JP2006033715A - ネットワークｅ２ｅ性能評価システムと方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 ボトルネック要因が複数想定され、かつ、Ｅ２Ｅにおける各区間での品質変動に独立性を仮定できない場合にも、ネットワークに過剰な負荷をかけることなく、かつ、品質劣化を見逃さない、品質監視を可能とする。
【解決手段】 複数のネック要因が想定されるもとで、パッシブ測定手段１ｂによる、測定によるサービスヘの影響が小さいＭＩＢ情報ベースの監視により、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄにおいてＥ２Ｅ品質を推定して劣化有無の判定を行い、劣化箇所特定手段１ｅにおいて劣化箇所を特定すると共に、アクティブ測定手段１ａでの試験パケットによるＥ２Ｅ品質測定など不定期に得られる情報を活用してＥ２Ｅ品推定の補正をする仕組みを具備することで、既存の技術の長所（簡易性、正確さ）を包括する技術を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インターネット等のパケット交換網におけるネットワーク性能管理技術に係わり、特に、エンドツーエンド（以下、Ｅ２Ｅと記述）において良好なネットワークサービスを提供するために、品質劣化が発生したときに早期に検出する仕組みを提供する技術に関するものである。

従来のパケット交換網における品質劣化の検出を行う技術としては、例えば、非特許文献１，２に記載のものがある。非特許文献１に記載の技術は、ネットワークリソースの使用伏況による管理を行うものであり、Ｅ２Ｅ品質（転送遅延時間、パケット損失率などネットワークのＥ２Ｅにおける性能を示す）とネットワークリソース負荷量の関係を事前に評価（その対応関係を性能曲線とよぶ）し、ルータ等の装置に標準的に実装されているＭＩＢ（Management Information Base）をＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol）により取得することでリソース負荷量を計測し、前述の性能曲線を利用して品質を推定し、劣化の有無を判定し、劣化と判定されれば管理者に通知する。

また、非特許文献２に記載の技術は、試験パケットによるエンドツーエンド品質測定結果による管理を行うものであり、代表的な対地に測定器を配置し、その間で試験パケット（ｐｉｎｇなど）を送受信し、その品質を計測し、劣化の有無を判定し、劣化と判定されれば管理者に通知する。

しかし、非特許文献１に記載の技術では、性能曲線を、ボトルネックとなるリソースの負荷量とＥ２Ｅ品質の対応関係で特徴付けている。これはボトルネック箇所以外のリソース負荷量のＥ２Ｅに対する影響が無視できること（すなわち、ボトルネック箇所は１箇所）を前提としているため、複数のネック箇所が存在する場合には精度が非常に悪くなる。

また、各リソースに対して、そこでの負荷量と区分された品質（エンドツーエンド品質のうち、その部分での品質、例えば、Ｅ２Ｅの転送遅延を考えるなら、該当リソースでの処理時間）の対応関係をもとに、各リソースでの品質の振る舞い（確率的な挙動）が独立であると仮定してＥ２Ｅ品質を推定する技術もあるが、図１４に示すように、隣接するリソース間での相関が強い場合には、各点での品質状況が分布として同じ（すなわち、周辺分布が同じ）でも、Ｅ２Ｅ品質分布のばらつきが大きくなり、すなわち、品質推定における信頼区間幅が大きくなり、品質劣化判定精度が悪くなる。

図１４は、従来技術における隣接するリソース間での相関に関する問題点を示す説明図である。図１４（ａ）と図１４（ｂ）の２つのケースを考えると、両ケースとも、各点Ｒ１、Ｒ２における周辺分布は同じである。しかし、Ｅ２Ｅ品質の分布は、図１４（ａ）のほうが相関性が強いためばらつきが大きくなる。従って、品質劣化は図１４（ｂ）の場合のほうが起きやすいといえる。品質変動を考慮した品質劣化判定を行うには、測定値の相関性を含めたモデル化が必須である。

また、非特許文献２に記載の技術では、大規模なネットワーク（ＮＷ）では対地数が多くなり、代表対地の選び方によっては品質が大きく異なり精度が悪いとともに、測定のためにネットワークに試験パケットを流すのでサービスに影響を与えるなどの懸念がある。

織、"回帰曲線を用いたエンド・エンド性能パラメータの分布推定法"，信学技報ＩＮ２０００−１３８，ＣＱ２０００−６２（２０００−１１），ｐｐ．３１−３６ 高土居，川村，四宮，"映像ストリーミングの品質劣化検出における試験パケット送出パタンの影響評価"，２００２年電子情報通信学会総合大会，Ｂ−１１−７，ｐｐ．６２

解決しようとする問題点は、従来の第１の技術（非特許文献１）では、ボトルネック箇所以外のリソース負荷量のＥ２Ｅに対する影響が無視できること、すなわち、ボトルネック箇所が１箇所であることを前提としているため、複数のネック箇所が存在する場合には精度が非常に悪くなる点と、従来の第２の技術（非特許文献２）では、対地数が多い大規模なネットワークにおいては、代表対地の選び方によって品質が大きく異なり精度が悪いとともに、測定のためにネットワークに試験パケットを流すのでサービスに影響を与えるなどの懸念がある点である。

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、複数のネック要因が想定されるもとで、測定によるサービスヘの影響が小さいＭＩＢ情報ベースの監視により、Ｅ２Ｅ品質を推定し、劣化有無の判定を行い、劣化箇所を特定するものである。また、ＭＩＢ情報を必ずしも取得し得ないネットワークリソースがある場合にも、試験パケットによるＥ２Ｅ品質測定など不定期に得られる情報を活用してＥ２Ｅ品推定の補正をする仕組みを具備することで、既存の技術の長所（非特許文献１の簡易性、非特許文献２の正確さ）を包括する技術を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明では、ネットワークにおけるＥ２Ｅ（エンドツーエンド）の品質管理技術において、複数のネック要因が想定されるもとで、パッシブ測定手段１ｂによる測定によるサービスヘの影響が小さいＭＩＢ情報ベースの監視により、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄにおいてＥ２Ｅ品質を推定して劣化有無の判定を行い、劣化箇所特定手段１ｅにおいて劣化箇所を特定すると共に、アクティブ測定手段１ａでの試験パケットによるＥ２Ｅ品質測定など不定期に得られる情報を活用してＥ２Ｅ品推定の補正をする仕組みを具備することを主たる特徴とする。これによって、ボトルネックが複数箇所存在する場合の品質推定において、ネットワーク（ＮＷ）に多大な負荷をかけることなく、より精度の高い品質推定を行うことができる。また、区間品質の同時確率密度分布を推定し、Ｅ２Ｅ品質と区間品質の構造式を利用してＥ２Ｅ品質を推定することで、区間品質に相関がある場合に回帰分析では問題となる多重共線による推定精度問題を避けることができ、より精度の高い品質推定を行うことができる。

本発明によれば、ボトルネック要因が複数想定され、かつ、Ｅ２Ｅにおける各区間での品質変動に独立性を仮定できない場合にも、ネットワークに過剰な負荷をかけることなく、かつ、品質劣化を見逃さない、品質監視が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態例を図で示される実施例を用いて説明する。

図１は、本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムの第１の構成例を示すブロック図であって、図２は、本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムの第２の構成例を示すブロック図、図３は、本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価方法の処理手順例を示すフローチャート、図４は、本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムを用いたネットワークの第１の構成例を示す説明図、図５は、本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムを用いたネットワークの第２の構成例を示す説明図ブロック図である。

図１および図２におけるネットワークＥ２Ｅ性能評価システム１，２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や主メモリ、表示装置、入力装置、外部記憶装置からなるコンピュータ構成からなり、光ディスク駆動装置等を介してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記録されたプログラムやデータを外部記憶装置内にインストールした後、この外部記憶装置から主メモリに読み込みＣＰＵで処理することにより、各手段の機能を実行する。

すなわち、ネットワークＥ２Ｅ性能評価システム１，２１は、パケット交換網を介して提供するサービスにおける、エンドツーエンド（Ｅ２Ｅ）のパケット損失率など、Ｅ２Ｅ品質を測定しその劣化判定を行うために、アクティブ測定手段（機能部）１ａ，２１ａ、パッシブ測定手段（機能部）１ｂ，２１ｂ、ＮＷ構成管理手段１ｃ、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段（機能部）１ｄ，２１ｄ、劣化箇所特定手段（機能部）１ｅ，２１ｅのそれぞれをプログラムに基づく処理機能として具備している。

アクティブ測定手段１ａ，２１ａは、随時に低頻度で試験パケットを用いた品質測定を行い、パッシブ測定手段１ｂ，２１ｂは、測定対象とするＥ２Ｅの経路におけるネットワーク装置などの装置（測定・管理の対象２、測定対象２２）が計測している情報、例えば、ＭＩＢ（Management Information Base）で規定されているオブジェクトの計測情報、転送パケット数やオクテット数などを取得する。

ＮＷ構成管理手段１ｃは、アクティブ測定手段１ａ，２１ａおよびパッシブ測定手段１ｂ，２１ｂに対し、測定・管理の対象２、測定対象２２に関する測定指示情報として図２に示すように、Ｅ２Ｅのアドレス、ＭＩＢ収集オブジェクト、測定周期や、試験パケット条件（サイズ、送出間隔分布）、測定項目などを指定する。

Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄ，２１ｄは、パッシブ測定手段１ｂ，２１ｂにおいて取得した計測情報からＥ２Ｅ品質推定モデル（後述の「式１」で規定）をもとにＥ２Ｅ品質を推定すると共に、アクティブ測定手段１ａ，２１ａによるＥ２Ｅ品質測定が可能な場合にその測定結果をもとに、前述のＥ２Ｅ品質推定モデルを補正し、推定したＥ２Ｅ品質をもとにＥ２Ｅ品質の劣化判定を行う。尚、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄ，２１ｄにおいては、判定期間Ｔ、即定数Ｍ、許容範囲Ｘ１、許容頻度Ｘ２などの測定条件が設定される。

劣化箇所特定手段１ｅ，２１ｅは、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄにおいて劣化判定された場合に、その劣化箇所の特定を行う。尚、劣化箇所特定手段１ｅ，２１ｅにおいては、許容領域Ｙ１，２、許容領域Ｚ１，２が設定される。

このように、本例のネットワークＥ２Ｅ性能評価システム１，２１は、インターネット等のパケット交換網を介して提供するサービスにおける、エンドツーエンド（Ｅ２Ｅ）のパケット損失率を含むＥ２Ｅ品質を測定しその劣化判定を行う際、パッシブ測定手段１ｂ，２１ｂにおいて、測定対象とするＥ２Ｅの経路上の装置が計測しているＭＩＢ情報を含むネットワーク情報を指定された周期で取得し、アクティブ測定手段１ａ，２１ａにおいては、指定された契機で試験パケットを用いて測定対象とするＥ２Ｅの品質測定を行う。

そして、Ｅ２Ｅ品質推定劣化判定手段１ｄ，２１ｄにおいて、パッシブ測定手段１ｂ，２１ｂで取得したネットワーク情報から測定対象のＥ２Ｅ品質の推定に用いる、予め記憶装置に記憶されたＥ２Ｅ品質推定モデル式（後述の式１）を、アクティブ測定手段１ａ，２１ａの測定結果をもとに補正し、補正したＥ２Ｅ品質推定モデル式を用いてパッシブ測定手段１ｂで取得したネットワーク情報から測定対象のＥ２Ｅ品質を推定し、推定したＥ２Ｅ品質をもとにＥ２Ｅ品質の劣化判定を行い、劣化箇所特定手段１ｅ，２１ｅにおいて、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄ，２１ｄで劣化判定された箇所を特定する。

尚、後に詳述するが、Ｅ２Ｅ品質推定劣化判定手段１ｄ，２１ｄは、各測定値の同時結合分布を推定し、推定した同時結合分布をもとに分布の裾（α％パーセンタイル値）を推定する。

また、Ｅ２Ｅ品質推定劣化判定手段１ｄ，２１ｄは、パッシブ測定手段１ｂ，２１ｂで取得したネットワーク情報と、アクティブ測定手段１ａ，２１ａの測定結果とを組み合わせることにより、Ｅ２Ｅ品質推定モデル式を補正する。

劣化箇所特定手段１ｅ，２１ｅは、測定対象のＥ２Ｅ経路上のリソース使用状況を横断的に分析して、当該Ｅ２Ｅ経路上における劣化箇所候補を検出する。あるいは、Ｅ２Ｅ品質に対する各ネットワークリソース毎に規定した区間品質変動の寄与分を評価することによって、単独要因での劣化箇所を特定し、Ｅ２Ｅ品質に対する複数の区間品質変動の相関性のある挙動の寄与分を評価することによって、複数要因で起きる場合の劣化箇所を特定する。さらに、劣化箇所特定手段１ｅ，２１ｅは、Ｅ２Ｅ経路上のネットワークリソースにおける負荷量対損失、あるいは負荷量対送出待ちキュー長（遅延）を相対比較することで劣化原因および劣化箇所を絞り込む。

以下、このような構成からなる本例のネットワークＥ２Ｅ性能評価システム１，２１の処理動作を、図３を用いて説明する。尚、この図３に示す各処理は、後の図６〜図１３で詳述する。

図３において、まず、評価対象のＥ２Ｅを指定する（ステップＳ３０１）。そして、定常監視として、定期的に、指定されたＥ２Ｅ上のリソース情報を取得し（ステップ３０２）、指定したＥ２Ｅ経路におけるＭＩＢ情報を取得する（パッシブ測定）（ステップ３０３）。その取得（パッシブ測定）結果に基づきＥ２Ｅ品質を推定し（ステップ３０４）、劣化判定（ステップＳ３０５）、劣化箇所の特定（ステップ３０６）を行う。

また、指定したＥ２Ｅのエンド地点に測定装置が配置されていれば実施するものとして、随時監視を行い、指定したＥ２Ｅのエンド間で、試験パケットにより品質を測定し（アクティブ測定）（ステップＳ３０７）、その測定結果、および、ステップＳ３０４でのＥ２Ｅ品質の推定結果データを用いて、推定モデルの補正を行う（ステップＳ３０８）。そして、見直し後のモデルに基づき、ステップＳ３０４でのＥ２Ｅ品質推定を行い、ステップＳ３０５での劣化判定、ステップＳ３０６での劣化箇所の特定を行う。

図４においては、本発明の一実施の形態（１）を示しており、ここでは、ユーザ４３ａ，４３ｂが利用するネットワーク４４上のＥ２Ｅ（ルータ４５ａ，４５ｅ）にアクティブ測定手段４２ａ，４２ｂが配置されている場合の実施形態例を示している。

この場合、パッシブ測定手段１ｂ，２１ｂ、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄ，２１ｄ、劣化箇所特定手段１ｅ，２１ｅを具備した装置４１において、指定の経路に沿ったＮＷ（ネットワーク）のＥ２Ｅ品質に関して、通常は、ＭＩＢ情報ベースの監視で劣化検出及び劣化箇所特定を行い、アクティブ測定器がＥ２Ｅに設置されている対地に関しては、随時の測定により、上記結果と照合することで推定精度を向上させることが可能である。

図５においては、本発明の一実施の形態（２）を示しており、ここでは、ユーザ５３ａ，５３ｂが利用するネットワーク５４ｂ，５４ｃ上のＥ２Ｅ（ルータ５５ａ，５５ｆ）ではなく、基幹網５４ａにアクティブ測定機能部５２が配置されている場合の実施形態例を示している。ここでは、基幹網５４ａは、品質劣化が無視できるほど高性能なネットワークであり、この基幹網５４ａを中心とするスター型の構成になっている。

この場合、パッシブ測定手段１ｂ，２１ｂ、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段１ｄ，２１ｄ、劣化箇所特定手段１ｅ，２１ｅを具備した装置５１において、指定の経路に沿ったＮＷ（ネットワーク）のＥ２Ｅ品質に関して、通常は、ＭＩＢ情報ベースの監視で劣化検出及び劣化箇所特定を行い、さらに、基幹網５４ａに配置したアクティブ測定器５２により、評価対象のＥ２Ｅのエンドルータ５５ａ，５５ｆに対する往復品質を計測することで、ＭＩＢ情報ベースのＥ２Ｅ品質推定の精度を向上させることができる。

以下、図６から図１３を用いて、図３に示す各ステップでの処理の詳細を説明する。図６は、図３におけるステップＳ３０１での処理の詳細を示す説明図であり、図７は、図３におけるステップＳ３０３での処理の詳細を示す説明図、図８は、図３におけるステップＳ３０４での処理の詳細その１／２を示す説明図、図９は、図３におけるステップＳ３０３での処理の詳細その２／２を示す説明図、図１０は、図３におけるステップＳ３０６での処理の詳細その１／３を示す説明図、図１１は、図３におけるステップＳ３０６での処理の詳細その２／３を示す説明図、図１２は、図３におけるステップＳ３０６での処理の詳細その３／３を示す説明図、図１３は、図３におけるステップＳ３０８での処理の詳細を示す説明図である。

まず、図６に示すように、ステップＳ３０１においては、評価対象のエンドツーエンド（Ｅ２Ｅ）を指定する。すなわち、品質評価対象とするネットワークのＥ２Ｅを、「｛ルータＲｉ（ホスト名など）、ルータＩＦのＩＰアドレスａｄｉ（ｌｉｎｋ）｝、ｉ＝１,２,３,・・・,ｎ」のように指定する。

次に、ステップＳ３０２においては、指定されたＥ２Ｅ上のリソース情報を取得する。すなわち、ステップＳ３０１で指定されたＥ２Ｅに関するＭＩＢ情報を取得するための情報（具体的には、ＳＮＭＰエージェントに関する情報、ルータ名、ルータアドレス、ルータインターフェース情報（経路となるＬｉｎｋを特定する情報）など）を入力する。例えば、ネットワークリソースに関する管理データベースがあればアクセスして取得する。

次に、図７に示すように、ステップＳ３０３においては、指定されたＥ２Ｅ経路におけるＭＩＢ情報を取得する。すなわち、経路上にあるリソース（ルータ）毎に図７に示すＭＩＢ情報をＳＮＭＰを利用して取得する。

ここでは、あらかじめ指定した測定周期単位でのＥ２Ｅの各リソースにおける測定値を以下のように記号化する。

「ルータｉにおける第ｊ番目の測定値」
・回線速度Ｓｉ（ｊ）
・パケット数Ｐｋｉ（ｊ）（送信側）
・パケット長Ｐｌｉ（ｊ）（送信側）
・転送情報量Ｐｂｉ（ｊ）（送信側）
・キュー長Ｑｉ（ｊ）
（※単位は情報量とする）
・損失数Ｋｉ（ｊ）
・その他

次に、図８に示すように、ステップＳ３０４においては、指定されたＥ２Ｅの品質を推定する。その際、まず、記号の準備を行う。すなわち、評価対象のＥ２Ｅ通信を、ルータＲｉ及びｌｉｎｋｉに関する区間ｉ（ｉ=１,２,…,ｎ）に分割して考える。

Ｙ：評価対象としているＥ２Ｅ品質をあらわす変数。
Ｙｉ：区間ｉに関する区間に限定したときの寄与部分（例えば、Ｅ２Ｅのパケット損失なら、該当区間における損失部分を意味する）をあらわす変数。
Ｘｉ：区間ｉにおける着目する測定項目に関する測定値をあらわす変数。

ここで、Ｅ２Ｅ品質Ｙは、各区間Ｙｉの和で表現できるよう適当な単位の変換を行うこととする。例えば、遅延時間であれば和でよい。また、損失率であれば、Ｅ２Ｅで損失しない確率（率）の対数を考えれば、後述するように、ＹはＹｉの和として表現できる。

これらの変数は、クロストラヒックの変動などの確率的な要因の影響により、時間とともに確率的な振る舞いをする変数、すなわち、確率変数とみなすことができる。すると、これらの確率変数を使って以下のモデルのように回帰モデルをつくることができる。

Ｙｉ＝Ｘｉ＋Ａｉ＋εｉ

但し、Ａｉは、ＭＩＢ情報では把握することのできない、区間ｉに関する区間における潜在的な劣化箇所に起因する偏向（ここでは定数として扱う）であり、εｉは、ＸｉがＭＩＢ情報でクロストラヒックを含むマクロな指標なのに対しＹｉはフローの該当箇所で経験する品質であること、などに起因するＹｉとＸｉとの差異（誤差）をあらわすものである。

さらに、Ｅ２Ｅ品質Ｙに関しては、以下の式１となる。
Ｙ＝ΣＸｉ＋Ａ＋ε （ここで、Ａ＝ΣＡｉ、ε＝Σεｉ）・・・（式１）

具体的な品質項目に関して、以下のようにして上式のモデルをつくることができる。

（１）転送遅延時間に関して、
「Ｙ：Ｅ２Ｅの転送遅延時間」、
「Ｙｉ：区間ｉでの転送遅延時間」、
「Ｘｉ：Ｑｉ／Ｓｉ」
とすると、
Ｙ＝ΣＹｉ、Ｙｉ＝Ｘｉ＋Ａｉ＋εｉ （但し、Ａｉは１パケットの転送時間あるいは本モデルであらわせなかった箇所での遅延時間、εは誤差）とあらわせ、上記（式１）のモデルにあてはめることができる。

（２）パケット損失率に関して、
「Ｚ：Ｅ２Ｅのパケット損失率」、
「Ｙ：ｌｏｇ（１−Ｚ）」、
「ｐ０：評価対象のＥ２Ｅにおいて、評価時に流れると想定したパケット総数（例えば、試験パケット総数などを意味する）」、
「ｐｉ：上記のパケットのうち、ルータｉを通過した数（ｉ=１,２，・・・，ｎ）」、
「ｋｉ：上記のパケットのうち、ルータｉで損失した数（ｉ=１,２，・・・，ｎ）」、
「Ｙｉ：ｌｏｇ｛ｐｉ／（ｐｉ＋ｋｉ）｝」、
とする。

図９は、試験パケットをＥ２Ｅで流したときに、各区間でパケットが損失する状況を示したものである（総数ｐ０のうち、ｐｎ個がエンドに到着）。

この場合、
１−Ｚ＝ｐｎ／ｐ０
＝（ｐ１／ｐ０）（ｐ２／ｐ１）・・・（ｐｉ／ｐｉ−１）・・・（ｐｎ／ｐｎ−１）
となり、さらに「ｐｉ−１＝ｐｉ＋ｋｉ」を利用すると、
１−Ｚ＝（ｐ１／ｐ１＋ｋ１）（ｐ２／ｐ２＋ｋ２）・・・（ｐｉ／ｐｉ＋ｋｉ）（ｐｎ／ｐｎ＋ｋｎ）
となる。

ここで、試験パケットが各区間で経験する品質（パケット損失）が、ルータに加わるクロストラヒックと確率的に同じ振る舞いをする（すなわち、試験パケットが優先的に通過するあるいは損失するようなことはない）と仮定すると、
（ｐｉ／ｐｉ＋ｋｉ）≒（Ｐｋｉ／Ｐｋｉ＋Ｋｉ）・ε’ｉ
として近似できる。但し、ε’は誤差とする。

いま、
「Ｙｉ＝ｌｏｇ｛ｐｉ／（ｐｉ＋ｋｉ）｝」、
「Ｘｉ＝ｌｏｇ｛Ｐｋｉ／（Ｐｋｉ＋Ｋｉ）｝」、
「εｉ＝ｌｏｇ（ε’ｉ）」、
とすると、
Ｙ＝ΣＹ、Ｙｉ＝Ｘｉ＋Ａｉ＋εｉとあらわせ、上述の（式１）のモデルにあてはめることができる。

但し、Ａｉは、本モデルではモデル化できなかった箇所でのパケット損失にかかわる因子、εｉは誤差とする。

式１のモデル（構造式）のもとでは、測定値の同時結合分布｛Ｘ１，Ｘ２，・・・，Ｘｎ｝を推定できれば、Ｅ２Ｅ品質Ｙの推定ができる。

測定値の同時結合分布｛Ｘ１,Ｘ２,・・・,Ｘｎ｝の推定は、例えば以下のようにして行う。

各Ｘｉ（一般に連続確率変数）がとり得る値の範囲を適当区分（階級わけ）して、各階級に対し代表値を設定することにより、離散確率変数化する。さらに、同時結合分布に対しても、各Ｘｉの階級の直積により、離散確率分布と考えることができる。

以下、離散確率分布として考える。

｛Ｘ１（ｊ）,Ｘ２（ｊ）,・・・,Ｘｎ（ｊ）｝ （ｊ=１,２,・・・）の観測結果のうち、離散化したもとでの階級（代表値（Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｎ））に属する度数をｎ（ｘ１,ｘ２,…,ｘｎ）とする。尚、以下、特にｊがなくても意味の通じる場合は略して記述する。

また、Ｘｉの周辺分布の（離散）確率密度関数をＰｒｉ（Ｘｉ）とする。
すると、同時結合分布の最尤推定は、以下の最適化問題に帰着される。

ｎ変数の関数ｆ（ｘ１,ｘ２,…,ｘｎ）とし、
制約条件
Σｆ（ｘ１,ｘ２,…,ｘｎ）＝Ｐｒｉ（ｘｉ） （ｉ=１,２,…，ｎ）
（Σはｘｉ以外の離散変数に関する和）
のもとで、
尤度Ｌ（ｆ）：＝Σｎ（ｘ１,ｘ２,…,ｘｎ）・ｌｏｇ｛ｆ（ｘ１,ｘ２,…,ｘｎ）｝ （Σはｘ１,ｘ２,…,Ｘｎに関する和）
を最大にするｆを求める。この計算は、市販の計算パッケージなどを利用することも可能である。

以上で求められた同時結合分布（推定）ｆにより、Ｅ２Ｅ品質Ｙに関する累積分布関数Ｐｒ｛Ｙ≦ｙ｝が求められる。

Ｐｒ｛Ｙ≦ｙ｝＝Σｆ（ｘ１,ｘ２,…,ｘｎ）
（Σ：ｘ１＋…＋ｘｎ≦ｙ−Ａ）

Ｙの平均、あるいは、α％パーセンタイル値は以下で求められる。
平均値＝｛Σ（ｘ１＋…＋ｘｎ）・ｆ（ｘ１,ｘ２,…,ｘｎ）｝＋Ａ
（Σはｘ１，…ｘｎに関する和）
α％パーセンタイル値＝Ｐｒ｛Ｙ≦ｙ｝の値がαとなるｙの値
但し、Ａは事前情報などによって知られている量（詳しくは、ステップＳ３０８でのデータによるモデル見直しを参照）とする。

次に、ステップＳ３０５においては、劣化判定を行う。すなわち、指定された測定期間Ｔにおいて、Ｍ回の測定データ（Ｘ１、・・・、Ｘｎで１組）から推定したＥ２Ｅ推定量（平均値、あるいは、α％パーセンタイル値）が、許容範囲Ｘ１以外の値をとる頻度が許容頻度Ｘ２を超えていたら品質劣化と判定する。

また、ステップＳ３０６においては、劣化箇所の特定を行う。図１０においては、ＮＷ品質として顕在化する事象（「転送遅延の増加（最小値ラインの増加、平均値の増加、ばらつきの増加など）」、「パケット損失の増加（損失率の増加、バースト損失の増加など）」、「その他（再送パケットの増加、無効パケットの増加、転送すべきパケットがあるがＮＷに転送できないなど）」）とその主な原因（経路変更、低速回線での通信速度ネック、高速回線への負荷集中、バースト（ヘビー）トラヒック、通信相手（サーバなど）の問題、ＡＰ（アプリケーション）や制御方式の問題）を示す。

次に、ＭＩＢ情報の測定値に基づく品質劣化判定手順を述べる。

（手順１）：Ｅ２Ｅで品質劣化と判定されたときに使われた、Ｅ２Ｅ経路上の測定データを収集する。
（手順２）：各区間における品質状況を相対的に比較し、劣化箇所と思われる候補を絞り込む。すなわち、Ｅ２Ｅ品質に対して平均的に大きな比重をしめている箇所を抽出する。
（手順３）：各区間品質の変動（他の区間品質との相関性を含む）を分析し、分布のばらつきに大きな比重をしめている箇所（複数）を抽出する。

「手順２」では、Ｅ２Ｅにおける各区間ごとのＭＩＢ情報ベースの測定値を、図１１および図１２に示すようにして、
（縦軸×横軸）＝（区間損失率×回線使用率）
（縦軸×横軸）＝（正規化されたキュー長×回線使用率）
にヒゲグラフ（平均、及び、そのばらつき（方向性あり）の表示）としてプロットする。

図１１，１２において、４つの領域のうち、右上領域にあるものが劣化箇所の可能性が高いと判断する。例えば、図１１における左上領域にあるものは、特に、構造的欠陥、異常トラヒックなどの原因がありそうな箇所であり、また、図１２における左上領域にあるものは、低速回線（ボトルネック）の可能性があり、それぞれ、従来技術では、単純に回線使用率の大小で劣化箇所を特定しており、これらの箇所の劣化状況を見逃す可能性があった。

「手順３」では、｛Ｘ１,Ｘ２,・・・,Ｘｎ｝の同時結合分布Ｐｒ｛Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｎ｝を考える。まず、Ｘｉが一定分布（平均値Ｘｉで一定、分散０）であると仮定した分布を以下のように算出する。

Ｐｒ（Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｎ、 但しＸｉは含まれない）
＝Ｐｒ｛Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｉ,…Ｘｎ｝
÷ΣＰｒ｛Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｉ,…Ｘｎ｝
（Σは、Ｘ１,…,Ｘｉ−１,Ｘｉ＋１,…,Ｘｎに関する和）

｛Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｎ｝の同時結合分布を上式で置き換えたものに関してステップＳ３０４での計算を実施（但し、ＸｉにはＸｉを代入する）し、Ｘｉのばらつきがない場合のＥ２Ｅ品質推定値Ｙ（Ｘｉ）を算出する。これを各ｉに対して実施する。

次に、｛Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｎ｝の任意の２組（Ｘｉ,Ｘｊ）に対して、これらが一定分布であると仮定した分布を以下のように算出する。

Ｐｒ（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘｎ、 但しＸｉ,Ｘｊは含まれない）
＝Ｐｒ｛Ｘ１,…,Ｘｉ,…,Ｘｊ,…,Ｘｎ｝
÷ΣＰｒ｛Ｘ１,…,Ｘｉ,…,Ｘｊ,…,Ｘｎ｝
（Σは、Ｘ１,…,Ｘｉ−１, Ｘｉ＋１,…,Ｘｊ−１,Ｘｊ＋１,…,Ｘｎに関する和）

｛Ｘ１,Ｘ２,…,Ｘｎ｝の同時結合分布を上式で置き換えたものに関して、同様にステップＳ３０４での計算を実施（但し、ＸｉにはＸｉ、ＸｊにはＸｊを代入する）し、Ｘｉのばらつきがない場合のＥ２Ｅ品質推定値Ｙ（Ｘｉ,Ｘｊ）を算出する。これを各ｉ，ｊに対して実施する。

ここで、上記Ｙ（Ｘｉ）、Ｙ（Ｘｉ,Ｘｊ）のうちもっともＥ２Ｅ品質がよくなったケースの添え字ｉ、あるいは（ｉ，ｊ）を劣化原因の箇所として抽出する。

ステップＳ３０７においては、指定されたＥ２Ｅ間で、「試験パケット」により品質測定する（アクティブ測定）。ここでは、上述した実施形態（１）または実施形態（２）で示した測定形態でＥ２Ｅの品質測定を行う。また、測定項目は、Ｅ２Ｅ遅延時間、Ｅ２Ｅパケット損失率などとする。

ステップＳ３０８においては、ステップＳ３０７でのＥ２Ｅ品質測定結果を用いて、モデル見直しを行う。すなわち、図１３に示すようなグラフをつくり、乖離が顕著であれば、「式１」で示されたモデルの項「Ａ」、すなわち、ＭＩＢ情報では把握できない部分などを補正する。

以上、図１〜図１３を用いて説明したように、本例では、ネットワークにおけるＥ２Ｅ（エンドツーエンド）の品質管理技術において、Ｅ２Ｅ品質と区間品質の構造式を利用した品質推定モデルによりＥ２Ｅ品質を推定し、低頻度で行う実品質測定による結果をもとに前述のＥ２Ｅ品質を補正し、補正後のエンドツーエンド品質から品質劣化箇所を特定する。

具体的には、パケット交換網を介して提供するサービスにおける、エンドツーエンド（Ｅ２Ｅ）のパケット損失率など、Ｅ２Ｅ品質を測定しその劣化判定を行う際、測定対象とするＥ２Ｅの経路におけるネットワーク装置などの装置が計測している情報（例えば、ＭＩＢで規定されているオブジェクトの計測情報、転送パケット数やオクテット数など）を取得し、取得した計測情報からＥ２Ｅ品質推定モデル（式１で規定）をもとにＥ２Ｅ品質を推定するとともに、Ｅ２Ｅ品質測定が可能な場合にその測定結果をもとに、前述のＥ２Ｅ品質推定モデルを補正し、補正したＥ２Ｅ品質推定モデルを使用して補正し、この推定したＥ２Ｅ品質をもとにＥ２Ｅ品質の劣化判定を行い、劣化判定された場合に劣化箇所を特定する。

尚、Ｅ２Ｅの経路上に位置するネットワーク装置のＭＩＢ情報をもとにＥ２Ｅ品質を推定する際、各リソースにおける測定値の間に独立性を仮定しなくてもよいよう、すなわち、相関性が強い場合にも精度よく推定できるよう、各リソースの測定値の同時確率分布を推定し、このように推定した同時結合分布をもとに分布の裾（α％パーセンタイル値）を推定する。

また、Ｅ２Ｅ経路上のネットワークリソースから取得できる情報が不完全であっても、試験パケットなどによるＥ２Ｅ品質結果など他の情報と組み合わせることにより、Ｅ２Ｅ品質推定モデルあるいは推定値を補正する仕組みを有する。

また、Ｅ２Ｅ経路上のネットワークリソースのなかで、１箇所のみが主原因でＥ２Ｅ品質を低下させているのかを、経路上のリソース使用状況の要因（各リソースでの損失率、キュー長、あるいは転送遅延時間）を横断的に分析して、劣化箇所候補を検出する。

また、複数のネック箇所に起因する品質劣化の劣化箇所特定を、Ｅ２Ｅ品質に対する、各ネットワークリソース毎に規定した区間品質変動の寄与分を評価することによって、単独要因での劣化箇所を特定し、Ｅ２Ｅ品質に対する、複数の区間品質変動の相関性のある挙動の寄与分を評価することによって、複数要因で起きる場合の劣化箇所を特定する。

また、Ｅ２Ｅ経路上のネットワークリソースにおける、負荷量対損失、あるいは負荷量対送出待ちキュー長（遅延）を相対比較することで劣化原因および劣化箇所を絞り込み、トラヒック特性にあっていないなどの設計上の欠陥などを検出する。

これによって、ボトルネック要因が複数想定され、かつ、Ｅ２Ｅにおける各区間での品質変動に独立性を仮定できない場合にも、ネットワークに過剰な負荷をかけることなく、かつ、品質劣化を見逃さない、品質監視が可能となる。

尚、本例において、アクティブ測定を行うことにより、ネットワーク（ＮＷ）内にはＭＩＢ情報を保持していない装置も存在することに加え、ＭＩＢ情報を保持しているはずのルータでも実装上、運用上不明な場合にも対処することができる。また、本例において、人間が実施する行為は、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段と劣化箇所特定手段への初期データ投入と、測定を行う場合の測定対象のＥ２Ｅアドレス、経路情報となるルータ名等であり、測定対象データ投入後のアクティブ測定手段、パッシブ測定手段、Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段、劣化箇所特定手段における各処理は、コンピュータ装置のプログラムに基づく処理で自律的に行われる。また、アクティブ測定は、パッシブ測定とは独立して、かつパッシブ測定よりも粗い周期で動作するものとする。

また、本発明は、図１〜図１３を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例で示した「ε（誤差）」に関しては、本発明に係わる品質補正動作とは直接的な関連はなく、削除しても良い。

また、本例でのコンピュータ構成例としても、キーボードや光ディスクの駆動装置の無いコンピュータ構成としても良い。また、本例では、光ディスクを記録媒体として用いているが、ＦＤ（Flexible Disk）等を記録媒体として用いることでも良い。また、プログラムのインストールに関しても、通信装置を介してネットワーク経由でプログラムをダウンロードしてインストールすることでも良い。

本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムの第１の構成例を示すブロック図である。 本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムの第２の構成例を示すブロック図である。 本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価方法の処理手順例を示すフローチャートである。 本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムを用いたネットワークの第１の構成例を示す説明図である。 本発明に係わるネットワークＥ２Ｅ性能評価システムを用いたネットワークの第２の構成例を示す説明図ブロック図である。 図３におけるステップＳ３０１での処理の詳細を示す説明図である。 図３におけるステップＳ３０３での処理の詳細を示す説明図である。 図３におけるステップＳ３０４での処理の詳細その１／２を示す説明図である。 図３におけるステップＳ３０３での処理の詳細その２／２を示す説明図である。 図３におけるステップＳ３０６での処理の詳細その１／３を示す説明図である。 図３におけるステップＳ３０６での処理の詳細その２／３を示す説明図である。 図３におけるステップＳ３０６での処理の詳細その３／３を示す説明図である。 図３におけるステップＳ３０８６での処理の詳細を示す説明図である。 従来技術における隣接するリソース間での相関に関する問題点を示す説明図である。

符号の説明

１：ネットワークＥ２Ｅ性能評価システム、１ａ：アクティブ測定手段、１ｂ：パッシブ測定手段、１ｃ：ＮＷ構成管理手段、１ｄ：Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段、１ｅ：劣化箇所特定手段、２：測定・管理の対象、２１：ネットワークＥ２Ｅ性能評価システム、２１ａ：アクティブ測定機能部、２１ｂ：パッシブ測定機能部、２１ｄ：Ｅ２Ｅ品質劣化判定機能部、２１ｅ：劣化箇所特定機能部、２２：測定対象、２３：管理対象、４１：Ｅ２Ｅ品質劣化判定・劣化要因特定機能を有する装置、４２ａ，４２ｂ：アクティブ測定機能を有する装置、４３ａ，４３ｂ：ユーザ（端末）、４４：ネットワーク、４５ａ〜４５ｆ：ルータ、５１：Ｅ２Ｅ品質劣化判定・劣化要因特定機能を有する装置、５２：アクティブ測定機能を有する装置、５３ａ，５３ｂ：ユーザ（端末）、５４ａ：基幹網、５４ｂ，５４ｃ：ネットワーク、５５ａ〜５５ｆ：ルータ。

Claims (15)

1. パケット交換網を介して提供するサービスにおける、エンドツーエンド（Ｅ２Ｅ）のパケット損失率を含むＥ２Ｅ品質を測定しその劣化判定を行うシステムであって、
   測定対象とするＥ２Ｅの経路上の装置が計測しているＭＩＢ情報を含むネットワーク情報を指定された周期で取得するパッシブ測定手段と、
   指定された契機で試験パケットを用いて上記測定対象とするＥ２Ｅの品質測定を行うアクティブ測定手段と、
   上記パッシブ測定手段で取得したネットワーク情報から上記測定対象のＥ２Ｅ品質の推定に用いる、予め記憶装置に記憶されたＥ２Ｅ品質推定モデル式を、上記アクティブ測定手段の測定結果をもとに補正し、補正したＥ２Ｅ品質推定モデル式を用いて上記パッシブ測定手段で取得したネットワーク情報から上記測定対象のＥ２Ｅ品質を推定し、推定したＥ２Ｅ品質をもとにＥ２Ｅ品質の劣化判定を行うＥ２Ｅ品質推定劣化判定手段と、
   該Ｅ２Ｅ品質劣化判定手段で劣化判定された箇所を特定する劣化箇所特定手段と
   を有することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価システム。
2. 請求項１に記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価システムであって、
   上記Ｅ２Ｅ品質推定モデル式は、
   Ｙ＝ΣＸｉからなり、Ｙは評価対象のＥ２Ｅ品質、Ｘｉは評価対象のＥ２Ｅにおける第ｉ番目における着目する測定項目に関する測定値とすることを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価システム。
3. 請求項１もしくは請求項２のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価システムであって、
   上記Ｅ２Ｅ品質推定劣化判定手段は、
   各測定値の同時結合分布を推定し、推定した同時結合分布と上記Ｅ２Ｅ品質推定モデル式を用いて分布の裾（α％パーセンタイル値）を推定する機能を有することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価システムであって、
   上記Ｅ２Ｅ品質推定劣化判定手段は、
   上記パッシブ測定手段で取得したネットワーク情報と、上記アクティブ測定手段の測定結果とを組み合わせることにより、上記Ｅ２Ｅ品質推定モデル式を補正する機能を有することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価システムであって、
   上記劣化箇所特定手段は、
   上記測定対象のＥ２Ｅ経路上のリソース使用状況を横断的に分析して、当該Ｅ２Ｅ経路上における劣化箇所候補を検出する機能を有することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価システムであって、
   上記劣化箇所特定手段は、
   Ｅ２Ｅ品質に対する各ネットワークリソース毎に規定した区間品質変動の寄与分を評価することによって、単独要因での劣化箇所を特定する機能と、
   Ｅ２Ｅ品質に対する複数の区間品質変動の相関性のある挙動の寄与分を評価することによって、複数要因で起きる場合の劣化箇所を特定する機能と
   を有することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価システムであって、
   上記劣化箇所特定手段は、
   Ｅ２Ｅ経路上のネットワークリソースにおける負荷量対損失、あるいは負荷量対送出待ちキュー長（遅延）のいずれかを相対比較することで劣化原因および劣化箇所を絞り込む機能を有することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価システム。
8. コンピュータを、請求項１から請求項７のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価システムにおける各手段として機能させるためのプログラム。
9. パケット交換網を介して提供するサービスにおける、エンドツーエンド（Ｅ２Ｅ）のパケット損失率を含むＥ２Ｅ品質を測定しその劣化判定を行うコンピュータシステムのネットワークＥ２Ｅ性能方法であって、
   測定対象とするＥ２Ｅの経路上の装置が計測しているＭＩＢ情報を含むネットワーク情報を指定された周期で取得する第１のステップと、
   指定された契機で試験パケットを用いて上記測定対象とするＥ２Ｅの品質測定を行う第２のステップと、
   上記第１のステップで取得したネットワーク情報から上記測定対象のＥ２Ｅ品質の推定に用いる、予め記憶装置に記憶されたＥ２Ｅ品質推定モデル式を、上記第２のステップでの測定結果をもとに補正する第３のステップと、
   該第３のステップで補正したＥ２Ｅ品質推定モデル式を用いて上記第１のステップで取得したネットワーク情報から上記測定対象のＥ２Ｅ品質を推定する第４のステップと、
   該第４のステップで推定したＥ２Ｅ品質をもとにＥ２Ｅ品質の劣化判定を行う第５のステップと、
   該第５のステップで劣化判定された箇所を特定する第６のステップと
   を有することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価方法。
10. 請求項９に記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価方法であって、
    上記Ｅ２Ｅ品質推定モデル式は、
    Ｙ＝ΣＸｉからなり、Ｙは評価対象のＥ２Ｅ品質、Ｘｉは評価対象のＥ２Ｅにおける第ｉ番目における着目する測定項目に関する測定値とすることを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価方法。
11. 請求項９もしくは請求項１０のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価方法であって、
    上記第４のステップでは、
    各測定値の同時結合分布を推定し、推定した同時結合分布と上記Ｅ２Ｅ品質推定モデル式とをもとに分布の裾（α％パーセンタイル値）を推定することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価方法。
12. 請求項９から請求項１１のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価方法であって、
    上記第４のステップでは、
    上記第１のステップで取得したネットワーク情報と、上記第２のステップでの測定結果とを組み合わせることにより、上記Ｅ２Ｅ品質推定モデル式を補正することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価方法。
13. 請求項９から請求項１２のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価方法であって、
    上記第６のステップでは、
    上記測定対象のＥ２Ｅ経路上のリソース使用状況を横断的に分析して、当該Ｅ２Ｅ経路上における劣化箇所候補を検出することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価方法。
14. 請求項９から請求項１３のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価方法であって、
    上記第６のステップでは、
    Ｅ２Ｅ品質に対する各ネットワークリソース毎に規定した区間品質変動の寄与分を評価することによって、単独要因での劣化箇所を特定し、
    Ｅ２Ｅ品質に対する複数の区間品質変動の相関性のある挙動の寄与分を評価することによって、複数要因で起きる場合の劣化箇所を特定することを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価方法。
15. 請求項９から請求項１４のいずれかに記載のネットワークＥ２Ｅ性能評価方法であって、
    上記第６のステップでは、
    Ｅ２Ｅ経路上のネットワークリソースにおける負荷量対損失、あるいは負荷量対送出待ちキュー長（遅延）のいずれかを相対比較することで劣化原因および劣化箇所を絞り込むことを特徴とするネットワークＥ２Ｅ性能評価方法。

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