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JP7537600B2 - 通信システム、通信方法、コントローラおよびプログラム - Google Patents
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JP7537600B2 - 通信システム、通信方法、コントローラおよびプログラム - Google Patents

通信システム、通信方法、コントローラおよびプログラム Download PDF

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Description

本開示は、時分割多重ネットワークを多段接続した通信システム、その通信方法、それを制御するコントローラ、およびそのプログラムに関する。
近年、同一のネットワーク基盤上に様々なネットワーク要件をもつ複数のサービスやアプリケーションを収容する検討が進められている。そのためには、“端末から端末まで”や“端末からアプリケーションサーバまで”のEnd-End区間において、同一NWに収容された各サービスやアプリケーションが要求する品質を保証しなければならない。
ネットワークのEnd-Endには、無線と有線の区間にわけることができる。その中でも無線区間では、既存技術としてIEEE802.11のEnhanced Distributed Channel Access(EDCA)と呼ばれる優先制御機能が存在する(例えば、非特許文献1、2を参照。)。
IEEE 802.11e-2005 - IEEE Standard for Information technology--Local and metropolitan area networks--Specific requirements--Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications - Amendment 8: Medium Access Control (MAC) Quality of Service Enhancements "QoSを実現する無線LAN規格 IEEE802.11e"、 映像情報メディア学会誌 Vol. 57, No. 11 (2003) IEEE 802.3ah IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters for Subscriber Access Networks(https://www.ieee802.org/21/doctree/2006_Meeting_Docs/2006-11_meeting_docs/802.3ah-2004.pdf)
EDCAは端末(宛先)単位での制御であり、サービスおよびアプリケーション単位での品質制御を可能とするようなトラフィックフロー単位での制御が困難である。ただし、関連技術(後述の「付録」参照。)を適用することで、サービスおよびアプリケーション単位での品質制御を実現することができる。
また、関連技術は無線ネットワークだけでなく、Passive Optical Network(例えば、非特許文献3を参照。)などの時分割多重を利用した通信方式に適用することも可能である。例えば図1のように、無線ネットワーク区間(例えば、無線LAN)と有線ネットワーク区間(PON)を合わせた通信システムに対して、それぞれ関連技術を適用することが可能である。
一方で、それぞれの区間に関連技術を適用した場合、図2及び図3に説明するように、端末およびONUのフロー単位バッファにおいてパケットの待機が発生することがある。具体的には、ネットワーク#1および#2においてそれぞれのコントローラのデータベースへの記録とスケジューリング(ステップS02及びS12)を行うが、それぞれのコントローラは互いに独立してそれぞれのネットワークについてスケジューリングを行う。このため、ネットワーク毎に接続部の装置においてパケットの待機時間Twが発生し(ネットワークの多段数に比例してTwが増加する)、End-Endでの品質制御が実現できない可能性がある。
図3において、それぞれのステップは次の通りである。
ステップS00:アプリケーションからパケットを受信する。
ステップS01、S11:パケット量を通知する。
ステップS02、S12:データベースへの記録とスケジューリングを行う。
ステップS03、S13:送信時刻と送信量を通知する。
ステップS04、S14:送信時刻と送信量に従って送信する。
ステップS05、S15:送信要求をする。
ステップS06、S16:送信許可をする。
ステップS07、S17:パケットを送信する。
ステップS08:パケットを送信する。
つまり、時分割多重を利用した通信方式に関連技術を適用すると、遅延が増大するとともに帯域利用効率が低下し、所望の品質制御を実行することが困難という課題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、時分割多重ネットワークが多段接続される構成において、それぞれのトラフィックフローに割当てた帯域を保証できる通信システム、通信方法、コントローラ及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る通信システムは、1つのコントローラが多段接続するそれぞれのネットワークの転送時間を考慮し、ネットワーク間を接続する装置に対し、転送されてくるフロー単位のパケットをネットワーク内に送信する時刻を予め通知することとした。
具体的には、本発明に係る通信システムは、時分割多重方式の複数のネットワークとコントローラとを有する通信システムであって、
前記ネットワークは多段接続されており、
前記コントローラは、
それぞれの前記ネットワークの送信要求から送信許可およびパケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶するデータベースと、
いずれかの前記ネットワークが備える任意の通信装置からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知するとともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知するスケジューラと、
を有することを特徴とする。
また、本発明に係る通信方法は、多段接続されている時分割多重方式のネットワークを制御する通信方法であって、
それぞれの前記ネットワークの送信要求から送信許可およびパケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶すること、及び
いずれかの前記ネットワークが備える任意の通信装置からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知するとともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知すること、
を特徴とする。
さらに、本発明に係るコントローラは、多段接続されている時分割多重方式のネットワークを制御するコントローラであって、
それぞれの前記ネットワークの送信要求から送信許可およびパケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶するデータベースと、
いずれかの前記ネットワークが備える任意の通信装置からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知するとともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知するスケジューラと、
を有することを特徴とする。
コントローラは、各ネットワークでの転送時間(送信要求から実際にパケット送信するまでの時間)を把握しており、あるネットワークからパケットを送信するときに、前記転送時間を考慮して、当該パケットが通過するネットワーク、及び当該パケットの送信先のネットワークに対してパケットの送信要求を発する時刻を通知する。これにより、当該パケットが到着するまでにネットワーク内にパケットを送信する許可を得られるため、ネットワーク毎の接続部の装置における待機時間Twが発生せず、当該パケットをスムーズに転送することができる。
従って、本発明は、時分割多重ネットワークが多段接続される構成において、それぞれのトラフィックフローに割当てた帯域を保証できる通信システム、通信方法、コントローラ及びプログラムを提供することができる。
複数の前記ネットワークは、それぞれPON(Passive Optical Network)と無線LAN(Local Area Network)であり、前記PONの前記接続装置がアクセスポイントであり、前記無線LANの前記接続装置がONU(Optical Network Unit)であってもよい。
本発明は、前記コントローラとしてコンピュータを機能させるためのプログラムである。本発明のコントローラはコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
本発明は、時分割多重ネットワークが多段接続される構成において、それぞれのトラフィックフローに割当てた帯域を保証できる通信システム、通信方法、コントローラ及びプログラムを提供することができる。
本発明の課題を説明する図である。 時分割多重のネットワークを連結した通信システムを説明する図である。 通信システムに関連技術を適用した場合について、上り方向についてのシーケンス図である。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 本発明に係るコントローラが有するデータベースに記憶する情報を説明する図である。 本発明に係る通信システムの動作を説明するシーケンス図である。 本発明に係る通信システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 本発明に係る通信システムを説明する図である。 本発明に係るコントローラが有するデータベースに記憶する情報を説明する図である。 本発明に係る通信システムの動作を説明するシーケンス図である。 本発明に係る通信システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係るコントローラを説明する図である。 関連技術の制御システムを説明する図である。 関連技術の制御システムを説明する図である。 関連技術のコントローラが備えるデータベースを説明する図である。 関連技術の制御方法を説明する図である。 関連技術の制御システムの効果を説明する図である。 関連技術の通信システムの動作を説明する図である。 関連技術の制御システムを説明する図である。 関連技術のコントローラが備えるデータベースを説明する図である。 関連技術の制御方法を説明する図である。 関連技術の制御システムの効果を説明する図である。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
(実施形態1)
図4は、本実施形態の通信システム301を説明する図である。通信システム301は、時分割多重方式の複数のネットワーク(50#1、50#2)とコントローラ10とを有する。ネットワーク50#1は、複数の端末20とネットワーク上位装置30に接続している。ネットワーク50#2は、複数のネットワーク下位装置40とネットワーク上位装置60に接続している。ネットワーク上位装置60は、インターネットのような上位ネットワーク70とネットワーク50#2とを接続する。ネットワーク上位装置30は、ネットワーク下位装置40の一つ(図4ではネットワーク下位装置40#2)と接続しており、ネットワーク50#1とネットワーク50#2との通信を可能とする。コントローラ10は、各端末20、各ネットワーク下位装置40、ネットワーク上位装置(30、60)と接続する。なお、図4に示した各装置以外に通信するネットワーク機器は存在しないものとする。
図4において、実線は主信号の通信を示し、破線は制御信号の通信を示している。また、図4では、説明簡易化のためにネットワーク50を2つとしているが、本発明に係る通信システムはネットワークが3つ以上の多段接続でも適用可能である。
図5は、通信システム301の各装置の機能を説明する機能ブロック図である。
コントローラ10は、
それぞれのネットワーク50の送信要求から送信許可およびパケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶するデータベース11と、
いずれかのネットワーク50が備える任意の通信装置(端末20又はネットワーク上位装置60)からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知するとともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置(ネットワーク下位装置40又はネットワーク上位装置30)に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知するスケジューラ12と、
を有する。
コントローラ10は、データベース11に各時分割多重ネットワーク50の送信要求から送信許可および送信要求からパケット送信までに必要な時間を事前に記録しているものとする。「必要な時間」とは、例えば、ネットワーク50#1の端末20とネットワーク上位装置30との間でなされるパケット送信要求からパケット送信許可を経てパケット送信するまでの時間である。
図6は、データベース11が記憶する情報を説明する図である。データベース11は、A部とB部に分かれており、それぞれバッファ毎のパケット量とネットワークの「必要な時間」を保持している。
各端末20およびネットワーク上位装置60は、アプリケーション毎のパケットをそれぞれフロー単位バッファ部(25、65)へ蓄積する。そして、各端末20およびネットワーク上位装置60は、一定周期毎にフロー単位バッファ部(25、65)に蓄積されたパケット量を制御信号としてコントローラ10に通知する。なお、端末20のフロー単位バッファ部25はアプリケーション24内に具備することも可とする。
コントローラ10は、通知されたパケット量を記録する。コントローラ10は、それを元に最も上位のネットワーク(図4及び図5であればネットワーク50#2)のスケジュールから決定する。具体的には、コントローラ10は、ネットワーク下位装置40の主信号送受信部44が各フローのパケットを送信する送信時刻と送信量、およびパケット送信要求部42が制御信号送受信部41からネットワーク上位装置60に対して送信要求する要求時刻を決定する。
コントローラ10は、記憶しているネットワーク50#2の通信時間及び決定したネットワーク50#2のスケジュールを元に、下位のネットワーク50#1のスケジュールを決定する。具体的には、コントローラ10は、上り通信ではネットワーク50#2のパケット送信時刻及び送信要求時刻から当該通信時間を減算し、下り通信ではネットワーク50#2のパケット送信時刻及び送信要求時刻に当該通信時間を加算して、ネットワーク50#1の各フローのパケットを送信する送信時刻と送信量、およびパケット送信要求部32が制御信号送受信部31から端末20に対して送信要求する要求時刻を決定する。3つ以上のネットワークが多段接続されている場合、コントローラ10はこの作業を繰り返す。
コントローラ10は、各端末20及びネットワーク上位装置60のフロー単位バッファ部(25、65)の送信時刻および送信量を決定し、制御信号としてそれぞれに通知する。これに並行して、コントローラ10は、ネットワーク上位装置30及びネットワーク下位装置40のパケット送信要求部(32、42)の送信時刻を決定し、制御信号としてそれぞれに通知する。
各端末20及びネットワーク上位装置60は通知された送信時刻と送信量でパケットを主信号バッファ部(26、66)へ送信する。ネットワーク上位装置30およびネットワーク下位装置40は、通知された要求時刻にパケット送信要求を端末20及びネットワーク上位装置60へそれぞれ送信する。
図7は、通信システム301の動作を説明するシーケンス図である。当該シーケンス図は、端末20からネットワーク上位装置60へパケットを送信する上り信号の場合を説明している。なお、図7に使用しているステップ番号のうち図3に使用しているステップ番号と同じステップは、図3で説明したステップの動作と同じである。図8は、通信システム301の動作を説明するフローチャートである。図7と図8を用いて各動作を説明する。
本実施形態の通信方法は、多段接続されている時分割多重方式のネットワークを制御する通信方法であって、
それぞれの前記ネットワークの送信要求から送信許可およびパケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶すること(事前ステップ)、及び
いずれかの前記ネットワークが備える任意の通信装置からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知する(ステップS03)とともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知すること(ステップS73)、
を特徴とする。
[上り通信]
ステップM01:端末20のアプリケーション24がパケットを送信する。
ステップM02:端末20は当該パケットをフロー単位バッファ部25(#1~#L)に振り分ける。
ステップM03:本ステップはステップS01に相当する。端末20のパケット量通知部22が前回の通知から現在までにフロー単位バッファ部25(#1~#L)に格納されたパケット量をコントローラ10に通知する。
ステップC04:本ステップはステップS02に相当する。コントローラ10は各端末20から通知された格納パケット量をデータベース11に記録する。
ステップC05:本ステップもステップS02に相当する。コントローラ10のスケジューラ12はデータベース11の記録から最上位のネットワーク(図4の構成であればネットワーク50#2)における各フローのパケットの送信時刻とその量、およびパケット送信要求部42が発出する送信要求の発出時刻を決定する。
ステップC06:コントローラ10は、パケットの送信時刻とその量、および送信要求の発出時刻を決定したネットワーク(「時刻決定ネットワーク」と記載する)の次に上位となるネットワーク(時刻決定ネットワークに接続する下位側のネットワーク)の存否を確認する。
ステップC07:下位側のネットワークがある場合、コントローラ10は、次の計算を行う。コントローラ10は、時刻決定ネットワークの各フローのパケットの送信時刻および送信要求の発出時刻から、データベース11に記録された時刻決定ネットワークの通信時間を減算する。そして、コントローラ10は、減算したそれぞれを下位側のネットワークの上り通信における各フローのパケットの送信時刻とその量、および送信要求の発出時刻に決定する。そして、再度ステップC06を行う。
ステップC08:本ステップはステップS03に相当する。下位側のネットワークがない場合、コントローラ10は、最下位のネットワーク(図4であればネットワーク50#1)にある各端末20へ、最下位のネットワークにおける各フローのパケットの送信時刻とその量を通知する。
ステップC09:本ステップはステップS73に相当する。コントローラ10は、最下位のネットワークから最上位ネットワークまで多段接続されている各ネットワーク(最下位のネットワークに接続するネットワークから最上位ネットワークまでの各ネットワーク;図4であればネットワーク50#2)が有するパケット送信要求部42へそれぞれの送信要求の発出時刻を通知する。
ステップM10:本ステップはステップS04に相当する。端末20のスケジューラ部23は、コントローラ10から通知されたパケットの送信時刻とその量に従い、各フロー単位バッファ部25(#1~#L)が格納するパケットを主信号バッファ26へ送信する。その後は、図3で説明したとおり、端末20及びネットワーク上位装置30はステップS05からステップS08を行う。
ステップQ11:本ステップはステップS74及びS15に相当する。ネットワーク下位装置40のパケット送信要求部42は、コントローラ10から通知された発出時刻に従ってネットワーク下位装置60へ送信要求を発出する。なお、図7では最上位ネットワーク50#2だけであるが、最下位のネットワークに接続するネットワークから最上位ネットワークまでの各ネットワークのそれぞれにてパケット送信要求部が上位装置へ送信要求を発出する。その後は、図3で説明したとおり、ネットワーク下位装置40及びネットワーク上位装置60はステップS16からステップS17を行う。
以上の説明のように、コントローラ10は端末20に対してスケジューリングを行うと同時に、ネットワーク50#2の下位装置40に対して送信要求のスケジューリングを行い通知する。これにより、予めネットワーク内の上位装置へ送信要求を行い、上位装置から送信許可を受け取っておくことで、下位装置はパケットが到着してからスケジューリングを行う必要が無くなる。従って、通信システム301は、複数のネットワークを多段接続していても効率的にパケット送信(上り通信)を実行することができる。
[下り通信]
この動作は下りでも同様の動作である。
ステップN01:上位ネットワーク装置70からパケットを受信する。
ステップN02:ネットワーク上位装置60は当該パケットをフロー単位バッファ部65(#1~#K)に振り分ける。
ステップM03:ネットワーク上位装置60のパケット量通知部63が前回の通知から現在までにフロー単位バッファ部25(#1~#K)に格納されたパケット量をコントローラ10に通知する。
ステップC04からC06まで及びステップC09は前述の通りである。
ステップC07:コントローラ10は、次の計算を行う。コントローラ10は、時刻決定ネットワークの各フローのパケットの送信時刻および送信要求の発出時刻に、データベース11に記録された時刻決定ネットワークの通信時間を加算する。そして、コントローラ10は、加算したそれぞれを下位側のネットワークの下り通信における各フローのパケットの送信時刻とその量、および送信要求の発出時刻に決定する。
ステップC08:下位側のネットワークがない場合、コントローラ10は、最上位のネットワーク(図4であればネットワーク50#2)にあるネットワーク上位装置60へ、最下位のネットワークにおける各フローのパケットの送信時刻とその量を通知する。
ステップN10:ネットワーク上位装置60のスケジューラ部62は、コントローラ10から通知されたパケットの送信時刻とその量に従い、各フロー単位バッファ部65(#1~#K)が格納するパケットを主信号バッファ66へ送信する。その後は、図3の上り通信とは逆方向に下り通信を行う。
ステップP11:ネットワーク上位装置30のパケット送信要求部32は、コントローラ10から通知された発出時刻に従って各端末20へ送信要求を発出する。なお、図7では最上位ネットワーク50#2だけであるが、最下位のネットワークに接続するネットワークから最上位ネットワークまでの各ネットワークのそれぞれにてパケット送信要求部が下位装置へ送信要求を発出する。その後は、図3の上り通信とは逆方向に下り通信を行う。
以上の説明のように、コントローラ10はネットワーク上位装置60に対してスケジューリングを行うと同時に、ネットワーク50#1の上位装置30に対して送信要求のスケジューリングを行い通知する。これにより、予めネットワーク内の下位装置(端末)へ送信要求を行い、下位装置(端末)から送信許可を受け取っておくことで、上位装置はパケットが到着してからスケジューリングを行う必要が無くなる。従って、通信システム301は、複数のネットワークを多段接続していても効率的にパケット送信(下り通信)を実行することができる。
(実施形態2)
図9は、本実施形態の通信システム302を説明する図である。通信システム302は、図4で説明した通信システム301において、ネットワーク50#2がPON(Passive Optical Network)とネットワーク50#1が無線LAN(Local Area Network)であり、ネットワーク上位装置30(PONから見た接続装置)がアクセスポイント30aであり、ネットワーク下位装置40(無線LANから見た接続装置)がONU(Optical Network Unit)40aである、ネットワーク上位装置60がOLT(Optical Line Terminal)である。
無線LAN(例えば、Wi-Fi(登録商標))は端末20とアクセスポイント30aの双方向通信が時分割多重を適用したネットワークである。PONは、ONU40aからOLT60aへの通信のみ時分割多重を適用したネットワークである。コントローラ10は各端末20、アクセスポイント30a、及びONU40aに接続し、それ以外に通信するネットワーク機器は存在しないものとする。
図10は、通信システム302の各装置の機能を説明する機能ブロック図である。通信システム302は、図5で説明したネットワーク上位装置60の機能の一部(スケジューラ部62、パケット量通知部63、フロー単位バッファ部65、及び主信号バッファ部66)がアクセスポイント30aに存在している。
コントローラ10は、データベース11に端末20とアクセスポイント30aと間、およびOLT60aとONU40aと間の通信時間を事前に記録しているものとする。
図11は、データベース11が記憶する情報を説明する図である。データベース11は、A部とB部に分かれており、それぞれバッファ毎のパケット量とネットワークの「通信時間」を保持している。
PON区間の下り信号は時分割多重していないため、各端末20およびアクセスポイント30aはアプリケーション毎のパケットをそれぞれフロー単位バッファ部(25、65)へ蓄積する。そして、各端末20およびアクセスポイント30aは、一定周期毎にフロー単位バッファ部(25、65)に蓄積されたパケット量を制御信号としてコントローラ10に通知する。なお、フロー単位バッファ部25はアプリケーション24内に具備することも可とする。
コントローラ10は、通知されたパケット量を記録する。コントローラ10は、それを元に最もネットワーク内で上位のPON区間のスケジュールから決定する。具体的には、コントローラ10は、ONU40aの主信号送受信部44が各フローのパケットを送信する送信時刻と送信量、およびパケット送信要求部42が制御信号送受信部41からネットワーク上位装置60に対して送信要求する要求時刻を決定する。
コントローラ10は、記憶しているネットワーク50#2の通信時間及び決定したPON区間のスケジュールを元に、下位のネットワーク50#1のスケジュールを決定する。具体的には、コントローラ10は、上り通信ではPONのパケット送信時刻及び送信要求時刻から当該通信時間を減算し、下り通信では無線LANのパケット送信時刻及び送信要求時刻に当該通信時間を加算して、次の無線LAN区間の各フローの送信時刻と送信量および送信要求を送信する要求時刻を決定する。
各端末20およびアクセスポイント30aのフロー単位バッファ部(25、65)の送信時刻および送信量を決定し、制御信号としてそれぞれに通知する。
並行して、各ONU40aのパケット送信要求部42が送信する要求時刻を決定し、制御信号としてONU40aに通知する。
各端末20およびアクセスポイント30aは通知された送信時刻に通知されたパケット量のパケットをフロー単位バッファ部(25、65)から主信号バッファ部(26、66)へ送信する。
各アクセスポイント30aおよびONU40aは、通知された要求時刻にパケット送信要求を送信する。
図12は、通信システム302の動作を説明するシーケンス図である。当該シーケンス図は、コントローラ10が端末20#Nおよびアクセスポイント20a#O’からパケットが蓄積していることを通知された場合のシーケンスであり、上り下りの双方向にパケットが転送される例を説明している。なお、図12に使用しているステップ番号のうち図3及び図7に使用しているステップ番号と同じステップは、図3及び図7で説明したステップの動作と同じである。図13は、通信システム302の動作を説明するフローチャートである。図12と図13を用いて各動作を説明する。
[上り通信]
端末20からOLT60aへ向けての上り通信の動作は、実施形態1(図7及び図8)の説明と同じである。ただし、次のステップでは動作の一部が異なっている。
ステップC05:実施形態1では最上位のネットワークについて各フローのパケットの送信時刻とその量、および送信要求の発出時刻を決定したが、本実施形態では、PON(50#2)における各フローのパケットの送信時刻とその量、およびパケット送信要求部42が発出する送信要求の発出時刻を決定する。。
ステップC07:実施形態1では下位側のネットワークについて時刻計算を行ったが、本実施形態では、PONについての時刻計算を行う。具体的には、コントローラ10は、PONの各フローのパケットの送信時刻および送信要求の発出時刻から、データベース11に記録されたPONの通信時間を減算する。そして、コントローラ10は、減算したそれぞれを無線LAN(50#1)の上り通信における各フローのパケットの送信時刻とその量、および送信要求の発出時刻に決定する。
ステップC09:実施形態1では多段接続されている各ネットワークの下位装置40に送信要求の発出時刻を通知したが、本実施形態では、PONのONU40aに送信要求の発出時刻を通知する。
また、PONと無線LANの2つのネットワークが接続するだけなので、ステップC06とC07のループは1回だけである。
本実施形態では、ステップQ11の代替としてステップV11を行う。
ステップV11:本ステップはステップS74及びS15に相当する。ONU40aのパケット送信要求部42は、コントローラ10から通知された発出時刻に従ってOLT60aへ送信要求を発出する。その後は、図3で説明したとおり、ONU40a及びOLT60aはステップS16からステップS17を行う。
以上の説明のように、コントローラ10は端末20に対してスケジューリングを行うと同時に、PON50#2のONU40aに対して送信要求のスケジューリングを行い通知する。これにより、予めOLT60aへ送信要求を行い、OLT60aから送信許可を受け取っておくことで、ONU40aはパケットが到着してからスケジューリングを行う必要が無くなる。従って、通信システム302は、効率的にパケット送信(上り通信)を実行することができる。
[下り通信]
この動作は下りでも同様の動作である。
ステップU01:本ステップはステップS80に相当する。アクセスポイント30aはPON50#2からのパケットを受信する。
ステップU02:アクセスポイント30aは当該パケットをフロー単位バッファ部65(#1~#K)に振り分ける。
ステップU03:本ステップはステップS81に相当する。アクセスポイント30aのパケット量通知部63が前回の通知から現在までにフロー単位バッファ部25(#1~#K)に格納されたパケット量をコントローラ10に通知する。
ステップC04からC06まで及びステップC09は前述の通りである。
ステップC07:コントローラ10は、次の計算を行う。コントローラ10は、PONの各フローのパケットの送信時刻および送信要求の発出時刻に、データベース11に記録されたPONの通信時間を加算する。そして、コントローラ10は、加算したそれぞれを無線LANの下り通信における各フローのパケットの送信時刻とその量、および送信要求の発出時刻に決定する。
ステップC08:本ステップはステップS83に相当する。コントローラ10は、無線LANのアクセスポイント30aへ、無線LANにおける各フローのパケットの送信時刻とその量を通知する。
ステップU10:本ステップはステップS84からS87に相当する。
アクセスポイント30aのスケジューラ部62は、コントローラ10から通知されたパケットの送信時刻とその量に従い、各フロー単位バッファ部65(#1~#K)が格納するパケットを主信号バッファ66へ送信する(ステップS84)。その後は、端末20とアクセスポイント30aとの間で送信要求(ステップS85)と送信許可(ステップS86)を行い、アックセスポイント30aから端末20へパケットが送信される(ステップS87)。
以上の説明のように、通信システム302は、効率的にパケット送信(下り通信)を実行することができる。
(実施形態3)
コントローラ10はコンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
図14は、システム100のブロック図を示している。システム100は、ネットワーク135へと接続されたコンピュータ105を含む。
ネットワーク135は、データ通信ネットワークである。ネットワーク135は、プライベートネットワーク又はパブリックネットワークであってよく、(a)例えば或る部屋をカバーするパーソナル・エリア・ネットワーク、(b)例えば或る建物をカバーするローカル・エリア・ネットワーク、(c)例えば或るキャンパスをカバーするキャンパス・エリア・ネットワーク、(d)例えば或る都市をカバーするメトロポリタン・エリア・ネットワーク、(e)例えば都市、地方、又は国家の境界をまたいでつながる領域をカバーするワイド・エリア・ネットワーク、又は(f)インターネット、のいずれか又はすべてを含むことができる。通信は、ネットワーク135を介して電子信号及び光信号によって行われる。
コンピュータ105は、プロセッサ110、及びプロセッサ110に接続されたメモリ115を含む。コンピュータ105が、本明細書においてはスタンドアロンのデバイスとして表されているが、そのように限定されるわけではなく、むしろ分散処理システムにおいて図示されていない他のデバイスへと接続されてよい。
プロセッサ110は、命令に応答し且つ命令を実行する論理回路で構成される電子デバイスである。
メモリ115は、コンピュータプログラムがエンコードされた有形のコンピュータにとって読み取り可能な記憶媒体である。この点に関し、メモリ115は、プロセッサ110の動作を制御するためにプロセッサ110によって読み取り可能及び実行可能なデータ及び命令、すなわちプログラムコードを記憶する。メモリ115を、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ハードドライブ、読み出し専用メモリ(ROM)、又はこれらの組み合わせにて実現することができる。メモリ115の構成要素の1つは、プログラムモジュール120である。
プログラムモジュール120は、本明細書に記載のプロセスを実行するようにプロセッサ110を制御するための命令を含む。本明細書において、動作がコンピュータ105或いは方法又はプロセス若しくはその下位プロセスによって実行されると説明されるが、それらの動作は、実際にはプロセッサ110によって実行される。
用語「モジュール」は、本明細書において、スタンドアロンの構成要素又は複数の下位の構成要素からなる統合された構成のいずれかとして具現化され得る機能的動作を指して使用される。したがって、プログラムモジュール120は、単一のモジュールとして、或いは互いに協調して動作する複数のモジュールとして実現され得る。さらに、プログラムモジュール120は、本明細書において、メモリ115にインストールされ、したがってソフトウェアにて実現されるものとして説明されるが、ハードウェア(例えば、電子回路)、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせのいずれかにて実現することが可能である。
プログラムモジュール120は、すでにメモリ115へとロードされているものとして示されているが、メモリ115へと後にロードされるように記憶装置140上に位置するように構成されてもよい。記憶装置140は、プログラムモジュール120を記憶する有形のコンピュータにとって読み取り可能な記憶媒体である。記憶装置140の例として、コンパクトディスク、磁気テープ、読み出し専用メモリ、光記憶媒体、ハードドライブ又は複数の並列なハードドライブで構成されるメモリユニット、並びにユニバーサル・シリアル・バス(USB)フラッシュドライブが挙げられる。あるいは、記憶装置140は、ランダムアクセスメモリ、或いは図示されていない遠隔のストレージシステムに位置し、且つネットワーク135を介してコンピュータ105へと接続される他の種類の電子記憶デバイスであってよい。
システム100は、本明細書においてまとめてデータソース150と称され、且つネットワーク135へと通信可能に接続されるデータソース150A及びデータソース150Bを更に含む。実際には、データソース150は、任意の数のデータソース、すなわち1つ以上のデータソースを含むことができる。データソース150は、体系化されていないデータを含み、ソーシャルメディアを含むことができる。
システム100は、ユーザ101によって操作され、且つネットワーク135を介してコンピュータ105へと接続されるユーザデバイス130を更に含む。ユーザデバイス130として、ユーザ101が情報及びコマンドの選択をプロセッサ110へと伝えることを可能にするためのキーボード又は音声認識サブシステムなどの入力デバイスが挙げられる。ユーザデバイス130は、表示装置又はプリンタ或いは音声合成装置などの出力デバイスを更に含む。マウス、トラックボール、又はタッチ感応式画面などのカーソル制御部が、さらなる情報及びコマンドの選択をプロセッサ110へと伝えるために表示装置上でカーソルを操作することをユーザ101にとって可能にする。
プロセッサ110は、プログラムモジュール120の実行の結果122をユーザデバイス130へと出力する。あるいは、プロセッサ110は、出力を例えばデータベース又はメモリなどの記憶装置125へともたらすことができ、或いはネットワーク135を介して図示されていない遠隔のデバイスへともたらすことができる。
例えば、図8や図13のフローチャートを行うプログラムをプログラムモジュール120としてもよい。システム100をコントローラ10として動作させることができる。
用語「・・・を備える」又は「・・・を備えている」は、そこで述べられている特徴、完全体、工程、又は構成要素が存在することを指定しているが、1つ以上の他の特徴、完全体、工程、又は構成要素、或いはそれらのグループの存在を排除してはいないと、解釈されるべきである。用語「a」及び「an」は、不定冠詞であり、したがって、それを複数有する実施形態を排除するものではない。
(他の実施形態)
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。要するにこの発明は、上位実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
[付録]
ここでは、関連技術について説明する。
(基本構成)
まず、本関連技術の制御システムの基本構成を説明する。図15は、本関連技術の制御システム400を説明する図である。制御システム400は、無線ネットワーク15のトラフィックを制御する制御システムであって、
無線ネットワーク15を介してパケットを相互に伝送する端末11及びアクセスポイント12と、
端末11及びアクセスポイント12に対して送信制御を行うコントローラ13と、
を備えており、
コントローラ13は、少なくとも端末11から通知されたトラフィックフロー毎の必要帯域に基づいて前記トラフィックフロー毎の帯域制御値を決定し、前記帯域制御値を端末11及びアクセスポイント12に通知することを特徴とする。
制御システム400は、端末11からコントローラに通知されたトラフィックフロー毎の必要帯域を用いてトラフィックフロー毎の送信帯域を計算する。このため、制御システム400は、トラフィックフロー毎の帯域を保証することができる。
トラフィックフロー毎の帯域制御には2つの手法がある。それぞれ関連技術1と2で詳説する。
(関連技術2)
関連技術2では、第1の帯域制御手法を説明する。
図16は、本関連技術の制御システム401を説明する図である。制御システム401は、各端末11およびアクセスポイント12とコントローラ13とを接続しており、
各端末11およびアクセスポイント12内のトラフィックフロー毎のバッファ(FB1、FB2)、もしくはアプリケーション内のバッファでパケットを蓄積すること、
その蓄積されたパケット量を事前にコントローラ13に通知すること、
コントローラ13のスケジューリング部SCH3でトラフィック毎の送信時刻および送信量を決定すること、
コントローラ13から各端末11およびアクセスポイント12に送信時刻および送信量を通知すること、及び
各端末11およびアクセスポイント12が通知された送信時刻および送信量に従ってパケットを送信すること、を行う。
なお、各端末11、アクセスポイント12、及びコントローラ13の時刻はNTPやPTP等を用いて同期しているものとする。
具体的には、制御システム401は、無線ネットワーク15のトラフィックを制御する制御システムであって、
無線ネットワーク15を介してパケットを相互に伝送する端末11及びアクセスポイント12と、
端末11及びアクセスポイント12に対して送信制御を行うコントローラ13と、
を備えており、
端末11及びアクセスポイント12のそれぞれは、
送信パケットをトラフィックフロー毎に蓄積するバッファ(FB1、FB2)と、
バッファ(FB1、FB2)に蓄積されたトラフィックフロー毎の前記送信パケットの蓄積量をコントローラ13に送信し、コントローラ13からトラフィックフロー毎の前記送信パケットの送信時刻および送信量を受信する装置側送受信部(CTR1、CTR2)と、
前記送信時刻および前記送信量に従ってバッファ(FB1、FB2)内のトラフィックフロー毎の前記送信パケットを無線ネットワーク15に送信する主信号送信部(MTR1、MTR2)と、
を備え、
コントローラ13は、
端末11及びアクセスポイント12のそれぞれから前記蓄積量を受信し、端末11及びアクセスポイント12のそれぞれへ前記送信時刻および前記送信量を送信する制御側送受信部CTR3と、
前記蓄積量に基づいてトラフィックフロー毎の前記送信パケットの前記送信時刻及び前記送信量を決定するスケジューリング部SCH3と、
を備える。
制御システム401は、主信号(トラフィックのパケット)の通信手段とは別の通信手段でコントローラ13とアクセスポイント12/端末11との間の制御信号を通信する。具体的には、制御信号は、端末11の制御信号送受信部CTR1とコントローラ13の制御信号送受信部CTR3との間、及びアクセスポイント12の制御信号送受信部CTR2とコントローラ13の制御信号送受信部CTR3との間で送受される。
各端末11およびアクセスポイント12は、定期的にフロー単位バッファ部(FB1、FB2)に蓄積されたパケット量を制御信号としてコントローラ13に通知する。
端末11は各アプリケーションAP1からのパケットをアプリケーション毎(フロー毎)にバッファFB1に蓄積する。パケット量通知部NTF1は、定期的に各バッファFB1のパケット蓄積量を確認し、これを制御信号として制御信号送受信部CTR1を介してコントローラ13へ通知する。
また、アクセスポイント12は上位ネットワーク装置50からのパケットをアプリケーション毎(フロー毎)にバッファFB2に蓄積する。パケット量通知部NTF2は、定期的に各バッファFB2のパケット蓄積量を確認し、これを制御信号として制御信号送受信部CTR2を介してコントローラ13へ通知する。
なお、フロー単位バッファ部FB1をアプリケーションAP1が所有していてもよい。
コントローラ13は、通知されたパケット蓄積量、端末11、アクセスポイント12、及びフロー単位バッファ(FB1、FB2)の情報を記録し、それを元にバッファ毎の送信時刻と送信量を決定し、各端末11およびアクセスポイント12へ制御信号として通知する。
コントローラ13の制御信号送受信部CTR3は、各端末11とアクセスポイント12から制御信号を受信し、制御信号に含まれるパケット蓄積量、端末11、アクセスポイント12、及びフロー単位バッファ(FB1、FB2)の情報をデータベースDBに整理する。
図17は、データベースDBに整理された情報の一例を説明する図である。本データベースDBは、次の3つの情報を整理する。
項番は、端末11とアクセスポイント12の全てのバッファ(FB1、FB2)に対する通し番号である。
ノード番号は、アクセスポイント12又は端末11の番号である。
バッファ番号は、各端末11が保有するバッファFB1の番号、又はアクセスポイント12保有するバッファFB2の番号である。
パケット量は、それぞれのバッファ番号を持つバッファが保持するパケット蓄積量である。
例えば、項番K+2は、端末11#1が持つフロー単位バッファ部FB1#2のパケット蓄積量であり、その量は“B12”であることを意味する。
コントローラ13のスケジューリング部SCH3は、後述するスケジューリング方式を利用し、データベース部DBの内容からバッファ毎の送信時刻と送信量を決定する。そして、スケジューリング部SCH3は、決定した送信時刻と送信量を制御信号とし、制御信号送受信部CTR3から端末11やアクセスポイント12へ送信する。
各端末11およびアクセスポイント12は、通知された送信時刻と送信量でフロー単位バッファ部(FB1、FB2)が蓄積するパケットを取り出して主信号バッファ部(MB1、MB2)へ入力する。主信号送受信部(MTR1、MTR2)は、主信号バッファ部(MB1、MB2)のパケットを無線ネットワーク15へ送信する。
図18は、以上で説明した動作をフローチャートで説明した図である。本関連技術の制御方法は、無線ネットワーク15のトラフィックを制御する制御方法であって、
前記制御方法は、無線ネットワーク15を介してパケットを相互に伝送する端末11及びアクセスポイント12に対してコントローラ13が行う送信制御であって、
端末11及びアクセスポイント12のそれぞれのバッファ(FB1、FB2)にトラフィックフロー毎に送信パケットを蓄積すること(ステップS111、S112、S121,S122)、
それぞれの前記バッファに蓄積されたトラフィックフロー毎の前記送信パケットの蓄積量を前記コントローラに送信すること(ステップS113、S123)、
前記コントローラにて、前記端末及び前記アクセスポイントのそれぞれから受信した前記蓄積量に基づいてトラフィックフロー毎の前記送信パケットの送信時刻及び送信量を決定すること(ステップS131、S132)、
前記コントローラから前記端末及び前記アクセスポイントのそれぞれへ前記送信時刻および前記送信量を送信すること(ステップS133)、及び
前記送信時刻および前記送信量に従って前記端末及び前記アクセスポイントのそれぞれの前記バッファからトラフィックフロー毎の前記送信パケットを前記無線ネットワークに送信すること(ステップS114、S124)
を特徴とする。
[効果]
図19と図20は、制御システム401の効果を説明する図である。図19は、制御システム401のシーケンス図であり、図20は、コントローラ13が存在しない従来の通信システムにおけるシーケンス図である。図において、“RTS”は送信要求(Request To Send)、“CTS”は送信許可(Clear to Send)を意味する。また、実線は主信号の通信、破線は制御信号の通信を意味する。
図19と図20を比較するとわかるように、図19の主信号バッファ(MB1、MB2)からの通信動作は、図20の通信動作と同様である。本発明の制御システム401は、既存の通信システムを改変せずに、コントローラ13を配置することで実現することができる。また、図20の通信動作では、送信時刻の制御がないため、パケット衝突の発生、及び送信できる端末やアクセスポイントに偏りが生じるという不具合が生じるが、本発明の制御システム401は、端末やアクセスポイントに対して送信時刻を制御しているため、上記不具合は解消される。
[スケジューリング方式]
ここで、コントローラ13のスケジューリング部SCH13が行うスケジューリング方式を説明する。
[1]公平にスケジューリング
本スケジューリング方式は、端末11とアクセスポイント12のフロー単位バッファ(FB1、FB2)のうち、パケットが蓄積されているフロー単位バッファの総数で帯域や時間を割る計算を行う。
以下、パラメータを説明する。
端末11とアクセスポイント12を合わせた、パケットが蓄積されているフロー単位バッファの数: n
1cycleの時間: T[sec]
1cycle時間あたりの主信号総送信限界量: Z[Bytes/sec]
最初に蓄積されたパケットを送信する時刻: tstart[sec]
この場合、
フロー単位バッファ#Jの送信量S[Bytes]は、
Figure 0007537600000001
フロー単位バッファ#Jの送信時間T[sec]は、
Figure 0007537600000002
フロー単位バッファ#Jの送信時刻t[sec]は、
Figure 0007537600000003
と計算される。
なお、送信を開始するフロー単位バッファの順番は、例えばコントローラ13のデータベース部DBに整理されている項番の若番から行う、などが考えられる。
[2]帯域重み付けを考慮してスケジューリング
本スケジューリング方式は、端末11とアクセスポイント12のフロー単位バッファ(FB1、FB2)のうち、パケットが蓄積されているフロー単位バッファの数とそのパケット蓄積量で決定する。
以下、パラメータを説明する。
フロー単位バッファ#Jのパケット蓄積量: B[Bytes]
1cycleの時間: T[sec]
1cycle時間あたりの送信限界量: Z[Bytes/sec]
全フロー単位バッファに蓄積された全パケットを送信するために必要な時間: Tall[sec]
全フロー単位バッファに蓄積されたパケットのうち最初にパケット送信する時刻: tstart[sec]
この場合、
Figure 0007537600000004
とすると、
フロー単位バッファ#Jの送信量S[Bytes]は、
all≦Tの場合、
Figure 0007537600000005
all>Tの場合、
Figure 0007537600000006
フロー単位バッファ#Jの送信時間T[sec]は、
all≦Tの場合、
Figure 0007537600000007
all>Tの場合、
Figure 0007537600000008
フロー単位バッファ#Jの送信時刻t[sec]は、
all≦Tの場合、
Figure 0007537600000009
all>Tの場合、
Figure 0007537600000010
と計算される。
なお、Tall>Tの場合、送信しきれないパケットは、次の送信タイミングに繰り越す。
(関連技術3)
関連技術3では、第2の帯域制御手法を説明する。
図21は、本関連技術の制御システム402を説明する図である。制御システム402は、各端末11およびアクセスポイント12とコントローラ13を接続しており、
各端末11およびアクセスポイント12内のトラフィックフロー単位で端末に帯域制御部(FBC1、FBC2)、もしくはアプリケーション内に帯域制御部を設けること、
端末11が必要な帯域を事前にコントローラ13に通知すること、
コントローラ13の帯域制御設定計算部BCSCによりアクセスポイント12および端末11毎の各トラフィックフローの帯域制御値を決定すること、
各端末11およびアクセスポイント12に当該帯域制御値を通知すること、及び
各端末11およびアクセスポイント12が通知された帯域制御値の範囲内で各トラフィックのパケットを送信することを行う。
なお、各端末11、アクセスポイント12、及びコントローラ13の時刻はNTPやPTP等を用いて同期しているものとする。
また、帯域制御はポリシングやシェイピング等を用いるものとする。
第1の帯域制御手法では、パケット毎に送信を制御するのに対して、第2の帯域制御手法では、アプリケーションの追加等により必要帯域が変更されない限り、帯域制御値も変更されない点が異なる。
具体的には、制御システム402は、無線ネットワーク15のトラフィックを制御する制御システムであって次を特徴とする。
端末11は、
コントローラ13と接続した時及びアプリケーションAP1が追加された時に、アプリケーションAP1が要求する帯域を前記必要帯域としてコントローラ13に送信し、コントローラ13から帯域制御値を受信する端末側送受信部CTR1と、
前記帯域制御値をそれぞれのアプリケーションAP1に設定する端末側帯域制御部(BCS1、FBC1)と、を備える。
アクセスポイント12は、
コントローラ13から前記帯域制御値を受信するアクセスポイント側送受信部CTR2と、
前記帯域制御値をそれぞれの前記アプリケーションに設定するアクセスポイント側帯域制御部(BCS2、FBC2)と、を備える。
コントローラ13は、
端末11から前記必要帯域を受信し、端末11及びアクセスポイント12のそれぞれへ前記帯域制御値を送信する制御側送受信部CTR3と、
前記必要帯域の和算量に基づいて前記帯域制御値を決定する計算部BCSCと、
を備える。
本関連技術では、前提条件として、端末11およびアクセスポイント12は全てコントローラ13の配下にあるとする。
制御システム402は、主信号(トラフィックのパケット)の通信手段とは別の通信手段でコントローラ13とアクセスポイント12/端末11との間の制御信号を通信する。
具体的には、制御信号は、端末11の制御信号送受信部CTR1とコントローラ13の制御信号送受信部CTR3との間、及びアクセスポイント12の制御信号送受信部CTR2とコントローラ13の制御信号送受信部CTR3との間で送受される。
コントローラ13と各端末11とが接続する時、あるいは、端末11およびアプリケーションAP1が追加される時に、各端末11のアプリケーションAP1は、上りと下りの主信号通信に必要な必要帯域をコントローラ13に通知する。
コントローラ13は、通知された必要帯域をデータベース部DBに記録し、各アプリケーションAP1の必要帯域を和算し、無線ネットワーク15の通信帯域(主信号帯域)に収まっているか確認する。
必要帯域の合計が主信号帯域に収まっている場合は、必要帯域の合計値をフロー単位の帯域制御値として各端末11の帯域制御設定部BCS1とアクセスポイント12の帯域制御設定部BCS2に通知する。
一方、必要帯域の合計が主信号帯域に収まっていない場合は、後述のように必要帯域の合計が主信号帯域に収まるように必要帯域を減算し、これをフロー単位の帯域制御値として各端末11の帯域制御設定部BCS1とアクセスポイント12の帯域制御設定部BCS2に通知する。
帯域制御設定部(BCS1、BCS2)は、自身の配下にある各フロー単位帯域制御部(FBC1、FBC2)に、コントローラ13から通知された帯域制御値を設定する。各フロー単位帯域制御部FBC1は、設定された帯域制御値に従ってアプリケーションAP1からのパケットを主信号バッファ部MB1へ入力する。一方、各フロー単位帯域制御部FBC2は、設定された帯域制御値に従って主信号送受信部(上位)MTRUからのパケットを主信号バッファ部MB2へ入力する。主信号送受信部(MTR1、MTR2)は、主信号バッファ部(MB1、MB2)のパケットを無線ネットワーク15へ送信する。
図22は、データベースDBに整理された情報の一例を説明する図である。本データベースDBは、次の3つの情報を整理する。
項番は、端末11とアクセスポイント12の全てのトラフィックフローに対する通し番号である。
ノード番号は、アクセスポイント12又は端末11の番号である。
トラフィックフロー番号は、各端末11が保有するアプリケーションAP1の番号、又はアクセスポイント12を経由するトラフィックフローの番号である。
必要帯域は、それぞれのトラフィックフロー(アプリケーション)が必要とする帯域である。
例えば、項番K+2は、端末11#1が持つアプリケーションAP1#2のトラフィックフローの必要帯域であり、その量は“B(K+1)2”であることを意味する。
図23は、以上で説明した動作をフローチャートで説明した図である。本関連技術の制御方法は、無線ネットワーク15のトラフィックを制御する制御方法である。
前記制御方法は、無線ネットワーク15を介してパケットを相互に伝送する端末11及びアクセスポイント12に対してコントローラ13が行う送信制御である。
各端末11が、コントローラ13に接続した時、又はアプリケーションAP1が追加された時に、ノード番号、アプリケーション番号(トラフィックフロー番号)、各アプリケーションの必要帯域をコントローラ13に通知する(ステップS211)。
コントローラ13が、各端末11より受信したノード番号、アプリケーション番号(トラフィックフロー番号)、各フローの上り通信および下り通信の必要帯域をデータベース部DBに記録する(ステップS231)。
コントローラ13の帯域制御設定計算部BCSCが、データベース部DBの情報を元に、主信号区間(ネットワーク15)での必要帯域の和算量を計算する(ステップS232)。
コントローラ13の帯域制御設定計算部BCSCが、計算した和算量とネットワーク15の通信帯域とを比較する(ステップS233)。
和算量<通信帯域であるならば(ステップS233で“Yes”)、帯域制御設定計算部BCSCが、各フローの必要帯域を帯域制御値として決定する(ステップS234)。
和算量≧通信帯域であるならば(ステップS233で“No”)、帯域制御設定計算部BCSCが、和算量が通信帯域以内になるように各フローの必要帯域を減算し、減算した必要帯域を帯域制御値として決定する(ステップS235)。
制御信号送受信部CTR3が、帯域制御設定計算部BCSCが決定した帯域制御値をアクセスポイント12および各端末11へ通知する(ステップS236)。
アクセスポイント12の帯域制御設定部BCS2が、コントローラ13から通知された各フローの帯域制御値をフロー単位帯域制御部FBC2に設定する(ステップS227)。
端末11の帯域制御設定部BCS1が、コントローラ13から通知された各フローの帯域制御値をフロー単位帯域制御部FBC1に設定する(ステップS217)。
端末11は、一定時間、設定した帯域制御値でパケットを転送し(ステップS218)、新たにアプリケーションAP1が追加されたか否かを確認する(ステップS219)。
新たなアプリケーションAP1が追加された場合(ステップS219にて“Yes”)、本制御方法はステップS211からの動作を繰り返す。一方、新たなアプリケーションAP1が追加されていない場合(ステップS219にて“No”)、端末11は、再びステップS218で一定時間待機する。
[効果]
図24と図19は、制御システム402の効果を説明する図である。図24は、制御システム402のシーケンス図であり、図19は、コントローラ13が存在しない従来の通信システムにおけるシーケンス図である。図において、“RTS”は送信要求(Request To Send)、“CTS”は送信許可(Clear to Send)を意味する。また、実線は主信号の通信、破線は制御信号の通信を意味する。
図24と図19を比較するとわかるように、図24の主信号バッファ(MB1、MB2)からの通信動作は、図19の通信動作と同様である。本発明の制御システム402は、既存の通信システムを改変せずに、コントローラ13を配置することで実現することができる。また、図19の通信動作では、端末単位での送信制御なので、サービスやアプリケーションなど細かいトラフィックフロー単位に帯域を割り当てることが困難であったが、本発明の制御システム402は、コントローラから通知されたトラフィックフロー単位の帯域制御値に従うため、トラフィックフロー単位に割り当てた帯域を保証することができる。
[帯域制御値計算式]
ここで、コントローラ13の帯域制御設定計算部BCSCが行う帯域制御値の計算方式を説明する。
パラメータは次の通りである。
端末11とアクセスポイント12のフロー総数: n
主信号帯域: Z [Bytes/sec]
全フローの合計必要帯域(和算量): Rall [Bytes/sec]
フロー#Jの必要帯域: R [Bytes/sec]
フロー#Jの帯域制御設定値: B [Bytes/sec]
この場合、
Figure 0007537600000011
であり、Rall≦Zならば、各フローの帯域制御設定値は、それぞれが要求した必要帯域であり、フロー#Jであれば、
[数9]
BJ=Rj
となる。
一方、Rall>Zならば、各フローの帯域制御設定値は、それぞれが要求した必要帯域より小さくする必要がある。例えば、フロー#Jであれば、
Figure 0007537600000012
となる。
10:コントローラ
11:データベース
12:スケジューリング部
13:制御信号送受信部
20:端末
21:制御信号送受信部
22:パケット量通知部
23:スケジューラ部
24:アプリケーション
25:フロー単位バッファ部
26:主信号バッファ部
27:主信号送受信部
30:ネットワーク上位装置
30a:アクセスポイント
31:制御信号送受信部
32:パケット送信要求部
33:主信号送受信部(下位)
34:主信号送受信部(上位)
40:ネットワーク下位装置
40a:ONU
41:制御信号送受信部
42:パケット送信要求部
43:主信号送受信部(下位)
44:主信号送受信部(上位)
50、50#1、50#2:ネットワーク
60:ネットワーク上位装置
60a:OLT
61:制御信号送受信部
62:スケジューラ部
63:パケット量通知部
64:主信号送受信部(上位)
65:フロー単位バッファ部
66:主信号バッファ部
67:主信号送受信部
70:上位ネットワーク装置
100:システム
101:ユーザ
105:コンピュータ
110:プロセッサ
115:メモリ
120:プログラムモジュール
122:結果
125:記憶装置
130:ユーザデバイス
135:ネットワーク
140:記憶装置
150:データソース
[付記において]
11:端末
12:アクセスポイント
13:コントローラ
15:無線ネットワーク
50:上位ネットワーク装置
400、401、402:制御システム

Claims (7)

  1. 時分割多重方式の複数のネットワークとコントローラとを有する通信システムであって、
    前記ネットワークは多段接続されており、
    前記コントローラは、
    それぞれの前記ネットワークの送信要求からケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶するデータベースと、
    いずれかの前記ネットワークが備える任意の通信装置からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知するとともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知するスケジューラと、
    を有することを特徴とする通信システム。
  2. 複数の前記ネットワークは、それぞれPON(Passive Optical Network)と無線LAN(Local Area Network)であり、前記ネットワークが前記PONである場合に前記他のネットワークが備える前記接続装置がアクセスポイントであり、前記ネットワークが前記無線LANである場合に前記他のネットワークが備える前記接続装置がONU(Optical Network Unit)であることを特徴とする請求項1に記載の通信システム。
  3. 多段接続されている時分割多重方式のネットワークを制御する通信方法であって、
    それぞれの前記ネットワークの送信要求からケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶すること、及び
    いずれかの前記ネットワークが備える任意の通信装置からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知するとともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知すること、
    を特徴とする通信方法。
  4. 多段接続されている前記ネットワークは、それぞれPON(Passive Optical Network)と無線LAN(Local Area Network)であり、前記ネットワークが前記PONである場合に前記他のネットワークが備える前記接続装置がアクセスポイントであり、前記ネットワークが前記無線LANである場合に前記他のネットワークが備える前記接続装置がONU(Optical Network Unit)であることを特徴とする請求項3に記載の通信方法。
  5. 多段接続されている時分割多重方式のネットワークを制御するコントローラであって、
    それぞれの前記ネットワークの送信要求からケット送信までの通信に必要な通信時間を記憶するデータベースと、
    いずれかの前記ネットワークが備える任意の通信装置からフロー単位のパケットを送信するときに、該通信装置に該パケットを送信する送信時刻を通知するとともに、該ネットワークと接続する他の前記ネットワークが備える接続装置に対し、前記送信時刻と前記他のネットワークの前記通信時間を考慮した、前記接続装置が前記他のネットワークに前記パケットを送信するための送信要求を発出する発出時刻を通知するスケジューラと、
    を有することを特徴とするコントローラ。
  6. 複数の前記ネットワークは、それぞれPON(Passive Optical Network)と無線LAN(Local Area Network)であり、前記ネットワークが前記PONである場合に前記他のネットワークが備える前記接続装置がアクセスポイントであり、前記ネットワークが前記無線LANである場合に前記他のネットワークが備える前記接続装置がONU(Optical Network Unit)であることを特徴とする請求項5に記載のコントローラ。
  7. 請求項5又は6に記載のコントローラとしてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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