特開 2023-161825 パケット受信プログラム、パケット受信方法および情報処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023161825

(43)【公開日】2023-11-08

(54)【発明の名称】パケット受信プログラム、パケット受信方法および情報処理装置

(51)【国際特許分類】

   H04L 47/56 20220101AFI20231031BHJP

   H04L 47/62 20220101ALI20231031BHJP

   G06F 9/48 20060101ALI20231031BHJP

【ＦＩ】

H04L47/56

H04L47/62

G06F9/48 300F

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022072414

(22)【出願日】2022-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002918

【氏名又は名称】弁理士法人扶桑国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】加藤 純

【テーマコード（参考）】

5K030

【Ｆターム（参考）】

5K030GA02

5K030LB12

5K030MA04

5K030MB12

5K030MC07

(57)【要約】

【課題】通信遅延によるユーザスレッドの処理開始の遅延を軽減する。
【解決手段】コンピュータは、デッドラインが付与されたユーザスレッドがパケットを待つ場合、デッドラインより前でありデッドラインと関連する基準時刻を決定する。コンピュータは、基準時刻までに通信インタフェースでパケットが受信されない場合、カーネルスレッドに制御を渡し、カーネルスレッドを用いて、通信インタフェースの受信状況を反復的に確認するポーリングを実行する。コンピュータは、ポーリングの間に通信インタフェースでパケットが受信された場合、カーネルスレッドを用いて、受信されたパケットを読み出し、ユーザスレッドに読み出したパケットを渡す。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

デッドラインが付与されたユーザスレッドがパケットを待つ場合、前記デッドラインより前であり前記デッドラインと関連する基準時刻を決定し、
前記基準時刻までに通信インタフェースで前記パケットが受信されない場合、カーネルスレッドに制御を渡し、前記カーネルスレッドを用いて、前記通信インタフェースの受信状況を反復的に確認するポーリングを実行し、
前記ポーリングの間に前記通信インタフェースで前記パケットが受信された場合、前記カーネルスレッドを用いて、受信された前記パケットを読み出し、前記ユーザスレッドに前記読み出したパケットを渡す、
処理をコンピュータに実行させるパケット受信プログラム。

【請求項2】

前記カーネルスレッドは、前記デッドラインに応じて前記ユーザスレッドに付与された優先度で実行される、
請求項１記載のパケット受信プログラム。

【請求項3】

前記基準時刻は、少なくとも、前記デッドラインより前であり前記デッドラインに対応するスタート時刻と、前記パケットを伝送するネットワークの最大遅延時間とを用いて決定される、
請求項１記載のパケット受信プログラム。

【請求項4】

前記通信インタフェースで過去に受信された複数のパケットそれぞれの受信時刻および宛先を示す受信履歴データに基づいて、前記複数のパケットの平均受信間隔と、前記複数のパケットのうち前記ユーザスレッド宛て以外のパケットの混入率とを算出する処理を、前記コンピュータに更に実行させ、
前記基準時刻は、前記平均受信間隔および前記混入率を用いて決定される、
請求項１記載のパケット受信プログラム。

【請求項5】

前記ユーザスレッドが複数のパケットを待ち、前記基準時刻より前に前記複数のパケットのうち一部のパケットが受信された場合、残りパケット数に基づいて前記基準時刻を更新する処理を、前記コンピュータに更に実行させる、
請求項１記載のパケット受信プログラム。

【請求項6】

デッドラインが付与されたユーザスレッドがパケットを待つ場合、前記デッドラインより前であり前記デッドラインと関連する基準時刻を決定し、
前記基準時刻までに通信インタフェースで前記パケットが受信されない場合、カーネルスレッドに制御を渡し、前記カーネルスレッドを用いて、前記通信インタフェースの受信状況を反復的に確認するポーリングを実行し、
前記ポーリングの間に前記通信インタフェースで前記パケットが受信された場合、前記カーネルスレッドを用いて、受信された前記パケットを読み出し、前記ユーザスレッドに前記読み出したパケットを渡す、
処理をコンピュータが実行するパケット受信方法。

【請求項7】

パケットを受信する通信インタフェースと、
デッドラインが付与されたユーザスレッドが前記パケットを待つ場合、前記デッドラインより前であり前記デッドラインと関連する基準時刻を決定し、前記基準時刻までに前記通信インタフェースで前記パケットが受信されない場合、カーネルスレッドに制御を渡し、前記カーネルスレッドを用いて、前記通信インタフェースの受信状況を反復的に確認するポーリングを実行し、前記ポーリングの間に前記通信インタフェースで前記パケットが受信された場合、前記カーネルスレッドを用いて、受信された前記パケットを読み出し、前記ユーザスレッドに前記読み出したパケットを渡す処理部と、
を有する情報処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はパケット受信プログラム、パケット受信方法および情報処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

情報処理装置は、他の情報処理装置からの要求に応じて、他の情報処理装置のためのデータ処理を行うユーザスレッドを起動することがある。ユーザスレッドは、他の情報処理装置から受信されるパケットを待ってデータ処理を開始することがある。ＮＩＣ（Network Interface Card）などの通信インタフェースがパケットを受信してからユーザスレッドがパケットを受け取るまでに、典型的には以下のようなパケット処理が実行される。

【0003】

通信インタフェースがパケットを受信すると、オペレーティングシステム（ＯＳ：Operating System）は、割り込み処理によってカーネルスレッドを起動する。カーネルスレッドは、受信されたパケットを読み出し、パケットヘッダを解析して宛先のユーザスレッドを判定する。カーネルスレッドは、ユーザスレッドに対応するメモリ領域にパケットを書き込むなどの処理を通じて、ユーザスレッドにパケットを渡す。ＯＳは、パケット受信待ちのユーザスレッドの待ち状態を解除する。

【0004】

なお、バッファにパケットが滞留することによって生じる遅延ジッタを抑制するパケット転送装置が提案されている。提案のパケット転送装置は、パケットを受信してから転送するまでの遅延時間を推定し、推定した遅延時間と目標遅延時間とに基づいて、バッファから一部のパケットを規則的に廃棄する廃棄ルールを決定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１９／２４４８２８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

リアルタイムアプリケーションのユーザスレッドには、データ処理のデッドラインが付与されていることがある。一方、パケットを伝送するネットワークの通信遅延が大きくなると、ユーザスレッドがパケットを受け取ってデータ処理を開始する時刻が遅くなることがある。その結果、デッドラインまでのデータ処理の猶予時間が短くなることがある。

【0007】

この点、情報処理装置は、通信インタフェースがパケットを受信してからユーザスレッドがパケットを受け取るまでのパケット処理時間を短縮できれば、ユーザスレッドの処理開始の遅延を軽減し得る。しかし、典型的なパケット処理は、通信インタフェースがパケットを受信した後に、デッドラインが付与されたユーザスレッドとは別個のカーネルスレッドを割り込み処理によって起動する。このため、カーネルスレッドを用いたパケット処理が迅速に実行されないおそれがある。そこで、１つの側面では、本発明は、通信遅延によるユーザスレッドの処理開始の遅延を軽減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

１つの態様では、以下の処理をコンピュータに実行させるパケット受信プログラムが提供される。デッドラインが付与されたユーザスレッドがパケットを待つ場合、デッドラインより前でありデッドラインと関連する基準時刻を決定する。基準時刻までに通信インタフェースでパケットが受信されない場合、カーネルスレッドに制御を渡し、カーネルスレッドを用いて、通信インタフェースの受信状況を反復的に確認するポーリングを実行する。ポーリングの間に通信インタフェースでパケットが受信された場合、カーネルスレッドを用いて、受信されたパケットを読み出し、ユーザスレッドに読み出したパケットを渡す。

【0009】

また、１つの態様では、コンピュータが実行するパケット受信方法が提供される。また、１つの態様では、通信インタフェースと処理部とを有する情報処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0010】

１つの側面では、通信遅延によるユーザスレッドの処理開始の遅延が軽減される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施の形態の情報処理装置を説明するための図である。

【図2】第２の実施の形態の情報処理システムの例を示す図である。

【図3】エンドポイントデバイスのハードウェア例を示すブロック図である。

【図4】エッジサーバのハードウェア例を示すブロック図である。

【図5】エッジサーバで実行されるスレッドの例を示す図である。

【図6】エンドポイントデバイスとエッジサーバとの間の通信例を示す図である。

【図7】スレッドの実行開始時刻の例を示す図である。

【図8】エッジサーバの機能例を示すブロック図である。

【図9】受信履歴テーブルの例を示す図である。

【図10】スレッド管理テーブルの例を示す図である。

【図11】受信待ち設定の手順例を示すフローチャートである。

【図12】割り込み受信の手順例を示すフローチャートである。

【図13】ポーリング受信の手順例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態を説明する。

【0013】

図１は、第１の実施の形態の情報処理装置を説明するための図である。
第１の実施の形態の情報処理装置１０は、アプリケーションソフトウェアとして、あるスタート時刻から一定時間内にデータ処理を完了するためのリアルタイムアプリケーションを実行する。情報処理装置１０は、ネットワークを介して他の情報処理装置からパケットを受信し、受信したパケットを用いてデータ処理を行う。情報処理装置１０は、データ処理の結果を他の情報処理装置に送信してもよい。例えば、情報処理装置１０は、他の情報処理装置から画像データを受信し、画像データに対する画像認識の結果を返信する。情報処理装置１０は、コンピュータまたはパケット受信装置と呼ばれてもよい。

【0014】

情報処理装置１０は、通信インタフェース１１および処理部１２を有する。通信インタフェース１１は、パケットを受信するハードウェアインタフェースである。通信インタフェース１１は、ネットワークに接続される。ネットワークは、有線ネットワークを含んでもよく、無線ネットワークを含んでもよい。通信インタフェース１１は、例えば、ＮＩＣまたは通信ポートに相当する。後述するように、通信インタフェース１１は、ユーザスレッド１３が待つパケット１５を受信する。ただし、通信インタフェース１１は、他のユーザスレッド宛てのパケットなど、ユーザスレッド１３宛て以外のパケットも受信し得る。

【0015】

処理部１２は、プロセッサである。処理部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含んでもよい。プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムを実行する。プログラムには、パケット受信プログラムが含まれ得る。プロセッサの集合が、マルチプロセッサまたは単に「プロセッサ」と呼ばれてもよい。情報処理装置１０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性半導体メモリを有してもよく、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの不揮発性ストレージを有してもよい。

【0016】

処理部１２は、リアルタイムアプリケーションのユーザスレッド１３を実行する。ユーザスレッド１３には、デッドライン１６が付与されている。デッドライン１６は、ユーザスレッド１３がデータ処理を完了することが望まれている期限である。デッドライン１６は、あるスタート時刻に一定時間を足すことで算出されてもよい。スタート時刻は、パケット１５を送信する他の情報処理装置から事前に通知されてもよく、他の情報処理装置と情報処理装置１０との間で事前に合意されてもよい。処理部１２は、デッドラインに基づいて複数のスレッドの実行スケジュールを決定してもよい。例えば、処理部１２は、デッドラインが早いスレッドほど優先度を高くする。

【0017】

ユーザスレッド１３は、パケット１５を受け取ってからデータ処理を開始する。そのため、ユーザスレッド１３は、パケット１５を待つ待ち状態になることがある。例えば、ユーザスレッド１３は、パケット受信要求を示すシステムコールをＯＳに対して実行し、ＣＰＵ時間が割り当てられない待ち状態に遷移する。パケット受信要求は、ユーザスレッド１３がパケット１５を受け取るためのユーザ空間のメモリ領域を指定してもよく、一度に受け取るデータのデータ長を指定してもよい。

【0018】

処理部１２は、ユーザスレッド１３がパケット１５を待つ場合、基準時刻１７を決定する。処理部１２は、ユーザスレッド１３が待ち状態になる際に基準時刻１７を決定してもよい。基準時刻１７は、デッドライン１６より前でありデッドライン１６と関連する。基準時刻１７は、デッドライン１６に対応するスタート時刻に一定時間を足すことで算出されてもよく、デッドライン１６から一定時間を引くことで算出されてもよい。スタート時刻に足される時間は、パケット１５を伝送するネットワークの最大遅延時間でもよい。最大遅延時間は、ネットワークの仕様で規定された理論上の最大遅延時間でもよい。

【0019】

また、処理部１２は、後述するカーネルスレッド１４を起動するための起動時間に基づいて、基準時刻１７を調整してもよい。例えば、処理部１２は、カーネルスレッド１４の起動時間だけ、上記の時刻よりも基準時刻１７を早める。また、処理部１２は、過去に通信インタフェース１１で受信されたパケットの受信時刻および宛先を示す受信履歴データを参照して、基準時刻１７を調整してもよい。例えば、処理部１２は、ユーザスレッド１３宛て以外のパケットの混入率と、平均パケット受信間隔と、ユーザスレッド１３の残りパケット数とから期待受信時間を算出し、期待受信時間だけ基準時刻１７を早める。

【0020】

処理部１２は、基準時刻１７までに通信インタフェース１１でパケット１５が受信されない場合、カーネルスレッド１４に制御を渡す。カーネルスレッド１４が起動していない場合、処理部１２は、カーネルスレッド１４を起動してもよい。処理部１２は、ハードウェアタイマを用いて、現在時刻が基準時刻１７になったらカーネルスレッド１４に制御を渡してもよい。カーネルスレッド１４は、ＯＳのカーネル空間で実行されるスレッドである。カーネルスレッド１４は、ユーザスレッド１３のデッドライン１６が付与されてもよく、デッドライン１６に応じた優先度で実行されてもよい。例えば、カーネルスレッド１４は、ＯＳのスケジューリング上、ユーザスレッド１３と同じ優先度で実行される。

【0021】

処理部１２は、カーネルスレッド１４を用いて、通信インタフェース１１のパケット受信状況を反復的に確認するポーリングを実行する。処理部１２は、例えば、ポーリングによって、少なくとも１つのパケットが受信されたか判定する。ポーリングは、通信インタフェース１１の平均パケット受信間隔より短い周期で実行されてもよい。

【0022】

通信インタフェース１１の内部に受信バッファがある場合、処理部１２は、通信インタフェース１１に反復的にアクセスしてもよい。また、通信インタフェース１１の外部のメモリに受信バッファがある場合、処理部１２は、受信バッファがあるメモリ領域に反復的にアクセスしてもよい。外部メモリはＲＡＭであることがあり、通信インタフェース１１から外部メモリへはＤＭＡ（Direct Memory Access）でパケットが書き込まれることがある。また、処理部１２は、パケットの有無を示す制御フラグを反復的に確認してもよい。

【0023】

処理部１２は、ポーリングの間に通信インタフェース１１でパケットが受信されたことを検出する。パケット１５が受信された場合、処理部１２は、カーネルスレッド１４を用いて、パケット１５を読み出してユーザスレッド１３にパケット１５を渡す。

【0024】

例えば、カーネルスレッド１４は、通信インタフェース１１の内部または外部の受信バッファからパケット１５を読み出し、パケット１５のヘッダを解析し、パケット１５の宛先がユーザスレッド１３であると判定する。カーネルスレッド１４は、ユーザスレッド１３に対応するユーザ空間のメモリ領域にパケット１５を書き込む。このメモリ領域はユーザスレッド１３から指定されることがあり、ソケットと呼ばれることがある。ユーザスレッド１３が待つ全てのパケットの受信が完了すると、ＯＳは、ユーザスレッド１３の待ち状態を解除してユーザスレッド１３を実行可能状態にする。

【0025】

なお、情報処理装置１０は、通信インタフェース１１を仮想化してもよい。例えば、情報処理装置１０は、複数のユーザスレッドそれぞれに対して仮想通信ポートを設定し、複数のユーザスレッドそれぞれに対応するカーネルスレッドを実行する。通信インタフェース１１が仮想化された場合、ユーザスレッド１３に対応する受信バッファには、ユーザスレッド１３宛てのパケットが格納され、他のユーザスレッド宛てのパケットが格納されないことがある。ただし、その場合であっても、受信バッファには、ブロードキャストパケットなどユーザスレッド１３宛て以外のパケットが混入していることがある。

【0026】

以上説明したように、第１の実施の形態の情報処理装置１０は、ユーザスレッド１３がパケット１５を待つ場合、デッドライン１６より前でありデッドライン１６と関連する基準時刻１７を決定する。情報処理装置１０は、基準時刻１７までにパケット１５が受信されない場合、カーネルスレッド１４に制御を渡し、カーネルスレッド１４を用いて、通信インタフェース１１の受信状況を反復的に確認するポーリングを実行する。情報処理装置１０は、ポーリングの間にパケット１５が受信された場合、カーネルスレッド１４を用いて、パケット１５を読み出してユーザスレッド１３にパケット１５を渡す。

【0027】

これにより、通信インタフェース１１でパケット１５が受信されてから割り込みによってカーネルスレッド１４を起動する場合と比べて、パケット１５の受信後のオーバヘッドが削減される。また、ポーリングを行ったカーネルスレッド１４が、スレッド切替なしにそのままパケット１５を処理する。よって、基準時刻１７を経過した後は、通信インタフェース１１がパケット１５を受信してからユーザスレッド１３がパケット１５を受け取るまでのパケット処理時間が短縮される。その結果、ネットワークの通信遅延によるユーザスレッド１３のデータ処理開始の遅延が軽減され、デッドライン１６までのデータ処理の猶予時間が長くなる。また、情報処理装置１０は、他の情報処理装置に対して約束するデッドライン１６を早めることが可能となる。

【0028】

なお、情報処理装置１０は、カーネルスレッド１４をデッドライン１６に応じた優先度で実行してもよい。これにより、カーネルスレッド１４が、遅いデッドラインをもつスレッドやデッドラインをもたないスレッドよりも優先的に実行され、カーネルスレッド１４の起動後のパケット処理時間が短縮する。

【0029】

また、情報処理装置１０は、基準時刻１７を、デッドライン１６に対応するスタート時刻とネットワークの最大遅延時間とを用いて決定してもよい。また、情報処理装置１０は、受信履歴データに基づいて、平均受信間隔とユーザスレッド１３宛て以外のパケットの混入率とを算出してもよく、平均受信間隔および混入率を用いて基準時刻１７を決定してもよい。これにより、カーネルスレッド１４がポーリングを開始してからパケット１５が到着するまでのポーリング時間が短縮され、情報処理装置１０の負荷が抑制される。

【0030】

また、情報処理装置１０は、基準時刻１７より前に一部のパケットが受信された場合、残りパケット数に基づいて基準時刻１７を更新してもよい。これにより、複数のパケットのうち途中のパケットから通信遅延が大きくなった場合であっても、適切な時刻からカーネルスレッド１４のポーリングが開始される。

【0031】

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態を説明する。
図２は、第２の実施の形態の情報処理システムの例を示す図である。

【0032】

第２の実施の形態の情報処理システムは、エンドポイントデバイス３１，３２などの複数のエンドポイントデバイス、無線基地局３３、エッジサーバ３４およびクラウドサーバ３５を含む。エッジサーバ３４は、第１の実施の形態の情報処理装置１０に対応する。

【0033】

エンドポイントデバイス３１，３２は、リアルタイムアプリケーションが実行されるエッジサーバ３４に対するクライアント装置である。エンドポイントデバイス３１，３２は、リアルタイムアプリケーションに対し、データが生成されてから一定時間内に当該データの解析結果が得られることを要求する。第２の実施の形態では、エンドポイントデバイス３１，３２は画像データを生成する撮像部を有し、リアルタイムアプリケーションは画像認識アプリケーションである。エンドポイントデバイス３１，３２の例として、監視カメラやドローンが挙げられる。

【0034】

エンドポイントデバイス３１，３２は、無線基地局３３と無線通信を行う。エンドポイントデバイス３１，３２は、無線基地局３３を介してエッジサーバ３４に周期的に画像データを送信し、エッジサーバ３４から無線基地局３３を介して画像認識結果を受信する。画像データの送信周期は、例えば、数十ミリ秒から数百ミリ秒程度である。画像認識結果は、例えば、画像領域の情報とその画像領域に写った物体のクラスの情報とを含む。

【0035】

無線基地局３３は、エンドポイントデバイス３１，３２と無線通信を行い、エッジサーバ３４と有線通信を行う通信装置である。無線基地局３３は、エンドポイントデバイス３１，３２から画像データのパケットを受信し、そのパケットをエッジサーバ３４に転送する。また、無線基地局３３は、エッジサーバ３４から画像認識結果のパケットを受信し、そのパケットをエンドポイントデバイス３１，３２に転送する。例えば、１枚の画像データは数十キロバイト程度であり、数パケットから数十パケット程度に相当する。

【0036】

エッジサーバ３４は、リアルタイムアプリケーションを実行するサーバコンピュータである。エッジサーバ３４は、クラウドサーバ３５と比べて無線基地局３３に近い位置にある。エッジサーバ３４は、エンドポイントデバイス３１，３２との間でＴＣＰ（Transmission Control Protocol）コネクションを確立し、エンドポイントデバイス毎に１つのユーザスレッドを起動する。ユーザスレッドは、画像データを周期的に受信し、受信した画像データに対して画像認識を行い、画像認識結果を返信する。

【0037】

エッジサーバ３４は、エンドポイントデバイス３１，３２よりも大きなハードウェアリソースを有しており、エンドポイントデバイス３１，３２が実行する場合よりも高速に画像認識を実行できる。例えば、エッジサーバ３４は、ＧＰＵを用いて画像認識を高速に実行する。エッジサーバ３４は、エンドポイントデバイス３１，３２から、初回の画像データの送信時刻とその後の画像データの送信周期とが通知される。エッジサーバ３４は、初回送信時刻と送信周期から、各回の画像データの送信時刻を算出できる。ユーザスレッドは、各回の送信時刻から一定時間内に画像認識を完了することになっている。

【0038】

クラウドサーバ３５は、データセンタに配置されたサーバコンピュータである。クラウドサーバ３５は、エッジサーバ３４と比べて無線基地局３３から遠い位置にある。クラウドサーバ３５も、画像認識に十分なハードウェアリソースを有している。しかし、無線基地局３３とクラウドサーバ３５の間の通信遅延が大きいおそれがあるため、クラウドサーバ３５に代わってエッジサーバ３４が画像認識を実行する。

【0039】

図３は、エンドポイントデバイスのハードウェア例を示すブロック図である。
エンドポイントデバイス３１は、バスに接続されたＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、不揮発性メモリ１０３、撮像部１０４および無線インタフェース１０５を有する。エンドポイントデバイス３２も、エンドポイントデバイス３１と同様のハードウェアを有する。

【0040】

ＣＰＵ１０１は、プログラムの命令を実行するプロセッサである。ＣＰＵ１０１は、不揮発性メモリ１０３に記憶されたプログラムやデータをＲＡＭ１０２にロードし、プログラムを実行する。エンドポイントデバイス３１は、複数のプロセッサを有してもよい。

【0041】

ＲＡＭ１０２は、ＣＰＵ１０１で実行されるプログラムおよびＣＰＵ１０１で演算に使用されるデータを一時的に記憶する揮発性半導体メモリである。エンドポイントデバイス３１は、ＲＡＭ以外の種類の揮発性メモリを有してもよい。

【0042】

不揮発性メモリ１０３は、ＯＳ、ミドルウェア、アプリケーションソフトウェアなどのソフトウェアのプログラム、および、データを記憶する不揮発性ストレージである。不揮発性メモリ１０３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）でもよいし、フラッシュメモリなどの書き換え可能メモリでもよい。エンドポイントデバイス３１は、ＨＤＤなどの他の種類の不揮発性ストレージを有してもよい。

【0043】

撮像部１０４は、画像データを生成するイメージセンサである。例えば、撮像部１０４は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサである。撮像部１０４は、ＣＰＵ１０１からの要求に応じて画像データを生成し、ＲＡＭ１０２に画像データを格納する。

【0044】

無線インタフェース１０５は、無線基地局３３との間で無線リンクを確立し、無線リンク上でデータを送受信する通信インタフェースである。無線インタフェース１０５は、画像データのパケットをＲＡＭ１０２から読み出して無線基地局３３に送信し、画像認識結果のパケットを無線基地局３３から受信してＲＡＭ１０２に格納する。なお、ＣＰＵ１０１は、画像認識結果に応じてエンドポイントデバイス３１の挙動を制御してもよい。

【0045】

図４は、エッジサーバのハードウェア例を示すブロック図である。
エッジサーバ３４は、バスに接続されたＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２、ＨＤＤ１１３、ＧＰＵ１１４、入力インタフェース１１５、媒体リーダ１１６およびＮＩＣ１１７を有する。クラウドサーバ３５がエッジサーバ３４と同様のハードウェアを有してもよい。ＮＩＣ１１７は、第１の実施の形態の通信インタフェース１１に対応する。ＣＰＵ１１１は、第１の実施の形態の処理部１２に対応する。

【0046】

ＣＰＵ１１１は、プログラムの命令を実行するプロセッサである。ＣＰＵ１１１は、ＨＤＤ１１３に記憶されたプログラムやデータをＲＡＭ１１２にロードし、プログラムを実行する。エッジサーバ３４は、複数のプロセッサを有してもよい。

【0047】

ＲＡＭ１１２は、ＣＰＵ１１１で実行されるプログラムおよびＣＰＵ１１１で演算に使用されるデータを一時的に記憶する揮発性半導体メモリである。エッジサーバ３４は、ＲＡＭ以外の種類の揮発性メモリを有してもよい。

【0048】

ＨＤＤ１１３は、ＯＳ、ミドルウェア、アプリケーションソフトウェアなどのソフトウェアのプログラム、および、データを記憶する不揮発性ストレージである。プログラムには、パケット受信プログラムが含まれる。エッジサーバ３４は、フラッシュメモリやＳＳＤ（Solid State Drive）などの他の種類の不揮発性ストレージを有してもよい。

【0049】

ＧＰＵ１１４は、ＣＰＵ１１１と連携して画像処理を行い、エッジサーバ３４に接続された表示装置１２１に画像を出力する。表示装置１２１は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイまたはプロジェクタである。また、ＧＰＵ１１４は、ＧＰＧＰＵ（General Purpose Computing on Graphics Processing Unit）として使用されてもよい。ＧＰＵ１１４は、ＣＰＵ１１１からの指示に応じてプログラムを実行し得る。エッジサーバ３４は、ＲＡＭ１１２以外の揮発性半導体メモリをＧＰＵメモリとして有してもよい。

【0050】

入力インタフェース１１５は、エッジサーバ３４に接続された入力デバイス１２２から入力信号を受け付ける。入力デバイス１２２は、例えば、マウス、タッチパネルまたはキーボードである。エッジサーバ３４に複数の入力デバイスが接続されてもよい。

【0051】

媒体リーダ１１６は、記録媒体１２３に記録されたプログラムおよびデータを読み取る読み取り装置である。記録媒体１２３は、例えば、磁気ディスク、光ディスクまたは半導体メモリである。磁気ディスクには、フレキシブルディスク（ＦＤ：Flexible Disk）およびＨＤＤが含まれる。光ディスクには、ＣＤ（Compact Disc）およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）が含まれる。媒体リーダ１１６は、記録媒体１２３から読み取られたプログラムおよびデータを、ＲＡＭ１１２やＨＤＤ１１３などの他の記録媒体にコピーする。読み取られたプログラムは、ＣＰＵ１１１によって実行されることがある。

【0052】

記録媒体１２３は、可搬型記録媒体であってもよい。記録媒体１２３は、プログラムおよびデータの配布に用いられることがある。また、記録媒体１２３およびＨＤＤ１１３が、コンピュータ読み取り可能な記録媒体と呼ばれてもよい。

【0053】

ＮＩＣ１１７は、ネットワーク３０を介して無線基地局３３と通信する有線通信インタフェースである。ＮＩＣ１１７は、１以上の通信ポートを含む。ＮＩＣ１１７は、スイッチやルータなどの有線通信装置とケーブルによって接続される。ＮＩＣ１１７は、無線基地局３３からパケットを受信する。ＮＩＣ１１７は、ＮＩＣ１１７の内部にある受信バッファまたはＲＡＭ１１２に形成された受信バッファに、受信したパケットを格納する。ＲＡＭ１１２とＮＩＣ１１７との間のデータ転送は、ＤＭＡによって行われる。受信バッファは、パケットがあるか否かを示す制御フラグをもっていてもよい。

【0054】

図５は、エッジサーバで実行されるスレッドの例を示す図である。
エッジサーバ３４は、リアルタイムアプリケーション１３１，１３２、非リアルタイムアプリケーション１３３およびオペレーティングシステム１３４を有する。

【0055】

リアルタイムアプリケーション１３１は、受け付けた画像データに対して画像認識を行うアプリケーションソフトウェアである。画像認識にはＧＰＵ１１４が使用されてもよい。リアルタイムアプリケーション１３１は、エンドポイントデバイス３１からの要求に応じて、エンドポイントデバイス３１のためのユーザスレッド１３５を起動する。また、リアルタイムアプリケーション１３１は、エンドポイントデバイス３２からの要求に応じて、エンドポイントデバイス３２のためのユーザスレッド１３６を起動する。

【0056】

ユーザスレッド１３５は、初回の画像データを受け付ける前に、初回送信時刻および送信周期がエンドポイントデバイス３１から通知される。ユーザスレッド１３５は、この情報に基づいて、次の画像データの送信時刻を特定し、次の送信時刻に一定時間を足した時刻を次のデッドラインとして算出する。ユーザスレッド１３５は、このデッドラインまでに、次の画像データに対する画像認識を完了する。同様に、ユーザスレッド１３６は、初回送信時刻および送信周期がエンドポイントデバイス３２から通知される。ユーザスレッド１３６は、次の送信時刻に一定時間を足した時刻を次のデッドラインとして算出し、このデッドラインまでに、次の画像データに対する画像認識を完了する。

【0057】

リアルタイムアプリケーション１３２は、リアルタイムアプリケーション１３１とは異なるデータ処理を行うアプリケーションソフトウェアである。リアルタイムアプリケーション１３２は、ユーザスレッド１３７，１３８を起動する。ユーザスレッド１３７，１３８には、ユーザスレッド１３５，１３６と同様にデッドラインが付与される。

【0058】

非リアルタイムアプリケーション１３３は、応答のリアルタイム性が要求されないアプリケーションソフトウェアである。非リアルタイムアプリケーション１３３は、デッドラインが付与されない１以上のスレッドを起動する。

【0059】

オペレーティングシステム１３４は、エッジサーバ３４が有するハードウェアを管理する制御ソフトウェアである。オペレーティングシステム１３４は、パケット処理を行うカーネルスレッド１３９を起動する。カーネルスレッド１３９は、ＮＩＣ１１７とユーザスレッド１３５，１３６，１３７，１３８との間でパケットを転送する。

【0060】

また、オペレーティングシステム１３４は、ユーザスレッド１３５，１３６，１３７，１３８およびカーネルスレッド１３９にＣＰＵ１１１のＣＰＵ時間を割り当てるスケジューリングを行う。オペレーティングシステム１３４は、デッドラインに応じて各スレッドの優先度を判定するデッドラインスケジューリングを行う。デッドラインが早いスレッドほど優先度が高く、デッドラインが無いスレッドの優先度はデッドラインがあるスレッドよりも低い。なお、ユーザスレッド１３５，１３６，１３７，１３８はユーザ空間で実行され、カーネルスレッド１３９はカーネル空間で実行される。

【0061】

ＮＩＣ１１７で受信されたパケットは、原則的には次のようにしてユーザスレッド１３５，１３６，１３７，１３８に渡される。あるユーザスレッドがパケットを待つ場合、当該ユーザスレッドは、オペレーティングシステム１３４に対してパケット受信要求のシステムコールを実行する。パケット受信要求は、パケットが書き込まれるユーザ空間のメモリ領域と、受信が期待されるパケットのデータ長とを指定する。当該ユーザスレッドは、ＣＰＵ時間が割り当てられない待ち状態に遷移する。

【0062】

ＮＩＣ１１７がパケットを受信すると、ＮＩＣ１１７は、ＮＩＣ１１７内部のメモリにある受信バッファまたはＮＩＣ１１７外部のメモリ（例えば、ＲＡＭ１１２）にある受信バッファに、受信されたパケットを書き込む。受信バッファは、受信されたパケットの有無を示す制御フラグをもつ。ＮＩＣ１１７は、ハードウェア割り込みによって、パケットが受信されたことをＣＰＵ１１１に通知する。

【0063】

ＣＰＵ１１１で実行されるオペレーティングシステム１３４は、ソフトウェア割り込みによってカーネルスレッド１３９を起動する。カーネルスレッド１３９は、受信バッファからパケットを読み出し、プロトコル処理を行ってパケットのヘッダを解析する。カーネルスレッド１３９は、ヘッダに基づいて宛先のユーザスレッドを判定し、宛先のユーザスレッドに対応するメモリ領域にパケットを書き込む。宛先のユーザスレッドは、例えば、宛先ＩＰ（Internet Protocol）アドレスと宛先ポート番号とから判定される。

【0064】

ただし、割り込み処理によって起動されたカーネルスレッド１３９は、デッドラインをもたない。このため、デッドラインスケジューリングの都合上、カーネルスレッド１３９の優先度がユーザスレッド１３５，１３６よりも低く、カーネルスレッド１３９のパケット処理がすぐに開始されるとは限らない。要求していた全てのパケットをユーザスレッドが受け取ると、オペレーティングシステム１３４は、当該ユーザスレッドの待ち状態を解除する。待ち状態が解除されたユーザスレッドは、実行可能状態に遷移し、デッドラインスケジューリングに従ってＣＰＵ時間が割り当てられる。

【0065】

なお、エッジサーバ３４は、ＮＩＣ１１７を仮想化してもよい。その場合、エッジサーバ３４は、ユーザスレッド毎に仮想通信ポートおよび受信バッファを設定し、ユーザスレッド毎にカーネルスレッドを起動する。ただし、ＮＩＣ１１７を仮想化した場合であっても、受信バッファには、ブロードキャストパケットなど特定のユーザスレッド宛てパケット以外のパケットが混入することがある。

【0066】

図６は、エンドポイントデバイスとエッジサーバとの間の通信例を示す図である。
ここでは、エンドポイントデバイス３１とエッジサーバ３４との間の通信の例を説明する。エンドポイントデバイス３２も、エッジサーバ３４との間で同様の通信を行う。

【0067】

エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ１１に画像データ４１のパケットを送信する。時刻Ｔ１１は送信時刻であり、エンドポイントデバイス３１にとって、画像データ４１に対する処理を開始するスタート時刻である。エッジサーバ３４は、時刻Ｔ１２までに、無線通信ネットワークを介して画像データ４１のパケットを受信する。時刻Ｔ１２は、無線通信ネットワークのパケット伝送が最大限遅延した場合の受信デッドラインであり、時刻Ｔ１１に理論上の最大遅延時間を足した時刻である。多くの場合、エッジサーバ３４は、時刻Ｔ１２より前に画像データ４１のパケットを受信し終える。ただし、無線通信ネットワークの遅延時間は変動するため、実際の受信時刻は不確定である。

【0068】

エッジサーバ３４は、時刻Ｔ１３までに、画像データ４１に対する画像認識を完了する。そして、エッジサーバ３４は、画像認識結果４２のパケットを送信する。時刻Ｔ１３は、ユーザスレッドデッドラインであり、時刻Ｔ１２に一定時間を足した時刻である。この一定時間は、カーネルスレッド１３９によるパケット処理の最大所要時間と、ユーザスレッド１３５による画像認識の最大所要時間とを含む。よって、時刻Ｔ１３は、送信時刻に、無線通信ネットワークの最大遅延時間とパケット処理の最大所要時間と画像認識の最大所要時間とを足した時刻である。パケット処理および画像認識の最大所要時間は、エッジサーバ３４を運用する事業者によって事前に見積もられる。

【0069】

エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ１４までに画像認識結果４２のパケットを受信する。時刻Ｔ１４は、エンドポイントデバイス３１にとって、画像データ４１に対する処理を完了すべきエンドポイントデッドラインである。時刻Ｔ１４は、時刻Ｔ１３に、無線通信ネットワークの理論上の最大遅延時間を足した時刻である。よって、時刻Ｔ１４は、送信時刻に、無線通信ネットワークの往復分の最大遅延時間と、エッジサーバ３４におけるパケット処理および画像認識の最大所要時間とを足した時刻である。時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１４までの最大待ち時間は、エンドポイントデバイス３１を使用するユーザとエッジサーバ３４を運用する事業者との間の契約で事前に決定される。

【0070】

同様にして、エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ２１に画像データ４３のパケットを送信する。時刻Ｔ２１は、時刻Ｔ１１に一周期分の時間を足した次の送信時刻である。エッジサーバ３４は、時刻Ｔ２２までに画像データ４３のパケットを受信する。時刻Ｔ２２は、時刻Ｔ２１に対応する受信デッドラインである。エッジサーバ３４は、時刻Ｔ２３までに画像認識を完了し、画像認識結果４４のパケットを送信する。時刻Ｔ２３は、時刻Ｔ２１に対応するユーザスレッドデッドラインである。エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ２４までに画像認識結果４４のパケットを受信する。時刻Ｔ２４は、時刻Ｔ２１に対応するエンドポイントデッドラインである。

【0071】

また、エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ３１に画像データ４５のパケットを送信する。時刻Ｔ３１は、時刻Ｔ２１に一周期分の時間を足した次の送信時刻である。エッジサーバ３４は、時刻Ｔ３２までに画像データ４５のパケットを受信する。時刻Ｔ３２は、時刻Ｔ３１に対応する受信デッドラインである。エッジサーバ３４は、時刻Ｔ３３までに画像認識を完了し、画像認識結果４６のパケットを送信する。時刻Ｔ３３は、時刻Ｔ３１に対応するユーザスレッドデッドラインである。エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ３４までに画像認識結果４６のパケットを受信する。時刻Ｔ３４は、時刻Ｔ３１に対応するエンドポイントデッドラインである。

【0072】

図７は、スレッドの実行開始時刻の例を示す図である。
ここでは、ユーザスレッド１３５，１３６が併存している場合における、エッジサーバ３４から見たデッドライン管理について説明する。

【0073】

エンドポイントデバイス３２は、時刻Ｔ５１に画像データのパケットを送信する。ＮＩＣ１１７にパケットが到着すると、エッジサーバ３４はカーネルスレッド１３９を起動する。カーネルスレッド１３９は、時刻Ｔ５２に処理を開始する。カーネルスレッド１３９の処理が終了した後、ユーザスレッド１３６は時刻Ｔ５３に処理を開始する。時刻Ｔ５１に対応するユーザスレッドデッドラインは時刻Ｔ５４である。時刻Ｔ５３以降、ユーザスレッド１３６は時刻Ｔ５４に応じた優先度で実行される。なお、図７において時刻Ｔ５１より下の処理はエッジサーバ３４の処理である。

【0074】

一方、エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ４１に画像データのパケットを送信する。ＮＩＣ１１７にパケットが到着すると、エッジサーバ３４はカーネルスレッド１３９を起動する。カーネルスレッド１３９は時刻Ｔ４２に処理を開始する。カーネルスレッド１３９の処理が終了した後、ユーザスレッド１３５は時刻Ｔ４３に処理を開始する。時刻Ｔ４１に対応するユーザスレッドデッドラインは時刻Ｔ４４である。時刻Ｔ４３以降、ユーザスレッド１３５は時刻Ｔ４４に応じた優先度で実行される。なお、図７において時刻Ｔ４１より下の処理はエッジサーバ３４の処理である。

【0075】

ここで、時刻Ｔ４１は時刻Ｔ５１よりも早く、時刻Ｔ４４は時刻Ｔ５４より早い。しかし、エンドポイントデバイス３１のパケットに対する無線通信ネットワークの伝送遅延が、エンドポイントデバイス３２よりも大きい。そのため、エンドポイントデバイス３１のパケットは、エンドポイントデバイス３２よりも後にＮＩＣ１１７に到着している。

【0076】

エンドポイントデバイス３１のパケットがＮＩＣ１１７に到着しても、割り込み処理によってカーネルスレッド１３９を起動するオーバヘッドがあるため、すぐにカーネルスレッド１３９の処理が始まるわけではない。また、時刻Ｔ４２では、デッドラインが付与されたユーザスレッド１３６が実行中である。カーネルスレッド１３９にはデッドラインが付与されていないため、カーネルスレッド１３９の優先度がユーザスレッド１３６よりも低く、カーネルスレッド１３９の処理が遅延するおそれがある。その結果、時刻Ｔ４３が遅くなり、時刻Ｔ４３から時刻Ｔ４４までの猶予時間が短くなる。

【0077】

エンドポイントデバイス３１のパケットの通信遅延が大きい場合であっても、エッジサーバ３４は、パケットがＮＩＣ１１７に到着してからユーザスレッド１３５が処理を開始するまでのパケット処理時間を短縮できれば、通信遅延の影響を軽減できる。これにより、画像認識の猶予時間が長くなり、スレッドスケジューリングの負担が軽減される。また、エッジサーバ３４を運用する事業者は、ユーザに対してより短い最大待ち時間を約束することが可能となり、リアルタイムアプリケーションの価値が向上する。そこで、第２の実施の形態のエッジサーバ３４は、以下のような方法でパケット処理時間を短縮する。

【0078】

エンドポイントデバイス３１は、時刻Ｔ６１に画像データのパケットを送信する。エッジサーバ３４は、ユーザスレッド１３５が待ち状態に遷移する際に、ポーリング起動時刻を設定しておく。時刻Ｔ６２はポーリング起動時刻である。エッジサーバ３４は、時刻Ｔ６２の時点で未受信のパケットがある場合、カーネルスレッド１３９を起動する。時刻Ｔ６２では、カーネルスレッド１３９に制御が渡され、カーネルスレッド１３９がポーリングを開始する。

【0079】

ここで起動されたカーネルスレッド１３９は、ＮＩＣ１１７の受信バッファを反復的に確認するポーリングを実行する。例えば、カーネルスレッド１３９は、受信されたパケットの有無を示す制御フラグを反復的に確認する。ポーリングは、例えば、１マイクロ秒未満の十分に短い周期で行われる。また、このカーネルスレッド１３９は、ユーザスレッド１３５に付与されたデッドラインを引き継ぐ。時刻Ｔ６５は、時刻Ｔ６１に対応するユーザスレッドデッドラインである。よって、エッジサーバ３４は、時刻Ｔ６５に応じた優先度でカーネルスレッド１３９を実行する。

【0080】

カーネルスレッド１３９は、ＮＩＣ１１７にパケットが到着したことを時刻Ｔ６３に検出する。すると、カーネルスレッド１３９は、割り込み処理によるスレッド切替のオーバヘッドなしで、受信されたパケットに対する処理を開始する。ポーリングは十分に短い周期で行われるため、パケット到着後すぐにパケット処理が開始される。カーネルスレッド１３９の処理が終了した後、ユーザスレッド１３５は時刻Ｔ６４に処理を開始する。カーネルスレッド１３９は、時刻Ｔ６５に応じた優先度をもつため、時刻Ｔ５４に応じた優先度をもつユーザスレッド１３６よりも優先的に実行される。その結果、時刻Ｔ６３から時刻Ｔ６４までのパケット処理時間が短縮される。なお、図７において時刻Ｔ６１より下の処理はエッジサーバ３４の処理である。

【0081】

ここで、ポーリングはエッジサーバ３４の負荷を高くするおそれがあるため、エッジサーバ３４は、ポーリング起動時刻を早くし過ぎないことが好ましい。第２の実施の形態では、エッジサーバ３４は、ユーザスレッド１３５が要求するパケットが受信デッドラインの直前にまとめて受信される場合を想定して、ポーリング起動時刻を決定する。これは、無線通信ネットワークが最大限遅延した場合に相当する。以下、ポーリング起動時刻の算出方法の具体例について説明する。

【0082】

エッジサーバ３４は、ＮＩＣ１１７に到着したパケットのパケット受信履歴を継続的に記録する。パケット受信履歴は、例えば、直近数千パケット分のレコードを含む。各レコードは、パケットの受信時刻と宛先スレッドとを対応付ける。エッジサーバ３４は、パケット受信履歴から平均受信間隔および混入率を算出する。平均受信間隔は、隣接するパケットの受信時刻差の平均である。平均受信間隔は、例えば、１０マイクロ秒である。混入率は、全パケットに対するユーザスレッド１３５宛て以外のパケットの割合である。受信バッファが仮想化されている場合の混入率は、例えば、２０％である。

【0083】

エッジサーバ３４は、ユーザスレッド１３５が待ち状態に遷移する際、ユーザスレッド１３５の待ちパケット数Ｎを特定する。エッジサーバ３４は、待ちパケット数Ｎおよび混入率から期待受信パケット数Ｎ’を算出する。期待受信パケット数Ｎ’は、ユーザスレッド１３５宛て以外のパケットも含めて、ユーザスレッド１３５の待ちパケットが全て揃うまでに受信されるパケットの個数の推定値である。混入率が２０％である場合、Ｎ’＝Ｎ÷（１－０．２）＝１．２５Ｎである。

【0084】

エッジサーバ３４は、期待受信パケット数Ｎ’および平均受信間隔から、期待受信時間Ｔを算出する。期待受信時間Ｔは、Ｎ’個のパケットを受信するための通信時間の推定値である。平均受信間隔が１０マイクロ秒である場合、Ｔ＝１０Ｎ’＝１２．５Ｎである。エッジサーバ３４は、今回の受信デッドラインＤと、カーネルスレッド１３９を起動するためのオーバヘッドであるスレッド起動時間αと、期待受信時間Ｔとから、ポーリング起動時刻を算出する。ポーリング起動時刻は、例えば、Ｄ－（Ｔ＋α）である。ただし、Ｄ－（Ｔ＋α）より一定時間だけ早い時刻をポーリング起動時刻としてもよい。

【0085】

なお、エッジサーバ３４は、平均受信間隔および混入率を、ポーリング起動時刻を決定する毎に最新のパケット受信履歴から算出してもよい。また、エッジサーバ３４は、平均受信間隔および混入率を、定期的にパケット受信履歴から算出して保存してもよい。その場合、ポーリング起動時刻の決定には、直近の平均受信間隔および混入率が使用される。

【0086】

次に、エッジサーバ３４の機能および処理手順について説明する。
図８は、エッジサーバの機能例を示すブロック図である。
エッジサーバ３４は、パケット処理部１４１、受信履歴管理部１４２、割り込み部１４３、ポーリング部１４４、ポーリング制御部１４５およびスケジューラ１４６を有する。これらの処理部は、カーネル空間で実行されるプログラムに対応する。

【0087】

パケット処理部１４１は、カーネルスレッドの中で実行される。パケット処理部１４１は、ＮＩＣ１１７の内部または外部にある受信バッファからパケットを読み出し、プロトコル処理を行ってパケットのヘッダを解析する。パケット処理部１４１は、ヘッダに基づいて宛先のユーザスレッドを判定し、ユーザ空間のメモリ領域にパケットを書き込む。

【0088】

受信履歴管理部１４２は、パケット処理部１４１によって処理されたパケットの受信履歴を管理する。受信履歴管理部１４２は、ＲＡＭ１１２のカーネル空間のメモリ領域に受信履歴データを保存する。受信履歴管理部１４２は、パケット処理部１４１がパケットを１つ処理する毎に、受信時刻および宛先を示すレコードを受信履歴データに追加し、受信履歴データから古いレコードを１つ削除する。

【0089】

割り込み部１４３は、ＮＩＣ１１７からのハードウェア割り込みを受けて実行される割り込みハンドラである。割り込み部１４３は、ＮＩＣ１１７でパケットが受信されると、割り込み処理によってカーネルスレッドを起動する。ここで起動されるカーネルスレッドでは、パケット処理部１４１の処理が実行される。ただし、ポーリングのためにカーネルスレッドが実行中である場合、割り込み処理は行われない。割り込み処理によって起動されるカーネルスレッドには、デッドラインは付与されない。

【0090】

ポーリング部１４４は、パケット処理部１４１と同一のカーネルスレッドの中で実行される。ポーリング部１４４は、ＮＩＣ１１７の内部または外部にある受信バッファの制御フラグを一定周期で反復的に確認する。パケットが受信されたことを検出すると、ポーリング部１４４は、パケット処理部１４１を呼び出す。パケット処理部１４１は、ポーリング部１４４と同一のカーネルスレッド内でパケット処理を開始する。ポーリング部１４４は、ユーザスレッドのパケットが全て揃うとポーリングを停止する。

【0091】

ポーリング制御部１４５は、ポーリング部１４４のポーリングの開始および終了を制御する。ポーリング制御部１４５は、デッドラインが付与されたユーザスレッドが待ち状態に遷移する際、ポーリング起動時刻を決定し、ポーリング起動時刻になるとカーネルスレッドが起動してポーリングが開始されるようにタイマを設定する。ポーリング制御部１４５は、カーネルスレッドにユーザスレッドと同じデッドラインを付与する。

【0092】

ポーリング起動時刻を決定するために、ポーリング制御部１４５は、受信履歴管理部１４２がもつ受信履歴データを参照し、平均受信間隔や混入率などのパラメータ値を算出する。ポーリング起動時刻の前に、ユーザスレッドが待つパケットのうち一部のパケットが受信された場合、ポーリング制御部１４５は、残りパケット数に応じてポーリング起動時刻を更新する。また、ポーリング起動時刻の前に、ユーザスレッドが待つ全てのパケットが受信された場合、ポーリング制御部１４５は、ポーリング起動時刻を削除する。

【0093】

スケジューラ１４６は、デッドラインに基づいてスレッドの優先度を決定するデッドラインスケジューリングを行う。スケジューラ１４６は、エンドポイントデバイス３１，３２に対応するユーザスレッド１３５，１３６や、割り込み処理またはポーリング起動処理によって起動されたカーネルスレッドのスケジューリングを行う。

【0094】

図９は、受信履歴テーブルの例を示す図である。
受信履歴テーブル１５１は、ＲＡＭ１１２に記憶される。受信履歴テーブル１５１は、受信時刻および宛先をそれぞれ含む複数のレコードを記憶する。受信時刻は、マイクロ秒以下の微小時間を区別できるタイムスタンプである。受信時刻として、ＣＰＵのクロック毎にカウントアップするＣＰＵカウンタの値が使用されてもよい。宛先は、ユーザスレッドを識別する。宛先として、スレッドＩＤまたはポート番号が使用されてもよい。

【0095】

図１０は、スレッド管理テーブルの例を示す図である。
スレッド管理テーブル１５２は、ＲＡＭ１１２に記憶される。スレッド管理テーブル１５２は、スレッドＩＤ、スレッドデッドライン、待ちパケット数およびポーリング起動時刻を対応付けて記憶する。スレッドＩＤは、ユーザスレッドを識別する。スレッドデッドラインは、次の画像データに対する画像認識のデッドラインである。初回のスレッドデッドラインは、エンドポイントデバイスから通知された初回送信時刻に基づいて算出される。ある画像データに対する画像認識が完了すると、エンドポイントデバイスから通知された送信周期だけスレッドデッドラインが増加する。

【0096】

待ちパケット数は、ユーザスレッドが待っているパケットの残り個数である。一部のパケットが受信されると待ちパケット数が減少する。ポーリング起動時刻は、ポーリング用のカーネルスレッドを起動すべき時刻である。ポーリング起動時刻の前に一部のパケットが受信されると、ポーリング起動時刻が遅くなる。スレッドデッドラインおよびポーリング起動時刻として、ＣＰＵ１１１がもつカウンタ値が使用されてもよい。

【0097】

図１１は、受信待ち設定の手順例を示すフローチャートである。
（Ｓ１０）オペレーティングシステム１３４は、ユーザスレッドから、ユーザ空間のメモリ領域のアドレスとデータ長とを含むパケット受信要求を受け付ける。

【0098】

（Ｓ１１）ポーリング制御部１４５は、パケット受信要求の要求元のユーザスレッドは、デッドラインが付与されたユーザスレッドであるか判断する。デッドラインが付与されたユーザスレッドである場合、ステップＳ１２に処理が進む。デッドラインが付与されていないユーザスレッドである場合、ステップＳ１４に処理が進む。

【0099】

（Ｓ１２）ポーリング制御部１４５は、ポーリング起動時刻を算出する。このとき、ポーリング制御部１４５は、デッドラインに対応する送信時刻と無線通信ネットワークの最大遅延時間とから、受信デッドラインＤを算出する。ポーリング制御部１４５は、受信履歴データから算出される平均受信間隔および混入率と、待ちパケット数Ｎと、スレッド起動時間αと、受信デッドラインＤとから、ポーリング起動時刻を算出する。

【0100】

（Ｓ１３）ポーリング制御部１４５は、ステップＳ１２で算出されたポーリング起動時刻にカーネルスレッドを起動するタイマを設定する。
（Ｓ１４）スケジューラ１４６は、要求元のユーザスレッドを待ち状態に遷移させる。

【0101】

図１２は、割り込み受信の手順例を示すフローチャートである。
（Ｓ２０）割り込み部１４３は、ＮＩＣ１１７にパケットが到着したことを検出する。
（Ｓ２１）割り込み部１４３は、割り込み処理によってカーネルスレッドを起動する。このカーネルスレッドには、デッドラインは付与されない。

【0102】

（Ｓ２２）パケット処理部１４１は、受信バッファからパケットを読み出してヘッダを解析し、宛先のユーザスレッドを判定する。パケット処理部１４１は、宛先のユーザスレッドに対応するユーザ空間のメモリ領域にパケットを書き込む。

【0103】

（Ｓ２３）ポーリング制御部１４５は、パケットの宛先はデッドラインが付与されたユーザスレッドであるか判断する。デッドラインが付与されたユーザスレッドである場合、ステップＳ２４に処理が進む。それ以外の場合、ステップＳ２７に処理が進む。

【0104】

（Ｓ２４）ポーリング制御部１４５は、宛先のユーザスレッドが待つ全てのパケットの受信が完了したか判断する。全てのパケットの受信が完了した場合、ステップＳ２５に処理が進む。未受信のパケットがある場合、ステップＳ２６に処理が進む。

【0105】

（Ｓ２５）ポーリング制御部１４５は、ポーリング起動時刻を削除する。これにより、タイマが停止される。そして、ステップＳ２７に処理が進む。
（Ｓ２６）ポーリング制御部１４５は、宛先のユーザスレッドの残りパケット数に基づいて、ポーリング起動時刻を更新する。

【0106】

（Ｓ２７）受信履歴管理部１４２は、パケット受信履歴に、今回受信されたパケットの受信時刻および宛先を示すレコードを追加する。
（Ｓ２８）パケット処理部１４１は、宛先のユーザスレッドが待つ全てのパケットの受信が完了したか判断する。全てのパケットの受信が完了した場合、ステップＳ２９に処理が進む。未受信のパケットがある場合、割り込み受信が終了する。

【0107】

（Ｓ２９）スケジューラ１４６は、宛先のユーザスレッドの待ち状態を解除する。なお、受信バッファに２以上のパケットが格納されている場合、パケット毎にステップＳ２２～Ｓ２９の処理が実行される。

【0108】

図１３は、ポーリング受信の手順例を示すフローチャートである。
（Ｓ３０）ポーリング制御部１４５は、ポーリング起動時刻の到来を検出する。
（Ｓ３１）ポーリング制御部１４５は、カーネルスレッドが起動されていない場合はカーネルスレッドを起動する。ポーリング制御部１４５は、カーネルスレッドに、パケット受信要求の要求元のユーザスレッドと同じデッドラインを付与して制御を渡す。

【0109】

（Ｓ３２）ポーリング部１４４は、ＮＩＣ１１７にパケットが到着したか否か確認するポーリングを開始する。ポーリングは、例えば、ＮＩＣ１１７の内部または外部のメモリから、パケットの有無を示す制御フラグを反復的に読み出すことによって行われる。

【0110】

（Ｓ３３）ポーリング部１４４は、ＮＩＣ１１７にパケットが到着したか判断する。ＮＩＣ１１７にパケットが到着した場合、ステップＳ３４に処理が進む。ＮＩＣ１１７にパケットが到着していない場合、ステップＳ３３が再び実行される。

【0111】

（Ｓ３４）パケット処理部１４１は、受信バッファからパケットを読み出してヘッダを解析し、宛先のユーザスレッドを判定する。パケット処理部１４１は、宛先のユーザスレッドに対応するユーザ空間のメモリ領域にパケットを書き込む。

【0112】

（Ｓ３５）受信履歴管理部１４２は、パケット受信履歴に、今回受信されたパケットの受信時刻および宛先を示すレコードを追加する。
（Ｓ３６）パケット処理部１４１は、要求元のユーザスレッドが待つ全てのパケットの受信が完了したか判断する。全てのパケットの受信が完了した場合、ステップＳ３７に処理が進む。未受信のパケットがある場合、ステップＳ３３に処理が戻る。

【0113】

（Ｓ３７）ポーリング部１４４は、ポーリングを停止する。スケジューラ１４６は、要求元のユーザスレッドの待ち状態を解除する。
以上説明したように、第２の実施の形態のエッジサーバ３４は、ユーザスレッドにデッドラインを付与し、デッドラインが早いユーザスレッドの優先度を高くするデッドラインスケジューリングを行う。これにより、エンドポイントデバイスがデータを生成してから一定時間内にデータ処理が完了し、リアルタイムアプリケーションの価値が向上する。

【0114】

また、ネットワークの通信遅延が大きくなった場合、エッジサーバ３４は、パケットの到着前にカーネルスレッドを起動してポーリングを開始し、パケットの到着後すぐに同一のカーネルスレッドを用いてパケット処理を行う。これにより、パケットが到着してから割り込み処理によってカーネルスレッドを起動する場合と比べて、パケットの到着後のオーバヘッドが削減され、ユーザスレッドの処理開始が早くなる。

【0115】

また、ポーリングを行うカーネルスレッドは、ユーザスレッドのデッドラインを引き継ぐ。これにより、デッドラインが付与された他のユーザスレッドとカーネルスレッドとが妥当な優先度でスケジューリングされ、カーネルスレッドにおけるパケット処理の遅延が抑制される。その結果、ネットワークの通信遅延が大きくなった場合におけるユーザスレッドのデータ処理開始の遅延が軽減され、十分なデータ処理時間が確保される。また、エッジサーバ３４を運用する事業者は、エンドポイントデバイスのユーザに対して約束するデッドラインを早めることが可能となる。

【0116】

また、エッジサーバ３４は、エンドポイントデバイスの今回のデータ送信時刻と無線通信ネットワークの最大遅延時間とから、ポーリング起動時刻を決定する。また、エッジサーバ３４は、カーネルスレッドの所要起動時間を考慮してポーリング起動時刻を調整する。また、エッジサーバ３４は、パケット受信履歴から平均受信間隔および混入率を算出し、ユーザスレッドが待つパケットの所要受信時間を推定し、所要受信時間を考慮してポーリング起動時刻を調整する。また、エッジサーバ３４は、一部のパケットがポーリング起動時刻の前に受信された場合、ポーリング起動時刻を変更する。これにより、ポーリングがパケット到着直前の適切なタイミングで開始されることが期待される。よって、ポーリング時間が無駄に長くなることが抑制され、エッジサーバ３４の負荷が抑制される。

【符号の説明】

【0117】

１０ 情報処理装置
１１ 通信インタフェース
１２ 処理部
１３ ユーザスレッド
１４ カーネルスレッド
１５ パケット
１６ デッドライン
１７ 基準時刻

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】