JP7680392B2 - 通信制御装置、制御方法、通信システム、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＴＣＰセッションの中継を行う通信システムにおける通信制御装置、制御方法、通信システム、及びプログラムに関する。

ネットワークを介したデータの送受信のためにＴＣＰ（伝送制御プロトコル）が使用されている。ＴＣＰによるデータの送受信においてはフロー制御が行われる（引用文献１、２）。データを受信する通信装置（以下、受信装置）は、データを送信する通信装置（以下、送信装置）からのパケットの受信状況を肯定応答（ＡＣＫ）又は否定応答（ＮＡＣＫ）で送信装置に通知する。なお、ＡＣＫはパケットを正常に受信していることを示し、ＮＡＣＫは損失パケットが生じたことを示す。

フロー制御において、送信装置は送信ウィンドウサイズを管理する。送信ウィンドウサイズは、送信装置が、受信装置からのＡＣＫを受信することなく送信できるパケット数を規定する。送信装置は、受信装置から報告される受信状況、つまり、ＡＣＫ又はＮＡＣＫに基づき送信ウィンドウサイズを増減させる。一般的に、送信装置は、ＮＡＣＫを受信すると送信ウィンドウサイズを減少させ、ＡＣＫのみを受信している間、所定のアルゴリズムに従い送信ウィンドウサイズを増加させる。送信ウィンドウサイズに応じて送信装置が送信するパケット数がネットワークの状態に応じて調整され、フロー制御が実現される。

従来のTCP通信では、往復遅延時間（ラウンドトリップタイム）が大きい環境で高速なTCP通信を実現しようとすると、送信ウィンドウサイズを大きくすることが必要であるが、送信ウィンドウサイズは通信が成功したことで拡大するため、通信の途中でデータロスが発生すれば、送信ウィンドウサイズの拡大が妨げられる。インターネットでは、データロスを完全になくすことができないため、ある程度の通信速度に頭打ちする。

図１（Ａ）に示すように、送信機と受信機との間の2つのノードの間でTCP通信を行うとき、送信ウィンドウサイズがｗ_tで、パケットの往復にかかる遅延時間（往復遅延時間）がｒ_tのとき、そのスループットはｗ_t/ｒ_tとなり、往復遅延時間に反比例してスループットが低下する。

非特許文献2は、往復遅延時間が大きい環境で、高速通信を実現する手段に、TCP通信を中継する方法を開示している。TCP通信を中継する場合には、中継ノードが受信機能と送信機能を備える。図１（Ｂ）に示すように、送信・受信ノードの間の往復遅延時間よりも、各区間（送信ノードと中継ノードの区間と、中継ノードと受信ノードの区間）の往復遅延時間ｒ_t1、ｒ_t2が小さい中継ノードを選択することで、スループットを向上することが可能になる。

"ＢＢＲ： Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ－Ｂａｓｅｄ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ，" ＡＣＭ Ｑｕｅｕｅ， Ｖｏｌ． １４， Ｎｏ． ５， ｐｐ． ５０， Ｏｃｔ ２０１６． "Ｔｏｗａｒｄｓ Ｍｕｌｔｉ－Ｄｏｍａｉｎ Ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｎｅｘｔ－Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，" Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ２０１９ ＩＥＥＥ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （ＷＣＮＣ），２０１９．

ここで、送受信間の通信を開始する時点で中継ノードによって送受信間の通信を中継させる場合、送受信間の通信が十分に高速な速度に達する前に通信を終了する場合があり、中継ノードによるスループットの向上のメリットが得られないまま中継ノードに負荷がかかるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、通信中のＴＣＰセッションを中継ノードによって中継されるＴＣＰセッションに適切に切り替える技術を提供するものである。

本発明の一態様によると、送信元ノードまたは宛先ノードに備えられる通信制御装置は、
通信を行っている切替元のＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＴＣＰ）セッションが所定の条件を満たすか否かを判定する判定手段と、
複数の候補中継ノードのうちから、前記切替元のＴＣＰセッションに対応する前記通信を中継させる中継装置を決定する決定手段と、
前記判定手段で前記切替元のＴＣＰセッションが前記所定の条件を満たすと判定した場合に、前記決定手段で決定した前記中継装置と、前記切替元のＴＣＰセッションの前記送信元ノードおよび前記宛先ノードのそれぞれとの間で切替先のＴＣＰセッションを確立し、前記切替先のＴＣＰセッションにおいて、前記切替元のＴＣＰセッションに関連付けられた前記通信とは異なる事前通信の実行を指示する指示手段と、
前記事前通信を行った後に、前記切替元のＴＣＰセッションから前記切替先のＴＣＰセッションへ前記通信を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によると、通信中のＴＣＰセッションを中継ノードによって中継されるＴＣＰセッションに適切に切り替える技術を提供することができる。

（Ａ）は中継ノードを含まないＴＣＰセッションのスループットを示す図、（Ｂ）は中継ノードを含むＴＣＰセッションのスループットを示す図。 本実施形態に係る通信システムの説明図。 送信ノードおよび受信ノードの構成図。 中継ノードの構成図。 通信システムが実行する処理を示すシーケンス図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

本実施形態に係る通信システムは、送信ノードと受信ノードとの間のＴＣＰセッションにおける通信を開始した後に、適切なタイミングで送信ノードと中継ノードとの間、および中継ノードと受信ノードとの間のＴＣＰセッションに切り替えて通信を行う。これによって、通信速度が高くなる前に通信すべきデータがなくなり、通信を終了し、中継ノードの挿入による速度向上のメリットが得られないまま中継ノードの処理負荷を無駄に高めることになることを避けることができる。

図２は本実施形態に係る通信システムを示す図である。図２に示す通信システム１は、送信ノード１０、受信ノード２０、および複数の中継ノード３０を含む。送信ノード１０、受信ノード２０、および複数の中継ノード３０は、ネットワーク２を介して通信可能に接続された通信装置である。

送信ノード１０は、受信ノード２０とのＴＣＰセッションを確立し、フロー制御を実行してデータ通信を行い、中継ノード３０による中継を行わせるか否かを判定する通信制御装置の一例である。送信ノード１０は、例えばインターネット上のサーバである。受信ノード２０は、例えばスマートフォン、パーソナルコンピュータを含むユーザ装置である。

ネットワーク２は、ＴＣＰ方式を使用してパケットの送受信が可能なネットワークであり、少なくとも一部にインターネットを含んでもよい。

中継ノード３０は、送信ノード１０および受信ノード２０のそれぞれとＴＣＰセッションを確立し、それぞれの通信区間でフロー制御を実行して送信ノード１０から受信したデータパケットを受信ノード２０に転送することで通信の中継を行う通信装置である。本実施形態では、図１に示すように送信ノード１０が、３つの中継ノード３０のうちから通信を中継させる中継ノード３０を選択するものとして説明する。しかしながら、中継ノードの数は３つに限定されず、１つ以上であればよい。

図３を参照して本実施形態に係る送信ノード１０および受信ノード２０の構成を説明する。送信ノード１０および受信ノード２０は、一例において、プロセッサ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、記憶装置３０４、および通信回路３０５を有する。送信ノード１０および受信ノード２０のプロセッサ３０１は、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３０３及び記憶装置３０４のいずれかに記録されたプログラムを実行する。

プロセッサ３０１は、プロセッサを実行することで、フロー制御部３１１、トリガ検出部３１２、中継ノード選択部３１３、事前調整部３１４、セッション切替部３１５の機能を実行する。なお、プロセッサ３０１は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の１つ以上のプロセッサを備える。また、プロセッサ３０１は、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、記憶装置３０４のいずれかに記憶されたプログラムを実行して、送信ノード１０および受信ノード２０の全体を制御する。

なお、送信ノード１０および受信ノード２０は、各機能を実行する専用のハードウェアを備えてもよいし、一部をハードウェアで実行し、プログラムを動作させるコンピュータでその他の部分を実行してもよい。また、全機能がコンピュータとプログラムにより実行されてもよい。

また、送信ノード１０および受信ノード２０のいずれか一方がトリガ検出部３１２、中継ノード選択部３１３、事前調整部３１４、およびセッション切替部３１５の機能を有すればよい。すなわち、送信ノード１０および受信ノード２０の少なくともいずれかに通信制御装置としての機能が備えられればよく、送信ノード１０および受信ノード２０によって通信制御装置としての機能が実現されてもよい。本実施形態では、送信ノード１０がトリガ検出部３１２、中継ノード選択部３１３、事前調整部３１４、およびセッション切替部３１５の機能を有するものとして説明を行う。

フロー制御部３１１は、ＴＣＰセッションにおいて送信ウィンドウサイズに従ってデータパケットを送信し、データパケットへの応答として受信したＡＣＫ／ＮＡＣＫ信号に基づいて送信ウィンドウサイズの制御を行う。

トリガ検出部３１２は、送受信間のＴＣＰセッションを監視し、トリガイベントが発生したことを検出する。トリガイベントが発生したことを検出した場合は、中継ノード３０によって送信ノード１０と受信ノード２０との間の通信を中継させる。

トリガイベントは、例えば送信ウィンドウサイズが所定の期間の間、例えば３０秒間、変動していないことである。例えば、トリガイベントは、所定の期間内における送信ウィンドウサイズｗ_tが、所定の期間内における最大送信ウィンドウサイズｗ_maxの最大値から所定の範囲内、すなわちａ×ｗ_max≦ｗ_t≦ｗ_maxであることである。ここで、ａはウィンドウサイズの範囲を定義する変数で０＜ａ＜１である。一例では、ａ＝０．９である。

あるいは、トリガイベントは、例えば直近の所定の回数、例えば５回、取得した送信ウィンドウサイズが所定の範囲内であることである。この場合、トリガ検出部３１２は、取得した送信ウィンドウサイズをＲＡＭ３０３または記憶装置３０４に記憶する。そしてトリガ検出部３１２は、直近の５回の送信ウィンドウサイズの値ｗ_tのうちの最大値ｗ_maxに対して他の送信ウィンドウサイズの値が所定の範囲内である、例えばｗ_max≧ｗ_t≧０．９×ｗ_maxである場合に、直近の所定の回数取得した送信ウィンドウサイズが所定の範囲内であると判定することができる。

これによって、所定の期間内において、最大送信ウィンドウサイズに対する送信ウィンドウサイズの変動が小さい場合、すなわち最大送信ウィンドウサイズ以上に送信ウィンドウサイズの上昇が期待できない場合に、後述する方法で選択した中継ノード３０を介して通信することで、スループットの向上が期待できる。

別の例では、トリガイベントは、例えば送信ウィンドウサイズが所定の期間内に変動しておらず、かつ所定の値以上であることである。例えば、トリガイベントは、所定の期間内における送信ウィンドウサイズｗ_tが、所定の期間内における最大送信ウィンドウサイズｗ_maxの最大値から所定の範囲内、すなわちａ×ｗ_max≦ｗ_t≦ｗ_maxであり、かつ所定の値ｂ≦ｗ_tであることである。ここで、ｂは中継ノードの導入を可能にする閾値であり、例えばｂ＝１０Ｍｂｐｓなどの値である。

あるいは、トリガイベントは、例えば直近の所定の回数、例えば５回、取得した送信ウィンドウサイズが所定の範囲内であり、かつ取得した送信ウィンドウサイズが所定の値以上であることである。この場合、トリガ検出部３１２は、取得した送信ウィンドウサイズをＲＡＭ３０３または記憶装置３０４に記憶する。そしてトリガ検出部３１２は、直近の５回の送信ウィンドウサイズの値ｗ_tのうちの最大値ｗ_maxに対して他の送信ウィンドウサイズの値が所定の範囲内、例えばｗ_max≧ｗ_t≧０．９×ｗ_maxであり、かつ所定の値ｂ≦ｗ_tである場合に、直近の所定の回数取得した送信ウィンドウサイズが所定の範囲内であり、かつ所定の値以上であると判定することができる。

これによって、スループットが所定の値以上で所定の期間通信しており、送信ウィンドウサイズが所定の期間に変動していない場合、すなわち高スループットの通信を行っている場合、大容量のストリーミングなどのアプリケーションを使用している場合があり、今後も高スループットの通信を継続する可能性が高いと判定することができる。このような場合、後述する方法で選択した中継ノード３０を介して通信を行うことで、中継ノード３０による通信の中継によるメリットが得られる。

また、トリガイベントは、例えば送信ウィンドウサイズが所定の値以上であることである。この場合、トリガ検出部３１２は、取得した送信ウィンドウサイズの値ｗ_tが所定の値ｂ≦ｗ_tである場合に、中継ノード３０による通信セッションの中継を行うと判断する。これによって、高スループットが要求されていると判定した場合に、中継ノード３０を介して通信を行うことで、中継ノード３０によってスループットの向上が可能となり、通信の中継によるメリットが得られる。

中継ノード選択部３１３は、複数の中継ノード３０のうちから、送信ノード１０と受信ノード２０との間の通信を中継させる中継ノード３０を選択し、選択した中継ノード３０に送信ノード１０および受信ノード２０との間のセッションを確立するよう指示する。中継ノード選択部３１３は、通信を中継させることでスループットを向上できる可能性が高い中継ノード３０を選択する。図１を参照したように、パケットの往復にかかる往復遅延時間を短くすることでスループットを向上することができる。このため、本実施形態に係る中継ノード選択部３１３は、送信ノード１０および受信ノード２０のそれぞれと、中継ノード３０との間の往復遅延時間に基づいて中継ノード３０を選択する。一例では、送信ノード１０および受信ノード２０のうちのいずれかが、候補となる中継ノード３０を選択し、他方が候補となる中継ノード３０のうちから通信を中継させる中継ノード３０を決定してもよい。

事前調整部３１４は、中継ノード選択部３１３で選択した中継ノード３０に通信セッションを中継させる前に、送信ノード１０と受信ノード２０との間のセッション（切替前セッション）を維持したまま、送信ノード１０と中継ノード３０との間のセッション、および中継ノード３０と受信ノード２０との間のセッションを含むセッション（切替後セッション）の送信ウィンドウサイズを大きくするためのダミーデータの送受信を行う。これによって、切替後セッションに通信を切り替える前に、切替後セッションのスループットを向上することができる。

セッション切替部３１５は、事前調整部３１４によって切替後セッションの事前調整を行った後に、送信ノード１０と受信ノード２０との間の切替前セッションから、切替後セッションに通信を切り替えるよう指示を送信する。

図４を参照して中継ノード３０の構成を説明する。中継ノードは、一例において、プロセッサ４０１、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、記憶装置４０４、および通信回路４０５を有する。中継ノード３０のプロセッサ４０１は、例えばＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３及び記憶装置４０４のいずれかに記録されたプログラムを実行する。

プロセッサ４０１は、プロセッサを実行することで、フロー制御部４１１、指示受付部４１２、および事前調整部４１３の機能を実行する。なお、プロセッサ４０１は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等の１つ以上のプロセッサを備える。また、プロセッサ４０１は、ＲＯＭ４０２、ＲＡＭ４０３、記憶装置４０４のいずれかに記憶されたプログラムを実行して、中継ノード３０の全体を制御する。

通信回路４０５は、送信ノード１０との間の通信セッションと、受信ノード２０との間の通信セッションを同時に確立し、フロー制御部４１１は、それぞれのセッションを独立して制御する。一例では、通信回路４０５は、送信ノード１０および受信ノード２０のそれぞれと通信する複数の通信インタフェースを備える。

指示受付部４１２は、中継ノード選択部３１３から送信されたセッション確立指示を受信し、指示に応じて送信ノード１０および受信ノード２０のそれぞれとセッションを確立する。

事前調整部４１３は、指示受付部４１２が確立したセッションでダミーデータの送受信を行い、切替後セッションに通信を切り替える前に切替後セッションのウィンドウサイズを拡大する。

図５を参照して、本実施形態に係る通信システム１が実行する処理シーケンスの一例について説明する。

まず、Ｓ５０１で送信ノード１０と受信ノード２０はＴＣＰセッションを確立し、Ｓ５０２で通信を開始する。ここで、トリガ検出部３１２は通信状況の監視を開始する。Ｓ５０１では、既存技術を使用してＴＣＰセッションを確立することができる。なお、Ｓ５０２の通信開始後、図示していないが送信ノード１０と受信ノード２０とは切替元の通信セッションで通信を行うものとする。

その後、トリガ検出部３１２は、Ｓ５０２においてＳ５０１で確立したセッション（切替前セッション）が中継ノード３０の利用を行うと判定するための条件を満たしたか否かを判定する。

中継ノード３０の利用を行うと判定するための条件を満たさない場合は継続して通信状況の監視を継続する。中継ノード３０の利用を行うと判定するための条件を満たすと判定した場合は、処理をＳ５０４に進め、中継ノード選択部３１３が中継ノード３０の選択を行う。本実施形態では、送信ノード１０の中継ノード選択部３１３は、候補となる中継ノード３０の選択を行うものとする。Ｓ５０４では、送信ノード１０の中継ノード選択部３１３は、複数の中継ノード３０に対してｐｉｎｇコマンドなどの遅延時間を測定するプログラムを実行し、複数の中継ノード３０のうちから、往復遅延時間が低い順に所定数、例えば５つの中継ノード３０を選択する。

なお、一例では、送信ノード１０は複数の中継ノード３０に対して所定の時間間隔、例えば１分ごとに往復遅延時間を測定し、測定した往復遅延時間を中継ノード３０と対応付けて記憶装置３０４に記憶し、Ｓ５０４では記憶装置３０４に記憶した往復遅延時間に基づいて候補となる中継ノード３０を選択してもよい。

Ｓ５０４で中継ノード３０の選択を行った中継ノード選択部３１３は、Ｓ５０５に処理を進め、受信ノード２０に中継要求信号を送信する。Ｓ５０５で受信ノード２０に送信する中継要求信号には、切替前のセッションで使用している受信ノード２０のＴＣＰ通信の宛先ポート番号と、Ｓ５１０で後述する切替処理において使用する送信側のセッション番号を通知する。セッション番号は、例えば疑似ランダム関数を使用して生成されてもよい。また、Ｓ５０５で中継ノード３０に送信する中継要求信号は、候補となる中継ノード３０と、それぞれの往復遅延時間とを対応付けたリストを含む。

なお、Ｓ５０４で送信ノード１０の中継ノード選択部３１３が通信を中継する１つの中継ノード３０を選択する場合には、中継要求信号には、切替前のセッションで使用しているＴＣＰ通信のポート番号と、Ｓ５１０で後述する切替処理において使用するセッション番号と、当該中継ノード３０を指定する情報とが含まれればよい。このような場合、中継要求信号は、候補となる中継ノード３０と、それぞれの往復遅延時間とを対応付けたリストを含まなくてもよい。

Ｓ５０６で、受信ノード２０は、中継要求信号に含まれるＴＣＰ通信の宛先ポート番号を通信に使用しているか否かを判定し、使用している場合には当該宛先ポート番号に対応するＴＣＰ通信を中継させると特定する。また、受信ノード２０の中継ノード選択部３１３はＳ５０６で中継要求信号に含まれる候補中継ノードに対する往復遅延時間を取得し、通信を中継させる中継ノード３０を選択する。Ｓ５０６では、受信ノード２０の中継ノード選択部３１３は、複数の中継ノード３０に対してｐｉｎｇコマンドなどの遅延時間を測定するプログラムを実行し、複数の中継ノード３０のうちから、往復遅延時間が低い順に所定数、例えば５つの中継ノード３０を選択する。あるいは、受信ノード２０は複数の中継ノード３０に対して所定の時間間隔、例えば１分ごとに往復遅延時間を測定し、測定した往復遅延時間を中継ノード３０と対応付けて記憶装置３０４に記憶し、Ｓ５０６では記憶装置３０４に記憶した往復遅延時間に基づいて候補となる中継ノード３０を選択してもよい。

ここで、Ｓ５０６で受信ノード２０の中継ノード選択部３１３は、所定の中継ノード３０と送信ノード１０との間の往復遅延時間（送信側遅延時間）と、当該所定の中継ノード３０と受信ノード２０との間の往復遅延時間（受信側遅延時間）とに基づいて中継ノード３０を選択する。

一例では、複数の候補中継ノードのうち、送信側遅延時間と受信側遅延時間との合計が最も小さくなる中継ノード３０に通信を中継させると決定する。なお、送信側遅延時間と受信側遅延時間とのいずれか一方が、送信ノード１０と受信ノード２０との間の往復遅延時間よりも大きい候補中継ノードについては、通信を中継させないと決定する。

また、複数の候補中継ノードのうち、送信側遅延時間と受信側遅延時間との差が最も小さい中継ノード３０に通信を中継させると決定してもよい。

中継ノード３０を選択した受信ノード２０は、Ｓ５０７で選択した中継ノード３０の識別情報を含む中継応答信号を送信ノード１０に送信する。また、Ｓ５０７で受信ノード２０は、Ｓ５１０で後述する切替処理において使用する受信側のセッション番号を通知する。セッション番号は、例えば疑似ランダム関数を使用して生成されてもよい。

中継応答信号を受信した送信ノード１０は、Ｓ５０８において、中継応答信号に含まれる中継ノード３０に中継指示信号を送信する。中継指示信号には、切替元のＴＣＰセッション情報として、送信ノード１０および受信ノード２０のＩＰアドレスおよびポート番号、並びに送信側および受信側のセッション番号が含まれる。

中継指示信号を受信した中継ノード３０は、Ｓ５０９において中継通知信号を受信ノード２０に送信する。中継通知信号には、ＴＣＰセッション情報として、切替元のＴＣＰセッション情報として、送信ノード１０および受信ノード２０のＩＰアドレスおよびポート番号、並びに送信側および受信側のセッション番号が含まれる。

受信ノード２０は、中継ノード３０から受信したＴＣＰセッション情報と、受信ノード２０が記憶装置３０４に格納しているＴＣＰセッション情報とが一致するか否かを判定する。情報が一致する場合、中継ノード３０による中継を許可すると判断して、Ｓ５１０で中継通知応答を中継ノード３０に送信する。中継通知応答には、受信ノード２０が切替先のＴＣＰセッションで使用する中継用受信ポート番号を示す情報と送信側および受信側のセッション番号を示す情報とが含まれる。

中継通知応答を受信した中継ノード３０は、Ｓ５１１で送信ノード１０に中継指示応答を送信する。中継指示応答には、送信側および受信側のセッション番号を示す情報と、中継ノード３０が送信ノード１０とのＴＣＰセッションの確立に使用する中継ポート番号を示す情報とが含まれる。

また、中継ノード３０は、Ｓ５１１の中継指示応答と並行して、Ｓ５１２で受信ノード２０とのＴＣＰセッションを確立する。ここで、中継ノード３０は、中継通知応答に含まれる中継用受信ポート番号を指定してＴＣＰセッションを確立する。

中継指示応答を受信した送信ノード１０は、Ｓ５１３で中継ノード３０に応答確認信号を送信する。応答確認信号には、送信側および受信側のセッション番号が含まれる。

また、Ｓ５１３で応答確認信号を受信した送信ノード１０は、Ｓ５１４で中継ノード３０とのＴＣＰセッションを確立する。Ｓ５１４では、送信ノード１０はＳ５１１で受信した中継指示応答に含まれる中継ポート番号を指定してＴＣＰセッションを確立する。

Ｓ５１５で、送信ノード１０は、調整設定信号を受信ノード２０に送信する。調整設定信号には、例えば、切替先のＴＣＰセッションのウィンドウサイズが超えるべき閾値を指示する情報を含む。例えば、閾値は、１ＭＢなどの固定値であっても良いし、切替元のＴＣＰセッションのウィンドウサイズに基づいて決定されてもよい。

別の例では、調整設定信号には送信するダミーデータの量を指示する情報を含む。一例では、切替元のＴＣＰセッションのウィンドウサイズに基づいて決定されてもよい。例えば、切替元のＴＣＰセッションの最大ウィンドウサイズの２倍のダミーデータを送信すれば、パケットロスがない場合にはウィンドウサイズが切替元のＴＣＰセッションと同一になる。このため、一例では切替元のＴＣＰセッションの最大ウィンドウサイズの2倍のダミーデータを送信するように送信するダミーデータの量を指示してもよい。これによって、送信ノード１０は、切替先のＴＣＰセッションのウィンドウサイズが所定の値より大きくなるまで事前通信を行うことができる。

Ｓ５１６で、受信ノード２０は、調整設定信号への応答である設定応答信号を送信ノード１０に送信する。Ｓ５１７で、送信ノード１０は中継ノード３０にダミーデータの送信を行う事前通信を行う。中継ノード３０は、受信したダミーデータを受信ノード２０に転送する。ダミーデータは、例えば擬似ランダムビット列であってもよい。ダミーデータの送信に成功することで、送信ノード１０と中継ノード３０との間のＴＣＰセッションと、中継ノード３０と受信ノード２０との間のＴＣＰセッションのウィンドウサイズを大きくすることができる。

Ｓ５１８で、送信ノード１０および受信ノード２０は、通信セッションを切り替えると判定する。一例では、送信ノード１０および受信ノード２０は、調整設定信号で指定した量のダミーデータの送受信が終了した場合に通信セッションを切り替えると判定する。また一例では、送信ノード１０および受信ノード２０は、切替先のＴＣＰセッションのウィンドウサイズが所定の値以上になった場合に通信セッションを切り替えると判定する。なお、一例では、送信ノード１０と受信ノード２０と、または送信ノード１０と中継ノード３０とは、送信ノード１０と中継ノード３０との間のＴＣＰセッションのウィンドウサイズと、受信ノード２０と中継ノード３０との間のＴＣＰセッションのウィンドウサイズとに関する情報を送受信してもよい。

Ｓ５１８で通信セッションを切り替えると判定した場合、送信ノード１０は、切替元のＴＣＰセッションで送信していたデータ通信を切替先のＴＣＰセッションで送信する。これによって、ウィンドウサイズが大きくなった状態でＴＣＰセッションを切り替えることができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる通信制御装置は、送信ノード１０と受信ノード２０との間のラウンドトリップタイムより、送信ノード１０と中継ノード３０との間のラウンドトリップタイムおよび中継ノード３０と受信ノード２０との間のラウンドトリップタイムが小さい中継ノード３０にＴＣＰセッションを中継させると決定する。これによって、中継ノードによって通信を中継させることでスループットの向上が期待できる。

また、本実施形態にかかる通信制御装置は、送信ノード１０と受信ノード２０との間のＴＣＰセッションを中継する中継ノード３０を決定し、中継ノード３０を介した切替先のＴＣＰセッションを確立する。そして、切替先のＴＣＰセッションで、切替元のＴＣＰセッションの通信とは関連しない事前通信を行う。そして、切替先のＴＣＰセッションのウィンドウサイズが所定の値以上になった場合に、切替元のＴＣＰセッションに対応付けられた通信を切替先のＴＣＰセッションにおいて行う。これによって、スループットが向上できる状況においてＴＣＰセッションの切替を行うことができ、中継ノード３０による通信の中継を適切なタイミングで開始することができる。

また、本実施形態にかかる通信制御装置は、送信ノード１０と受信ノード２０との間のＴＣＰセッションが、通信の中継によってメリットが得られると判断できる所定の条件を満たした場合に中継ノード３０を決定し、中継ノード３０を介した切替先のＴＣＰセッションの確立とセッションの切替を開始する。これによって、通信の中継によってメリットが得られない状況で切替先のＴＣＰセッションへの切替を行い、中継ノード３０に負荷がかかることを避けることができる。

＜その他の実施形態＞
本実施形態では、中継ノード選択部３１３は、送信ノード１０と中継ノード３０との間の往復遅延時間（送信側遅延時間）と、受信ノード２０と中継ノード３０との間の往復遅延時間（受信側遅延時間）とに基づいて中継ノード３０を選択するものとして説明を行った。一例では、中継ノード選択部３１３は、記憶装置３０４に過去の通信における最大ウィンドウサイズを記憶し、送信ノード１０と中継ノード３０との間の最大ウィンドウサイズ（送信側ウィンドウサイズ）と、受信ノード２０と中継ノード３０との間の最大ウィンドウサイズ（受信側ウィンドウサイズ）とに基づいて中継ノード３０を選択してもよい。例えば、以下の評価値Ｓが最大となる中継ノード３０を選択することで、高いスループットを期待することができる中継ノード３０に通信を中継させることができる。

Ｓ＝ｍｉｎ｛（送信側ウィンドウサイズ）／（送信側遅延時間）、（受信側ウィンドウサイズ）／（受信側遅延時間）｝
ここで、ｍｉｎ｛｝は２つの値のうち最小のものを選ぶ関数である。

また、本実施形態において、Ｓ５０８～Ｓ５１１、およびＳ５１３、Ｓ５１５、Ｓ５１６で送信される信号に含まれる送信側および受信側のセッション番号は、信号の送信元の正当性を検証するために使用される。しかしながら、信号の送信元の正当性を検証するために他の認証技術を適用してもよく、このような場合にはＳ５０８～Ｓ５１１、およびＳ５１３、Ｓ５１５、Ｓ５１６で送信される信号には送信側および受信側のセッション番号が含まれなくてもよい。

本実施形態では、Ｓ５０３の処理では、切替元のＴＣＰセッションのウィンドウサイズのみに基づいて中継ノード３０を介したＴＣＰセッションの確立を行うか否かを判断するものとして説明を行った。一例では、候補中継ノードまでのラウンドトリップタイムに基づいてＳ５０３の処理が実行されてもよい。例えば、送信ノード１０は、受信ノード２０との間のラウンドトリップタイム（ｗ_ｔ）および候補中継ノードとの間のラウンドトリップタイム（ｗ_ｔ１）を測定し、受信ノード２０との間のラウンドトリップタイムより所定の割合以上小さいラウンドトリップタイムの候補中継ノードを検出した場合に、トリガイベントが発生したと判定してもよい。例えば、ｗ_ｔ１＜０．８×ｗ_ｔを満たす候補中継ノードを検出した場合にトリガイベントが発生したと判定してもよい。このような場合、Ｓ５０６で候補中継ノードと受信ノード２０との間のラウンドトリップタイム（ｗ_ｔ２）を測定させ、Ｓ５０７でｗ_ｔ２を受信し、ｗ_ｔ２＜０．８×ｗ_ｔの場合に、当該候補中継ノードと切替後のＴＣＰセッションを確立すると判定してもよい。

なお、本発明による通信装置、つまり、上述した送信ノード１０、受信ノード２０、および中継ノードは、デバイスの１つ以上のプロセッサで実行されると、当該デバイスを送信ノード１０及び／又は受信ノード２０及び／又は中継ノード３０として動作させるプログラムにより実現することができる。これらプログラムは、デバイス可読記憶媒体に格納されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１０：送信ノード、２０：受信ノード、３０：中継ノード

Claims (11)

1. 送信元ノードまたは宛先ノードに備えられる通信制御装置であって、
   通信を行っている切替元のＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＴＣＰ）セッションが所定の条件を満たすか否かを判定する判定手段と、
   複数の候補中継ノードのうちから、前記切替元のＴＣＰセッションに対応する前記通信を中継させる中継装置を決定する決定手段と、
   前記判定手段で前記切替元のＴＣＰセッションが前記所定の条件を満たすと判定した場合に、前記決定手段で決定した前記中継装置と、前記切替元のＴＣＰセッションの前記送信元ノードおよび前記宛先ノードのそれぞれとの間で切替先のＴＣＰセッションを確立し、前記切替先のＴＣＰセッションにおいて、前記切替元のＴＣＰセッションに関連付けられた前記通信とは異なる事前通信の実行を指示する指示手段と、
   前記事前通信を行った後に、前記切替元のＴＣＰセッションから前記切替先のＴＣＰセッションへ前記通信を切り替える切替手段と、
   を備えることを特徴とする通信制御装置。
2. 前記所定の条件は、直近の所定の期間において複数回取得した前記切替元のＴＣＰセッションのウィンドウサイズが所定の範囲に含まれることであることを特徴とする請求項１に記載の通信制御装置。
3. 前記所定の条件は、直近の所定の期間において取得した前記切替元のＴＣＰセッションのウィンドウサイズが所定の閾値以上であることであることを特徴とする請求項１または２に記載の通信制御装置。
4. 前記決定手段は、
   前記複数の候補中継ノードのそれぞれについて、前記送信元ノードとの間のパケットの往復にかかる第１の遅延時間と、前記宛先ノードとの間のパケットの往復にかかる第２の遅延時間とを取得し、
   前記第１の遅延時間および前記第２の遅延時間が前記送信元ノードと前記宛先ノードとの間のパケットの往復にかかる遅延時間より小さい候補中継ノードを前記中継装置として決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信制御装置。
5. 前記決定手段は、前記複数の候補中継ノードのそれぞれの前記第１の遅延時間と前記第２の遅延時間との合計が最も小さい候補中継ノードを前記中継装置として決定することを特徴とする請求項４に記載の通信制御装置。
6. 前記決定手段は、前記複数の候補中継ノードのそれぞれの前記第１の遅延時間と前記第２の遅延時間との差が最も小さい候補中継ノードを前記中継装置として決定することを特徴とする請求項４に記載の通信制御装置。
7. 前記指示手段は、前記事前通信において所定の量のダミーデータの通信を行うよう指示し、
   前記所定の量は、前記切替元のＴＣＰセッションのウィンドウサイズに基づいて決定されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の通信制御装置。
8. 前記切替手段は、前記切替先のＴＣＰセッションのウィンドウサイズが前記切替元のＴＣＰセッションのウィンドウサイズ以上になった場合に前記切替先のＴＣＰセッションに通信を切り替えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の通信制御装置。
9. 送信元ノードまたは宛先ノードに備えられる通信制御装置によって実行される通信制御方法であって、
   通信を行っている切替元のＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＴＣＰ）セッションが所定の条件を満たすか否かを判定することと、
   複数の候補中継ノードのうちから、前記切替元のＴＣＰセッションに対応する前記通信を中継させる中継装置を決定することと、
   前記切替元のＴＣＰセッションが前記所定の条件を満たすと判定した場合に、決定した前記中継装置と、前記切替元のＴＣＰセッションの前記送信元ノードおよび前記宛先ノードのそれぞれとの間で切替先のＴＣＰセッションを確立し、前記切替先のＴＣＰセッションにおいて前記切替元のＴＣＰセッションに関連付けられた前記通信とは異なる事前通信の実行を指示することと、
   前記事前通信を行った後に、前記切替元のＴＣＰセッションから前記切替先のＴＣＰセッションへ前記通信を切り替えることと、
   を含むことを特徴とする通信制御方法。
10. 送信ノード、受信ノード、および中継ノードを含む通信システムであって、
    前記送信ノードと前記受信ノードとの通信を行っている切替元のＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＴＣＰ）セッションが所定の条件を満たすか否かを判定する判定手段と、
    複数の候補中継ノードのうちから、前記切替元のＴＣＰセッションに対応する前記通信を中継させる中継装置を決定する決定手段と、
    前記切替元のＴＣＰセッションが前記所定の条件を満たすと判定した場合に、前記決定手段で決定した前記中継装置と、前記送信ノードおよび前記受信ノードのそれぞれとの間で切替先のＴＣＰセッションを確立し、前記切替先のＴＣＰセッションにおいて、前記切替元のＴＣＰセッションに関連付けられた前記通信とは異なる事前通信の実行を指示する指示手段と、
    前記事前通信を行った後に、前記切替元のＴＣＰセッションから前記切替先のＴＣＰセッションへ前記通信を切り替える切替手段と、
    を備えることを特徴とする通信システム。
11. １つ以上のプロセッサを有する装置の前記１つ以上のプロセッサで実行されると、前記装置を、請求項１から８のいずれか１項に記載の通信制御装置として機能させることを特徴とするプログラム。

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