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発明の名称 コネクション管理方法、プログラム、ルータ、ケーブルモデム及びネットワークシステム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−273919(P2003−273919A)
公開日 平成15年9月26日(2003.9.26)
出願番号 特願2002−67205(P2002−67205)
出願日 平成14年3月12日(2002.3.12)
代理人 【識別番号】100071272
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 洋介 (外1名)
【テーマコード(参考)】
5C064
5K030
【Fターム(参考)】
5C064 BA01 BB04 BC06 BC14 BC16 BD02 BD05 BD08 BD09 BD11 
5K030 GA13 HA08 LB19 LC09 LC11 MB15
発明者 田村 泰正 / 六郷 義典 / 松浦 健夫 / 田原 一司 / 中本 博司 / 屋代 賢治 / 大沢 勝朗
要約 課題
CATVインターネットシステムでのトラフィックのバースト的発生によるシステム輻輳を未然に防ぎ、双方向サービスの品質を向上させること。

解決手段
第1及び第2のネットワーク装置を介して確立されるコネクションを管理する際に、ネットワークリソースの使用状況に応じて第1のネットワーク装置が第2のネットワーク装置に対して予め定められた信号甲を送信する。新たなコネクションの確立を要求する信号乙が、第2のネットワーク装置から第1のネットワーク装置に送信される信号の中に含まれるか否かを、信号甲に応じて第2のネットワーク装置が参照する。信号乙を検出すると、第2のネットワーク装置が信号乙を含む所定の単位のデータを破棄する。
特許請求の範囲
【請求項1】 第1及び第2のネットワーク装置を介して確立されるコネクションを管理する方法において、ネットワークリソースの使用状況に応じて前記第1のネットワーク装置が前記第2のネットワーク装置に対して予め定められた信号甲を送信する段階1と、新たなコネクションの確立を要求する信号乙が、前記第2のネットワーク装置から前記第1のネットワーク装置に送信される信号の中に含まれるか否かを、前記信号甲に応じて前記第2のネットワーク装置が参照する段階2と、前記段階2で前記信号乙を検出すると、前記第2のネットワーク装置が当該信号乙を含む所定の単位のデータを破棄する段階3とを含むことを特徴とするコネクション管理方法。
【請求項2】 請求項1に記載のコネクション管理方法において、前記段階3に続いて、更に、ネットワークリソースの使用状況に応じて前記第1のネットワーク装置が前記第2のネットワーク装置に対して予め定められた信号丙を送信する段階4と、前記信号乙に応じて前記第2のネットワーク装置が前記段階3のデータ破棄を中止する段階5とを含むことを特徴とするコネクション管理方法。
【請求項3】 請求項1及び2のいずれかに記載のコネクション管理方法において、前記第1のネットワーク装置が、内部に滞留するデータ量と、予め定められた閾値とを比較することにより、ネットワークリソースの利用状況を判断することを特徴とするコネクション管理方法。
【請求項4】 請求項3に記載のコネクション管理方法において、前記段階1と前記段階4とで異なる閾値を適用することを特徴とするコネクション管理方法。
【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載のコネクション管理方法において、前記段階3でデータを破棄する代わりに前記第2のネットワーク装置がデータを滞留することを特徴とするコネクション管理方法。
【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載のコネクション管理方法において、前記第1のネットワーク装置はルータであり、前記第2のネットワーク装置はケーブルモデムであることを特徴とするコネクション管理方法。
【請求項7】 TCP/IPプロトコルを用いて通信を行なう通信システムにおける輻輳を抑制する方法において、ネットワークリソースの使用状況に応じて、TCP(Transmission Control Protocol)ヘッダのコントロールフラグSYNが1であるフレームを破棄することを特徴とする輻輳抑制方法。
【請求項8】 ルータの動作を制御するプログラムにおいて、一の方向のトラフィックの量に応じて、そのトラフィックの下流に対して、新規コネクションの確立要求の破棄を指示する信号甲を送信する処理をルータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項9】 請求項8に記載のプログラムにおいて、更に、前記トラフィックの量に応じて、そのトラフィックの下流に対して、前記確立要求の破棄の中止を指示する信号丙を送信する処理をルータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項10】 請求項8及び9のいずれかに記載のプログラムにおいて、ルータに滞留するデータの量を予め定めらた閾値と比較して、その比較結果に応じて前記信号甲及び丙を送信するか否かを決定する処理をルータに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項11】 請求項10に記載のプログラムにおいて、前記信号甲の送信を決定する際の閾値と、前記信号丙の送信を決定する際の閾値とが異なることを特徴とするプログラム。
【請求項12】 請求項8乃至11のいずれかに記載のプログラムにおいて、前記トラフィックの下流にケーブルモデムを接続し、前記信号甲及び丙を前記ケーブルモデムに送信することを特徴とするプログラム。
【請求項13】 請求項8乃至12のいずれかに記載のプログラムを記録した機械読取可能な記録媒体。
【請求項14】 請求項13に記載の記録媒体を格納し、前記プログラムに従って動作するルータ。
【請求項15】 ケーブルモデムの動作を制御するプログラムにおいて、ネットワークリソースの使用状況に応じた信号甲を受信すると、ネットワークに向けて送信される信号を参照して、新たなコネクションの確立を要求する信号乙の有無を検出する処理1と、前記信号乙を検出すると、当該信号乙を含む所定の単位のデータを破棄する処理2とをケーブルモデムに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項16】 請求項15に記載のプログラムにおいて、更に、ネットワークリソースの使用状況に応じた信号丙を受信すると、前記処理2を中止する処理をケーブルモデムに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項17】 請求項15及び16のいずれかに記載のプログラムにおいて、前記処理2でデータを破棄する代わりに、当該データを記憶する処理をケーブルモデムに実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項18】 請求項15乃至17のいずれかに記載のプログラムを記録した機械読取可能な記録媒体。
【請求項19】 請求項18に記載の記録媒体を格納し、前記プログラムに従って動作するケーブルモデム。
【請求項20】 請求項14に記載のルータ、及び、請求項19に記載のケーブルモデムを備えるネットワークシステム。
【請求項21】 請求項20に記載のネットワークシステムにおいて、前記ケーブルモデムに接続された端末装置と、前記ルータに接続されたIP網と、前記IP網に接続され、前記端末装置からデータを集計するサーバとを更に備えることを特徴とするネットワークシステム。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ケーブルテレビ(CATV)インターネットシステムのCATV局において発生する通信の輻輳を抑制する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】インターネットへの接続環境を提供する一手段に所謂ケーブルテレビ(CATV)インターネットシステムがある。CATVインターネットシステムでは、CATV局とその加入者宅を結ぶ同軸ケーブルを利用して、各種のテレビチャネルを加入者宅に配信すると共に、インターネットとの上下方向の伝送を行なうことにより、加入者宅にインターネット接続環境を提供する。
【0003】一般に、CATV局は地上放送だけではなく衛星放送をも配信する。BSデジタル放送では双方向通信機能が追加された。このため、視聴者自身が回答するクイズ番組や、番組中に視聴者から直接アンケートに対する回答を求める番組といった、視聴者参加型番組の本格的な提供が期待されている。
【0004】この双方向通信の上り方向の伝送路としても、CATVの加入者は同軸ケーブルを利用する。各加入者宅の上り通信は、CATV局、管理IP網(managed Internet Protocol network)を経由して、放送局の集計サーバに至る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】視聴者参加型番組にて上りデータを収集しようとすると、多数の加入者が一斉に応答を返すことになる。すると、CATV局や管理IP網においてトラフィックの輻輳が生じることがあり、その結果、サービス品質が損なわれてしまう恐れがある。
【0006】本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、上述したようなCATVインターネットシステムでのトラフィックのバースト的発生によるシステム輻輳を未然に防ぎ、双方向サービスの品質を向上させることである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため、本発明は次のようなコネクション管理方法、プログラム、ルータ、ケーブルモデム及びネットワークシステムを提供する。
【0008】本発明は、第1及び第2のネットワーク装置を介して確立されるコネクションを管理する方法において、ネットワークリソースの使用状況に応じて第1のネットワーク装置が第2のネットワーク装置に対して予め定められた信号甲を送信する段階1と、新たなコネクションの確立を要求する信号乙が、第2のネットワーク装置から第1のネットワーク装置に送信される信号の中に含まれるか否かを、信号甲に応じて第2のネットワーク装置が参照する段階2と、段階2で信号乙を検出すると、第2のネットワーク装置が当該信号乙を含む所定の単位のデータを破棄する段階3とを含むことを特徴とするコネクション管理方法を提供する。
【0009】段階3に続いて、更に、ネットワークリソースの使用状況に応じて第1のネットワーク装置が第2のネットワーク装置に対して予め定められた信号丙を送信する段階4と、信号乙に応じて第2のネットワーク装置が段階3のデータ破棄を中止する段階5とを含むこととすることが望ましい。
【0010】第1のネットワーク装置が、内部に滞留するデータ量と、予め定められた閾値とを比較することにより、ネットワークリソースの利用状況を判断することが考えられる。
【0011】段階1と段階4とで異なる閾値を適用することとしてもよい。
【0012】段階3でデータを破棄する代わりに第2のネットワーク装置がデータを滞留することとしてもよい。
【0013】代表的な例として、第1のネットワーク装置はルータであり、第2のネットワーク装置はケーブルモデムであることを特徴とするコネクション管理方法を挙げる。
【0014】本発明は、TCP/IPプロトコルを用いて通信を行なう通信システムにおける輻輳を抑制する方法において、ネットワークリソースの使用状況に応じて、TCP(Transmission Control Protocol)ヘッダのコントロールフラグSYNが1であるフレームを破棄することを特徴とする輻輳抑制方法と捉えることもできる。
【0015】また、本発明は、ルータの動作を制御するプログラムにおいて、一の方向のトラフィックの量に応じて、そのトラフィックの下流に対して、新規コネクションの確立要求の破棄を指示する信号甲を送信する処理をルータに実行させることを特徴とするプログラムを提供する。
【0016】このプログラムにおいて、更に、トラフィックの量に応じて、そのトラフィックの下流に対して、確立要求の破棄の中止を指示する信号丙を送信する処理をルータに実行させることが望ましい。
【0017】ルータに滞留するデータの量を予め定めらた閾値と比較して、その比較結果に応じて信号甲及び丙を送信するか否かを決定する処理をルータに実行させることとしてもよい。
【0018】信号甲の送信を決定する際の閾値と、信号丙の送信を決定する際の閾値とが異なることとしてもよい。
【0019】代表的な例としては、トラフィックの下流にケーブルモデムを接続し、信号甲及び丙をケーブルモデムに送信することが考えられる。
【0020】上述のプログラムは機械読取可能な記録媒体に記録して提供されてもよい。また、こうした記録媒体を格納し、プログラムに従って動作するルータとして提供されてもよい。
【0021】また、本発明は、ケーブルモデムの動作を制御するプログラムにおいて、ネットワークリソースの使用状況に応じた信号甲を受信すると、ネットワークに向けて送信される信号を参照して、新たなコネクションの確立を要求する信号乙の有無を検出する処理1と、信号乙を検出すると、当該信号乙を含む所定の単位のデータを破棄する処理2とをケーブルモデムに実行させることを特徴とするプログラムを提供する。
【0022】このプログラムにおいて、更に、ネットワークリソースの使用状況に応じた信号丙を受信すると、処理2を中止する処理をケーブルモデムに実行させることが望ましい。
【0023】処理2でデータを破棄する代わりに、当該データを記憶する処理をケーブルモデムに実行させることとしてもよい。
【0024】先述のプログラムと同様に、プログラムを記録した機械読取可能な記録媒体として提供されてもよい。また、こうした記録媒体を格納し、プログラムに従って動作するケーブルモデムとして提供されてもよい。
【0025】更に、本発明は、上述のルータ及びケーブルモデムを備えるネットワークシステムを提供する。
【0026】このネットワークシステムは、特に、ケーブルモデムに接続された端末装置(セットトップボックスやパーソナルコンピュータ)と、ルータに接続されたIP網と、IP網に接続され、端末装置からデータを集計するサーバとを更に備えることとしてもよい。
【0027】
【発明の実施の形態】本発明の第1の実施の形態であるCATVインターネットシステム100のシステム構成について図1を参照して説明する。
【0028】放送局10は、テレビ番組をデジタル信号に載せて、衛星20を介してケーブルTV(CATV)局30に配信する。CATV局30では、デジタル放送設備31が受信したデジタル信号をCATVネットワークの加入者宅40に配信する。尚、実際には、CATV局30の配下には複数の加入者宅40が存在するが、ここでは省略している。
【0029】その一方でデジタル放送設備31は、デジタル信号を常時監視して、デジタル信号に重畳された制御情報から視聴者データの発生を予測し、これを管理サーバ32に通知する。ここで視聴者データとは加入者宅から放送局への上り方向に送信されるデータである。管理サーバ32はCATV上り回線の帯域割り当てポリシーを決定するサーバであり、他の条件を加味して動的に帯域割り当てポリシーを決定したうえで、ケーブルモデム終端装置(以下CMTS)33にこれを通知する。ここで管理サーバ32が決定するポリシーとは、ベストエフォートトラフィック(以下BE)とQoS(Quality of Service)保証された視聴者データトラフィックの配分である。
【0030】CMTS33はCATVインターネットシステム100における局舎側装置であり、CATV上り回線の時間帯域を各種用途(データ予約領域、ヘルスチェック領域、ユーザデータ領域)に割り当ててCM41の通信制御を行う。また管理サーバ32からの通知に従い、ユーザデータ領域を更にBEと視聴者データ用帯域に分け、上りの帯域割り当てを行う。
【0031】CM41はCATVインターネットシステム100における加入者側装置であり、CMTS33の制御を受けて上り下りのイーサ(Ether)フレーム通信を行う。またCM41にはパケット分類機能が搭載されており、配下のPC42もしくはセットトップボックス(以下STB)43から受信したイーサフレームについて、BEデータか視聴者データかを判断したうえで、各々のQoSレベルに従ってCMTS33の制御のもと、上り送信処理を行う。
【0032】STB43から送信された視聴者データは、ハブ(HUB)44、CM41、CMTS33、ルータ34、管理IP網50を経由して放送局10の集計サーバ11に届く。集計サーバ11は視聴者データに応答してこれを集計する。この集計結果が番組放送装置12から参照されて番組に反映される。
【0033】次に、CATVインターネットシステム100が輻輳を抑制する動作について以下に説明する。例えば、視聴者の応答が一時的に多発する場合、ルータの処理性能が不足している場合や、管理IP網の余剰帯域が不足している場合に、ルータに視聴者データが溜まって輻輳状態に陥り、その結果、大半の視聴者へのサービス品質が低下してしまうことがある。これに対して、CATVインターネットシステム100では、ルータ34が輻輳状態の発生を予測し、輻輳状態に陥る可能性が高まると、CM41にて新規トラフィックの発生を抑制する。
【0034】即ち、ルータ34は、自身にバッファリングされたデータ量を基に、輻輳状態の発生を予測する。輻輳状態が発生する可能性が高くなると、輻輳状態に陥る前に、配下の全てのCM41に対して、新規のTCPコネクションの確立要求を送信しないように指示する信号(以下抑止信号)を送信する。
【0035】抑止信号を受信したCM41は、コネクションの確立を要求する信号の有無を検出する。即ち、各上りイーサフレームの、TCPヘッダ内のコントロールフラグのSYNフラグを参照する。そして、SYNフラグが1の上りイーサフレームを検出すると、その上りイーサフレームを破棄する。この処理により、新規TCPコネクションの確立を抑止することになる。その結果、現に維持されているTCPコネクションの通信が保証される。
【0036】ここで、図2を参照してSYNフラグについて説明すると、TCPヘッダは6ビットのコントロールフラグを有し、コントロールフラグは、データの制御情報として、第0ビットから第5ビットの順に、URG、ACK、PSH、RST、SYN、FINのビットを有する。SYNはSynchronize Flagを指し、あるコンピュータAが他のコンピュータBに対してコネクションの確立を要求する場合、SYNフラグを1としたパケットをコンピュータAからコンピュータBに送信する。
【0037】現に維持されていたTCPコネクションでの通信が終わり、コネクションが閉鎖されていくと、ルータ34にバッファリングされたデータの量が次第に減っていく。所定のデータ量まで減った段階で、ルータ34は、CM41に対して、新規コネクションの確立要求の送信再開を認める信号(以下再開信号)を送信する。
【0038】再開信号を受信したCM41は、SYNフラグのチェックを中止し、本来のQoSレベルに応じたパケット分類と上り優先送信制御を再開する。
【0039】次に、ルータ34の動作について図3を参照して説明する。CM41に対して現に新規コネクションの確立要求を送信しないよう指示しているか否かを示すフラグFLGを設け、初期値0を与える(ステップS31)。ルータ34の内部バッファに滞留しているフレーム量を定期的にモニタして、所定の閾値と比較する(ステップS32)。滞留しているフレーム量が閾値を越えると、ルータ34は、配下の全CM41に対して抑止信号を一斉同報送信する(ステップS34)と共に、フラグFLGを1に変更する(ステップS35)。この後、滞留しているフレーム量が閾値を越えている間は、ステップS32及びS33からなるループが繰り返される。
【0040】滞留しているフレームの量が減少して閾値を下回るようになると、ステップS32からステップS36に向かう。抑止信号を送信後、まだ再開信号を送信していないのであれば、フラグFLGは1なので、ルータ34は配下の全CM41に対し、再開信号を一斉同報送信する(ステップS37)と共に、フラグFLGを0に変更する(ステップS38)。フラグFLGが0、即ち、CM41に対して新規コネクションの確立要求の送信を許容している間は、滞留しているフレーム量が閾値を越えるまでステップS32とステップS36を繰り返すことになる。
【0041】次に、CM41の動作について図4を参照して説明する。
【0042】CM41は、イーサインタフェースから上りフレームを受信する(ステップS41)と、その時点でルータ34から新規コネクションの確立を許容されているのか否かを判断する。まだ抑止信号を受信したことがない、あるいは、最後に再開信号を受信した後、抑止信号を受信していないのであれば、CM41は新規コネクションの確立要求の送信が許容されている。他方、抑止信号を受信したが、対応する再開信号を受信していない状態であれば、CM41は新規コネクションの確立要求の送信が認められていない状態である。
【0043】新規コネクションの確立要求の送信が許容されている場合、パケット分類(ステップS43)を行なった上で、BE及び視聴者応答データを共に夫々のQoSレベルに応じた上り送信制御を行なう(ステップS44)。
【0044】他方、新規コネクションの確立要求の送信が認められていない場合、その上りフレームのSYNフラグをチェックする(ステップS44)。SYNフラグが1であれば、新規コネクションの確立要求であるので、そのフレームを破棄する(ステップS45)。SYNフラグが0であれば、既に維持されているコネクションに係るフレームなので、通常通りの通信制御(ステップS43、S44)を行なう。
【0045】以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者の通常の知識の範囲内でその変更や改良が可能であることは勿論である。
【0046】例えば、上述の実施の形態では、CM41は、SYNフラグが1の上りフレームを一律に破棄したが、これに代わり、CM41内部に滞留/保留させることとしてもよい。ただしこの場合には、STB43やPC42からのデータ再送により、SYNフラグが1の上りフレームが複数個CM41内に滞留することがある。この場合に、STB43やPC42と集計サーバ11との間でエンドトゥエンド(End to End)のシーケンス異常が発生し、却って通信効率を下げる場合があることに配慮する必要がある。
【0047】また、上述の実施の形態では、ルータ34における処理として図3のようなアルゴリズムを示したが、このアルゴリズムによれば、滞留量が閾値を挟んで振動した場合に抑止/再開信号が多発する恐れがある。このような問題を回避するために、抑止送信、再開送信をする閾値を別として、ヒステリシス性を持たせた判断処理としてもよい。
【0048】
【発明の効果】本発明によれば、新規のTCPコネクションの確立が抑制されるので輻輳を未然に防止することができる。また、同時に、現に維持されているTCPコネクションについて優先して通信を行なうことができる。
【0049】従って、例えば、視聴者参加番組というバースト的トラフィックが発生するサービスアプリケーションにおいて、ネットワーク輻輳を未然に防ぐ効果がある。しかも、新規TCPコネクションの抑制に的を絞ることにより、確立済みのTCPコネクションを優先的に通信させることが可能になり、一律的な通信抑制方式に比較して通信品質を高めることができる。




 

 


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