JP2007036839A - パケット交換網における品質劣化切り分け装置および切り分けシステム、ならびに切り分け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワークを利用するユーザの通信に対する品質劣化区間を絞り込み、その原因がユーザ側にあるのか、あるいは他事業社のネットワークにあるのかを特定する。
【解決手段】対象サービスのパケットフローが通過する転送経路上の切り分けポイントに品質計測サイト２０を配置し、通信網のＮＷ管理サーバ３０には、ユーザ通信経路から通信経路上、あるいは通信経路近傍に位置する品質計測サイト位置情報を提供する手段（ナビゲーション機能部）３１を、品質計測サイト２０およびユーザ側ＡＰ１０には、送受信された試験パケットのパケット転送品質情報から通信経路におけるパケットの品質統計データを算出する手段（パケット転送品質算出機能部）１１，２３および品質統計データより劣化区間および劣化要因を特定する手段（品質評価機能部）１２，２４を備える。
【選択図】図３

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に関し、特に、複数のネットワーク事業者のシステムを経由する通信に関して、品質劣化の原因箇所を絞り込むことが可能な品質管理および監視のための品質劣化切り分け装置および切り分けシステム、ならびに切り分け方法に関する。

先ず最初に、本発明の技術に関連のある用語について、以下のような定義を与える。
『品質劣化』
一般的には、提供サービスに対してユーザの満足度が低下する事象を品質劣化という。
ここでも、サービス提供時には目標とする提供品質があるものと仮定し、規定対象の単位（セッション（またはフロー）単位）に規定されるものとする。

具体的には、規定する時間長において（数秒から数十分程度）、品質レイヤにおける（ＩＰ品質レイヤの転送品質）、想定する通信プロトコルあるいはアプリケーション（ＴＣＰあるいはＵＤＰ、ＦＴＰあるいはＨＴＴＰなど）、あらかじめ指定した品質項目の指定した品質尺度（パケット損失率、転送遅延時間、遅延時間揺らぎなど）が、指定した許容範囲以外となる状態を品質劣化と呼ぶ。
なお、通信プロトコルやアプリケーションによって、品質尺度がパケット損失率と転送遅延時間で、一律に許容範囲が指定されている場合を想定して説明する。

『品質劣化切り分け』
Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄで期待される品質目標（上記の品質尺度に対する許容範囲の上限下限）を、各区間に配分し、区間毎の許容範囲を設定する。
区間に配分された目標値を満たすことができない区間を劣化区間といい、目標値に達していない品質項目を劣化要因と呼ぶ。品質劣化切り分けは劣化区間と劣化要因を絞り込むことである。
以上の定義のもとで、従来の品質劣化原因を切り分ける技術として、次のようなものが挙げられる。

１）ｐｉｎｇ，ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅを利用した劣化区間切り分け
Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの適当に分割された区間に対して、各区間でのｐｉｎｇパケット（あるいはｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ）に対する応答パケット遅延時間（ラウンドトリップタイム：ＲＴＴ）、パケット損失率などをもとに区間毎の品質状況を判定し、劣化区間を絞り込む（これに関しては、ＲＦＣ２９２５−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍａｎａｇｅｄ Ｏｂｊｅｃｔｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｉｎｇ，Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ，ａｎｄ Ｌｏｏｋｕｐ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ（非特許文献１）、ＲＦＣ１３９３−Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ Ｕｓｉｎｇ ａｎ ＩＰ Ｏｐｔｉｏｎ（非特許文献２）、および、インターネットハンドブック，インプレス社発行，村井純監訳（非特許文献３）を参照）。

２）速度計測サイトによる劣化区間切り分け
ＮＷ（ネットワーク）上に配置された速度計測サイトにアクセスし、ＦＴＰファイル転送の平均スループットを計測することで、ユーザと速度計測サイト間の品質劣化の有無を判定する。
ユーザがＮＷ上の複数の速度計測サイトに対して、上記の計測および判定を実施することで品質劣化区間を絞り込む（これに関しては、ｈｔｔｐｓ：／／ｆｌｓｐｅｅｄ．ｐｌａｌａ．ｏｒ．ｊｐ／ｓｐｅｅｄ ｄｏｃｔｏｒ／ｔｏｐ．ｐｈｐ（非特許文献４）を参照）。

３）ＮＷ装置の使用状況監視による劣化区間の特定
回線・ルータ等のＮＷ装置に対して、ＳＮＭＰ（Ｓｉｍｐｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）によりＭＩＢ（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ）データを取得することによって装置の負荷状況を計測、高負荷な箇所を劣化区間として絞り込む。

ＲＦＣ２９２５−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍａｎａｇｅｄ Ｏｂｊｅｃｔｓ ｆｏｒ Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｉｎｇ，Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ，ａｎｄ Ｌｏｏｋｕｐ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ（非特許文献１）、 ＲＦＣ１３９３−Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅ Ｕｓｉｎｇ ａｎ ＩＰ Ｏｐｔｉｏｎ（非特許文献２）、および インターネットハンドブック，インプレス社発行，村井純監訳 ｈｔｔｐｓ：／／ｆｌｓｐｅｅｄ．ｐｌａｌａ．ｏｒ．ｊｐ／ｓｐｅｅｄ ｄｏｃｔｏｒ／ｔｏｐ．ｐｈｐ

しかしながら、これらの従来技術では、次のような問題がある。
上記１）については、ｐｉｎｇは疎通障害時の原因切り分けに対して非常に有効な手段である。しかし、各区間に対して、パケット転送遅延時間、およびパケット損失率等、ＮＷレイヤのパケット転送品質を測定し、その結果をもとに相対的に良し悪しを評価するにとどまっており、それらの結果のみでは、アプリケーションの品質やユーザが感じる品質を尺度とした場合に、劣化区間切り分けは実施できない。
なお、一般のアプリケーションにより音声や映像を流す場合に、それぞれに対して品質閾値が予め定められており、上記アプリケーションの品質とは予め定められているこれらの品質のことである。

上記２）については、ユーザが通信する対地と、速度計測サイトの位置関係が一般には不明であるため、ユーザの通信転送経路に対する劣化切り分けができない。
スループットは、各区間の値の和がＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの値にはならない等、加法的な構造を持っていないため、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄで規定されたスループットを区間に配分できず、品質劣化の原因となる区間を、区間毎のスループット計測で判定することができない。

ＦＴＰファイル転送によるスループット計測が中心であるため、ＵＤＰなどＴＣＰ以外のプロトコルを利用する通信に対する劣化原因を切り分けできない。例えば、パケット転送の絶対遅延時間がある場合には、ストリーミングではそれほど性能低下に結びつかないが、スループットは低下するなど、正しく劣化を切り分けできない場合がある。

上記３）については、回線速度が遅いと、回線使用率が低くても劣化原因となる、など使用状況が高いと劣化原因であるとは心ずしも言えない。

（目的）
本発明の目的は、このような従来技術の問題を解決し、ネットワークを利用するユーザの通信に対する品質劣化区間を絞り込み、その原因がユーザ側にあるのか、あるいは他事業社のネットワークにあるのかを特定するパケット交換網の品質劣化切り分け装置、および切り分けシステムならびに切り分け方法を提供することにある。

本発明の品質劣化切り分け装置は、対象サービスのパケットフローが通過する転送経路上の切り分けポイントに品質計測サイトを配置し、ユーザ通信経路から通信経路上、あるいは通信経路近傍に位置する品質計測サイト位置情報を提供する手段と、送受信された試験パケットのパケット転送品質情報から通信経路におけるパケットの品質統計データを算出する手段と、品質統計データより劣化区間および劣化要因を特定する手段とを有することを特徴としている。

また、上記品質劣化切り分け装置は、劣化区間と劣化要因の特定が、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄにおけるパケット転送品質（パケット損失率・パケット転送遅延時間）の閾値と各区間に対する品質配分比から算出される各区間のパケット転送閾値に基づいて劣化区間と劣化要因の特定を実施することを特徴としている。

本発明の品質劣化切り分け方法は、パケット転送遅延時間、およびパケット損失率等のパケット転送品質閾値とアプリケーション品質閾値との比較によって、各閾値の設定が有効であるか否かを判定するステップと、パケット転送品質閾値がアプリケーション品質閾値を満たさない場合には、パケット転送品質の初期設定値を変更するステップと、各区間において送出された試験パケットから取得したパケット転送品質情報から統計値を算出し、アプリケーション品質の閾値との比較によってアプリケーション品質に劣化が発生したか否かを判定するステップと、各区間のパケット転送品質の統計値と品質配分比に基づいて算出される各区間のパケット転送品質閾値との比較によって、劣化区間、および劣化要因を特定するステップとを有することを特徴としている。

本発明によれば、ａ）ユーザ毎の通信（ファイルダウンロードなど特定の通信に限らず）に対するパケット転送経路上の劣化切り分けが可能となる。
ｂ）ユーザの立場では、自らの通信に対する劣化原因箇所を知ると同時に、劣化要因を把握することが可能になる。
ｃ）ＮＷ事業者の立場では、ユーザに対して、自ＮＷが原因となっているのか、他ＮＷが原因になっているのかをユーザに示すことが可能になる。
ｄ）ＮＷ事業者は、ユーザの品質が劣化したとき、あるいはユーザが劣化を検知し、劣化切り分けを実施した際の劣化区間情報を取得し、管理することが可能になる。

以下、本発明の原理および実施形態について、図面により説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る品質劣化切り分けシステム全体の動作説明図であり、図３は図１における主要機能部の詳細構成図である。
図１において、ユーザ側ＡＰ（アプリケーション）（１０Ａ）を含むユーザ端末１０は、ＮＷ（自網あるいは他網）内のエッジルータ等のＮＷ装置Ｂ，Ｃ，Ｄを経由してサーバ５０あるいは相手ユーザ端末５０に接続される。ここでは、ユーザ端末１０、ＮＷ、およびサーバまたは相手ユーザ端末５０がＮＷ事業者管理対象となる。ＮＷ内には、ＮＷ管理サーバ３０が配置される。また、ＮＷ（例えば自網）内のＮＷ装置には、品質計測サイト２０が配置される。

図１に示すように、対象サービスのパケットフローが通過する転送経路上の複数の箇所に品質計測サイト２０が配置されており、その品質計測サイト２０には、図３に示すように、試験パケットを送受信するパケット送出機能部２２と受信機能部２１と、送受信された試験パケットのパケット転送品質情報から通信経路におけるパケットの品質統計情報を算出する手段（パケット転送品質算出機能部２３）と、劣化切り分け実施対象区間の品質配分と品質統計データより劣化区間および劣化要因を特定する手段（品質評価機能部２４）とが備えられる。
また、品質計測サイト２０は、品質統計データより劣化区間および劣化要因を特定し、劣化区間および劣化要因を劣化切り分け情報としてＤＢ化し、ＤＢ化された劣化切り分け情報をもとに位置情報を提供する品質計測サイトに対して優先度付けをする。
この場合、品質評価機能部２４は、劣化区間として判定された回数を算出し、回数の多い順に劣化切り分け情報をＤＢ化し、回数の多い順に品質計測サイト２０に優先付けを行う。

ＮＷ管理サーバ３０には、ユーザ通信経路から通信経路上、あるいは通信経路近傍に位置する品質計測サイト位置情報を提供する手段（ナビゲーション機能部３１）と、品質計測サイト位置情報管理ＤＢ３４と、ＮＷ構成管理ＤＢ３２と、ユーザ情報管理ＤＢ３３とが設けられる。
ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）は、通信経路情報を取得し、取得した通信経路情報をＮＷ管理サーバ３０のナビゲーション機能部３１に送信し、ナビゲーション機能部３１において通信経路情報から通信経路上、あるいは通信経路近傍に位置する品質計測サイト２０の位置情報を受ける。
相手ユーザ端末５０には、ユーザ端末１０と同じように、ユーザＡＰ（アプリケーション）と入出力手段６０が配置され、パケット受信機能部１６で試験パケットを受信して、パケット転送品質算出機能部１１で統計情報を算出し、手前の計測サイトに対して品質評価機能部１２から算出した統計情報を送出する。
一方、切り分け要求ユーザ側になったときには、次の計測サイト２０に対してパケット送出機能部１５から試験パケットを送出する。また、入出力手段６０から入力された相手先アドレス、ユーザＩＤなどにより通信経路を特定して、ＮＷ管理サーバ３０にユーザＩＤや経路情報を送出する。

ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）は、客観的計測値が閾値以下であることを検出することを起点として、劣化切り分けを開始する。また、ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）は、客観的計測値が閾値以下であることを検出することを起点として、ユーザ契約情報とユーザの通信相手先ＩＰアドレスからパケット転送経路を把握し、ナビゲーション機能部３１が転送経路情報とＮＷ構成ＤＢ３２を照合することによって、品質計測サイト２０を選択し、選択した品質計測サイト位置情報をユーザ側ＡＰ（１０Ａ）に提供し、品質計測サイト２０は提供された品質計測位置情報をもとに品質劣化切り分けを実施し、劣化区間、および劣化要因情報を取得する。

ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）は、図１に示すように、サーバまたは相手ユーザ端末５０に対して、ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）の遠方から順に品質劣化切り分けを実施し、得られた品質劣化切り分け情報から劣化区間を特定する。なお、ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）は、アプリケーションの客観的計測値としてスループットを用いる。品質計測サイト２０の品質評価機能部２４は、各区間の試験パケットの測定値の統計値に基づいて品質劣化の有無を判定するとともに、劣化区間の特定および劣化要因の判定によって劣化切り分けを実施する。また、アプリケーション品質閾値に基づいてパケット転送品質閾値の初期設定値が有効であるか否かを判定し、有効でない場合には、初期設定値を変更し、初期設定値の変更後、劣化切り分けを実施する。なお、一般のアプリケーションにより音声や映像を流す場合には、音声、映像のそれぞれに対して予め品質閾値が決定されているので、アプリケーション品質閾値と呼ばれている。

さらに、品質評価機能部２４は、各区間の試験パケットのパケット損失率とパケット転送遅延時間によって劣化切り分けを実施する。判定方法は、ＴＣＰスループットの測定値とＴＣＰスループットの閾値をもとに各区間の劣化有無を判定し、各区間の試験パケットのパケット損失率とパケット転送遅延時間と、パケット損失率の閾値とパケット転送遅延時間の閾値をもとに劣化切り分けを実施する。

また、品質評価機能部２４は、各区間パケット転送遅延時間の対数値を算出し、各区間のパケット損失率とパケット転送遅延時間の対数値によって劣化切り分けを実施する。
さらに、パケット損失率・パケット転送遅延時間とＴＣＰスループットとの関係情報から、各区間のパケット転送遅延時間とＴＣＰスループットの測定値をもとに各区間のパケット損失率を算出し、劣化切り分けを実施する。
なお、図３の入出力手段は、キーボードやディスプレイ等の機器が含まれる。

図５は、上り方向の試験パケットを送出して切り分け情報を得るためのシーケンスチャートであり、図６は下り方向の試験パケットを送出して切り分け情報を得るためのシーケンスチャートである。
いずれの場合にも、切り分けを要求したユーザ端末に最も近い品質計測サイトが全体の指令搭の役割を果す。ここでは、ユーザ端末１０に最も近いＮＷ装置Ｂの近傍の計測サイト２０を２０Ｂ、ＮＷ装置Ｃに近傍の計測サイト２０を２０Ｃ、ＮＷ装置Ｄに近傍の計測サイト２０を２０Ｄとする。
指令搭の計測サイト２０Ｂは勿論のこと、他の計測サイト２０Ｃ，２０Ｄおよびサーバまたは相手ユーザ端末５０は、他の計測サイトあるいはユーザＡＰから起動信号を受けると、起動信号中に含まれる『上り』または『下り』を識別して、『上り』（上り方向試験）の場合には、下記の段落〔００２６〕，〔００２７〕に記載したような処理を行い、『下り』（下り方向試験）の場合には、段落〔００２８〕，〔００２９〕に記載したような処理を行う。

（上り方向試験）
（上り方向試験）
図５に示すように、ユーザ端末１０からＮＷ装置Ｂの近傍の計測サイト２０Ｂに起動をかけ、計測サイト２０Ｂからユーザ端末１０に応答信号を返送する。これにより、ユーザ端末１０から計測サイト２０Ｂに対して試験パケットを送出する。次に、計測サイト２０Ｂは、経路順に接続されたＮＷ装置Ｃの近傍の計測サイト２０Ｃに起動をかけ、計測サイト２０Ｃから計測サイト２０Ｂに対して応答信号が返送された後に、計測サイト２０Ｂから計測サイト２０Ｃに対して試験パケットを送出する。
同じようにして、計測サイト２０Ｃは、ＮＷ装置Ｄの近傍の計測サイト２０Ｄを起動し、計測サイト２０Ｄはサーバまたは相手ユーザ端末５０を起動する。

サーバまたは相手ユーザ端末５０のパケット転送品質算出機能部１１は、試験パケットを受け取り、それを元に統計情報を算出して、計測サイト２０Ｄに送信する。計測サイト２０Ｄのパケット転送品質算出機能部２３は受け取った試験パケットを元に統計情報を算出して、計測サイト２０Ｃに送出する。計測サイト２０Ｃは受け取った試験パケットを元に統計情報を算出して、計測サイト２０Ｂに送出する。計測サイト２０Ｂは、遠方から順に統計情報を受け取り、遠方から順に品質劣化切り分け処理を実施して、切り分け情報をユーザ端末１０に送出する。

（下り方向試験）
図６に示すように、ユーザ端末１０はＮＷ装置Ｂの近傍の計測サイト２０Ｂを起動する。これにより、計測サイト２０Ｂからユーザ端末１０のパケット転送品質算出機能部１１に対して試験パケットを送出する。ユーザ端末１０は、計測サイト２０Ｂに対して試験パケットを元に算出した統計情報を送出する（図３のユーザＡＰ１０Ａの品質評価機能部１２）。次に、計測サイト２０Ｂは、経路順に接続されたＮＷ装置Ｃの近傍の計測サイト２０Ｃを起動し、計測サイト２０Ｃは計測サイト２０Ｂに対して試験パケットを送出する。計測サイト２０Ｃから計測サイト２０Ｂに対して、算出した統計情報を送出する。次に、計測サイト２０ＣはＮＷ装置Ｄの近傍の計測サイト２０Ｄを起動し、計測サイト２０Ｄは相手ユーザ端末またはサーバ５０を起動する。

相手ユーザ端末またはサーバ５０は、ＮＷ装置Ｄの近傍の計測サイト２０Ｄに対して試験パケットを送出し、計測サイト２０Ｄの算出機能部２３は受け取った試験パケットを元に算出した統計情報を計測サイト２０Ｃに送出する。計測サイト２０Ｄは計測サイト２０Ｃに対して試験パケットを送出し、計測サイト２０Ｃは受け取った試験パケットを元に算出した統計情報を計測サイト２０Ｂに送出する。指令搭である計測サイト２０Ｂは、遠方から受け取った統計情報を元に順次、品質劣化切り分け処理を実施し、切り分け情報をユーザ端末１０に送出する。

図２は、本発明の一実施例に係る動作原理のフローチャートである。
図２においては、まず、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄ品質の劣化が検出されたならば（ステップ１０１）、通信経路を特定し（ステップ１０２）、品質計測サイトのナビゲーションを行い（ステップ１０３）、品質劣化の切り分けを実施する（ステップ１０４）。そして、その結果の劣化切り分け情報を取得する（ステップ１０５）。

図２のフローチャートにより実施する順番に基づいて説明する。
（０）Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄ品質の劣化検出（品質劣化切り分けを実行する前のユーザ側での前提条件）（ステップ１０１）
ユーザ側で、通信相手（配信サーバの場合も含む）との通信に関する品質劣化を体感する、あるいは、スループット等の客観的計測値をもとに検出する。ユーザが品質劣化を検出することによって、ユーザが、以下に続く手続きを実行に移す。
計測値の算出および表示は、例えば、既に実現されている技術である、Ｊａｖａ（登録商標）Ａｐｐｌｅｔを用いてユーザ端末（ＰＣ）１０で実装することもできる。その場合には、ユーザ側での品質劣化の検出も以下の手続きに含め、自動で実行することが可能である。また、ユーザ契約情報（ユーザのアクセス回線種別・電話番号・ユーザの所在地に関する情報）が予めユーザから申告されており、ユーザＩＤの形式でユーザ情報管理ＤＢに格納されている。

（１）通信経路の特定（ユーザ側アプリケーション）（ステップ１０２）
上記（０）において、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信で品質劣化が検出されると、通信経路特定機能部１４において、相手先アドレス（通信相手先のＩＰアドレス）に向け「Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅコマンド」が実行される。Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅコマンドの実行結果をもとに、経路上のＮＷ装置のホスト名あるいはＩＰアドレスの系列情報が取得され、通信経路が特定される。取得した通信経路上のＮＷ装置のホスト名あるいはＩＰアドレスの系列情報等の経路情報とユーザＩＤが、ＮＷ内に設置されたＮＷ管理サーバ３０のナビゲーション機能部３１に送信される。

（２）品質計測サイトのナビゲーション（ステップ１０３）
品質計測サイト２０からＮＷ管理サーバ３０に送られたユーザＩＤと経路情報は、ナビゲーション機能部３１において、ユーザＩＤがユーザ情報管理ＤＢ３３と照合され、経路情報はＮＷ構成管理ＤＢ３２と照合される。そして、各々の照合結果を品質計測サイト位置情報ＤＢ３４と照合することによって、経路上に位置する、または、経路上の近傍に位置する品質計測サイト位置情報を検索する。

品質計測サイト位置情報の検索手順としては、まず、ユーザＩＤがユーザ情報管理ＤＢ３３とを照合し、ユーザ通信パケット（ユーザが通信している際のパケット）の流入箇所と流出箇所（いずれもＮＷのエッジルータ等のＮＷ装置）を特定する。このとき、ユーザ情報管理ＤＢ３３では、例えばエッジルータのＩＰアドレスをもとにユーザ通信パケットの流入・流出箇所を特定し、品質計測サイト位置情報ＤＢ３４と照合することによって、近傍の品質計測サイトの位置情報（例えば、品質計測サイトのＩＰアドレス）を選定する。

また、経路情報に関しても、同様の手続きを実施し、ＮＷ管理サーバ３０のＮＷ構成管理ＤＢ３２および品質計測サイト位置情報ＤＢ３４との照合によって、品質計測サイト２０の位置情報（例えば、品質計測サイト２０のＩＰアドレス）を選定する。
例えば、図１に示すように、ユーザ端末１０から相手ユーザ端末５０（またはサーバ５０）までの通信経路が１０→Ｂ→Ｃ→Ｄ→５０であるとしたとき、途中のＢ，Ｃ，Ｄの近傍の品質計測サイト２０を求める。これらの品質計測サイトを２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄとする。
上記品質計測サイト２０Ｂ，Ｃ，Ｄの位置情報が、ナビゲーション機能部３１からユーザ側ＡＰ（１０Ａ）と品質計測サイト２０の品質評価機能部２４に送信され、品質劣化切り分けが開始される。

なお、近傍の各ＤＢに格納されている情報に関しては、図１３を参照されたい。
図１３は、ＮＷ構成管理サーバ内のＤＢ内に格納されている情報の例を示す図である。
ここでは、ＮＷ構成管理ＤＢ３２には、ＮＷ装置毎のＩＰアドレスと近傍のＮＷ装置のＩＰアドレス、およびエッジルータが、ユーザ情報管理ＤＢ３３には、ユーザＩＤ毎に近傍のＮＷ装置のＩＰアドレスが、品質計測サイト位置情報管理ＤＢ３４には、品質計測サイト毎に、近傍のＮＷ装置のＩＰアドレスが、それぞれ格納されている。

（３）品質劣化切り分け（ステップ１０４）
品質計測サイト２０の位置情報が受信されると、ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）と品質計測サイト２０間で試験パケットの送受信が開始され、区間のパケット転送品質情報をパケット送出機能部１５，２２とパケット受信機能部１６，２１にて収集する。収集したパケット転送品質情報をもとに、品質計測サイト２０のパケット転送品質算出機能部２３において、パケット転送品質の統計処理（平均値の算出）を実施する。そして、統計情報として、算出結果を品質評価機能部２４に送信する。

ユーザ側ＡＰ（１０Ａ）と複数の品質計測サイト２０間で、上記の手続きを実行し、複数区間のパケット転送品質情報の収集、統計処理、品質評価機能部２４への送信が実行される。
品質評価機能部１２から品質評価機能部２４へは統計情報が転送され、品質評価機能部２４から品質評価機能部１２へは品質劣化切り分け処理の結果である切り分け情報が転送される。品質評価機能部１２，２４で受信された統計情報をもとに、品質劣化切り分けが実行される。このとき、劣化区間の特定と劣化要因の判定は、品質評価機能部２４が劣化切り分け管理ＤＢ２５内のデータと照合することによって実行される。
品質劣化の切り分けが完了すると、品質劣化切り分け情報として、劣化区間と劣化要因情報が、品質計測サイト２０の品質評価機能部２４からユーザ側ＡＰ１０の品質評価機能部１２に送信される。

（４）品質劣化切り分け情報取得／（ユーザ側）（ステップ１０５）
品質劣化切り分け情報がユーザ側ＡＰ（１０Ａ）の品質評価機能部１２で受信され、品質劣化情報としてユーザに表示される。
ユーザが品質劣化切り分け情報を取得することによって、手順を終了する。なお、手順に関しては、次の項で詳細に説明する。

（品質劣化切り分けの詳細説明）
品質劣化切り分け手順についての準備として、以下の前提条件を説明する。
１）品質評価機能部２４では、アプリケーションの品質・ユーザの品質に基づいて品質劣化箇所および劣化要因を切り分ける手続きにおいて、ユーザがスループットの低下によって品質が低下したと判断するものとする。観測したスループットの平均値が、基準となる値よりも小さい場合には、その区間の品質が劣化していると判定する。なお、本発明における品質劣化切り分け手順は、スループット以外のユーザが感じる品質尺度に対しても適用可能であるが、スループットを例として説明する。

２）品質評価機能部２４では、スループット等、アプリケーションの品質、ユーザの感じる品質とパケット転送遅延時間やパケット損失率等、パケット転送品質との対応関係は、ＴＣＰのスループット値の近似式をもとに事前に得られているものとする。そして、これらの情報は、品質劣化切り分け管理ＤＢ２５内に格納されており、品質評価機能部２４に送信されたパケット転送品質の統計情報と照合されるものとする。

３）品質評価機能部２４では、アプリケーションの品質やユーザの品質に対する許容範囲（許容値）が予め明らかになっており、上記スループット値をもとに品質の良否の判定が可能であるものとする。

４）品質劣化切り分けの実施対象区間に対して、ＮＷ事業者のＩＰサービス品質のサービス設計指針に基づいて、パケット転送遅延時間やパケット損失率等のパケット転送品質の許容値が設定されているものとする。

５）品質評価機能部２４は、スループット低下の主要因となっている箇所（品質劣化切り分け実施対象区間内に含まれる小区間）を特定し、その劣化要因を特定することができれば、劣化切り分けが完了したものとする。

６）品質評価機能部２４では、スループットの閾値とＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄ品質の閾値（パケット損失率やパケット転送遅延時間）が決定されているものとする。各（小）区間に対する品質閾値が決定されている場合には、これらの値に基づいて品質劣化の有無を判定するものとする。決定されていない場合には、自網と他網、あるいは自網とユーザ網との責任比重をもとに、パケット転送品質の配分を決定する必要がある。これを品質劣化切り分けにおける品質配分といい、この比に基づいて決定される閾値を品質配分値という。

７）パケット転送品質は、統計的に扱われ、処理されるものとする。以下に示す記号も、平均値を意味するものとする。

８）以下、一例として、劣化切り分け手順を、３測定点（２区間）から構成される系において実施するものとする。なお、本発明（劣化区間特定手順）は、三つ以上の測定点の場合にも適用可能であるが、説明のため三測定点を例にとることとする。
図４は、品質劣化切り分け実施対象区間の例を示す説明図である。
測定点ｋ−１、ｋ、ｋ＋１の区間を、それぞれ（ｋ−１，ｋ）、（ｋ，ｋ＋１）、（ｋ−１，ｋ＋１）で表される。
図５、図６に示したように、ユーザ端末１０，計測サイト２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，サーバまたは相手ユーザ端末５０の場合には、５測定点（４区間）から構成されていたが、この場合には、１０−２０Ｂ−２０Ｃの３測定点と、２０Ｂ−２０Ｃ−２０Ｄの３測定点と、２０Ｃ−２０Ｄ−５０の３測定点とに分けて劣化切り分け手順を実施すれば、以下で説明する劣化切り分けの論理を適用することができる。

（パケット転送遅延時間およびパケット損失率を品質尺度とした場合の品質劣化切り分けの実施）
測定点ｋ−１，ｋ，ｋ＋１が存在する場合に、例えば測定点ｋ，ｋ＋１について、各区間のスループット、パケット転送遅延時間、パケット損失率を、次のように表記する。
１．区間（ｋ，ｋ＋１）におけるスループット：Ｓ_{ｋ，ｋ＋１}，
２．区間（ｋ，ｋ＋１）におけるパケット転送遅延時間：ｔ_{ｋ，ｋ＋１}，
３．区間（ｋ，ｋ＋１）におけるパケット損失率：Ｐ_{ｋ，ｋ＋１}，
ここで、各区間のパケット転送遅延時間は、

が成り立つ。また、区間（ｋ−１，ｋ＋１），（ｋ，ｋ＋１），（ｋ−１，ｋ）のパケット損失率に関して、次の関係が成り立っている。

となり、常用対数をとると、

とすると、

となる。

パケット損失率Ｐは１以下であるから、パケット損失率が増加すると、Ｐ_{ｋ−１，ｋ＋１}の値は増加する。
以上より、パケット転送遅延時間とパケット損失率の対数に関しては、各区間に対して加法的な関係にある。よって、前記の前提条件５より、各品質尺度に対して、各区間についての品質配分値とＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの閾値が与えられれば、パケット転送遅延時間やパケット損失率に基づいて劣化要因の判定、および劣化区間の特定が可能となる。以降、パケット損失率の対数値Ｐに関しても、パケット損失率と記述することとする。

（スループットを品質尺度とした品質劣化切り分けの実施）
図７は、ＴＣＰスループット曲線を示す図である。
そこで、スループットに関しても同様に劣化の判定、劣化区間の特定を実施することが望ましい。
ＴＣＰのスループットは、パケット転送遅延時間（ｔ_{ｋ，ｋ＋１}）と損失率（Ｐ_{ｋ，ｋ＋１}）に対して、図７に示すような曲線として表される。ここでは、ＴＣＰスループットは、ｘ＜ｙ＜ｚの関係が成り立つ場合には、それぞれ図７のような曲線となる。

ＴＣＰ等のスループットを例にとった場合、ＴＣＰのバージョン、および、Ａｃｋ数、タイムアウト値等のＴＣＰパラメータ値が与えられると、関数Ｓによって

と表される。

一般に、Ｓは近似的に非線形な関数によって与えられ、数学的な手続きによって線形関数に変換することは困難である。区間に対するスループットについては、区間に対するパケット転送遅延時間や損失率のように加法的な関係が成立しないため、どの区間のスループットに改善効果があるかを判定することは困難であり、すなわちスループット値そのものを用いて劣化切り分けを実施することはできない。
そこで、品質劣化の切り分けを実施する手続きとして、スループット曲線を用い、測定結果より得られたスループット値とパケット転送遅延時間とパケット損失率をもとに劣化判定、および劣化区間の特定を実施することとする。

（劣化切り分けの実施手順の詳細）
ここで、パケット転送遅延時間とパケット損失率に対するＴＣＰスループットの値は、ＴＣＰのバージョンおよびＴＣＰパラメータ値に対して、測定結果から得られているものとする。つまり、予め規定されたスループット値幅毎に曲線が得られているものとする。
図８，図９は、ＴＣＰスループットパケット転送品質閾値の関係図である。
区間（ｋ−１，ｋ＋１）のスループット品質が低下した場合に、区間（ｋ−１，ｋ）と区間（ｋ，ｋ＋１）の劣化切り分けを実施する手順を示す。

（手順１）パケット転送品質閾値（パケット転送遅延時間とパケット損失率の閾値）に基づいてスループット閾値設定の有効性の有無を判定する手順を示す。
スループット閾値（Ｓ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｔｈｒ）を満たす往復遅延時間とパケット損失率の集合からなるスループット曲線、およびパケット転送遅延時間閾値（ｔ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｔｈｒ）とパケット損失率閾値（Ｐ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｔｈｒ）をＴＣＰスループット曲線図上に記す。
（１）

を満たす場合、つまり図８に示すように、品質劣化の有無を判定するスループット閾値（Ｓ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｔｈｒ）を表す曲線と両軸とで構成される領域に、パケット転送遅延時間の閾値とパケット損失率の閾値によって構成される四角形が含まれている場合、三つの尺度の閾値設定は妥当であると判定し、次の手続きに進む。
（２）

となる場合、つまり図９に示すように、品質劣化の有無を判定するスループット閾値を表す曲線と両軸とで構成される領域に、パケット転送遅延時間の閾値およびパケット損失率の閾値によって構成される四角形が含まれない場合、スループット品質の閾値に対して、パケット転送品質の閾値設定が適切でない、あるいは、劣化切り分けの対象となる区間においては、十分なＴＣＰスループット性能が得られないと判定し、

つまり、パケット転送遅延時間とパケット損失率が、ｔ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｔｈｒ，Ｐ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｔｈｒの時のスループット値に変更し、次の手順へ進む。

（手順２）
図１０は、ＴＣＰスループットにおける劣化判定の関係図である。
各区間の測定値の統計値に基づいて品質劣化の有無を判定する手順を示す。
各区間に対するスループット測定値、パケット転送遅延時間測定値、パケット損失率測定値の統計値をＴＣＰスループット曲線図上にプロットする。
区間（ｋ−１，ｋ＋１）に対して点Ｃ（Ｐ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｍ，ｔ_{ｋ−１，ｋ＋１} ^ｍ）をプロットし、区間のスループットとスループット閾値との関係を評価する。
（１）

となる場合には、劣化していないと判定し、手順を終了する。
（２）

となる場合（図１０のＣ）には、劣化していると判定し劣化切り分け手順に進む。
ここで、スループット・パケット転送遅延時間・パケット損失率の三つが測定パラメータとして与えられているが、パケット損失率に関しては他の二つと比較して統計値を算出する際に精度を向上させることが困難な場合がある。その場合には、スループット、および往復遅延時間の平均値をもとに、ＴＣＰスループットのＤＢと照合することによって、パケット損失率の平均値を算出し、パケット損失率とパケット転送遅延時間の平均値をもとに劣化切り分けを実施する。

（手順３）

図１１は、品質配分に基づく劣化切り分けの図であり、図１２は品質劣化切り分け情報の出力例を示す図である。
劣化区間の特定および劣化要因の判定をもとに、劣化切り分けを実施する手順を示す。
区間（ｋ−１，ｋ），（ｋ，ｋ＋１）に対してプロットし、

とする。
区間（ｋ−１，ｋ），（ｋ，ｋ＋１）に対して品質配分がａ：ｂで与えられているとき、

とすると、
（手順３−１）区間（ｋ−１，ｋ）に対する劣化判定

ならば、区間（ｋ−１，ｋ）のパケット損失率が劣化要因と判定する。

ならば、区間（ｋ−１，ｋ）のパケット転送遅延時間が劣化要因と判定する。
（手順３−２）区間（ｋ，ｋ＋１）に対する劣化判定

ならば、区間（ｋ，ｋ＋１）のパケット損失率が劣化要因と判定する。

ならば、区間（ｋ，ｋ＋１）のパケット転送遅延時間が劣化要因と判定する。
以上の劣化区間情報、および劣化要因情報を品質劣化切り分け情報として出力し、手順を終了する。
手順１〜３は、品質計測サイト２０の品質評価機能部２４において、品質劣化切り分け手順として実行される。

図１１において、プロットされた点Ａは、品質配分されたパケット転送遅延時間、およびパケット損失率の許容値（四角形の内）に含まれるため、劣化区間ではないが、Ｂ，点Ｃは許容値外部にあるため、劣化区間と判定される。
図１２においては、区間（ｋ，ｋ＋１）においてスループット低下を感じたが、判定の結果、区間（ｋ−１，ｋ）のパケット転送遅延時間に異常があり、区間（ｋ，ｋ＋１）では異常なしであった。一方、パケット損失率では、両区間（ｋ−１，ｋ），（ｋ，ｋ＋１）ともに異常なしと判定された。

本発明の一実施の形態に係るシステム全体の動作説明図である。 本発明の動作原理を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係るシステムの機能構成図である。 品質劣化切り分け実施対象区間の説明図である。 上り方向の試験パケットによる切り分け処理のシーケンスチャートである。 下り方向の試験パケットによる切り分け処理のシーケンスチャートである。 ＴＣＰスループット曲線を示す図である。 ＴＣＰスループットとパケット転送品質閾値の関係図（１）である。 ＴＣＰスループットとパケット転送品質閾値の関係図（２）である。 ＴＣＰスループットにおける劣化判定の曲線図である。 品質配分に基づく劣化切り分けの曲線図である。 品質劣化切り分け情報の出力例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるＮＷ構成管理サーバ内のＤＢ内に格納されている情報の例を示す図である。

符号の説明

Ｂ，Ｃ，Ｄ ＮＷ（ネットワーク）装置
１０ ユーザ端末
１０Ａ ユーザＡＰ
２０ 品質計測サイト
２０Ｂ ＮＷ装置Ｂの近傍の品質計測サイト
２０Ｃ ＮＷ装置Ｃの近傍の品質計測サイト
２０Ｄ ＮＷ装置Ｄの近傍の品質計測サイト
３０ ＮＷ管理サーバ
４０ ＮＷ事業者端末
５０ サーバまたは相手ユーザ端末
６０ 入出力手段
１１ パケット転送品質算出機能部
１２ 品質評価機能部
１３ 客観品質劣化検出部
１４ 通信経路特定機能部
１５ パケット送出機能部
１６ パケット受信機能部
２１ パケット受信機能部
２２ パケット送出機能部
２３ パケット転送品質算出機能部
２４ 品質評価機能部
２５ 品質劣化切り分け管理ＤＢ
３１ ナビゲーション機能部
３２ ＮＷ構成管理ＤＢ
３３ ユーザ情報管理ＤＢ
３４ 品質計測サイト位置情報管理ＤＢ

Claims (10)

1. 実際に通信が行われる通信経路上で、該通信経路を複数の区間に分け、ユーザ端末における体感品質に基づき品質劣化が生じている区間を特定するため、該通信経路上の通信品質情報を収集する手段と、
   前記収集した通信品質情報と、予め設定されている体感品質と通信品質情報との対応データと、前記体感品質の閾値とから、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの体感品質劣化の有無を判定し、劣化有と判定した場合には、各区間の通信品質の劣化の有無を判定し、通信品質が劣化していた場合には、その劣化要因を特定する品質劣化特定手段とを有することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分け装置。
2. 請求項１に記載のパケット交換網の品質劣化切り分け装置において、
   前記品質劣化特定手段は、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄの通信品質を、必要に応じて対数関数を利用することで、各区間の通信品質の加算により表現することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分け装置。
3. 請求項１に記載のパケット交換網の品質劣化切り分け装置において、
   前記品質劣化特定手段は、劣化区間と劣化要因の特定が、Ｅｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄにおけるパケット損失率・パケット転送遅延時間の各閾値と各区間に対する品質配分比から算出される各区間のパケット転送閾値に基づいて劣化区間と劣化要因の特定を実施することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分け装置。
4. 請求項１に記載のパケット交換網の品質劣化切り分け装置において、
   前記品質劣化特定手段は、パケット損失率・パケット転送遅延時間とＴＣＰスループットとの関係情報から、各区間のパケット転送遅延時間とＴＣＰスループットの測定値をもとに各区間のパケット損失率を算出し、劣化切り分けを実施することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分け装置。
5. 請求項１に記載のパケット交換網の品質劣化切り分け装置において、
   前記品質劣化特定手段は、ＴＣＰスループット、ユーザの感じる品質とパケット転送遅延時間やパケット損失率、パケット転送品質との対応関係を、ＴＣＰのスループット値の近似式をもとに事前に取得し、前記情報を品質劣化切り分け管理データベース内に格納しておき、該データベースから読み出した情報を他の品質劣化特定手段から送信されたパケット転送品質の統計情報と照合することにより、劣化区間と劣化要因を特定することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分け装置。
6. ユーザ端末からネットワーク管理サーバが配置された通信網を経由して相手ユーザあるいはサーバに接続されたパケット交換網の品質劣化切り分けシステムにおいて、
   対象サービスのパケットフローが通過する転送経路上の切り分けポイントに配置され、品質劣化区間の特定と品質劣化要因の特定を行う品質劣化切り分け装置と、
   ユーザ端末の通信経路から通信経路上、あるいは通信経路近傍に位置する前記品質劣化切り分け装置の位置情報を提供するナビゲーション手段を備えたネットワーク管理装置と、
   前記品質劣化切り分け装置との間で送受信された試験パケットのパケット転送品質情報から通信経路におけるパケットの品質統計データを算出するパケット転送品質算出手段、および算出された品質統計データより劣化区間および劣化要因を取得する品質劣化情報取得手段を備えたユーザ端末とを有することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分けシステム。
7. 請求項６に記載のパケット交換網の品質劣化切り分けシステムにおいて、
   前記ナビゲーション手段は、ユーザＩＤと経路情報を受け取ると、該ユーザＩＤをユーザ管理データベースと照合し、また該経路情報をネットワーク構成管理データベースと照合し、ユーザ端末と通信しているパケットの流入箇所と流出箇所を特定し、各照合結果を品質計測サイト位置情報データベースと照合することにより、経路上または近傍に位置する品質計測サイト位置情報を選定することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分けシステム。
8. ユーザ端末からネットワーク管理サーバが配置された通信網を経由して相手ユーザあるいはサーバに接続されたパケット交換網の品質劣化切り分け方法において、
   ユーザ端末は、客観的計測値が閾値以下を検出することを契機として、ユーザ契約情報とユーザの通信相手先ＩＰアドレスからパケット転送経路を検出し、
   ナビゲーション手段は、転送経路情報とネットワーク構成データベースの内容を照合することにより、品質劣化切り分け装置を選択し、選択した品質劣化切り分け装置の位置情報を前記ユーザ端末に通知し、
   選択された品質劣化切り分け装置は、通知された品質計測位置情報をもとに品質劣化切り分けを実施し、劣化区間および劣化要因の各情報を取得することを特徴とするパケット交換網における品質劣化切り分け方法。
9. 実際に通信が行われる通信経路上で、該通信経路を複数の区間に分け、ユーザ端末における体感品質に基づき品質劣化が生じている区間を特定する品質劣化切り分け方法において、
   品質劣化切り分け装置は、パケット転送遅延時間およびパケット損失率のパケット転送品質閾値とアプリケーション品質閾値との比較により、各閾値の設定が有効であるか否かを判定し、
   前記パケット転送品質閾値がアプリケーション品質閾値を満たさない場合には、パケット転送品質の初期設定値を変更し、
   各区間において送出された試験パケットから取得したパケット転送品質情報から統計値を算出し、アプリケーション品質の閾値との比較によりアプリケーション品質に劣化が発生したか否かを判定し、
   各区間のパケット転送品質の統計値と品質配分比に基づいて算出される各区間のパケット転送品質閾値との比較により、劣化区間および劣化要因を特定する
   ことを特徴とするパケット交換網における品質劣化切り分け方法。
10. ユーザ端末から複数のＮＷ装置を経由して相手ユーザ端末またはサーバに接続されたパケット交換網の品質劣化切り分け方法において、
    ユーザ端末は、上り方向の試験を行うため、通信経路上の最初のＮＷ装置の近傍の品質劣化切り分け装置に起動をかけると、前記最初のＮＷ装置近傍の切り分け装置から前記ユーザ端末に応答信号を返送することで、前記ユーザ端末から前記最初のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置に対して試験パケットを送出し、前記最初のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置は、経路順に接続された次のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置に起動をかけ、該次のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置から前記最初のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置に対して応答信号が返送された後に、前記最初のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置から次のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置に対して試験パケットを送出し、
    通信経路の相手ユーザ端末またはサーバは、試験パケットを受け取り、それを元に統計情報を算出して、１つ前の品質劣化切り分け装置に送信し、同じ処理を順次行うことにより、前記最初のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置は、遠方から順に統計情報を受け取り、遠方から順に品質劣化切り分け処理を実施して、切り分け情報を前記ユーザ端末に送出し、
    次に、下り方向の試験を行うため、前記最初のＮＷ装置の近傍の品質劣化切り分け装置から前記ユーザ端末に対して試験パケットを送出し、前記ユーザ端末は、前記最初のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置に対して試験パケットを元に算出した統計情報を送出し、通信経路上の最後のＮＷ装置またはサーバの近傍の品質切り分け装置に至るまで同じ処理を順先行うことにより、前記最初のＮＷ装置の品質劣化切り分け装置は、遠方から受け取った統計情報を元に順次、品質劣化切り分け処理を実施し、切り分け情報を前記ユーザ端末に送出することを特徴とするパケット交換網の品質劣化切り分け方法。

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