JP2011188030A - マルチキャスト帯域を確保する中継ノード、通信システムおよびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホスト端末や配信サーバに新たなシグナリング実装を行わずに、帯域確保機能を有するネットワーク上でマルチキャスト通信の帯域確保を行う中継ノード、通信システムおよびその方法を提供する。
【解決手段】帯域を確保する機能を有するネットワークの中継ノードは、端末からマルチキャストグループへの参加要求を受け付け、受け付けた要求を、ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを管理するリソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域確保を要求する。
【選択図】図４

Description

本発明は、リソース・ＱｏＳ制御サーバにより、帯域を確保する機能を有するネットワーク上でマルチキャスト通信に対する帯域確保を実現する中継ノード、通信システムおよびその方法に関するものである。

マルチキャスト通信は、同じ通信データを同時に多数のホスト端末に効率的に配信する仕組みであり、映像配信等で用いられている。映像配信サービスでコンテンツの再生品質を保証するためには、マルチキャスト通信の帯域を確保することが必要となる。

これまで、マルチキャスト通信の帯域確保を実現するための方法としては、通信ネットワーク内の全てのノード装置がそれぞれの保持するマルチキャストツリー情報とリソース情報を同報し、各ノードで同じ情報を元に制御する方法（特許文献１）、中継ノード装置がマルチキャストツリーの構築時に帯域情報も合わせて通知することで帯域制御を可能にする方法（特許文献２）が検討されてきた。

図１は、中継ノードで情報を共有する方法によるマルチキャスト通信の帯域確保方法を示す。ネットワーク内の全中継ノードは、マルチキャストツリー情報やリソース情報を共有している。ホスト端末がマルチキャスト参加を中継ノードに要求した場合、ユーザの参加要求に応じて各中継ノードで同じアルゴリズムに従い、上流リンク・下流リンクの帯域確保処理を行い、図１で示されるように、配信サーバからホスト端末にマルチキャスト通信の帯域が確保される。

図２は、マルチキャストツリー構築時に帯域情報も考慮する方法によるマルチキャスト通信の帯域確保方法を示す。ホスト端末がマルチキャスト参加を中継ノードに要求する場合、シグナリング情報に帯域情報を含める。また、中継ノードはマルチキャストルーティングメッセージに帯域情報を含め、各中継ノードが帯域情報を考慮してマルチキャストツリーを構築し、帯域確保処理を行う。これにより、図２で示されるように、配信サーバからホスト端末にマルチキャスト通信の帯域が確保される。

また、現状のマルチキャスト通信を利用した映像配信サービスにおいては、動的な帯域確保処理は行わず、予めマルチキャスト通信が消費する帯域を見積もっておき、ネットワーク設計時に必要な帯域を確保することが行われている。

さらに、近年、ＮＧＮ（Next-Generation Network）のように、リソース・ＱｏＳ制御サーバにより帯域確保する機能を有するネットワークが実用化されている。ＮＧＮの機能によれば、ユーザ情報やコンテンツに基づいて視聴要求単位の帯域制御が可能となる。リソース・ＱｏＳ制御サーバの帯域確保機能を利用してマルチキャスト通信の帯域確保を行う方法として、視聴ユーザのホスト端末と配信サーバ間でＳＩＰサーバを介して、ＳＩＰシグナリングを行い、ＳＩＰサーバがリソース・ＱｏＳ制御サーバにマルチキャスト通信の帯域確保要求を行う方法が考えられている（非特許文献１）。

図３は、ＳＩＰとＮＧＮのＱｏＳ制御アーキテクチャによるマルチキャスト通信の帯域確保方法を示す。ホスト端末がマルチキャスト参加を要求する場合、ホスト端末と配信サーバ間でＳＩＰサーバを介したＳＩＰシグナリングが行われ、ＳＩＰサーバがセッション情報に基づきリソース・ＱｏＳ制御サーバに制御要求を行い、リソース・ＱｏＳ制御サーバが帯域を確保することにより、マルチキャスト通信の帯域が確保される。これにより、図３で示されるように、配信サーバからホスト端末にマルチキャスト通信の帯域が確保される。

特開２００３−２３４７７６号公報 特開２００７−０７４３１０号公報

Mojca Volk et al."Quality-AssuredProvisioning of IPTV Services within the NGN Environment"、IEEE CommunicationsMagazine、2008年5月

しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載の方法は、ともに中継ノードのみの情報交換によってマルチキャスト通信の制御を行うため、要求単位の受付制御をユーザ情報やコンテンツに応じて行うには、全ての中継ノードに全ての制御ポリシを配布しなければならず、スケール性に問題がある。さらに、特許文献１、特許文献２で示される方法では、リソース・ＱｏＳ制御サーバによって管理されるネットワークにおいて、構築された経路をリソース・ＱｏＳ制御サーバで把握することが難しく、リソース・ＱｏＳ制御サーバが正確なリソース情報を持てなくなる恐れがある。そのため、リソース・ＱｏＳ制御サーバを用いる他のサービスに影響が生じる課題がある。

また、非特許文献１に示される方法では、視聴ユーザのホスト端末がＳＩＰシグナリングに対応しなくてはならず、すでにＩＰマルチキャストを用いてサービスを行っている場合、適用するには全ての端末にシグナリング処理を新しく実装する必要があり、大きなコストがかかるという課題がある。

したがって、本発明は、ホスト端末や配信サーバに新たなシグナリング実装を行わずに、帯域確保機能を有するネットワーク上でマルチキャスト通信の帯域確保を行う中継ノード、通信システムおよびその方法を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明による中継ノードは、帯域を確保する機能を有するネットワークの中継ノードにおいて、端末からマルチキャストグループへの参加要求を受け付ける手段と、前記受け付けた要求を、ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを管理するリソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域確保を要求する手段とを備える。

また、前記端末からマルチキャストグループからの離脱要求を受け付ける手段と、前記受け付けた要求を、前記リソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域解放を要求する手段とをさらに備えることも好ましい。

また、前記要求を受け付ける手段は、ＩＧＭＰシグナリングで前記端末から要求を受け付ける手段であり、前記リソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルは、Diameter、SNMP trap、COPSまたはsyslogであることも好ましい。

また、前記ＩＧＭＰシグナリングは、レコードタイプでマルチキャストグループへの参加または離脱を示し、グループアドレスで、参加または離脱を要求するマルチキャストのグループアドレスを示し、送信元アドレスで配信元アドレスを示し、送信元ＩＰアドレスでＩＰヘッダの送信元アドレスを示し、前記Diameterは、ＩＧＭＰのレコードタイプから取得したコマンド種別で、リソース要求またはリソース解放を示し、ＩＧＭＰの送信元ＩＰアドレスから取得した要求者識別子でリソース要求元を示し、フロー情報で、フローのプロトコル、ＩＧＭＰの送信元アドレスから取得した送信元端点、およびＩＧＭＰのグループアドレスから取得した宛先端点を示すことも好ましい。

上記目的を実現するため本発明によるネットワーク通信システムは、帯域を確保する機能を有するネットワーク通信システムにおいて、マルチキャスト通信を中継ノードに要求するホスト端末と、前記要求を、リソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域確保を要求する中継ノードと、ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを管理し、前記要求に基づき帯域を確保するリソース・ＱｏＳ制御サーバとを備える。

上記目的を実現するため本発明によるマルチキャスト帯域を確保する方法は、帯域を確保する機能を有するネットワークで、マルチキャスト帯域を確保する方法において、ホスト端末が、マルチキャストグループへの参加要求を中継ノードに要求するステップと、前記中継ノードが、前記要求をリソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域確保を要求するステップと、ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを管理するリソース・ＱｏＳ制御サーバが、前記要求に基づき帯域を確保するステップとを含む。

本発明のリソース・ＱｏＳ制御サーバのＱｏＳ制御機能を用いるという特徴によれば、ユーザ情報に基づいた受付制御など柔軟なポリシー制御が可能となる。さらに、リソース・ＱｏＳ制御サーバでリソース状態を正確に把握することが可能となる。

また、本発明のネットワーク機器からの通知信号に基づくという特徴によれば、既存の通知信号（ＩＧＭＰ）を用いてリソース・ＱｏＳ制御サーバによるマルチキャスト通信の帯域確保が可能となり、ホスト端末にＳＩＰシグナリング等の新たな機能を導入することなく、帯域確保が可能となる。

中継ノードで情報を共有する方法によるマルチキャスト通信の帯域確保方法を示す。 マルチキャストツリー構築時に帯域情報も考慮する方法によるマルチキャスト通信の帯域確保方法を示す。 ＳＩＰとＮＧＮのＱｏＳ制御アーキテクチャによるマルチキャスト通信の帯域確保方法を示す。 本発明の実施形態における通信システムの構成例を示す。 本通信システムにおけるマルチキャスト通信の帯域確保の動作手順を示す。 本通信システムにおけるマルチキャスト通信の帯域解放の動作手順を示す。 ＩＧＭＰのパケットフォーマットを示す。 Diameterによる帯域確保要求メッセージの例を示す。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態における通信システムの構成例を示す。

本システムは、ＩＧＭＰ（Internet Group Management Protocol）でマルチキャスト通信を要求するホスト端末１と、ホスト端末１からのＩＧＭＰシグナリングをトリガーとして（SNMP trap/COPS/Diameter/syslog等の）通知手段によりリソース・ＱｏＳ制御サーバ３へマルチキャストリソース制御を要求する中継ノード２と、ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを一元的に管理するリソース・ＱｏＳ制御サーバ３と、映像等を配信する配信サーバ４とから構成される。

本システムでは、ホスト端末１は、既存のＩＧＭＰシグナリングを用いて、中継ノード２にマルチキャスト通信の帯域を要求する。中継ノード２は、受けとったＩＧＭＰシグナリングを変換してリソース・ＱｏＳ制御サーバ３に伝える。リソース・ＱｏＳ制御サーバ３がこの要求に基づき、帯域確保を行う。

図５は、本通信システムにおけるマルチキャスト通信の帯域確保の動作手順を示す。
（１）ホスト端末１は、ＩＧＭＰによりマルチキャスト参加要求を中継ノード２（Ａ）に行う。
（２）中継ノード２（Ａ）は、ＩＧＭＰによる参加要求受信後、マルチキャストツリーを構築する前に、リソース・ＱｏＳ制御サーバ３に対してリソース確保要求を行う。
（３）リソース・ＱｏＳ制御サーバ３は、既存のリソースの割り当て、トポロジー情報等に基づいて、帯域確保が可能であるどうかリソース計算を行う。可能な場合、中継ノード２間に帯域確保を行う。
（４）中継ノード２（Ａ）は、ユーザの要求コンテンツが既にある場合はそれを配信する。マルチキャストの中継が行われていない場合は、マルチキャストツリーを構築し、配信ツリーの構築を他の中継ノード２に指示する。
（５）配信サーバ４は、配信ツリーの構築後、マルチキャストデータをホスト端末１に配信する。

なお、（３）において、帯域確保が不可能である場合、リソース・ＱｏＳ制御サーバ３は、中継ノード２（Ａ）に帯域確保拒否を通知する応答メッセージを送信する。

図６は、本通信システムにおけるマルチキャスト通信の帯域解放の動作手順を示す。
（１’）ホスト端末１は、ＩＧＭＰによりマルチキャスト離脱要求を中継ノード２（Ａ）に行う。
（２’）中継ノード２（Ａ）は、ＩＧＭＰによる離脱要求受信後、リソース・ＱｏＳ制御サーバ３に対してリソース解放要求を行う。
（３’）リソース・ＱｏＳ制御サーバ３は、リソース計算を再度行い、中継ノード２間の帯域を解放する。

図７は、ＩＧＭＰのパケットフォーマットを示す（参考：ＲＦＣ３３７６）。ホスト端末１から中継ノード２への要求は、ＩＧＭＰメッセージ中の次の要素を利用して行われる。
・レコードタイプ（Record Type）：マルチキャストグループへの参加または離脱を示す。
・グループアドレス（Group Address）:参加を要求するマルチキャストのグループアドレスを示す。
・送信元アドレス（Source Address）:配信元アドレス、つまり配信サーバ４のＩＰアドレスを示す。
・送信元ＩＰアドレス（Receiver Address）:ＩＰヘッダの送信元アドレス、つまりホスト端末１のＩＰアドレスを示す。

ＩＧＭＰメッセージ要求を受けとった中継ノード２は、要求をＮＧＮ標準のDiameter（参考：ＲＦＣ３５８８）プロトコルに変換して、リソース・ＱｏＳ制御サーバ３に要求する。Diameterの場合、ＩＧＭＰパケット情報が以下のように変換され、情報が格納される。
・コマンド種別：リソース要求、またはリソース解放等を示す。ＩＧＭＰのレコードタイプから取得される。
・要求者識別子：どのユーザからのリソース要求であるかを示す。ＩＧＭＰの送信元ＩＰアドレスから取得される。
・フロー情報：フローのプロトコル、送信元端点、宛先端点を示す。フローのプロトコルはＴＣＰまたはＵＤＰを示す。送信元端点はＩＧＭＰの送信元アドレスから取得され、宛先端点は、ＩＧＭＰのグループアドレスから取得される。

図８は、Diameterによる帯域確保要求メッセージの例を示す（参考：ＩＴＵ−Ｔ Ｑ．３３０１．１）。ここで、AA-Requestはコマンド種別であり、リソース要求であることを示している。Globally-Unique-IP-Addressが要求者識別子を示している。Media-Component-Descriptionのフィールドから展開により得られる"permit in 17 from 192.168.1.1 8000 to 192.168.1.2 8001”は、フロー情報を示している。ここでは、フローのプロトコルはＵＤＰ（１７）であることを示し、送信元端点のＩＰアドレスとポート番号は192.168.1.1 8000であり、宛先端点は192.168.1.2 8001であることを示している。

なお、上記実施形態では、中継ノード２からリソース・ＱｏＳ制御サーバ３への要求はDiameterを用いたが、ＳＮＭＰ、ＣＯＰＳ等のネットワーク監視プロトコルもＮＧＮの標準となった場合、これらを用いることもできる。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１ ホスト端末
２ 中継ノード
３ リソース・ＱｏＳ制御サーバ
４ 配信サーバ

Claims (6)

1. 帯域を確保する機能を有するネットワークの中継ノードにおいて、
   端末からマルチキャストグループへの参加要求を受け付ける手段と、
   前記受け付けた要求を、ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを管理するリソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域確保を要求する手段と、
   を備えることを特徴とする中継ノード。
2. 前記端末からマルチキャストグループからの離脱要求を受け付ける手段と、
   前記受け付けた要求を、前記リソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域解放を要求する手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の中継ノード。
3. 前記要求を受け付ける手段は、ＩＧＭＰシグナリングで前記端末から要求を受け付ける手段であり、
   前記リソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルは、Diameter、SNMP trap、COPSまたはsyslogであることを特徴とする請求項１または２に記載の中継ノード。
4. 前記ＩＧＭＰシグナリングは、レコードタイプでマルチキャストグループへの参加または離脱を示し、グループアドレスで、参加または離脱を要求するマルチキャストのグループアドレスを示し、送信元アドレスで配信元アドレスを示し、送信元ＩＰアドレスでＩＰヘッダの送信元アドレスを示し、
   前記Diameterは、ＩＧＭＰのレコードタイプから取得したコマンド種別で、リソース要求またはリソース解放を示し、ＩＧＭＰの送信元ＩＰアドレスから取得した要求者識別子でリソース要求元を示し、フロー情報で、フローのプロトコル、ＩＧＭＰの送信元アドレスから取得した送信元端点、およびＩＧＭＰのグループアドレスから取得した宛先端点を示すことを特徴とする請求項３に記載の中継ノード。
5. 帯域を確保する機能を有するネットワーク通信システムにおいて、
   マルチキャスト通信を中継ノードに要求するホスト端末と、
   前記要求を、リソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域確保を要求する中継ノードと、
   ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを管理し、前記要求に基づき帯域を確保するリソース・ＱｏＳ制御サーバと、
   を備えることを特徴とする通信システム。
6. 帯域を確保する機能を有するネットワークで、マルチキャスト帯域を確保する方法において、
   ホスト端末が、マルチキャストグループへの参加要求を中継ノードに要求するステップと、
   前記中継ノードが、前記要求をリソース・ＱｏＳ制御サーバのプロトコルに変換し、該リソース・ＱｏＳ制御サーバに帯域確保を要求するステップと、
   ネットワーク全体のリソース状態および割り当てを管理するリソース・ＱｏＳ制御サーバが、前記要求に基づき帯域を確保するステップと、
   を含むことを特徴とするマルチキャスト帯域を確保する方法。

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