JP2005210719A - パケット交換ネットワークにおいて中断時間を求める方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確かつ自動的にパケット遅延を考慮するパケット交換ネットワークに関する技術を提供すること。
【解決手段】ネットワークの信頼性に関して厳密な動作要件を課す回線切換通信ネットワークに関する。回線交換ネットワークの既存の計測技術は、パケット交換ネットワークに適用できないので、新たな技術が必要とされる。本願発明は、正確かつ自動的にパケット遅延を考慮する技術を提供する。被試験パケット交換ネットワーク（１０４）の１つのポイントに接続されたソースユニット（１０２）が、試験パケットストリームを生成し、該試験パケットストリームをネットワークの他のポイントに接続された分析ユニット（１０６）に送信する。サービス中断は、異常パケット検出によって検出され、中断の前の最後のパケットとサービス回復の後の最初のパケットとの間のサービス中断時間が計測される。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、保護切り換え動作などの切り換え動作を行なうために、パケット交換通信ネットワークでかかった時間を測定するために使用されるタイプの、サービス中断時間を求める装置に関する。さらに、本発明は、パケット交換通信ネットワークにおける中断時間を求める方法に関する。

パケット交換ネットワークの分野では、ネットワーク中のエンティティ間でデータグラムすなわちパケットを通信することが知られている。最近、パケット交換ネットワーク業界ではパケット交換ネットワークの信頼性を改善する動きがある。しかし、パケット交換ネットワークの性質により、業界内ではいわゆる「ベストエフォート」文化が一般的である。この例としては、例えばＷＡＮ（広域ネットワーク）などの密集したパケット交換ネットワークがある。これらのパケットネットワークでは、パケット破損またはバッファオーバフローが起き、パケット損失を招く場合がある。従来、このパケット損失は、受け入れられると考えられている。

対照的に、音声トラフィックを運ぶネットワークなど回線交換通信ネットワーク分野では、ネットワークの信頼性を保証するために回線交換通信ネットワークに厳密な動作要件が課せられている。この結果、回線交換通信ネットワークは、意図した動作時間の９９．９９９％が利用可能であると指定される。しかし、たとえば通信ケーブルが偶然に切断されるなど、サービスの部分的な損失または完全な損失が起きた場合、通信ネットワークはサービスを回復することができなければならない。このバックアップを提供するために、通信ネットワークにいわゆる「自動保護切り換え」（ＡＰＳ）設備を備えることが知られている。ＡＰＳ設備は、トラフィックを、たとえばバックアップ通信ケーブルなどネットワークを介した代替のルートに切り換える機能を通信ネットワークに提供する。

通信ネットワークがサービスの損失を認識し切換動作を行うための時間量は、業界標準によって厳密に管理されている。例えば、「サービス中断時間」として知られるサービスのない合計時間は５０ミリ秒である。従って、通信ネットワークが業界基準にしたがっているかどうかをテストするために、テスト条件でサービス中断時間を測定することが必要である。

回線交換通信ネットワークのサービス中断時間を測定するための既知の１つの技術は、テスト中の通信ネットワークを介して疑似ランダムビットストリーム（ＰＲＢＳ）信号を送信し、送信エラーを検出することを含む。一度サービスが回復されると、第１のエラービットの受信と第１のエラーなしビットの受信の間の期間を測定することにより、サービス中断時間を計算する。「保護帯」期間として知られている後の期間にエラーなしビットを受信すると仮定すると、テスト中の通信ネットワークが提供するサービスは回復されたとみなされ、また、サービス中断時間が正確に測定される。

しかし、上記技術は、ＴＤＭ（時分割多重化）送信システムでサービス中断時間を測定する必要を満たすために開発されたものである。パケット交換ネットワークの分野では、信頼性に関する国際標準は存在しない。またいずれにせよ、パケット交換技術の性質により、上記の回線交換ソリューションはパケット交換技術と互換性がなく、適用できない。

本発明の第１の態様によれば、パケット交換ネットワークにおける中断時間を求める方法が提供される。この方法は、ネットワークを介してパケットのストリームを送信するステップと、パケットのストリームの中で、異常がない第１の複数の連続するパケットを識別するステップと、異常なパケットを検出するステップと、パケットのストリームの中での第２の複数の連続するパケットを識別するステップと、第２の複数のパケットに異常がなく既定のサービス回復基準に一致していることに応答して、第１の複数のパケットと第２の複数のパケットの間の期間を求めるステップとを含む。

異常パケットは、パケットペイロード、または、ネットワークレイヤプロトコル、下位レイヤプロトコルに関する少なくとも１つの既知のエラー検出基準を満たし、「エラー」と考えられる任意のパケットであってよい。パケットは下記条件の１つまたは複数に当てはまる場合、エラーとみなされうる。シーケンス番号が標準プロトコルあるいは独自のいわゆる「テストペイロード」の一部であるなど、シーケンス番号が予期されないものである場合、チェックサムが正しくない場合、遅れが過度である場合、および／またはパケットのペイロード内にＰＲＢＳエラーを有する場合。もちろん、上記のリストは包括的なものではなく、「エラー」という用語の定義を制限することを意図するものではない。

既定のサービス回復基準は、既定の期間内に第２の複数のパケットを受信することであってよい。

既定のサービス回復基準は、第２の複数のパケットが少なくとも既定の数のパケットを含むことであってもよい。

異常パケットは、第２の複数のパケットを受信する前の最後の異常パケットであってもよいし、または、第２の複数のパケットの第１のパケットであってもよい。

第２の複数のパケットと第１の複数のパケットの間の期間は、第２の複数のパケットのうち第１のパケットの開始時と、第１の複数のパケットのうち最後のパケットの終了時の間であってもよい。

送信および／または受信タイムスタンプを使用して、第２の複数のパケットと第１の複数のパケットの間の期間を決定することができる。あるタイムスタンプから別のタイムスタンプを引いて、期間を決定することができる。１つのタイムスタンプは、タイムスタンプ発生器の現在の値であってもよい。もう１つのタイムスタンプはもっとも新しく受信された異常パケットに関連したタイムスタンプであってもよい。

パケット交換ネットワークはイーサネット、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ上のパケット（ＰｏＳ）、ＧＦＰ、非同期転送モード（ＡＴＭ）上のＩＰを含んでいてもよい。

本発明の第２の態様によれば、次の構成要素を含むサービス中断時間を求める装置が提供される。本装置は、パケットのストリームを受信するように構成された受信器を備え、またパケットのストリーム内で第１の異常のない複数の連続パケットを検出するように構成された処理ユニットであって、この処理ユニットはまた、異常なパケットを識別して異常なパケットに続くパケットのストリームの中の第２の複数の連続的なパケットを識別するように構成された処理ユニットを備える。この処理ユニットは、第２の複数のパケットに異常がなく既定のサービス回復基準に一致していることに応答して、第１の複数のパケットと第２の複数のパケットの間の期間を求めるように構成される。

既定のサービス回復基準は、既定の期間内に第２の複数のパケットを受信することであってもよい。

既定のサービス回復基準は、第２の複数のパケットが既定の数のパケットを含むことであってもよい。

異常パケットは、第２の複数のパケットを受信する前の最後の異常パケットであってもよいし、または、第２の複数のパケットのうち第１のパケットであってもよい。

第２の複数のパケットと第１の複数のパケットの間の期間は、第２の複数のパケットのうち第１のパケットの開始時と第１の複数のパケットのうち最後のパケットの終了時の間の期間であってもよい。

送信および／または受信タイムスタンプを使用して、第２の複数のパケットと第１の複数のパケットの間の期間を求めることができる。あるタイムスタンプから別のタイムスタンプを引いて、期間を求めることができる。１つのタイムスタンプはタイムスタンプ発生器の現在の値であってもよい。もう１つのタイムスタンプは、もっとも新しく受信された異常パケットに関連したタイムスタンプであってもよい。

さらに本装置は、パケット交換ネットワークに結合できるインタフェースを含んでいてもよい。

パケット交換ネットワークはイーサネット、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨの上のパケット（ＰｏＳ）、ＧＦＰ、ＡＴＭの上のＩＰを含んでいてもよい。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様に関して上述したサービス中断測定装置に結合されたパケット交換ネットワークを含む、通信ネットワークテスト構成が提供される。

これによって、既知の技術より高い精度でサービス中断時間を測定する装置と方法を提供することができる。保護時間を設けることによって、いわゆる「スイッチバウンス」、すなわち、ネットワークがサービス中断を解決する間のネットワークの間欠的操作によっても、サービス中断時間測定に間違った結果が導入されない。さらに、測定は自動的である。

次に、例として添付図面を参照して、発明の少なくとも１つの実施形態について説明する。

図１を参照すると、パケット交換ネットワークテスト構成１００は、テスト中のパケット交換ネットワーク１０４に結合されたパケットソースユニット１０２、および、テスト中のパケット交換ネットワーク１０４に結合されたパケット分析ユニット１０６を含む。

パケットソースユニット１０２は、パケット送信器１１０に結合されたパケット発生器１０８を含む。パケット送信器１１０は、パケットソースユニット１０２とテスト中のネットワーク１０４の間の結合を介して、テスト中のネットワーク１０４へパケットを送信することができる。

パケット分析ユニット１０６は、パケット分析ユニット１０６とテスト中のネットワーク１０４の間の結合を介して、テスト中のネットワーク１０４からパケットを受信することができるパケット受信器１１２を含む。パケット受信器１１２は、受信器タイムスタンプ発生器１１４と処理ユニット１１６に結合される。受信器タイムスタンプ発生器１１４は処理ユニット１１６にも結合される。

動作においては、ＳＴＡＴＥ変数を「ノーマル」へ初期化し、第１の時間変数Ｔ_１と第２の時間変数Ｔ_２をゼロ（０）秒に初期化する。パケットソースユニット１０２を動作モードに設定する。これによってパケット発生器１０８はパケットのストリームを生成する。ストリーム内の各パケットは、それぞれのシーケンス番号を有し、それぞれのシーケンス番号は各パケットのそれぞれのペイロード内で指定される。その後、パケット送信器１１０は、パケットのストリームをテスト中のネットワーク１０４へ送信する。

この例において、パケットのストリームは固定長パケットのストリームのシーケンスである。しかし、可変長パケットも使用できることを理解されたい。通常状態、つまりサービス中断がないと仮定すると、受信器１１２は、送信器１１０が送信したパケットを、送信されたシーケンスと同じシーケンスで、送信されたレートと同じレートで受信するはずである。

パケット分析ユニット１０６の動作に関しては、説明を簡単に簡潔にするために、パケット受信器１１２は異常がないパケットのストリームで第１の複数の連続的なパケットをすでに受信していると仮定する。図２を参照すると、パケット受信器１１２はパケットの受信を待つ（ステップ２００）ように構成される。各パケットの受信開始に際して、受信器タイムスタンプ発生器１１４はタイムスタンプデータで各パケットのペイロードを補い（図示せず）、各パケットを受信した時の記録を提供する。その後、各パケットは処理ユニット１１６に通信され、処理ユニット１１６はそれを分析し、ＳＴＡＴＥ変数を検査することによってパケット分析ユニット１０６の状態を判定する（ステップ２０２）。ＳＴＡＴＥ変数の初期化などの場合のように、パケット分析ユニット１０６が「ノーマル」状態である場合、処理ユニット１１６はパケットを分析し、パケットが異常であるかどうか、すなわち「エラー」パケットとして分類されるかどうかを判定する（ステップ２０４）。

「エラー」パケットは、例えば予期されたシーケンス番号を含んでいないパケットや正しくないチェックサムを有するパケットなど、パケットペイロード、ネットワークレイヤプロトコル、下位レイヤプロトコルに関する少なくとも１つの既知のエラー検出基準を満たす、受信されたパケットである。別法としては、パケット待ち時間が既定の時間より長い場合、パケットは「エラー」として分類することができる。本発明の別の実施形態では、パケット発生器１０８は、それぞれのペイロード内にＰＲＢＳを含むパケットを生成することができる。パケット分析ユニット１０６が１つまたは複数のパケット内でＰＲＢＳエラーを検出することにより、サービス中断が構成されるとみなされる。

典型的には、不正なパケットは受信器１１２に到達する前にテスト中のネットワーク１０４によって廃棄される。したがって通常は、正しくないシーケンス番号は、サービス中断が生じたという最良の指標となる。テスト中のネットワーク１０４がパケットを廃棄せずにバッファし、サービス回復の後に再度送信する場合、受信されるパケットの待ち時間が長すぎることも有効な指標である。

パケットが「エラー」と分類されない場合、すなわち異常ではないと分類される場合、パケットは「良好」と分類される。

パケットが「良好」と決定された場合（ステップ２０４）、第１の時間変数Ｔ_１は現在時間、すなわち、受信器タイムスタンプ発生器１１４が生成する受信器タイムスタンプの現在の値に設定され（ステップ２０６）、受信器１１２は次のパケットの待機（ステップ２００）を再開する。

別法としては、パケットが「エラー」と判定される場合（ステップ２０４）、第２の時間変数Ｔ_２は現在時間、すなわち受信器タイムスタンプの現在の値に設定され（ステップ２０８）、ＳＴＡＴＥ変数は「測定」に設定される（ステップ２１０）。その後、受信器１１２は次のパケットの待機（ステップ２００）を再開する。

パケットが「エラー」であることがわかり、ＳＴＡＴＥ変数が「測定」に設定された場合、処理ユニット１１６は、パケット分析ユニット１０６が「測定」状態であることを決定し、異常なパケットの次のパケットが「良好」かまたは「エラー」かを決定する（ステップ２１２）ことに進む。「測定」状態では、異常パケットに続くパケットが「エラー」とみなされた場合、第２の時間変数Ｔ_２は現在時間、すなわち受信器タイムスタンプの現在の値に設定され（ステップ２１４）、良好なパケットカウンタ（ｇｐｃ）変数が０（ゼロ）にリセットされ、受信器１１２は次のパケットの待機（ステップ２００）を再開する。異常なパケットが受信されたときに第２の時間変数Ｔ_２を設定するループ（ステップ２００、２０２、２１２、２１４）は、異常のないパケットが受信されるまで繰り返される。

異常がない、すなわち「良好」と考えられるパケットを受信すると（ステップ２１２）、処理ユニット１１６は、受信器タイムスタンプの現在の値と第２の時間変数Ｔ_２の値の間の数学的な差が保護時間未満かどうかを判定する（ステップ２１６）。保護時間は、サービス中断が終了したと分類されるために、既定のＮ個のエラーのない、または「良好な」パケットが受信されなければならない既定の期間である。この例では、保護時間はたとえば１秒までなど十分に大きな値に設定し、任意の「スイッチバウンス」が収まるようにする。保護時間に到達しないかまたは保護時間を超えた場合、良好なパケットカウンタ（ｇｐｃ）変数は１単位インクリメントされ（ステップ２１７）、受信器１１２は次のパケットの待機（ステップ２００）を再開する。保護時間は、許容可能な第２の複数の連続する異常ではないパケットを識別する１つの既定の基準または限定であることが理解されるであろう。異常がないパケットの既定の数Ｎは、サービス中断が終了する別の条件である。この例では、複数の連続するパケットが異常なしとみなされるために、２つの条件を満足する必要がある。

保護時間に到達したかまたは超えた場合、処理ユニット１１６は、保護時間の間、既定の数Ｎの連続的な「良好な」パケットが受信されたかされないかを判定する（ステップ２１８）。既定の数Ｎのパケットが到達していない場合、良好なパケットカウンタ（ｇｐｃ）変数は１単位だけインクリメントされ（ステップ２１９）、受信器１１２は次のパケット待機（ステップ２００）を再開する。

既定の数Ｎのパケットが到達している場合、処理ユニット１１６はＳＴＡＴＥ変数を「ノーマル」に設定し（ステップ２２０）、テスト中のネットワーク１０４が現在サービス中断ではないことを示し、サービス中断時間を計算する（ステップ２２２）。サービス中断時間は第２の時間変数の値Ｔ_２と第１の時間変数の値Ｔ_１の間の数学的な差を計算することによって計算する。すなわち、Ｔ_２−Ｔ_１によって計算する。

測定されるサービス中断時間の分解能は、次の項目を含む多くの要因に依存することを理解されたい。送信されるパケットは固定長であるかまたは可変長であるか、また、使用される送信レートは固定レートであるか可変レートであるか、パケット送信の実際のレート。もちろん、送信速度の量も、測定されるサービス中断時間の解像度の高さに影響を与える。

さらに、上記の例における受信器タイムスタンプ発生器１１４の使用に追加するかまたは別法として、送信器タイムスタンプ発生器を使用して待ち時間を測定することができる。

上記では受信した異常パケットは１つだけであるが、複数の異常パケットの受信も考えられる。

本発明の代替の実施形態は、コンピュータシステムと共に使用するコンピュータプログラム製品として実装することができる。コンピュータプログラム製品はたとえば、ディスケット、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、固定ディスクなどの有形データ記録媒体上に記憶されるか、コンピュータデータ信号に埋め込まれた一連のコンピュータ命令である。この信号は、有形媒体、またはたとえばマイクロ波または赤外線などのワイヤレス媒体上で送信される。一連のコンピュータ命令は、上記の機能の全部または一部を構成することができ、また、半導体、磁気、光、または他のメモリデバイスなど揮発性または不揮発性の任意のメモリデバイス内に記憶できる。

本発明の実施形態を構成する装置の概略図。 図１の装置のための方法のフロー図。

Claims (9)

1. パケット交換ネットワークにおける中断時間を求める方法であって、
   前記パケット交換ネットワークを介してパケットのストリームを送信するステップと、
   前記パケットのストリーム内で、異常のない第１の複数の連続するパケットを識別するステップと、
   異常パケットを検出するステップと、
   前記パケットのストリームの中で第２の複数の連続するパケットを識別するステップと、
   前記第２の複数の連続するパケットに異常がなく所定のサービス回復基準に一致していることに応答して、前記第１の複数の連続するパケットと前記第２の複数の連続するパケットとの間の期間を求めるステップと、
   を含む方法。
2. 前記所定のサービス回復基準は、所定期間内の受信である請求項１に記載の方法。
3. 前記所定のサービス回復基準は、前記第２の複数のパケットが少なくとも所定の数のパケットを含むことである請求項１または２のいずれかに記載の方法。
4. 前記第１の複数の連続するパケットと前記第２の複数の連続するパケットとの間の期間は、前記第１の複数の連続するパケットのうち最後のパケットの終了時と前記第２の複数の連続するパケットのうち最初のパケットの開始時の間の期間である請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. サービス中断時間を求める装置であって、
   パケットのストリームを受信するように構成された受信器と、
   前記パケットのストリームの中で異常のない第１の複数の連続するパケットを検出するように構成された処理ユニットと、を備え、前記処理ユニットはさらに、異常パケットを識別し、該異常パケットに続くパケットのストリームの中で第２の複数の連続するパケットを識別するように構成され、
   前記処理ユニットは、前記第２の複数の連続するパケットに異常がなく所定のサービス回復基準に一致していることに応答して、前記第１の複数の連続するパケットと前記第２の複数の連続するパケットの間の期間を求めるように構成される装置。
6. 前記所定のサービス回復基準は、前記所定の期間の前記第２の複数の連続するパケットの受信である請求項５に記載の装置。
7. 前記所定のサービス回復基準は、前記第２の複数の連続するパケットが所定の数のパケットを含むことである請求項５または６のいずれかに記載の装置。
8. 前記第１の複数の連続するパケットと前記第２の複数の連続するパケットの間の期間は、前記第１の複数のパケットのうち最後のパケットの終了時と前記第２の複数のパケットのうち最初のパケットの開始時との間の期間である請求項５から７のいずれかに記載の装置。
9. 前記請求項５から８のいずれかに記載のサービス中断測定装置に結合されたパケット交換ネットワークを含む通信ネットワーク試験の構成。
   

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