JP2008258877A - 帯域測定システム、通信装置、帯域測定方法および帯域測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 他のトラヒックの変動に対する追従性の高い利用可能帯域推定ができる帯域測定システムを提案する。
【解決手段】 計測パケット送信装置１１０１−１から、送信レートを変えた異なるパケットペアを計測パケット受信装置１１０１−２へ送信し、計測パケット受信装置では各々パケットペアの受信間隔を計測する。パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４においては、送信間隔と対応する受信間隔を記憶し、変化点推定部１１０１−１０５においては、記憶部に記憶された任意の複数個の送信間隔と受信間隔の値を用いて、送信間隔と受信間隔の傾向が変わる点を統計的に求めることにより、利用可能帯域を推定する。このような構成を採用し、統計的に傾向が変わる点を求めることにより、連続的に少ない計測パケットで利用可能帯域を求めることができるため、他のトラヒックの変動に対する追従性を高くできる。
【選択図】 図２

Description

本発明は帯域測定システム、帯域測定方法および帯域測定用プログラムに関し、特に利用可能帯域を測定する帯域測定システム、通信装置、帯域測定方法および帯域測定プログラムに関する。

任意の２つの端末間の空き帯域（以下、利用可能帯域）を、プローブパケットを用いて計測する手法として、２つのパケット（パケットペア）、若しくは、複数のパケット（パケットトレイン）の間隔をあけて送出して、ネットワークを介し受信した後に、その送信パケット間隔と受信パケット間隔の関係の変動より利用可能帯域を計測する手法が広く知られている。

パケット間隔による利用可能帯域の算出の原理は、以下の通りである。ひとつのパケットペアの送出パケット間隔をＴ、受信パケット間隔をＴ’、プローブパケットサイズをＳ、送信レートをＲ（＝Ｓ／Ｔ）とする。もし、送信レートＲが利用可能帯域以下の場合には、Ｔ’＝Ｔとなりパケット間隔が変わらない。また、もし、Ｒが利用可能帯域より大きい場合には、Ｔ’＞Ｔとなりパケット間隔が広がる。よって、パケット間隔が広がり始めるＲが、利用可能帯域と等しいため、パケット間隔が広がり始めるポイントを特定することが、利用可能帯域の測定となる。

パケット間隔の代わりに、伝送遅延の変化を用いることもできる。この場合は、パケットトレインを用いて計測する。Ｒが利用可能帯域より大きい場合には、同じレートで送ったパケットトレイン中のパケットの伝送遅延が増加する。Ｒが利用可能帯域以下の場合には、パケットトレイン中のパケットの伝送遅延は増加しない。

パケット間隔を用いて利用可能帯域を計測する方式としては、送信レートを上げながら複数のパケットを送信し、遅延が伸びたポイントの送信レートを利用可能帯域とする方法（非特許文献１）、送信レートを下げながらパケットペアを送り、送信パケット間隔Ｔ＝受信パケット間隔Ｔ’となる送信レートを利用可能帯域とする方法（非特許文献２）がある。

パケットトレインを用いてトレイン内の伝送遅延が伸びるか変わらないかによって利用可能帯域を測定する手法として、伝送遅延が伸びるか変わらないかによって送信レートの上限と下限を二分探索で狭めていき、上限と下限の差がある設定された誤差範囲となったときにその範囲を利用可能帯域の範囲として、利用可能帯域を探索する方法（非特許文献３）、伝送遅延が増加傾向である場合に指数関数的に送信レートを上げて、伝送遅延が減少傾向である場合には送信レートを指数関数的に下げることにより利用可能帯域を探索する方法（特許文献１）がある。

また、伝送路に無線区間が含まれる場合には、無線区間において、遮蔽、反射物などの影響による電波伝送特性の変化により、遅延変動が非常に大きいという特徴がある。このような環境下において、特許文献２では、計測パケットペアの受信間隔の分散ρを算出して、試験パケット長をＬ、キャパシティをＣとして、利用可能帯域をＬ／｛（Ｌ＋Ｃ）＋ρ｝として算出する手法が開示されている。
特開２００６−７４７７３号公報 図２、段落００１１〜００３７等 特開２００６−２６１７５５号公報 図５、段落００２７〜００３１等 Vinay J.Ribeiro, Rudolf H. Riedi, Richard G. Baraniuk, Jiri Navratil, Les Cottrell著、pathChirp:Efficient Available Bandwidth Estimation for Network Paths、米国、2003年4月、Passiveand Active Measurement Workshop 2003 予稿集 Ningning Hu、PeterSteenkiste著、Evaluation and Characterization of Available Bandwidth Probing Techniques、米国、AUGUST2003、IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, VOL. 21, NO. 6, p.p.879- 894 Manish Jain,Constantinos Dovrolis 著、Pathload: A measurement tool for end-to-end availablebandwidth, 米国、2002年3月、Passive and Active Measurement Workshop 2002 予稿集 Bob Melander,Mats Bjorkman, Per Gunningberg著,"First-come-first-served packet dispersion andimplications for TCP",米国,2002年3月, Global Telecommunications Conference 2002予稿集

従来の手法による利用可能帯域推定は、他のトラヒックの変動に対する追従性が低いということである。その理由は、従来の手法が他のトラヒックが変動していないと見なして計測を複数回行っているからである。他のトラヒックが変動していると考えて計測を行う場合にも、特許文献２のように分散を用いて過小に推定するため、トラヒック変動に対する追従性が低い。

（発明の目的）
本発明の目的は、他のトラヒックの変動に対する追従性の高い利用可能帯域推定ができる帯域測定システム、通信装置、帯域測定方法および帯域測定プログラムを提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、通信路を介して複数のペアとなった試験パケットを送信する第１の通信装置と、前記試験パケットを受信する第２の通信装置を備え、前記試験パケットの受信間隔と送信間隔を記憶し、記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求めることを特徴とする。

第１の通信装置である計測パケット送信装置（図２の１１０１−１）から、送信レートを変えた異なるパケットペアを第２の通信装置である計測パケット受信装置（図２の１１０１−２）へ送信し、前記計測パケット受信装置では各々パケットペアの受信間隔を計測する。パケット間隔情報記憶部（図２の１１０１−１０４）においては、前記送信間隔と対応する前記受信間隔を記憶し、変化点推定部（図２の１１０１−１０５）においては、前記記憶部に記憶された任意の複数個の前記送信間隔と前記受信間隔の値を用いて、送信間隔と受信間隔の傾向が変わる点を統計的に求めることにより、利用可能帯域を推定する。

このような構成を採用し、統計的に傾向が変わる点を求めることにより、連続的に少ない計測パケットで利用可能帯域を求めることができるため、本発明第１の目的を達成することができる。

第１の効果は、他のトラヒックの変動に対する追従性が高い利用可能帯域の計測ができることにある。その理由は、統計的に傾向が変わる点を求めることにより、連続的に少ない計測パケットで利用可能帯域を求めることができるためである。

第２の効果は、計測を続けることにより利用可能帯域の推定値の誤差を小さくできることにある。その理由は、利用可能帯域に近い送信間隔で計測を行う方法と、誤差が大きいデータを再計測することによって誤差を減らすことためである。

第３の効果は、誤差を考慮した利用可能帯域変動を取得できることにある。その理由は、複数の推定利用可能帯域を誤差範囲で重み付けをして補正をかけるためである。

（原理の説明）
本発明を実施するための第１の原理について説明する。

本発明の第１の原理においては、計測パケット送信装置から、送信間隔を変えた異なるパケットペアを計測パケット受信装置へ送信し、前記計測パケット受信装置では各々パケットペアの受信間隔を計測する。パケット間隔情報記憶部においては、前記送信間隔と対応する前記受信間隔を記憶し、変化点推定部においては、前記記憶部に記憶された任意の複数個の前記送信間隔と前記受信間隔の値を用いて、送信間隔と受信間隔の傾向が変わる点を統計的に求めることにより、利用可能帯域を推定する。

具体的には、前記億部に記憶された複数の前記送信間隔と前記受信間隔の値を、利用可能帯域を未知数とした送信間隔と受信間隔の関係を表したモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域の導出が可能である。フィッティング手法としては、最小二乗法を用いる。

フィッティングに用いるモデル式としては、ボトルネック箇所における他のトラヒックを流体ととらえて、他のトラヒックによって試験フロー（ペアとなるパケット（パケットペア）や連なるパケット群（パケットトレイン））のパケット間隔、若しくは、レートの、ボトルネック箇所の前後における変化を数式で表したものを用いる。

計測フローも流体ととらえた場合は、非特許文献４に示されている式（１）を用いることができる。

送信レートをｒ_Ｉ、受信レートをｒ_Ｏとして、Ｃはキャパシティ、λは他のトラヒックの量、ｓは計測パケットサイズである。送信間隔はｇ_Ｉ、受信間隔はｇ_Ｏとすると、間隔とレートの関係は、レート＝ｓ／間隔であるため、式（１）にｒ_Ｏ＝ｓ／ｇ_Ｏ、ｒ_Ｉ＝ｓ／ｇ_Ｉを代入し、

として、式（２）に対して、（ｓ／ｇ_Ｉ，ｓ／ｇ_Ｏ）の分布をフィッティングさせる。もしくは、両辺の逆数に対してｓで割った式に対してフィッティングさせてもよい。

キャパシティＣは、既知としてもよいし、未知数としてもよい。キャパシティＣを既知とした場合は、キャパシティＣをあらかじめ設定する必要があるが、算出に必要となるレート、もしくは、間隔情報が少なくなる。キャパシティＣを未知数とした場合は、キャパシティＣをあらかじめ設定する必要がないが、二つの未知数を求めるため、算出に必要となるレート、もしくは、間隔情報が多くなる。

式（２）において、利用可能帯域は、Ｃ−λで表される。すなわち、ｇ_Ｉ、ｇ_Ｏ、Ｃ、ｓを与えて、未知数λを求めた後、Ｃ−λとして利用可能帯域を求める。利用可能帯域をＸとして、λ＝Ｃ−Ｘと置換して、利用可能帯域Ｘを未知数として求めてもよい。

式（２）より、ｓ／ｇ_Ｉとｓ／ｇ_Ｏのモデル式は、（Ｘ，Ｘ）で接する線分と曲線から成り立つため、利用可能帯域で関係の傾向が変わることがわかる。

利用可能帯域の推定値の誤差を、求めてもよい。誤差は、フィッティング手法として最小二乗法によって求めた場合には、残差の標準偏差から求めることができる。

また、誤差を残差の平均偏差、若しくは、四分位範囲（第３四分位点と第１四分位点の差）、若しくは、任意のｑ（０＜ｑ＜０．５）の（１−ｑ）クォンタイルとｑクォンタイルの差という他の広がりを表す統計値を用いてもよい。

本発明原理によって、少ない計測パケットで、連続した利用可能帯域測定が可能となり、背景トラヒックの変動に対する追従性が高くなる。

本発明を実施するための第２の原理について説明する。利用可能帯域の推定値（以下、推定利用可能帯域）の誤差を小さくするように送信間隔を調節する手法である。誤差を小さくする方法としては、推定利用可能帯域に近いレートになる送信間隔で計測を行う方法と、フィッティング式と受信間隔の誤差が大きい送信間隔を再計測することによって誤差を減らすことが考えられる。推定利用可能帯域に近いレートを持つ送信間隔とは、推定利用可能帯域を中心とした誤差範囲にある任意のレートに対応するパケット間隔である。誤差範囲は、誤差を用いてもよいし、誤差を任意のα倍してもよい。再計測によって誤差を減らす方法としては、再計測後にフィッティングした値と観測値の差である残差が小さくできる送信間隔を設定すること、具体的には、残差が大きい送信間隔を設定することがある。この二つの方法は、併用してもよい。

本原理において用いる推定利用可能帯域は、少数の送信間隔と受信間隔の組から算出することが望ましい。なぜならば、背景トラヒックの変動による誤差を検出しやすくなるため、背景トラヒックに対する追従性が高まるからである。

前記推定利用可能帯域の誤差を小さくする手法を用いても、誤差が大きくなった場合には、背景トラヒックが変動したと考えられるため、計測間隔を短くしてもよい。また、誤差が小さくなった場合には、背景トラヒックの変動が小さいと考えられるため、計測間隔を長くしてもよい。

本発明の原理によって、誤差を小さくしようと送信間隔の設定を行うため、背景トラヒックの変動に対する追従性が高まる。

本発明を実施するための第３の原理について説明する。本発明の第１の原理にて求められた推定利用可能帯域は、個々の推定値ごとに異なる誤差もつ（不均一分散）ため、複数の推定利用可能帯域の変動を値の変動だけ追ってみることが難しい。同じ推定利用可能帯域であっても、誤差が大きい値ほど、その値が真の値である可能性が低く、誤差が小さい値ほど、その値が真の値である可能性が高くなるため、値ごとの誤差を考慮した補正が必要である。

本発明原理では、複数の推定利用可能帯域を誤差で重み付けし、平滑化（ｇｒａｄｕａｔｉｏｎ）し補正をかける。重み付けは、誤差が大きければ軽く、誤差が小さければ重くようにかける。誤差として、標準偏差を用いている場合は、重み付けとして、誤差の二乗の逆数を用いることが望ましい。補正方法として、ノンパラメトリック回帰を行う。

補正は、ｎ個の推定利用可能帯域ａ_ｉとその計測時間をｔ_ｉ、重み付けをｗ_ｉとすると、ペナルティ付き最小二乗問題を考えて、式（３）を最小とする関数ｆを求めることで行う。λは、平滑化係数である。

関数ｆとしては、ｔ_ｉが節点となった３次以上のスプライン関数を用いる。

本発明原理で用いる推定利用可能帯域ａ_ｉは系列相関を排除するために、推定利用可能帯域ａ_ｉの推定で用いた送信間隔と受信間隔の値を、他の推定利用可能帯域ａ_ｊの推定で用いていないことが望ましい。

本発明原理において用いる推定利用可能帯域は、多数の送信間隔と受信間隔の組から算出することが望ましい。なぜならば、統計的に誤差が小さい値となるためである。

本発明原理により、本発明の第１の原理にて求められた推定利用帯域の誤差の変動が大きい状態でも、より信頼できる推定利用可能帯域に補正が可能である。

（構成および手順）
次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態の説明では、計測パケット送信装置１１０１−１、計測パケット受信装置１１０１−２間でデータを送る場合に、通信網１１０１−３を通る場合を想定し、この場合の処理を説明する。

図２を参照すると、計測パケット送信装置１１０１−１は、パケット間隔設定部１１０１−１０１、計測パケット送信部１１０１−１０２、パケット間隔情報受信部１１０１−１０３、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４と、変化点推定部１１０１−１０５、計測パケット受信装置１１０１−２は、計測パケット受信部１１０１−２０１、パケット間隔情報送信部１１０１−２０２を含む。

パケット間隔設定部１１０１−１０１は、計測パケットの送信間隔を任意の値に設定する部位である。計測パケット送信部１１０１−１０２は、パケット間隔設定部１１０１−１０１で設定された計測パケットの送信間隔で、計測パケットを計測パケット受信装置１１０１−２に送信する部位である。パケット間隔情報受信部１１０１−１０３は、計測パケット受信装置１１０１−２における計測パケットの受信間隔の情報を受信する部位である。パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４は、パケットペアの送信間隔と受信間隔を組にして記憶する部位である。送信間隔は、パケット間隔設定部１１０１−１０１より、受信間隔は、パケット間隔情報受信部１１０１−１０３より通知される。変化部推定部１１０１−１０５は、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４に記憶された任意の複数の送信間隔と受信間隔の傾向が変わる点を統計的に求めることにより、利用可能帯域を推定する。推定方法の詳細は、本発明の第１の原理と同様であるので、省略する。

計測パケット受信部１１０１−２０１は、計測パケット送信装置１１０１−１からの計測パケットを受信し、パケットペア間の間隔（受信間隔）を受信する部位である。パケット間隔情報送信部１１０１−２０２は、計測パケット受信部１１０１−２０１で計測した受信間隔を計測パケット送信装置１１０１−１に送信する部位である。

次に、図２および図３を参照して本発明の第１の実施の形態の動作について詳細に説明する。

計測パケット送信装置１１０１−１において、パケット間隔設定部１１０１−１０１で任意の計測パケット間隔が設定される（図３のステップＡ１）。計測パケット送信部１１０１−１０２において、計測パケットを設定されたパケット間隔で送信する（ステップＡ２）。パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４において、送信間隔を記憶する（ステップＡ３）。パケット間隔情報受信部１１０１−１０３において、計測パケット受信装置１１０１−２０１において、計測パケットの受信間隔を受信、取得し（ステップＡ４）、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４において、対応するパケットの送信間隔とセットで、受信間隔を記憶する（ステップＡ５）、変化点推定部１１０１−１０５において、記憶された複数の計測パケットの送信間隔と受信間隔により利用可能帯域の推定する（ステップＡ６）。推定方法の詳細は、本発明の第１の原理と同様であるので、省略する。

本発明においては、送信間隔と受信間隔とをパケット間隔情報記憶部１１０１−１０４に記憶した。変化推定部１１０１−１０５で用いるモデル式として、送信レートと受信レートからなる式（１）を用いてもよい。この場合は、送信間隔と受信間隔をパケット間隔情報記憶部１１０１−１０４に記憶しておき、変化部推定部１１０１−１０５において、送信レートと受信レートに変換して推定する。また、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４で、送信間隔と受信間隔を送信レート、受信レートに変換し記憶しておき、変化部推定部１１０１−１０５において、送信レートと受信レートをもとに推定してもよい。

本発明においては、パケット間隔設定部１１０１−１０１で設定された送信間隔は、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４に直接情報を渡した。別の送信パケット間隔の渡し方としては、計測パケット送信部１１０１−１０２で送信される計測パケットに送信パケット間隔情報を付加し、計測パケット受信部１１０１−２０１で付加情報を受け取り、パケット間隔情報送信部１１０１−２０２で、受信間隔とともに、送信間隔の情報を送る手法がある。また、計測パケット送信部１１０１−１０２で送信される計測パケットに送信時刻を付加し、計測パケット受信部１１０１−２０１にて、ペアとなった２つのパケットの送信時刻の差より、送信間隔を算出して、パケット間隔情報送信部１１０１−２０２から受信間隔とともに、送信間隔の情報を送る手法がある。いずれの手法も送信間隔は、計測パケット受信部１１０１−２０１から、パケット間隔送信部１１０１−２０２、パケット間隔情報受信部１１０１−１０３を介して、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４に伝えられる。

次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図４を参照すると、計測パケット送信装置１２０１−１は、図２の本発明の第１の実施の形態の計測パケット送信装置１１０１−１と、変化点を推定するときに誤差範囲も算出する変化点推定部１２０１−１０５と、変化点推定部１２０１−１０５からの推定利用可能帯域を用いて、パケット間隔を設定するパケット間隔設定部１２０１−１０１を有する点で異なる。パケット間隔設定部１２０１−１０１では、推定利用可能帯域の誤差を小さくするように送信間隔を調節する。調整方法の詳細は、本発明の第２の原理と同様であるので、省略する。

次に、図４および図５を参照して本発明の第２の実施の形態の動作について詳細に説明する。

計測パケット送信装置１２０１−１において、本発明の第１の実施の形態の図３と比較して、ステップＢ１とＢ６が異なる。パケット間隔設定部１２０１−１０１で、推定利用可能帯域の誤差を小さくするように送信間隔を調節する（ステップＢ１）。調整方法の詳細は、本発明の第２の原理と同様であるので、省略する。変化点推定部１２０１−１０５において、記憶された複数の計測パケットの送信間隔と受信間隔により利用可能帯域の推定と誤差を算出する（ステップＢ６）。推定方法の詳細は、本発明の第１の原理と同様であるので、省略する。

次に、本発明の第３の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図６を参照すると、計測パケット送信装置１３０１−１は、図２の本発明の第１の実施の形態の計測パケット送信装置１１０１−１と、変化点を推定するときに誤差範囲も算出する変化点推定部１３０１−１０５と、変化点推定部１３０１−１０５からの推定利用可能帯域と誤差範囲を用いて、補正をかける利用可能帯域補正部１３０１−１０６を有する点で異なる。利用可能帯域補正部１３０１−１０６は、複数の推定利用可能帯域を誤差で重み付けをして補正を行う。補正方法の詳細は、本発明の第３の原理と同様であるので、省略する。

次に、図６および図７を参照して本発明の第３の実施の形態の動作について詳細に説明する。

計測パケット送信装置１３０１−１において、本発明の第１の実施の形態の図３と比較して、ステップＣ６が異なり、ステップＣ７を有する。変化点推定部１２０１−１０５において、記憶された複数の計測パケットの送信間隔と受信間隔により利用可能帯域の推定と誤差を算出する（ステップＣ６）。推定方法の詳細は、本発明の第１の原理と同様であるので、省略する。利用可能帯域補正部１３０１−１０６において、複数の推定利用可能帯域を誤差で重み付けをして補正を行う（ステップＣ７）。補正方法の詳細は、本発明の第３の原理と同様であるので、省略する。

次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本形態は、本発明の第１の実施の形態の図２の計測パケット送信装置１１０１−１において、変化点推定部１１０１−１０５が変化点を推定するときに誤差範囲も算出する変化点推定部１４０１−１０５に変わり、加えて、第２の実施の形態のパケット間隔設定部１２０１−１０１と、第３の実施の形態の利用可能帯域補正部１３０１−１０６を有する。２つの部位を有することにより、推定利用可能帯域の誤差を小さくするように送信間隔を調節し、複数の推定利用可能帯域を誤差範囲で重み付けし、補正をかけることができる。

変化点推定部１４０１−１０５において、パケット間隔設定部１２０１−１０１と利用可能帯域補正部１３０１−１０６とで、異なる算出の推定利用可能帯域を用いてもよい。異なる算出とは、算出に利用するパケット間隔群が異なることである。具体的には、算出に利用するパケット間隔の数が異なることである。パケット間隔設定部１２０１−１０１への利用可能帯域の算出に用いたパケット間隔の数をｎ、利用可能帯域補正部１３０１−１０６への利用可能帯域の算出に用いたパケット間隔の数をｍとすると、ｎ＜ｍとすることで、小さいｎにより背景トラヒック変動に起因する誤差に対する追従性を向上させながらも、大きいｍにより統計的に誤差が小さい利用可能帯域による補正が可能となる。

次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。

図８を参照すると、本発明の第５の実施の形態の説明では、計測パケット送信装置２１０１−１間、計測パケット受信装置２１０１−２間で、データを送る場合に、通信網２１０１−３を通る場合を想定し、この場合の処理を説明する。

図９を参照すると、計測パケット送信装置２１０１−１は、計測パケット送信部２１０１−１０２、パケット間隔設定情報受信部２１０１−１０７を有し、計測パケット受信装置２１０１−２は、計測パケット受信部２１０１−２０１、パケット間隔情報記憶部２１０１−２０３、変化点推定部２１０１−２０４、パケット間隔設定部２１０１−２０６、パケット間隔設定情報送信部２１０１−２０７を有する。

計測パケット送信装置２１０１−１の計測パケット送信部２１０１−１０２は、本発明の第１の実施の形態の図２の計測パケット受信装置１１０１−１の計測パケット送信部１１０１−１０１と同様であるので説明を省略する。

パケット間隔設定情報受信部２１０１−１０７は、計測パケット受信装置２１０１−２から送信間隔の設定情報を取得し、計測パケット送信部２１０１−１０２に渡す部位である。

計測パケット受信装置２１０１−２の計測パケット受信部２１０１−２０１、パケット間隔設定部２１０１−２０６、パケット間隔情報記憶部２１０１−２０３、変化点推定部２１０１−２０４は、第１の実施の形態の図２の計測パケット受信装置１１０１−２の計測パケット受信部１１０１−２０１、計測パケット送信装置１１０１−１のパケット間隔設定部１１０１−１０１、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４と、変化点推定部１１０１−１０５として有するため、詳細な説明を省略する。

パケット間隔設定情報送信部２１０１−２０７は、計測パケット送信装置２１０１−１へ、パケット間隔設定部２１０１−２０６で設定された送信間隔の情報を通知する部位である。

次に、図９および図１０を参照して本実施の形態の動作について詳細に説明する。

計測パケット受信装置２１０１−１において、パケット間隔設定部２１０１−２０６で任意の計測パケット間隔が設定される（図１０のステップＤ１）。パケット間隔設定情報送信部２１０１−１０２において、送信間隔の情報を計測パケット送信装置２１０１−１へ通知する（ステップＤ２）。パケット間隔情報記憶部２１０１−１０４において、送信間隔を記憶する（ステップＤ３）。計測パケット受信部において、計測パケット送信装置２１０１−１からの計測パケット受信、間隔を算出し（ステップＤ４）、パケット間隔情報記憶部１１０１−１０４において、対応するパケットの送信間隔とセットで、受信間隔を記憶する（ステップＤ５）。変化点推定部１１０１−１０５において、記憶された複数の計測パケットの送信間隔と受信間隔により利用可能帯域の推定する（ステップＤ６）。推定方法の詳細は、本発明の第１の原理と同様であるので、省略する。

第１の実施の形態に対する、第２〜４の実施の形態の変更は、同様に第５の実施の形態に対しても可能である。

第２、４の実施の形態のパケット間隔設定部１２０１−１０１、及び、第３、４の実施の形態の利用可能帯域補正部１２０１−１０６を、計測パケット受信装置２１０１−６に有するように変更する。

次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。

図１１を参照すると、本発明の第６の実施の形態の説明では、計測パケット送信装置３１０１−１、計測パケット受信装置３１０１−２、利用可能帯域算出装置３１０１−３間でデータを送る場合に、通信網３１０１−４を通る場合を想定し、この場合の処理を説明する。

図１２を参照すると、計測パケット送信装置３１０１−１は、計測パケット送信部３１０１−１０２、パケット間隔設定情報送信部３１０１−１０７、計測パケット受信装置３１０１−２は、計測パケット受信部３１０１−２０１、パケット間隔情報送信部３１０１−２０２、利用可能帯域算出装置３１０１−３は、パケット間隔情報受信部３１０１−３０１、パケット間隔情報記憶部３１０１−３０２、変化点推定部３１０１−３０３、パケット間隔設定部３１０１−３０５、パケット間隔設定情報送信部３１０１−３０６を有する。

計測パケット送信装置３１０１−１の計測パケット送信部３１０１−１０２は、第１の実施の形態の計測パケット送信部１１０１−１０２と同様であるため、詳細な説明を省略する。パケット間隔設定情報受信部２１０１−１０７は、利用可能帯域算出装置３１０１−３から送信間隔の設定情報を取得し、計測パケット送信部３１０１−１０２に渡す部位である。

計測パケット受信装置３１０１−２の計測パケット受信部３１０１−２０１は、第１の実施の形態の計測パケット受信部１１０１−２０１と同様であるため、詳細な説明を省略する。パケット間隔情報送信部３１０１−２０２は、計測パケット受信部３１０１−２０１で計測した受信間隔を利用可能帯域算出装置３１０１−３に送信する部位である。

利用可能帯域算出装置３１０１−３のパケット間隔情報受信部３１０１−３０１、パケット間隔情報記憶部３１０１−３０２、変化点推定部３１０１−３０３、パケット間隔設定部３１０１−３０５、パケット間隔設定情報送信部３１０１−３０６は、第１の実施の形態の図２のパケット間隔情報受信部１１０１−１０３、計測パケット送信装置１１０１−１のパケット間隔情報記憶部１１０１−１０４と、変化点推定部１１０１−１０５、パケット間隔設定部１１０１−１０１、第５の実施の形態の図９のパケット間隔設定情報送信部２１０１−２０７として有するため、詳細な説明を省略する。

次に、図１２および図１３を参照して本実施の形態の動作について詳細に説明する。

利用可能帯域算出装置３１０１−３において、パケット間隔設定部３１０１−３０５で任意の計測パケット間隔が設定される（図１３のステップＥ１）。パケット間隔設定情報送信部３１０１−３０６において、送信間隔の情報を計測パケット送信装置３１０１−１へ通知する（ステップＥ２）。パケット間隔情報記憶部３１０１−３０２において、送信間隔を記憶する（ステップＥ３）。パケット間隔情報受信部３１０１−３０１において、計測パケット受信装置３１０１−２からの計測パケットの受信間隔情報を受信し（ステップＥ４）、パケット間隔情報記憶部３１０１−３０２において、対応するパケットの送信間隔とセットで、受信間隔を記憶する（ステップＥ５）。変化点推定部３１０１−３０３において、記憶された複数の計測パケットの送信間隔と受信間隔により利用可能帯域の推定する（ステップＥ６）。推定方法の詳細は、本発明の第１の原理と同様であるので、省略する。

第１の実施の形態に対する、第２〜４の実施の形態の変更は、同様に第６の実施の形態に対しても可能である。

第２、４の実施の形態のパケット間隔設定部１２０１−１０１、及び、第３、４の実施の形態の利用可能帯域補正部１２０１−１０６を、利用可能帯域算出装置３１０１−３に有するように変更する。

本実施の形態では、複数の計測パケット送信装置・計測パケット受信装置をひとつの利用可能帯域算出装置で制御可能となる。

上記全ての本発明の実施の形態においては、ひとつずつのパケットをペアにした場合で説明した。本発明は、複数のパケット同士をペアとしても実施可能である。また、連続して送信したパケットにおいて、隣接パケットをペアとしてもよい。また、同じレートで送信した複数のパケット同士の間隔の平均を取ってもよい。

同じレートで送信するパケットの個数は、送信レートが増加するにつれて増加、もしくは、送信間隔が増加するについて減少してもよい。具体的には、送信レートに比例、もしくは、送信間隔に反比例する個数を設定する。これにより、背景トラヒックが小さければ小さいほど、計測パケットと背景トラヒックのパケットがぶつかり計測パケットの間隔が広がる可能性が低くなるため、送信レートを上げて小さい背景トラヒックを計測する場合には、多くの計測パケットを送出することにより、計測精度を一定に保つことができる。

上記全ての本発明の実施の形態においては、計測パケット送信装置と計測パケット受信装置が１対１、若しくは、計測パケット送信装置と計測パケット受信装置と利用可能帯域算出装置とが１対１対１である場合で説明した。本発明は、１対多、多対１、多対多、若しくは、ｎ対ｍ対１、ｎ対ｍ対ｌでも実施可能であり、装置の数や組み合わせ数の制限を受けない。

全ての実施の形態は、パケットや、セグメントなど、連続データに区切りがあり、ネットワークやデータバスなど通信網を介するプロトコルを用いれば、実施が可能である。ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：インターネット・プロトコル）上に実装する場合には、パケットフォーマットとして、ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ：ユーザ・データグラム・プロトコル）を用いることで実施が可能である。

以上好ましい実施の形態と実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態及び実施例に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。

本発明によれば、通信網の帯域計測を行う装置などの用途に適用できる。

本発明の第１の実施の形態の通信網構成図である。 本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態の計測パケット送信装置１１０１−１の動作を示す流れ図である。 本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態の計測パケット送信装置１２０１−１の動作を示す流れ図である。 本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態の計測パケット送信装置１３０１−１の動作を示す流れ図である。 本発明の第５の実施の形態の通信網構成図である。 本発明の第５の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態の計測パケット受信装置２１０１−２の動作を示す流れ図である。 本発明の第６の実施の形態の通信網構成図である。 本発明の第６の実施の形態の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態の利用可能帯域算出装置３１０１−３の動作を示す流れ図である。

符号の説明

１１０１−１、１２０１−１、１３０１−１、２１０１−１、３１０１−１：計測パケット送信装置
１１０１−２、２１０１−２、３１０１−２：計測パケット受信装置
１１０１−３、２２０１−３、３１０１−４：通信網
３１０１−３：利用可能帯域算出装置
１１０１−１０１、１２０１−１０１、２１０１−２０６、３１０１−３０５：パケット間隔設定部
１１０１−１０２、２１０１−１０２、３１０１−１０２：計測パケット送信部
１１０１−１０３、３１０１−３０１：パケット間隔情報受信部
１１０１−１０４、２１０１−２０３、３１０１−３０２：パケット間隔情報記憶部
１１０１−１０５、１２０１−１０５、１３０１−１０５、２１０１−２０４、３１０１−３０３：変化点推定部
１１０１−２０１、２１０１−２０１、３１０１−２０１：計測パケット受信部
１１０１−２０２、３１０１−２０２：パケット間隔情報送信部
１３０１−１０６：利用可能帯域補正部
２１０１−１０７、３１０１−１０７：パケット間隔設定情報受信部
２１０１−２０７、３１０１−３０６：パケット間隔設定情報送信部

Claims (20)

1. 通信路を介して複数のペアとなった試験パケットを送信する第１の通信装置と、前記試験パケットを受信する第２の通信装置を備え、
   前記試験パケットの受信間隔と送信間隔を記憶し、記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求めることを特徴とする帯域計測システム。
2. 前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔を記憶するパケット間隔情報記憶部を備え、
   前記パケット間隔情報記憶部に記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求める変化点推定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の帯域計測システム。
3. 前記モデル式が、ボトルネック箇所における他のトラヒックを流体ととらえて、前記他のトラヒックによって前記試験パケットのパケット間隔、若しくは、レートの前記ボトルネック箇所の前後における変化を数式で表したものを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯域計測システム。
4. 前記パケット間隔設定部は、前記誤差を小さくするように前記パケット送信間隔の設定を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の帯域計測システム。
5. 前記パケット間隔設定部は、前記推定された利用可能帯域に近いレートとなるパケット間隔で前記パケット送信間隔の設定を行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の帯域計測システム。
6. 前記パケット間隔設定部は、前記推定された利用可能帯域の誤差範囲にある任意のレートに対応するパケット間隔で前記パケット送信間隔の設定を行うことを特徴とする請求項５に記載の帯域計測システム。
7. 前記パケット間隔設定部は、前記誤差の変化に応じて計測間隔を変更することを特徴とする請求項４から請求項６の何れか１項に記載の帯域計測システム。
8. 前記パケット間隔設定部は、前記誤差が大きくなった場合に、前記計測間隔を短くすることを特徴とする請求項７に記載の帯域計測システム。
9. 前記パケット間隔設定部は、前記誤差が小さくなった場合に、前記計測間隔を長くすることを特徴とする請求項７に記載の帯域計測システム。
10. 前記パケット間隔設定部は、前記モデル式にて算出された受信間隔と前記パケット間隔情報記憶部で記憶された前記受信間隔の差が大きい送信間隔で前記パケット送信間隔の設定を行うことを特徴とする請求項４から請求項６の何れか１項に記載の帯域計測システム。
11. 複数の前記推定された利用可能帯域を前記誤差で重み付けし、補正をかける利用可能帯域補正部を備えたことを特徴とする請求項２、請求項３、請求項４〜請求項６、請求項１０の何れか１項に記載の帯域計測システム。
12. 前記利用可能帯域補正部が、前記重み付けを、前記誤差が大きければ軽く、前記誤差が小さければ重くなるようにかけること特徴とする請求項１１に記載の帯域計測システム。
13. 前記利用可能帯域補正部が、前記補正をノンパラメトリック回帰で行うことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の帯域計測システム。
14. 前記利用可能帯域補正部が、前記ノンパラメトリック回帰を計測時刻が接点となった３次以上のスプライン関数に対して行うことを特徴とする請求項１３に記載の帯域計測システム。
15. 前記第１の通信装置が同じレートで送信する前記試験パケットの個数を、レートが増加するにつれて増加させ、もしくは、送信間隔が増加するについて減少させることを特徴とする請求項１から請求項１４の何れか１項に記載の帯域計測システム。
16. 通信路を介して複数のペアとなった試験パケットを送信する第１の通信装置と、前記試験パケットを受信する第２の通信装置とから構成される帯域計測システムにおける前記第１の通信装置において、
    前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔を記憶するパケット間隔情報記憶部を備え、パケット間隔情報記憶部に記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求める変化点推定部を備えたことを特徴とする通信装置。
17. 通信路を介して複数のペアとなった試験パケットを送信する第１の通信装置と、前記試験パケットを受信する第２の通信装置とから構成される帯域計測システムにおける前記第２の通信装置において、
    前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔を記憶するパケット間隔情報記憶部を備え、パケット間隔情報記憶部に記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求める変化点推定部を備えたことを特徴とする通信装置。
18. 通信路を介して複数のペアとなった試験パケットを送信する第１の通信装置と、前記試験パケットを受信する第２の通信装置と、前記第１の通信装置より前記試験パケットの送信間隔と、前記第２の通信装置より前記試験パケットの送信間隔の情報を受信する第３の通信装置とから構成される帯域計測システムにおける前記第３の通信装置において、
    前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔を記憶するパケット間隔情報記憶部を備え、パケット間隔情報記憶部に記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求める変化点推定部を備えたことを特徴とする通信装置。
19. 通信路を介して複数のペアとなった試験パケットを送信する第１の通信装置と、前記試験パケットを受信する第２の通信装置とから構成される帯域計測システムにおける帯域測定方法であって、
    前記試験パケットの受信間隔と送信間隔を記憶し、
    記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、
    前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求める
    ことを特徴とする帯域計測方法。
20. 通信路を介して複数のペアとなった試験パケットを送信する第１の通信装置と、前記試験パケットを受信する第２の通信装置とから構成される帯域計測システムにおいて、
    前記第１の通信装置に、
    前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔を記憶する機能と、
    記憶した複数の前記試験パケットの受信間隔と前記試験パケットの送信間隔の分布を、利用可能帯域を未知数としたパケット送信間隔とパケット受信間隔のモデル式にフィッティングさせることにより、利用可能帯域を推定し、前記試験パケットの受信間隔と前記モデル式との誤差を求める変化点推定機能を実行させることを特徴とする帯域測定プログラム。

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