JP2012175300A - Flow quality degradation identification device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フロー品質劣化特定装置及び方法に係り、特に、IPネットワークの通信品質状態を管理するため、劣化要因となる箇所を特定するフロー品質劣化特定装置及び方法に関する。 The present invention relates to a flow quality degradation identification device and method, and more particularly to a flow quality degradation identification device and method for identifying a location that causes degradation in order to manage the communication quality state of an IP network.
IPネットワークが広く利用されてくるに伴って、IPネットワーク上での通信品質保証に対する要求が高まっている。現状のIPネットワーク管理においては、あるリンクが輻輳しているか否かは主にリンク使用率から判定している。しかし、リンク使用率とユーザの体感するファイル転送時間やスループット等の品質との関連が不明であるため、輻輳状態と判定する使用率を具体的に特定することが困難であった。 As IP networks are widely used, there is an increasing demand for communication quality assurance over IP networks. In the current IP network management, whether or not a certain link is congested is mainly determined from the link usage rate. However, since the relationship between the link usage rate and the quality such as the file transfer time and throughput experienced by the user is unknown, it is difficult to specifically specify the usage rate for determining the congestion state.
また、リンクを通過するフローのファイル転送時間やスループットを測定し、その平均等の統計値がある閾値以下になった場合を輻輳状態と判定する方法は、
1)ファイル転送時間やスループットといったユーザ品質測定は、当該リンク上を通過する全てのパケットをキャプチャしフローを組み上げて算出するか、もしくは当該リンクの前段か後段もしくは両方に試験パケット送受信機を設置して、試験パケットを送信することによって品質測定を能動的に行う必要があり、一般的にこれは困難である;
2)当該リンクがボトルネックでない場合であっても、当該リンクを通過するフローの、通過する前後のネットワークの状態によって平均スループットはネットワーク毎に異なり、ファイル転送時間やスループットに対する具体的な閾値の設定が困難である;
という問題があった。
Also, the method of measuring the file transfer time and throughput of the flow that passes through the link, and determining that the statistical value such as the average falls below a certain threshold is a congestion state,
1) User quality measurements such as file transfer time and throughput are calculated by capturing all packets passing through the link and assembling the flow, or installing a test packet transmitter / receiver at the front or back of the link or both Thus, it is necessary to actively make quality measurements by sending test packets, which is generally difficult;
2) Even if the link is not a bottleneck, the average throughput varies from network to network depending on the state of the network before and after the flow passing through the link, and a specific threshold setting for file transfer time and throughput is set. Is difficult;
There was a problem.
一方、近年、フロー測定技術が広く利用されている。フローとは、{送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、送信元ポート番号、宛先ポート番号、プロトコル}の5つ組を同じくするパケット群と定義するのが一般的である。フロー測定では、フロー毎のパケット数やバイト数、継続時間を情報として出力する。しかしながら、フローデータは主に交流トラヒック量を算出したり、特定の宛先へのトラヒックの集中を検知したり、あるいはヘビーユーザ特定、といった、トラヒックボリュームに関する情報を使うのが一般的である。 On the other hand, in recent years, flow measurement technology has been widely used. A flow is generally defined as a group of packets having the same set of five: {source IP address, destination IP address, source port number, destination port number, protocol}. In the flow measurement, the number of packets, the number of bytes, and the duration for each flow are output as information. However, the flow data generally uses information related to the traffic volume, such as mainly calculating the amount of AC traffic, detecting the concentration of traffic to a specific destination, or specifying a heavy user.
通常、スケール性を担保するために、パケットサンプリングを実施することによってフロー管理に必要とされる処理を軽減する(例えば、非特許文献1参照)。例えばN個に1個のパケットをサンプルし、サンプルされたパケットから元のフロー統計情報を推定する。 Usually, in order to ensure scaleability, processing required for flow management is reduced by performing packet sampling (see, for example, Non-Patent Document 1). For example, one out of every N packets is sampled, and the original flow statistical information is estimated from the sampled packets.
また、パケットサンプリングを用いてリンク帯域の占有率が高いフローを特定する方法が提案されている(例えば、非特許文献2参照)。 In addition, a method for specifying a flow having a high link bandwidth occupancy rate using packet sampling has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).
また、フローサイズが大きいフローの統計を精度よく得る方法が提案されている(例えば、非特許文献3参照)。 In addition, a method has been proposed for accurately obtaining statistics of a flow having a large flow size (see, for example, Non-Patent Document 3).
さらに、サンプルされたSYNパケット(TCPフラグの一つで、通信開始を意味する)の数を用いて、サンプルされていない全体のフロー発生数やフローサイズを推定する方法が提案されている(例えば、非特許文献4参照)。 Furthermore, a method of estimating the total number of unsampled flows and the flow size using the number of sampled SYN packets (one of the TCP flags, meaning communication start) has been proposed (for example, Non-Patent Document 4).
しかし、上記の非特許文献2、3の提案方法は、サイズの大きい、あるいは帯域の占有率が高いフローを特定し、それらフローを過剰に発生するユーザを迅速に切り分けることを目的としており、あるリンク上のフロー全体の通信品質を管理することを可能にするものではなかった。 However, the proposed methods of Non-Patent Documents 2 and 3 described above are intended to identify flows that have a large size or a high bandwidth occupancy rate, and quickly identify users that generate excessive flows. It did not make it possible to manage the communication quality of the entire flow on the link.
また、非特許文献4の提案方法も元のフロー統計情報を推定するに留まっており、あるリンク上のフロー全体の通信品質を管理することを可能にするものではなかった。 In addition, the proposed method of Non-Patent Document 4 also only estimates the original flow statistical information, and does not make it possible to manage the communication quality of the entire flow on a link.
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、フロー管理に要する処理を軽減しつつ、フロー情報を活用してフロー全体の品質を把握して、フローの品質劣化が生じていればそれを検出し、かつその劣化要因箇所の特定を可能するフロー品質劣化特定装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points. While reducing the processing required for flow management, the flow information is used to grasp the quality of the entire flow, and if flow quality deterioration occurs, It is an object of the present invention to provide a flow quality degradation identification device and method that can detect and identify the degradation factor location.
本発明は、上記の課題を解決するため、IPネットワークの通信品質状態を管理するフロー品質劣化特定装置であって、
前記ネットワーク上のフロー情報として、フロー毎のバイト数と持続時間を収集するフロー受信手段と、
受信した前記フロー情報を基にフローレートを計算するフローレート計算手段と、
前記フロー情報に基づいて、発信元エリアと着信先エリアを特定し、前記フローレートを基にエリア間フローレートを算出するエリア間フローレート管理手段と、
前記エリア間フローレートの時系列データを生成し、所定の基準に基づいて該エリア間フローレートの品質を判定し、該エリア間フローレートの品質低下が同期して発生しているエリアを検出するフロー品質劣化検出手段と、
前記エリア間フローレートと前記フロー品質劣化検出手段で検出された品質が劣化したエリア間フローレートの情報を基に、エリア間に共通のエリア間フロー品質の劣化が同期するエリアを抽出するレート低下ペア抽出手段と、を有する。
To solve the above problems, the present invention is a flow quality degradation identification device for managing the communication quality state of an IP network,
As flow information on the network, flow receiving means for collecting the number of bytes and the duration for each flow;
Flow rate calculation means for calculating a flow rate based on the received flow information;
An inter-area flow rate management means that identifies a source area and a destination area based on the flow information, and calculates an inter-area flow rate based on the flow rate;
Generate time-series data of the inter-area flow rate, determine the quality of the inter-area flow rate based on a predetermined criterion, and detect an area in which the quality deterioration of the inter-area flow rate occurs synchronously Flow quality degradation detection means;
Based on the information on the inter-area flow rate and the inter-area flow rate where the quality detected by the flow quality deterioration detecting means is deteriorated, the rate decrease for extracting the area where the deterioration of the common inter-area flow quality is synchronized between the areas. A pair extraction means.
以上説明したように、本発明によれば、フロー管理に要する処理を軽減しつつ、フロー情報を活用してフロー全体の品質を把握して、フローの品質劣化が生じていれば、それを検出し、かつ、その結果要因箇所のフロー品質劣化特定を可能とする。 As described above, according to the present invention, while reducing the processing required for flow management, the flow information is used to grasp the quality of the entire flow, and if a flow quality deterioration occurs, it is detected. As a result, it is possible to specify the flow quality deterioration at the factor location.
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるシステム構成を示す。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a system configuration according to the first embodiment of the present invention.
同図に示すシステムは、IPネットワーク101上の複数のノード10とフロー品質劣化特定装置100から構成され、フロー品質劣化特定装置100がノード10からフロー情報を収集する。
The system shown in FIG. 1 includes a plurality of
図2は、本発明の第1の実施の形態におけるフロー品質劣化特定装置の構成を示す。 FIG. 2 shows the configuration of the flow quality deterioration identifying device according to the first embodiment of the present invention.
同図に示すフロー劣化特定装置100は、ネットワーク上のフロー情報を収集するフロー受信部110と、受信したフロー情報を基にフローレートを計算するフローレート計算部120と、フローレートを基にエリア間フローレートを算出するエリア間フローレート管理部130と、エリア間フローレートを基にエリア間のフロー品質の劣化を検出するフロー品質劣化検出部140と、エリア間フローレートと品質が劣化したエリア間フローレートの情報を基にエリア間フロー品質の劣化が同期するエリアを抽出するレート低下ペア抽出部150からなる。
The flow
図3は、本発明の第1の実施の形態における動作のフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart of the operation in the first embodiment of the present invention.
上記の構成のフロー品質劣化特定装置100では、一定周期t0毎に以下のステップを繰り返す。
In the flow quality
ステップ101) フロー受信部110は、IPネットワーク内のノード(群)において、フローi毎に転送バイト数B_iと持続時間T_iを測定した値をフロー情報として受信し、フローレート計算部120に出力する。
Step 101) The
ステップ102) フロレート計算部120は、受信したフロー情報を基に、フローレートR_iをR_i=B_i/T_iとして計算し、エリア間レート管理部130に出力する。
Step 102) The flow
ステップ103) エリア間フローレート管理部130は、フロー情報から、フローiの発信元エリアおよび着信先エリアを特定し、エリアA_iからA_jへ向かうフローのエリア間フローレートF(A_i,A_j)を算出し、フロー品質劣化検出部140とレート低下ペア抽出部150に出力する。
Step 103) The inter-area flow
ステップ104) フロー品質劣化検出部140は、各F(A_i,A_j)を基にすべてのエリアに対して、F(A_i,A_j)の時系列データを作成し、ある閾値を基準として当該エリア間フローレートの品質を判定し、エリア間フローレートの品質低下が同期して発生している全エリアを抽出してレート低下ペア抽出部150に出力する。
Step 104) The flow quality
ステップ105) レート低下ペア抽出部150は、エリア間フローレート管理部130とフロー品質劣化検出部140から受信した情報(エリア間フローレート、品質低下が同期して発生している全エリア)を基に、エリア間共通の経路上のボトルネックを特定する。
Step 105) The rate reduction
以下に詳細に説明する。 This will be described in detail below.
フロー情報受信部110は、IPネットワーク101内のノード(群)10からフローを取得する。フローレート計算部120において、フローi毎に転送バイト数B_iと持続時間T_iを測定し、フローレートR_iをR_i=B_i/T_iとして計算する。一方、エリア間フローレート管理部130は、パケットの発信元IPアドレス等の情報から、フローiの発信元エリアおよび着信先エリアを特定し、エリアA_iからA_jへ向かうフローを調べ、それらエリア間フローレートF(A_i,A_j)(例えば、フローのレートの平均=ΣR_i/Nf(Nfは該当するエリア間フロー数)により算出する。これを一定周期t0毎に実施し、メモリ(図示せず)に格納する。フロー品質劣化検出部140は、F(A_i,A_j)の時系列データを作成し、メモリ(図示せず)に格納し、このエリア間フローレートがある閾値を下回ったら該エリア間で品質が劣化しているとしてメモリ(図示せず)に格納する。
The flow
上記の処理を各エリア間について実施し、品質劣化フロー抽出部150は、メモリ(図示せず)からエリア間フローレート及び閾値を下回ったエリアを読み出して、エリア間フローレート低下が同期している他のエリア間を抽出する。その後、レート低下が同期しているとして抽出された複数のエリア間について、それらエリア間に共通の経路上にボトルネックがあるとして特定する。
The above processing is performed between the areas, and the quality degradation
なお、本実施の形態では、TCP(Transmission Control Protocol)フローを対象とする。上記のように定義されたフローレートはTCPでのファイル転送速度を意味する。したがって、フローレートの低下はTCPの品質劣化を意味することとなる。また、TCPでは、ネットワークやサーバが輻輳すると、自律的に送信レートを減少させるため、レートの低下は、通信経路上のどこかで輻輳が発生していることを意味する。そのレートの低下が同期するということは、エリア間の共有の経路上にボトルネックがある可能性を意味することとなる。 In this embodiment, a TCP (Transmission Control Protocol) flow is targeted. The flow rate defined above means the file transfer speed in TCP. Therefore, a decrease in the flow rate means a deterioration in TCP quality. In addition, in TCP, when the network or server is congested, the transmission rate is autonomously decreased. Therefore, the decrease in the rate means that congestion occurs somewhere on the communication path. That the decrease in the rate is synchronized means that there is a possibility that there is a bottleneck on the shared path between the areas.
なお、フロー品質劣化検出部140で劣化判定を行うための閾値の具体例としては、本発明の第4の方法にて後述するように、過去のデータを元に自動的に設定する、あるいは、例えばこのエリア間でのフローレート(TCPスループット)として担保すべき値を、SLA(service level agreement)などでNW利用者との間で予め決めた値に設定しておく。例えばスループットとして3Mbpsは担保するのであれば閾値を3Mbpsとする。
In addition, as a specific example of the threshold value for performing the deterioration determination in the flow quality
なお、品質劣化フロー抽出部150におけるボトルネックの判断の具体的には、第5または6の実施の形態で後述するが、レートが低下しているエリア間のペアを抽出し、仮にエリア間Xとエリア間Yのレートが同期していると判定されたとすると、エリア間Xの経路(IPでの経路パス)とエリア間Yの経路をそれぞれ調べ、両者に共通の経路区間をボトルネック箇所と判断する。
Note that the bottleneck determination in the quality degradation
図4に、あるインターネット回線上で測定されたフローレートの時系列を示す。ここでは、エリア=ASとして、AS間毎のフローレートの平均を15分周期で集計した結果である。これより、時系列上の11:00〜13:00と、17:00〜17:30の2か所においてフローレートの低下が観測される。また、その低下が個々の時系列で同期していることが確認できる。実際に、これらのAS間に共通の経路上のリンク回線のリンク使用率をみると(図5)、上記の2つの時間帯において、使用率が非常に高くなっていることが確認できる。このように、フローレートの挙動をみることで、品質劣化特定が可能となる。 FIG. 4 shows a time series of flow rates measured on a certain internet line. Here, the area is AS, and the average of the flow rate for each AS is calculated in a 15-minute cycle. From this, a decrease in the flow rate is observed at two locations from 11:00 to 13:00 and from 17:00 to 17:30 on the time series. Moreover, it can be confirmed that the decrease is synchronized in each time series. Actually, looking at the link usage rate of the link line on the common path between these ASs (FIG. 5), it can be confirmed that the usage rate is very high in the above two time zones. In this way, quality deterioration can be specified by looking at the behavior of the flow rate.
なお、ここでは、エリア=ASとしたが、他、エリア=地域(東京、大阪など)、エリア=サーバ、というように、いろいろな定義に合わせて集計することが可能である。たとえば、エリア=サーバとして集計した結果、フローレートの低下の同期が検出されたら、そのサーバがボトルネックになっている、として品質劣化を特定することも可能である。 Here, area = AS, but other areas = area (Tokyo, Osaka, etc.), area = server, etc. can be aggregated according to various definitions. For example, if synchronization of a decrease in the flow rate is detected as a result of aggregation as area = server, it is possible to identify quality degradation as the server being a bottleneck.
[第2の実施の形態]
図6は、本発明の第2の実施の形態におけるフロー品質劣化特定装置の構成を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 6 shows the configuration of the flow quality degradation specifying device in the second exemplary embodiment of the present invention.
同図に示すフロー品質劣化特定装置100Bは、フロー情報受信部110、ユーザフロー管理テーブル210、フローレート計算部120、エリア間フローレート管理部130、フロー品質劣化検出部140、品質劣化フロー抽出部160から構成される。
The flow quality
図7は、本発明の第2の実施の形態における動作のフローチャートであり、図8は、本発明の第2の実施の形態におけるユーザフロー管理テーブルの例を示す。 FIG. 7 is a flowchart of the operation in the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 shows an example of a user flow management table in the second embodiment of the present invention.
ステップ201) フロー受信部110は、測定開始から予め定めた時間周期t0を経過するまでの期間において、IPネットワーク101内のノード(群)10から受信するパケットに対し、N個の受信パケットから任意の1個のパケットを抽出し、抽出した該パケットヘッダの情報を基に該パケットが属するフロー(フローi)を検出する。
Step 201) The
ステップ202) 検出された該フローiについて、ユーザフロー管理テーブル210への登録の有無を確認する。当該フローiの登録がない場合はステップ203に移行する。登録されている場合にはステップ204に移行する。 Step 202) Whether or not the detected flow i is registered in the user flow management table 210 is confirmed. If the flow i is not registered, the process proceeds to step 203. If registered, the process proceeds to step 204.
ステップ203) フローiの登録がない場合は、該フローiについて、該パケットが最初に到着した時刻(T_first_i)と最後に到着した時刻(T_last_i)を現在の時刻とし、最後に到着したパケットのシーケンス番号(SN_last_i)を該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号とし、最初に到着したパケットのシーケンス番号(SN_first_i)を{該シーケンス番号 - 該パケットサイズ}として設定し、ユーザフロー管理テーブル210に該フローiを登録する。 Step 203) If the flow i is not registered, the current arrival time (T_first_i) and the last arrival time (T_last_i) of the packet for the flow i are set as the current time, and the sequence of the last arrival packet The sequence number read from the packet header is set as the number (SN_last_i), the sequence number (SN_first_i) of the packet that arrives first is set as {the sequence number-the packet size}, and the flow i is set in the user flow management table 210. sign up.
ステップ204) 当該フローiが登録されている場合は、該フローiについて、最後に到着した時刻を現在の時刻とし、最後に到着したパケットのシーケンス番号を該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号として、ユーザフロー管理テーブル210における該フローiの登録情報を更新する。 Step 204) If the flow i is registered, the last arrival time for the flow i is set as the current time, and the sequence number of the packet that has arrived last is set as the sequence number read from the packet header. The registration information of the flow i in the flow management table 210 is updated.
ステップ205) 所定の周期の時間t0を経過するまで上記の処理を繰り返す。 Step 205) The above processing is repeated until a time t0 of a predetermined cycle elapses.
ステップ206) フローレート計算部120は、時間t0経過時点において、当該フローiの該パケットが最初に到着した時刻と最後に到着した時刻が同一であるかを判定し、同一であればステップ207に移行し、該フローiの該パケットが最初に到着した時刻より最後に到着した時刻が後であれば、ステップ208に移行する。
Step 206) When the time t0 has elapsed, the flow
ステップ207) 当該フローiをユーザフロー管理テーブル210から削除して、ステップ209に移行する。 Step 207) The flow i is deleted from the user flow management table 210, and the process proceeds to Step 209.
ステップ208) 当該フローiのフローレートを、
フローレートR_i=(SN_last_i - SN_first_i)/(T_last_i - T_first_i)
の式で計算し、ユーザフロー管理テーブル210に登録された該フローiのフローレートに設定する。
Step 208) The flow rate of the flow i is
Flow rate R_i = (SN_last_i-SN_first_i) / (T_last_i-T_first_i)
And the flow rate of the flow i registered in the user flow management table 210 is set.
以降の処理は、第1の実施の形態と同様である。 Subsequent processing is the same as in the first embodiment.
以下に詳細に説明する。 This will be described in detail below.
本実施の形態では、フローレートR_iを求める方法として、第1の実施の形態のように転送バイト数B_iを直接測る代わりに、フロー情報受信部110において、IPネットワーク101内のノード(群)10からのN個の到着パケットに対し1個のパケットを抽出し、該パケットヘッダを読み込んでそのパケットがどのフローに属するかを調べ、該フローが、図8に示すような予め用意したユーザフロー管理テーブル210にエントリされているかを調べる。ユーザフロー管理テーブル210では、フロー毎に、
・フローiからのパケットが最初に到着した時刻T_first_i,
・パケットが最後に到着した時刻T_last_i,
・最初に到着したパケットのシーケンス番号SN_first_i,
・最後に到着したパケットのシーケンス番号SN_last_i
を記憶している。なお、当該ユーザフロー管理テーブル210は、当該装置内のメモリまたはハードディスク等の記憶媒体であるものとする。
In the present embodiment, as a method for obtaining the flow rate R_i, instead of directly measuring the transfer byte number B_i as in the first embodiment, the flow
The time T_first_i when the packet from flow i first arrived
・ Time T_last_i when packet last arrived
-Sequence number SN_first_i of the first packet that arrived
-Sequence number SN_last_i of the last packet that arrived
Is remembered. The user flow management table 210 is assumed to be a storage medium such as a memory or a hard disk in the apparatus.
受信したパケットが新規フローからのパケットであった場合はユーザフロー管理テーブル210にエントリされていないため、フロー情報受信部110は、ユーザフロー管理テーブル210にそのフローをエントリし、T_first_i(パケットが最初に到着した時刻),T_last_i(パケットが最後に到着した時刻)を現在の時刻に設定し、SN_last_iを該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号に設定し、
SN_first_i←{該シーケンス番号 - 該パケットサイズ}
に設定する。
If the received packet is a packet from a new flow, it is not entered in the user flow management table 210. Therefore, the flow
SN_first_i ← {the sequence number-the packet size}
Set to.
当該フローが既にエントリされているユーザフローiに該当する場合、該フローに対応するユーザフロー管理テーブル210のレコードにおいて、T_last_iを現在の時刻に更新し、SN_last_iを該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号に更新する。 When the flow corresponds to a user flow i that has already been entered, T_last_i is updated to the current time in the record of the user flow management table 210 corresponding to the flow, and SN_last_i is set to the sequence number read from the packet header. Update.
以上の手順を、測定を開始してから予め定めた時間周期t0経過するまで行い、時間t0経過時点において、もしT_last_i=T_first_iならばフローiは該ユーザフロー管理テーブル210のエントリから除外し、もしT_last_i>T_first_iならば、フローレート計算部120において、該ユーザフロー管理テーブル210にエントリされているフローiのフローレートR_iを
R_i=(SN_last_i - SN_first_i)/(T_last_i - T_first_i)
と計算する。
The above procedure is performed until a predetermined time period t0 elapses after the measurement is started. At the time t0 elapses, if T_last_i = T_first_i, the flow i is excluded from the entry of the user flow management table 210. If T_last_i> T_first_i, the flow
R_i = (SN_last_i-SN_first_i) / (T_last_i-T_first_i)
And calculate.
これは、パケットサンプリングにより得られた情報から個々のフローのフローレートを推定する手順である。なお、本手順は、発明者らの文献1「R. Kawahara, T. Mori, K. Ishibashi, N. Kamiyama, and H. Yoshino, ''Packet sampling TCP flow rate estimation and performance degradation detection method,'' IEICE Trans. Commun., Vol.E91-B, No.5, pp.1309-1319, May 2008.」において記載の通りである。 This is a procedure for estimating the flow rate of each flow from information obtained by packet sampling. This procedure is the same as that of the inventors' literature 1 "R. Kawahara, T. Mori, K. Ishibashi, N. Kamiyama, and H. Yoshino," Packet sampling TCP flow rate estimation and performance degradation detection method, " IEICE Trans. Commun., Vol.E91-B, No.5, pp.1309-1319, May 2008. ”
[第3の実施の形態]
第1の実施の形態におけるエリア間フローレート管理部130では、エリア間フローレートとして該エリア間のフローのレートの平均を用いていたが、本実施の形態では、上位Xパーセントタイルを用いる。
[Third Embodiment]
In the inter-area flow
エリア間フローレート管理部130は、エリアA_iからA_jへ向かうフローのエリア間フローレートF(A_i,A_j)の算出にあたり、エリア間のフローのレートの平均を用いる方法もしくは、上位Xパーセンタイル(Xは任意に設定可能)に対応するエリア間のフローレートを選択する。
The inter-area flow
なお、エリア間フローのレートの平均は、
平均=ΣR_i/Nf (Nfは該当エリア間のフロー数)
とし、Xの値は、X=50パーセンタイル(つまり中央値)や、95パーセンタイル(レートの上側から5パーセントの値をみることで、当該Xパーセンタイルの値に該当するフローレートがエリア間フローレートとして選択されることになる。
The average rate of flow between areas is
Average = ΣR_i / Nf (Nf is the number of flows between corresponding areas)
And the X value is the 50th percentile (ie median) or the 95th percentile (by looking at the 5% value from the top of the rate, the flow rate corresponding to the value of the X percentile is the inter-area flow rate. Will be selected.
これにより、スループットの高いエリア間で劣化が起きていないかをみるなどの任意の設定が可能である。 As a result, it is possible to make arbitrary settings such as checking whether deterioration has occurred between areas with high throughput.
[第4の実施の形態]
本実施の形態では、フロー品質劣化検出部140の処理について説明する。
[Fourth Embodiment]
In the present embodiment, processing of the flow quality
フロー品質劣化検出部140は、エリア間フローレートの時系列からレートの低下(品質劣化)を検出する方法として、t番目の測定周期におけるエリア間フローレートをF(A_i,A_j,t)とし、これを入力として平滑化フローレートS(A_i,A_j,t)を、次式により更新する。
The flow quality
S(A_i,A_j,t)←(1−α)S(A_i,A_j,t−1)+αF(A_i,A_j,t)
また、フローレートの分散V(A_i,A_j,t)を、次式により更新する。
S (A_i, A_j, t) ← (1−α) S (A_i, A_j, t−1) + αF (A_i, A_j, t)
Also, the flow rate variance V (A_i, A_j, t) is updated by the following equation.
V(A_i,A_j,t)←(1−β) V(A_i,A_j,t)+β{S(A_i,A_j,t)− F(A_i,A_j,t)}2
上記の平滑化フローレートS(A_i,A_j,t)とフローレートの分散V(A_i,A_j,t)から次式により閾値を算出する。
V (A_i, A_j, t) ← (1−β) V (A_i, A_j, t) + β {S (A_i, A_j, t) − F (A_i, A_j, t)} 2
A threshold is calculated from the smoothed flow rate S (A_i, A_j, t) and the variance V (A_i, A_j, t) of the flow rate according to the following equation.
閾値←S(A_i,A_j,t-1)-γsqrt(V(A_i,A_j,t−1))
なお、γは品質劣化と判定する閾値を決めるパラメータであり、1以上の値に設定する。例えば、γ=3と設定すれば、過去のフローレートのデータのうち、「平均−3標準偏差」と閾値とすることになり、これは正規分布を仮定した場合には、この閾値を下回ることは0.13%の確率でしか起きないまれな事象であり、これを超えたということは、品質の状態を過去に比べて変化して、低下していると判断することになる。
Threshold ← S (A_i, A_j, t-1) -γsqrt (V (A_i, A_j, t−1))
Note that γ is a parameter that determines a threshold value for determining quality degradation, and is set to a value of 1 or more. For example, if γ = 3 is set, the threshold value is “average-3 standard deviation” in the past flow rate data, which is below this threshold value when a normal distribution is assumed. Is a rare event that occurs only with a probability of 0.13%, and exceeding this means that the quality status has changed compared to the past, and it has been judged to be decreasing.
現在のフローレートF(A_i,A_j,t)が上記の閾値を下回った場合に、品質劣化として検出する。 When the current flow rate F (A_i, A_j, t) falls below the above threshold, it is detected as quality degradation.
なお、上記のα、βは予め定める平滑化パラメータであり、0から1の間の値に設定する。 Note that α and β are predetermined smoothing parameters and are set to values between 0 and 1.
以上を実施しておき、もし現在のフローレートF(A_i,A_j,t)が閾値
S(A_i,A_j,t−1)-γsqrt(V(A_i,A_j,t−1))
を下回ったら品質劣化として検出する。なお、α、β、γの決め方については、過去のある一定期間のフローデータを用いて、様々な(α、β、γ)のパラメータセットに対してフローレートの低下を検出し、一方で時系列を運用者が実際に目視により確認し、運用者の判断を正解としたときに、誤ってレート低下と判断される割合とレート低下を見逃す割合の両者を小さくできるパラメータセットを選定する。
Perform the above, and if the current flow rate F (A_i, A_j, t) is the threshold
S (A_i, A_j, t−1) -γsqrt (V (A_i, A_j, t−1))
If it falls below, it is detected as quality degradation. As for how to determine α, β, and γ, a flow rate decrease for various (α, β, γ) parameter sets is detected using flow data for a certain period in the past. When the operator actually confirms the series visually and sets the operator's judgment as the correct answer, a parameter set is selected that can reduce both the ratio that is erroneously determined to be a rate decrease and the ratio that misses the rate decrease.
なお、ここでは、時系列の平滑化レート(ベースライン)を計算する例として、上記のようなexponentially weighted moving average (EWMA)を用いた場合を示したが、他に、一般的なARIMAモデルや、Holt-winters法(文献2:「J. D. Brutlag, "Aberrant behavior detection in time series for network monitoring," 14th Systems administration conference (LISA2000), Dec. 2000.」)などを用いてもよい。 Here, as an example of calculating the smoothing rate (baseline) of the time series, the case of using the exponentially weighted moving average (EWMA) as described above is shown, but in addition, a general ARIMA model or The Holt-winters method (Reference 2: “JD Brutlag,“ Aberrant behavior detection in time series for network monitoring, ”14th Systems administration conference (LISA2000), Dec. 2000.)) may be used.
[第5の実施の形態]
本実施の形態では、フロー品質劣化検出部140においてフローレート低下が同期しているエリアを抽出する場合について説明する。
[Fifth Embodiment]
In the present embodiment, a case will be described in which the flow quality
フロー品質劣化検出部140は、フローレート低下が同期しているエリア間を抽出する場合に、同期を検出するための測定期間長をNスロット(フローレートを計算する測定周期t0が1スロットに相当)、エリアペアiの時点nでのフローレートをy_n(i)とし、エリア間iにおいて、このNスロットの期間にフローレートの低下が検出されていた場合に、エリア間iとエリア間jのラグkにおける相互相関関数Rk(i,j)を次の式で計算する。
When the flow quality
k=−L, −(L-1), …, −1, 0, 1, …, (L−1), L(Lは調査するラグの範囲)
となる。
k = −L, − (L-1),…, −1, 0, 1,…, (L−1), L (L is the range of lag to be investigated)
It becomes.
なお、L, th, Mは予め設定した値である。当該値の具体的な決め方の例は後述する。 Note that L, th, and M are preset values. An example of how to determine the value will be described later.
レート低下ペア抽出部150は、R_k(i,j)に対して、R_k(i,j)>th (thは予め定めた閾値)となった回数がM個以上であれば、ペア{i,j}はレートの低下が同期していると判定し、エリアのペアを抽出する。
If the number of times that R_k (i, j)> th (th is a predetermined threshold) is greater than or equal to M with respect to R_k (i, j), the rate-decreasing
[第6の実施の形態]
本実施の形態では、前述の第5の実施の形態のように、相互相関関数Rk(i,j)と閾値を比較してレート低下ペア{i,j}を抽出する代わりに、以下の手順でペアを抽出する。
[Sixth Embodiment]
In the present embodiment, instead of extracting the rate-decreasing pair {i, j} by comparing the cross-correlation function Rk (i, j) with the threshold as in the fifth embodiment, the following procedure is performed. To extract a pair.
フロー品質劣化検出部140が、フローレート低下が同期しているエリア間を抽出する場合に、予め定義した次の式によってペア{i,j}間の距離を算出する。但し、ペア{i,j}のR_k(i,j)をa(k)と記述するものとする。
When the flow quality
D(R_k(i,j))=F(a(-L),a(-(L-1),…,a(-1),a(0),a(1),…, a(L-1),a(L))
そして、K-meansなどのクラスタリング手法を用いて、当該ペア{i,j}間の距離をクラスタリングする。クラスタリングの結果、ペア{i,j}が同じクラスタに分類された場合、レート低下ペア抽出部150で当該ペア{i,j}を、レート低下同期ペアとして抽出する方法をとることができる。
D (R_k (i, j)) = F (a (-L), a (-(L-1), ..., a (-1), a (0), a (1), ..., a (L -1), a (L))
Then, the distance between the pair {i, j} is clustered using a clustering method such as K-means. As a result of clustering, when the pair {i, j} is classified into the same cluster, the rate-reduced
なお、距離の関数Fの例として、F=Σw(i)a(i)(w(i)は予め定める重み係数)を用いることが可能である。 As an example of the distance function F, F = Σw (i) a (i) (w (i) is a predetermined weighting coefficient) can be used.
上記の図2、図6に示すフロー品質劣化特性装置の各構成要素の動作をプログラムとして構築し、フロー品質劣化特定装置として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。 The operation of each component of the flow quality deterioration characteristic apparatus shown in FIGS. 2 and 6 is constructed as a program and installed in a computer used as the flow quality deterioration specifying apparatus, or distributed through a network. It is possible to make it.
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and applications can be made within the scope of the claims.
10 ルータ
100 フロー品質劣化特定装置
101 IPネットワーク
110 フロー情報受信部
120 フローレート計算部
130 エリア間フローレート管理部
140 フロー品質劣化検出部
150 レート低下ペア抽出部
160 品質劣化フロー抽出部
210 ユーザフロー管理テーブル
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記ネットワーク上のフロー情報として、フロー毎のバイト数と持続時間を収集するフロー受信手段と、
受信した前記フロー情報を基にフローレートを計算するフローレート計算手段と、
前記フロー情報に基づいて、発信元エリアと着信先エリアを特定し、前記フローレートを基にエリア間フローレートを算出するエリア間フローレート管理手段と、
前記エリア間フローレートの時系列データを生成し、所定の基準に基づいて該エリア間フローレートの品質を判定し、該エリア間フローレートの品質低下が同期して発生しているエリアを検出するフロー品質劣化検出手段と、
前記エリア間フローレートと前記フロー品質劣化検出手段で検出された品質が劣化したエリア間フローレートの情報を基に、エリア間に共通のエリア間フロー品質の劣化が同期するエリアを抽出するレート低下ペア抽出手段と、
を有することを特徴とするフロー品質劣化特定装置。 An IP (Internet Protocol) network flow quality degradation identification device that manages the communication quality status of a network,
As flow information on the network, flow receiving means for collecting the number of bytes and the duration for each flow;
Flow rate calculation means for calculating a flow rate based on the received flow information;
An inter-area flow rate management means that identifies a source area and a destination area based on the flow information, and calculates an inter-area flow rate based on the flow rate;
Generate time-series data of the inter-area flow rate, determine the quality of the inter-area flow rate based on a predetermined criterion, and detect an area in which the quality deterioration of the inter-area flow rate occurs synchronously Flow quality degradation detection means;
Based on the information on the inter-area flow rate and the inter-area flow rate where the quality detected by the flow quality deterioration detecting means is deteriorated, the rate decrease for extracting the area where the deterioration of the common inter-area flow quality is synchronized between the areas. A pair extraction means;
A flow quality deterioration identifying device characterized by comprising:
測定開始から予め定めた時間周期t0を経過するまでの期間において、
IPネットワーク内のノード(群)から受信するパケットに対し、N個の受信パケットから任意の1個のパケットを抽出し、抽出した該パケットヘッダの情報を基に該パケットが属するフロー(フローi)を検出し、検出された該フローiについて、ユーザフロー管理テーブルへの登録の有無を確認し、
該フローiの登録がない場合は、該フローiについて、該パケットが最初に到着した時刻(T_first_i)と最後に到着した時刻(T_last_i)を現在の時刻とし、最後に到着したパケットのシーケンス番号(SN_last_i)を該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号とし、最初に到着したパケットのシーケンス番号(SN_first_i)を{該シーケンス番号 - 該パケットサイズ}として設定し、前記ユーザフロー管理テーブルに該フローiを登録し、
該フローiが登録されている場合は、該フローiについて、最後に到着した時刻を現在の時刻とし、最後に到着したパケットのシーケンス番号を該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号として、前記ユーザフロー管理テーブルにおける該フローiの登録情報を更新する、
ことを繰り返す手段を含み、
前記フローレート計算手段は、
前記時間t0経過時点において、
前記フローiのパケットが最初に到着した時刻と最後に到着した時刻が同一であれば、該フローiを前記ユーザフロー管理テーブルから削除し、
該フローiの該パケットが最初に到着した時刻より最後に到着した時刻が後であれば、該フローiのフローレートを計算し、前記ユーザフロー管理テーブルに登録された該フローiのフローレートに設定する手段を含む
請求項1記載のフロー品質劣化特定装置。 The flow receiving means includes
In the period from the start of measurement to the elapse of a predetermined time period t0,
For a packet received from a node (group) in the IP network, one arbitrary packet is extracted from N received packets, and the flow to which the packet belongs based on the extracted information of the packet header (flow i) And confirms whether or not the detected flow i is registered in the user flow management table,
If the flow i is not registered, the time when the packet first arrived (T_first_i) and the last arrival time (T_last_i) for the flow i are set as the current time, and the sequence number ( SN_last_i) is set as the sequence number read from the packet header, the sequence number (SN_first_i) of the first packet arrived is set as {the sequence number-the packet size}, and the flow i is registered in the user flow management table. ,
When the flow i is registered, the user flow management is performed with the last arrival time of the flow i as the current time, and the sequence number of the last arrival packet as the sequence number read from the packet header. Update the registration information of the flow i in the table;
Including means to repeat
The flow rate calculation means includes
At the time t0 elapses,
If the time at which the packet of flow i first arrived is the same as the time at which it last arrived, delete flow i from the user flow management table;
If the last arrival time of the packet of the flow i is later than the first arrival time, the flow rate of the flow i is calculated and the flow rate of the flow i registered in the user flow management table is calculated. 2. The flow quality deterioration identifying device according to claim 1, further comprising means for setting.
前記エリア間フローレートを算出する際に、
エリア間のフローのレートの平均を用いる方法、
もしくは、
上位Xパーセンタイル(Xは任意に設定可能)に対応するエリア間のフローレートを選択する方法、
を用いる請求項1記載のフロー品質劣化特定装置。 The inter-area flow rate management means includes:
When calculating the inter-area flow rate,
A method that uses the average of the flow rates between areas,
Or
How to select the flow rate between areas corresponding to the top X percentile (X can be set arbitrarily)
The flow quality deterioration identifying device according to claim 1, wherein:
前記所定の基準に基づいて該エリア間フローレートの品質を判定する際に、
t番目の測定周期におけるエリア間フローレートを、平滑化フローレートを用いて更新し、該平滑化フローレート及びフローレートの分散に基づいて閾値算出し、
現在のフローレートが前記閾値を下回った場合に、品質劣化として検出する手段を含む
請求項1記載のフロー品質劣化特定装置。 The flow quality deterioration detecting means is
When determining the quality of the inter-area flow rate based on the predetermined criteria,
Update the inter-area flow rate in the t-th measurement period using the smoothed flow rate, calculate a threshold based on the smoothed flow rate and the variance of the flow rate,
The flow quality deterioration specifying device according to claim 1, further comprising means for detecting as a quality deterioration when a current flow rate falls below the threshold.
あるエリア間iにおいて、同期を検出するための測定期間にフローレートの低下が検出された場合に、エリア間iとエリア間jのラグkにおける相互相関関数Rk(i,j)を計算し、該相互相関関数Rk(i,j)が前記閾値より大きくなった回数が所定の回数以上であれば、エリアのペア(エリア間iとエリア間j)がレートの低下が同期していると判定し、該エリアのペアを抽出する手段を含む
請求項4記載のフロー品質劣化特定装置。 The flow quality deterioration detecting means is
When a decrease in flow rate is detected in a measurement period for detecting synchronization in a certain inter-area i, a cross-correlation function Rk (i, j) at a lag k between the inter-area i and the inter-area j is calculated. If the number of times that the cross-correlation function Rk (i, j) is greater than the threshold value is equal to or greater than a predetermined number, it is determined that the rate reduction of the pair of areas (i between areas and j between areas) is synchronized. The flow quality deterioration specifying device according to claim 4, further comprising means for extracting the pair of areas.
前記エリアのペア間の距離を計算し、該距離をクラスタリングし、該エリアのペアが同じクラスタに分類された場合、該エリアのペアをレートが低下した同期ペアとして抽出する手段を含む
請求項5記載のフロー品質劣化特定装置。 The flow quality deterioration means is
6. A means for calculating a distance between the pair of areas, clustering the distance, and extracting the pair of areas as a synchronized pair having a reduced rate when the pairs of areas are classified into the same cluster. The flow quality deterioration identifying device described.
フロー受信手段が、前記ネットワーク上のフロー情報として、フロー毎のバイト数と持続時間を収集するフロー受信ステップと、
フローレート計算手段が、受信した前記フロー情報を基にフローレートを計算するフローレート計算ステップと、
エリア間フローレート管理手段が、前記フロー情報に基づいて、発信元エリアと着信先エリアを特定し、前記フローレートを基にエリア間フローレートを算出するエリア間フローレート管理ステップと、
フロー品質劣化検出手段が、前記エリア間フローレートの時系列データを生成し、所定の基準に基づいて該エリア間フローレートの品質を判定し、該エリア間フローレートの品質低下が同期して発生しているエリアを検出するフロー品質劣化検出ステップと、
レート低下ペア抽出手段が、前記エリア間フローレートと前記フロー品質劣化検出手段で検出された品質が劣化したエリア間フローレートの情報を基に、エリア間に共通のエリア間フロー品質の劣化が同期するエリアを抽出するレート低下ペア抽出ステップと、
を行うことを特徴とするフロー品質劣化特定方法。 A flow quality deterioration identification method for managing communication quality status of an IP (Internet Protocol) network,
A flow receiving means for collecting the number of bytes and the duration of each flow as flow information on the network;
A flow rate calculation step in which a flow rate calculation means calculates a flow rate based on the received flow information;
An inter-area flow rate management means identifies a source area and a destination area based on the flow information, and calculates an inter-area flow rate management step based on the flow rate; and
The flow quality degradation detection means generates time-series data of the inter-area flow rate, determines the quality of the inter-area flow rate based on a predetermined criterion, and the quality degradation of the inter-area flow rate occurs synchronously A flow quality degradation detection step for detecting the area being
Based on information on the inter-area flow rate and the inter-area flow rate where the quality detected by the flow quality deterioration detecting means is deteriorated, the rate-decreasing pair extracting means synchronizes the deterioration of the common inter-area flow quality between the areas. A rate-reducing pair extraction step for extracting areas to be performed;
A flow quality deterioration identifying method characterized by:
測定開始から予め定めた時間周期t0を経過するまでの期間において、
IPネットワーク内のノード(群)から受信するパケットに対し、N個の受信パケットから任意の1個のパケットを抽出し、抽出した該パケットヘッダの情報を基に該パケットが属するフロー(フローi)を検出し、検出された該フローiについて、ユーザフロー管理テーブルへの登録の有無を確認し、
該フローiの登録がない場合は、該フローiについて、該パケットが最初に到着した時刻(T_first_i)と最後に到着した時刻(T_last_i)を現在の時刻とし、最後に到着したパケットのシーケンス番号(SN_last_i)を該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号とし、最初に到着したパケットのシーケンス番号(SN_first_i)を{該シーケンス番号 - 該パケットサイズ}として設定し、前記ユーザフロー管理テーブルに該フローiを登録し、
該フローiが登録されている場合は、該フローiについて、最後に到着した時刻を現在の時刻とし、最後に到着したパケットのシーケンス番号を該パケットヘッダから読み出したシーケンス番号として、前記ユーザフロー管理テーブルにおける該フローiの登録情報を更新する、
ことを繰り返し、
前記フローレート計算ステップにおいて、
前記時間t0経過時点において、
前記フローiのパケットが最初に到着した時刻と最後に到着した時刻が同一であれば、該フローiを前記ユーザフロー管理テーブルから削除し、
該フローiの該パケットが最初に到着した時刻より最後に到着した時刻が後であれば、該フローiのフローレートを計算し、前記ユーザフロー管理テーブルに登録された該フローiのフローレートに設定する
請求項7記載のフロー品質劣化特定方法。 In the flow receiving step,
In the period from the start of measurement to the elapse of a predetermined time period t0,
For a packet received from a node (group) in the IP network, one arbitrary packet is extracted from N received packets, and the flow to which the packet belongs based on the extracted information of the packet header (flow i) And confirms whether or not the detected flow i is registered in the user flow management table,
If the flow i is not registered, the time when the packet first arrived (T_first_i) and the last arrival time (T_last_i) for the flow i are set as the current time, and the sequence number ( SN_last_i) is set as the sequence number read from the packet header, the sequence number (SN_first_i) of the first packet arrived is set as {the sequence number-the packet size}, and the flow i is registered in the user flow management table. ,
When the flow i is registered, the user flow management is performed with the last arrival time of the flow i as the current time, and the sequence number of the last arrival packet as the sequence number read from the packet header. Update the registration information of the flow i in the table;
Repeat that
In the flow rate calculation step,
At the time t0 elapses,
If the time at which the packet of flow i first arrived is the same as the time at which it last arrived, delete flow i from the user flow management table;
If the last arrival time of the packet of the flow i is later than the first arrival time, the flow rate of the flow i is calculated and the flow rate of the flow i registered in the user flow management table is calculated. The flow quality deterioration specifying method according to claim 7 to be set.
前記エリア間フローレートを算出する際に、
エリア間のフローのレートの平均を用いる方法、
もしくは、
上位Xパーセンタイル(Xは任意に設定可能)に対応するエリア間のフローレートを選択する方法、
を用いる請求項7記載のフロー品質劣化特定方法。 In the inter-area flow rate management step,
When calculating the inter-area flow rate,
A method that uses the average of the flow rates between areas,
Or
How to select the flow rate between areas corresponding to the top X percentile (X can be set arbitrarily)
The flow quality deterioration identifying method according to claim 7, wherein:
前記所定の基準に基づいて該エリア間フローレートの品質を判定する際に、
t番目の測定周期におけるエリア間フローレートを、平滑化フローレートを用いて更新し、該平滑化フローレート及びフローレートの分散に基づいて閾値算出し、
現在のフローレートが前記閾値を下回った場合に、品質劣化として検出する
請求項7記載のフロー品質劣化特定方法。 In the flow quality deterioration detection step,
When determining the quality of the inter-area flow rate based on the predetermined criteria,
Update the inter-area flow rate in the t-th measurement period using the smoothed flow rate, calculate a threshold based on the smoothed flow rate and the variance of the flow rate,
The flow quality deterioration specifying method according to claim 7, wherein when the current flow rate falls below the threshold value, it is detected as quality deterioration.
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