value of cwnd decreases as the transmission speed is low. However, the maximum value of cwnd when the transmission speed is decreased by increasing the buffer threshold at low speed. Can be prevented, and cwnd during high-speed transmission can be maintained. With this effect, even if packet transmission becomes intermittent due to a shortage of cwnd that occurs when the transmission speed of the communication path 12 is switched from low speed to high speed, this can be prevented from continuing for a long time.
以上、特定の実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、パケット通信プロトコルの規定により、パケット転送の際にパケットヘッダなどパケットの一部を更新する必要があれば、パケット転送部512がこの処理を行うように構成することができる。 The present invention has been described with reference to specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical idea thereof. For example, if it is necessary to update a part of a packet such as a packet header at the time of packet transfer according to the regulation of the packet communication protocol, the packet transfer unit 512 can be configured to perform this process.
また、パケット入力部511で受信したパケットを必ずパケット出力部514からそのまま出力する、パケット入力部515で受信したパケットを必ずパケット出力部517からそのまま出力する用途では、パケット転送部512を持たない構成とすることができる。この場合は、パケット入力部511は受信したパケットをパケット待機制御部513aに、パケット入力部515は受信したパケットをパケット待機制御部516に、それぞれ直接入力する。 In addition, the packet transfer unit 512 is not included in the application in which the packet received by the packet input unit 511 is always output as it is from the packet output unit 514, and the packet received by the packet input unit 515 is always output from the packet output unit 517 as it is. It can be. In this case, the packet input unit 511 directly inputs the received packet to the packet standby control unit 513a, and the packet input unit 515 directly inputs the received packet to the packet standby control unit 516.
更に、パケット入力部511、パケット待機制御部513a及びパケット出力部514で構成した送信側パケット伝送装置と、パケット入力部515、パケット待機制御部516及びパケット出力部517で構成した受信側パケット伝送装置の2つのパケット伝送装置により、ネットワークを構成してもよい。この構成では、伝送速度を変えられる通信路12にパケットを送信する送信側パケット伝送装置が本発明の対象となり、受信側パケット伝送装置は従来のパケット伝送装置を用いてもよい。 Further, a transmission side packet transmission device configured by a packet input unit 511, a packet standby control unit 513a and a packet output unit 514, and a reception side packet transmission device configured by a packet input unit 515, a packet standby control unit 516 and a packet output unit 517 A network may be configured by the two packet transmission apparatuses. In this configuration, a transmission side packet transmission apparatus that transmits a packet to the communication path 12 capable of changing the transmission speed is an object of the present invention, and a conventional packet transmission apparatus may be used as the reception side packet transmission apparatus.
本発明によれば、通信路の伝送能力を有効に活用した効率のよいパケット伝送が実現可能となるので、通信路の伝送速度の変更機能を有するパケット伝送装置の用途に有用である。 According to the present invention, it is possible to realize efficient packet transmission that effectively uses the transmission capability of the communication path, which is useful for a packet transmission apparatus having a function of changing the transmission speed of the communication path.
50 送信端末
51 従来のパケット伝送装置
51a 本発明に係るパケット伝送装置
52 従来のパケット伝送装置
53 受信端末
511,515 パケット入力部
512 パケット転送部
513,513a,516 パケット待機制御部
514,517 パケット出力部
518 バッファ閾値制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Transmission terminal 51 Conventional packet transmission apparatus 51a Packet transmission apparatus based on this invention 52 Conventional packet transmission apparatus 53 Reception terminal 511,515 Packet input part 512 Packet transfer part 513,513a, 516 Packet standby control part 514,517 Packet output 518 Buffer threshold value control unit
Claims (4)
設定した伝送速度にてパケットを送信するパケット出力部と、
前記パケット出力部から送信するパケットを、前記パケット出力部に接続される通信路から送信可能になるまで一時的にバッファに保持し、当該パケットを前記バッファに格納する際に、前記パケット出力部からの伝送速度の変更を監視して、前記伝送速度の変更時に前記バッファに格納できるパケット数若しくはデータ量についての可変の上限を規定するバッファ閾値を変更するよう制御するバッファ閾値制御部を有するパケット待機制御部と、を備え、
前記バッファ閾値制御部は、
前記パケット出力部からの伝送速度が変更前より低速に変更する際に、前記バッファ閾値を拡大し、変更前より高速に変更する際には、速度変更後から所定の規定時間以上経過して時点で、前記バッファ閾値を縮小することを特徴とするパケット伝送装置。 A packet transmission device having a function of changing the transmission speed of a communication path,
A packet output unit for transmitting packets at a set transmission rate;
A packet transmitted from the packet output unit is temporarily held in a buffer until it can be transmitted from a communication path connected to the packet output unit, and when the packet is stored in the buffer, the packet output unit A packet waiting unit having a buffer threshold control unit that monitors a change in the transmission rate and controls to change a buffer threshold that defines a variable upper limit for the number of packets or the amount of data that can be stored in the buffer when the transmission rate is changed A control unit ,
The buffer threshold value controller is
When the transmission rate from the packet output unit is changed to a lower speed than before the change, the buffer threshold value is enlarged, and when changing to a higher speed than before the change, when a predetermined specified time or more has elapsed after the change of the speed in a packet transmission apparatus which is characterized that you reduce the buffer threshold.
前記パケット出力部からの伝送速度が変更前より低速に変更する際に、前記バッファ閾値を(変更前の速度−変更後の速度)×規定時間だけ拡大し、変更前より高速に変更する際には、速度変更後から所定の規定時間以上経過して時点で、前記バッファ閾値を(変更後の速度−変更前の速度)×規定時間だけ縮小することを特徴とする、請求項1に記載のパケット伝送装置。 The buffer threshold value controller is
When the transmission rate from the packet output unit is changed to a lower speed than before the change, the buffer threshold value is increased by (pre-change-speed after change) × specified time and changed to a higher speed than before the change. is the time elapsed after the speed change predetermined specified time or more, the buffer threshold - characterized by reduced by (the changed speed of the pre-change speed) × specified time, according to claim 1 Packet transmission equipment.
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