ネットワークの高速化、効率化の中心技術となるのが輻輳制御である。旧来の電話交換網における輻輳制御では、アーラン呼損式を核とするトラヒック理論がその理論的な支柱となってきた。一方、インターネットに代表されるコンピュータネットワークにおいては、待ち行列理論が古くから輻輳制御設計を解決するものとされてきた。しかしながら、インターネットにおいては、エンド間トランスポート層プロトコルであるTCPがネットワークの輻輳制御の役割も担っている。TCPは基本的にフィードバックメカニズムに基づくものであり、従来の待ち行列理論に代表されるマルコフ理論が意味をなさないのは自明である。本研究テーマでは、そのような考え方に基づき、ネットワークの輻輳制御の解明を目指した研究を進めている。
近年、インターネットの高速化に伴い、動画像のストリーミング転送に代表されるような、リアルタイム系のアプリケーションが急速に普及しつつある。リアルタイム系のアプリケーションは、トランスポート層プロトコルとして、UDP (User Datagram Protocol)またはTCP (Transmission Control Protocol)のどちらかを用いる。インターネットは、複数の利用者がネットワーク帯域を共有する、ベストエフォート型のネットワークである。このため、すべてのネットワークアプリケーションは、ネットワークの輻輳状況に適応する機構が必要となる。
現在のインターネットでは、大部分のトラヒックがTCP (Transmission Control Protocol)によって転送されている。TCPは送信側ホスト受信側ホスト間で輻輳制御を行い、ネットワークの利用可能帯域にあわせてパケットの送出量を調整する機構を有している。しかし、TCPの輻輳制御機構は、AIMD(Additive Increase Multiplicative Decrease)型のウィンドウフロー制御であるため、ラウンドトリップ時間程度のタイムスケールで、送信側ホストからのパケット送出レートが変動してしまう。これは、TCPをデータ転送など非リアルタイム系のアプリケーションで用いる場合には問題とならないが、動画像のストリーミング転送のような、リアルタイム系のアプリケーションでは大きな問題となる。そこで、リアルタイム系のアプリケーションが用いる輻輳制御として、TCPとの公平性を実現することを目指したレート制御方式であるTFRC (TCP-Friendly Rate Control)が注目されている。
これまで、リアルタイム系輻輳制御であるTFRCと、非リアルタイム系輻輳制御であるTCPが混在した環境における、それぞれの輻輳制御の特性解析は進められている。しかし、これらの研究の大部分はシミュレーション実験をもとにしており、TFRCとTCPが混在する環境における、定常特性や過渡特性の解析はまったく行なわれていない。そこで本研究では、TFRCコネクションおよびTCPコネクションが単一のボトルネックリンクを共有するというネットワークにおける、TFRCおよびTCPの定常特性および過渡特性を解析した。まず、TFRCコネクションおよびTCPコネクションのラウンドトリップ時間が一定のもとで、TFRCコネクション、TCPコネクション、REDルータを、それぞれ離散時間システムとしてモデル化した。その後、ここで得られた離散時間モデルを利用して、定常状態におけるTCPコネクションのスループット、TFRCコネクションの送信レート、REDルータの平均キュー長、REDルータにおけるパケット棄却率を導出する。さらに、離散時間モデルを平衡点の近傍で線形化し、平衡点の近傍におけるTCPコネクションおよびTFRCコネクションの過渡特性を解析した。その結果、例えば、TFRCはTCPコネクションとの公平性を実現することを目指して設計されているが、定常状態において、TFRCコネクションのスループットは、TCPコネクションのスループットよりも大きな値となることを定量的に示した。また、TCPのコネクション数もしくはTFRCのコネクション数が増加するにつれ、もしくはボトルネックリンクの容量が増加するにつれ、TFRCおよびTCPの過渡特性が劣化する(逆に、安定性が向上する)ことなどがわかった。