JP2014049833A - 通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 移動体通信ネットワークにおいて、通信品質を、ユーザ体感に近い情報を基に精度よく評価する方法及びそれを実現するシステムを提供する。
【解決手段】 移動端末と、基地局と、第一のゲートウェイ装置と、第二のゲートウェイ装置、フロー計測サーバ、品質管理サーバ、操作端末からなる通信システムであって、通信品質に応じて所定のフローを抽出し、抽出したフローを通信経路毎に集約し、通信路毎にフローの通信品質の分布を操作端末の表示装置に表示する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、移動体通信における、移動端末の通信品質を評価するシステム及び、その方法に関する。

移動体通信ネットワークでは、3Gの高速データ通信サービスのHSPAやEV-DO、3.9Gと呼ばれるWiMAXやLTEなどの高速ブロードバンドモバイルが普及するにつれて、スマートフォンと呼ばれる高性能な移動端末やパソコンをこれらの高速ブロードバンド経由でインターネットへ接続することが一般化しつつある。移動体通信ネットワークの利用が広まるにつれ、通信品質に対する要求が高まっており、移動体通信事業者は通信品質をモニタし、品質の悪いエリアを改善していくことが求められている。また、急激に増大するトラフィックに対応するため、基地局数も増加しており、基地局毎の通信品質を効率よく把握する必要がある。

現状の移動体通信ネットワークにおける通信品質管理では、主にリンクの使用率からネットワークの輻輳状態、ひいては通信品質を推定し把握している。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、正確な通信品質の把握が困難であった。

通信品質を把握する直接的な技術として、能動的に試験パケットを送受信することで、通信遅延やパケット損失、スループットといった情報を取得する、アクティブ計測技術がある。しかし、これらの技術は、監視対象となるネットワークの入り側、及び出側全てに試験パケット送受信機を設置し、試験パケットを送受信する必要があり、測定装置コストが増大してしまう。さらに、試験パケットをネットワークへ送信するため、試験トラフィックによってネットワークへ余分なトラフィックが加わり、ネットワークの品質自体が劣化してしまうという問題があった。

このような能動的測定以外の技術として、着目するエンドエンド間トラフィックの流れる箇所において、そこを通過するパケットをキャプチャして解析し、ネットワークの状態を把握する、パッシブ計測技術がある。

例えば、特許文献１に記載の通信品質計測方法では、ＳＹＮパケットと、ＳＹＮ＋ＡＣＫやＡＣＫパケットを用いることで、ＲＴＴを計測し、ネットワークの品質を推定する方法が開示されている。

特開２０１１−１２４７５０公報

通信品質を取得する手段として、パッシブ計測技術であるフロー計測を用いる方法が挙げられる。そのフロー計測を用いる方法として、特許文献１には、ＲＴＴを計測し、ネットワークの品質を推定する方法が開示されている。しかしながら、ユーザ体感に近いファイル転送時間やスループット等の指標には言及されていない。

移動体通信ネットワークにおいて、基地局や通信路毎の通信品質を、ユーザ体感に近い情報を基に評価し可視化することが重要である。そのためには、フロー計測で得られた情報から、それらの通信品質を算出する必要があるが、その際、アプリケーションの特性を考慮しなければならない。なぜなら、フロー計測で得られたフロー毎の統計情報は、アプリケーション特性の影響を受けるため、単純にフロー毎の統計情報を集計して通信品質として用いると通信品質の計測精度が大幅に劣化してしまうからである。

例えば、sshやwebsocketでは、セッションを維持することが目的であるため、フローは使用帯域が小さくフロー継続時間が長いという特徴をもつ。そのため、例えばWeb閲覧を評価する際にはこれらのアプリケーション係るフローを除外する必要がある。また、例えばWeb閲覧では、小さいファイルを多くダウンロードするため、各フローは、ダウンロードサイズが小さくフロー継続時間は短いという特徴をもつ。そのため、TCPコネクション確立に係る処理等の影響を受け、スループットが小さくなる。よって、スループットのみでWeb閲覧を評価しようとすると、通信品質の精度を向上することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アプリケーションの特性を考慮して、ユーザ体感に近い情報を基に通信品質を評価する方法、及びそれを実現するシステムを提供することを目的とする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。

フロー計測サーバと、フロー計測サーバに接続される品質管理サーバと、からなる通信システムであって、フロー計測サーバは、移動端末とサーバ間を流れるデータに基づいてフローごとに複数の通信品質を算出し、品質管理サーバは、複数の通信品質それぞれに応じて所定のフローを抽出し、抽出したフローを通信経路ごとに集約し、通信経路ごとに通信品質の分布を出力することを特徴とする通信システムである。

本発明によれば、ネットワークオペレータは、例えば、ファイル転送時間やスループット等のユーザが体感する通信品質情報に近い情報でネットワークの状態を精度よく把握することができる。

移動体通信システムの概略構成図の例である。 ゲートウェイのハードウェア構成図の例である。 サーバのハードウェア構成図の例である。 フロー計測サーバのハードウェア構成図の例である。 品質管理サーバのハードウェア構成図の例である。 操作端末のハードウェア構成図の例である。 フロー計測サーバが備えるフローテーブルの例を表す図である。 品質管理サーバが備える計測対象リストの例を表す図である。 品質管理サーバがフロー抽出条件を生成する際の動作を示すフローチャートの例である。 品質管理サーバが備える通信品質テーブルの例を表す図である。 通信品質の計測に利用するフローを抽出するための条件を示す説明図である。 操作端末のディスプレイ上に表示する通信品質情報の表示例である。 操作端末のディスプレイ上に表示する通信品質情報の表示例である。 第三の実施形態における移動体通信システムの概略構成図の例である。 第四の実施形態における品質管理サーバが備えるＵＥ属性リストの例を表す図である。

以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良いものとする。

本発明の第一の実施の形態を図１から図８を用いて説明する。

図１は、移動体通信システムの構成を示す図である。本実施例では3.9Gと呼ばれるLTEにシステムに適用した例について述べるが、WiMAXや3Gシステムにおいても同様の適用を行うことが可能である。

移動体通信システムはUE101、eNB102、MME103、S-GW104、P-GW105、フロー計測サーバ106、品質管理サーバ107、操作端末108を備える。

UE A101、UE B101は移動端末である。eNB102は基地局(eNB: enhanced NodeB)である。MME103は端末の位置管理や認証処理を行う移動管理サーバ（MME: Mobility Management Entity）である。S-GW104は無線アクセス網内のアンカーポイントとなる第１のモバイルゲートウェイ(S-GW: Serving GW)である。P-GW105はサービスネットワークと無線ネットワークの境界となる第2のモバイルゲートウェイ(P-GW: Packet Data Network GW)である。また、フロー計測サーバ106はP-GW105に流れるトラフィックのフロー統計情報を保持するサーバである。品質管理サーバは無線アクセス網110の通信品質に関わる情報を管理するサーバであり、操作端末はオペレータが操作する端末である。

これらの装置はネットワークを介して相互に接続される。具体的には、UE A101はeNB B102に、UE B101はeNB C102に無線経由で接続する。また、eNB A102、eNB B102はS-GW A104と接続し、eNB C102、eNB D102はS-GW B104と接続する。S-GW A104、S-GW B104は、MME103、P-GW105と接続する。P-GW105はインターネット111に接続する。フロー計測サーバ106は、P-GW105と接続し、品質管理サーバ107は、フロー計測サーバ106と接続し、操作端末108は品質管理サーバ107と接続する。フロー計測サーバと品質管理サーバ、操作端末が属するネットワークは、事業者がネットワークを管理するための管理ネットワークとなる。

無線アクセス網110はLTEサービスを提供する事業者が管理するネットワークを示し、インターネット111は移動端末101に対してサービスを提供する外部のネットワークを示す。

本構成において、UE A101が生成したユーザパケットは、eNB B102、S-GW A104、P-GW105、インターネット111を経由し、サーバ112へと到着し、サーバ112からの返信パケットは逆順を辿りUE A101へと到着する。つまり、eNB102と、S-GW104、P-GW105は、主に、UE101とサーバ間のデータ通信の中継処理を行う。一方、フロー計測サーバ106は、UE101とサーバ間に流れるデータをフロー単位の統計情報にまとめ、無線アクセス網内110に流れるトラフィックの情報を管理する。ここで、フローとは、データを送受信する端点、つまりUE101とサーバ112の組毎にまとめたデータ群を表す。より詳細に分析するため、端点をUE101、サーバ112のTCP/UDPポートとし、(UEのIPアドレス,サーバのIPアドレス、プロトコル番号、UEのTCP/UDPポート番号、サーバのTCP/UDPポート番号)の5項組みとしても良い。また、フローを送信方向に分け送信側・受信側とそれぞれ別のフローとして扱う方法を用いても良い。品質管理サーバ107は、フロー計測サーバから取得したフロー統計情報を基に、無線アクセス網内の通信品質状態を分析、管理する。

次に、フロー計測サーバ106が、無線アクセス網110に流れるトラフィック情報を取得する手段について説明する。ここで、トラフィック情報とは、UE101とサーバが送受信するデータに関する情報、主にヘッダに含まれる情報を指す。トラフィック情報には、パケットサイズと、フローに関する情報、つまり、送信元・宛先IPアドレス、上位プロトコル、TCP/UDPのポート番号、が含まれる。上記に加え、TOS(Type Of Service)等の他のヘッダ値を含めても良い。図１では、P-GW105が、無線アクセス網110管理のために、流れたユーザパケットをフロー計測サーバ106へとミラーリングする例を示す。ミラーリングとは、装置へ入力もくしは装置から出力されるデータの複製を作成し、事前に設定したポート（ミラーリングポート）へ出力する処理である。ミラーリングするパケットはP-GW105とS-GW104間に流れるパケットである。もしくは、P-GW105とS-GW104の間にネットワーク・タップを配し、フロー計測サーバへミラーするような構成を用いても良い。ネットワーク・タップは、ネットワークの信号を分岐する装置であり、入力したデータを複数のポートへ出力する。あるいは、P-GW105やS-GW104においてフロー毎の統計情報を収集し、収集したフロー統計情報をフロー計測サーバへ送信する構成を用いても良い。フロー毎の統計情報はNetFlowやIPFIX等のプロトコルを用いフロー計測サーバへと送信する。

フロー計測サーバ106はP-GW105から受信したトラフィック情報を基に、フロー単位の統計情報を作成し、蓄積、管理する。フロー計測サーバ106の処理は図３で詳細に述べる。

品質管理サーバ107は、フロー計測サーバ106からフロー情報を取得し、eNB102や、S-GW104、P-GW105、P-GW105の通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）204等、通信路の通信品質情報を時間毎に算出し、蓄積、管理する。品質管理サーバ107の処理は図４で詳細に述べる。

操作端末108は、オペレータの指示に基づき、品質管理サーバ107から通信品質に関わる情報を取得し、表示する。操作端末108の処理は図８で詳細に述べる。

図1ではLTEを例にしているが、WiMAXシステムではASN-GW(Access Service Network GateWay)がS-GW104/MME103に、HA（Home Agent）がP-GW105に相当する機能を有し、3GシステムではSGSN(Serving GPRS Support Node)がS-GW104/MME103に、GGSN(Gateway GPRS Support Node)がP-GW105に相当する機能を有する。

図２（ａ）は、モバイルゲートウェイ104、105の１構成例である。モバイルゲートウェイは、CPU（Central Processing Unit）201、メモリ202、不揮発性メモリ203、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）204を備え、スイッチ処理部205を介して相互に接続される。

CPU201は、不揮発性メモリ203に格納される各種プログラム等をメモリ202にロードし、実行する。メモリ202は、不揮発性メモリ（Flash）203からロードしたプログラムを格納し、CPU201が実行時にアクセスする。不揮発性メモリ203はフラッシュメモリ等であり、CPU201で実行されるプログラムやコンフィギュレーション情報が格納される。

インタフェース（Ｉ／Ｆ）204は、基地局eNB102や、他ノードからのパケットを受信したり、CPU201で処理したパケットを他のノードへ送信する。スイッチ処理部205は、CPU201、メモリ202、不揮発メモリ203、インタフェース（Ｉ／Ｆ）204を接続し、これらの要素間でのデータ送受信を行う。

図２（ｂ）は、計算機である、サーバ106、107、112及び操作端末108の１構成例である。計算機は、CPU（Central Processing Unit）201、メモリ202、不揮発性メモリ（Flash）203、論理回路211、通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）204を備え、バス213を介して相互に接続される。

論理回路211は論理演算処理を行う電子回路であり、ASICやFPGA、DSP、DRP等が用いられる。計算機で実行される各種プログラムは、CPU201やメモリ202、不揮発メモリ203、論理回路211が協調動作することで実行される。なお、各機能を論理回路で実行するか、あるいはCPUで処理するかを適宜変更可能であることはいうまでもない。

図２（ｃ）は、フロー計測サーバ106の１構成例である。フロー計測サーバ106は、メモリ202内にフロー計測プログラム231と、フロー情報送信プログラム232と、フローテーブル300を保持する。

図２（ｄ）は、品質管理サーバ107の１構成例である。品質管理サーバ107は、メモリ202内にフロー取得プログラム241と、フロー抽出条件生成プログラム242と、フロー集約プログラム243と、通信品質情報送信プログラム244と、計測対象リスト400と、通信品質テーブル600を保持する。

図２（ｅ）は、操作端末の１構成例である。操作端末108は、上記計算機の構成に加え、バスにタッチパネルやキーボード、マウス、ディスプレイ等の入出力装置214を接続し、ユーザはこれら装置を介し操作端末108を操作する。

次に、フロー計測サーバ106の機能について述べる。フロー計測サーバ106はメモリ202内にフロー計測プログラム231と、フロー情報送信プログラム232と、フローテーブル300を保持する。CPU201がフロー計測プログラム231を実行することにより、受信したトラフィック情報をフロー単位の統計情報にまとめて、管理する。CPU201がフロー情報送信プログラム232を実行することにより、品質管理サーバから送られてくるフロー統計情報のリクエストに応答する、もしくはタイマ等を契機としフロー統計情報を送る。両プログラムは図３に示すフローテーブル300を用い処理を行う。

フロー計測プログラム231は、P-GW105から送られてくるトラフィック情報の受信を契機に動作する。処理内容は、受信したトラフィック情報のフローを特定し、フローテーブル300中の該フローの統計情報を更新する処理である。

フロー情報送信プログラム232は、事前に設定したフロー送信条件を満たした時、もしくは、品質管理サーバ107から送られてくるフロー統計情報リクエストの受信を契機に動作する。フロー送信条件は、送信契機と送信フロー条件を含む。送信契機は、例えば、ある条件のフローが終了した時や、ある時刻に達した時などの条件であり、送信フロー条件は、例えば、Server_IPがAであるフロー等、送信対象となるフローの条件である。具体的な処理としては、フロー送信条件、もしくはフロー統計情報リクエストに含まれる、送信フロー条件に合致するフロー統計情報をフローテーブル300から取得し、品質管理サーバ107へと送信する処理である。

図３は、フロー計測サーバ106が保持するフローテーブル300の構成例である。フローテーブル300は、エントリ番号301と、フロー識別情報302、統計情報303から構成される。エントリ番号301はフローを一意に識別する識別子を格納する。フロー識別情報302は、フローを識別するための情報である、ＩＰヘッダ情報とネットワーク情報（NW情報）から構成される。

ＩＰヘッダ情報は、ユーザが生成したＩＰパケットのヘッダ情報であり、UE_IP311、UE_Port312、Server_IP313、Server_Port314、PRT315等の情報が入る。UE_IP311はUEに割り当てられたIPアドレスを、UE_Port312はUE側のL4ポート番号を、Server_IP313は通信相手サーバのIPアドレスを、Server_Port314は通信相手サーバ側のL4ポート番号を、PRT315はIPパケットヘッダ中のProtocolを格納する。

NW情報は、フローが通過した経路等の情報が格納される。本実施例では、imsi316と、eNB ID317、S-GW IP318、P-GW IP319を格納した例を示す。imsi316とは、携帯電話ユーザーに割り当てられている一意な識別番号であり、携帯電話内のSIMカードに格納されている。eNB ID317は、eNBを一意に識別する識別子が格納される。S-GW IP318とP-GW IP319は、それぞれS-GWとP-GWに割り当てられたIPアドレスを表し、S-GWとP-GWでカプセル化する際に用いたIPアドレスが格納される。

各項目の取得方法の一例として、imsi316はUE_IP311をキーとし、P-GW105もしくはS-GW104に問い合わせることで取得が可能であり、eNB ID317は、S-GW104、P-GW105においてカプセル化する際に付加するセッションIDをキーとしS-GW104やMME103に問い合わせることでeNB IDを取得することができる。S-GW IP318、P-GW IP319は、S-GW104、P-GW105におけるカプセル化で付加したIPヘッダから取得することができる。また、無線アクセス網に流れる制御パケットを取得し、IPヘッダ情報からNW情報へ変換するための変換表を作成し、その変換表を利用することでNW情報の各項目を取得するようにしても良い。

統計情報303は、パケット数と、バイト数、経過時間、時刻情報を含む。パケット数321、322とバイト数323、324は、該当フローに含まれるパケット数、バイト数の積算値を通信方向別に格納する。上りはUEからサーバ方向を、下りはサーバからUE方向のトラフィックを表す。経過時間は、フローの継続時間325、及び、UE101が10kbytes受信するまでにかかった時間であるTT10K326や、1Mbytes受信するまでにかかった時間であるTT1M327等、一定のバイト数、もしくはパケット数を受信するのにかかった時間を格納する。時刻は、フローの開始時刻328、終了時刻329に加え、SYN+ACKフラグの立つパケット等、ある特定の条件を満たすパケットを受信した時刻を格納する。また、後述するように、積算バイト数や継続時間等を用いて、フローごとに通信速度を算出して格納する。

この他に、フローテーブルにフローのステータスを示すフィールドを設けても良い。例えば、フロー継続中やFINパケットで終了したといった情報である。

続いて、品質管理サーバ107について、まず、品質管理サーバ107が生成する通信品質情報を、次に、品質管理サーバ107の各機能を説明する。本実施例では、通信品質情報を、ユーザの体感するファイル転送時間とスループット（ｂｐｓ）で評価を行う。具体的には、小さいファイルを受信する場合にはファイル転送時間、大きいファイルを受信する場合はスループットで評価を行う。つまり、通信品質をファイル転送時間で評価する際、一定のパケット数もしくはバイト数の受信に要した時間を有するフロー、及び、一定のパケット数もしくはバイト数以下のデータをダウンロードするフローの少なくとも何れかを抽出する。一方、通信品質を通信速度で評価する際、パケット数もしくはバイト数が所定値より大きいフローを抽出する。

これはユーザの利用を想定し分類したものであり、ファイル転送時間はユーザがWebを閲覧する際にページが表示されるまでの時間を、スループットは大きなファイルをダウンロードする際の転送速度を想定したものである。

ファイルサイズにより、ファイル転送時間とスループットの2つに分けた理由は、小さいファイルの場合、TCPコネクション確立に関わる処理や、TCPのスロースタートによる影響を大きく受け、スループット[bps]が小さくなるためである。つまり、スループットのみで評価すると、ネットワークの品質以外に、プロトコルのオーバヘッド等の影響も加味されてしまうことになり、あたかも通信品質が悪いようにみえる虞がある。一方、大きいファイルの場合、セッション維持時間が増加するので、ファイル転送時間で評価しようとするとその値が増加し、あたかも通信品質が悪いようにみえる虞がある。

本実施例では、ファイル転送時間での評価を、主にWeb閲覧を想定した品質情報とし、1〜10Kbytes程度の小さいファイルを取得するのにかかる時間で評価した。一般的なホームページはhtmlファイルに、cssファイル、スクリプトファイル、画像ファイル等の小さいファイルの集合体で構成されている場合が多い。そのため、Web閲覧時には10Kbytes程度のファイルを取得するフローが多数発生する傾向がある。従って、1〜10Kbytes程度のファイルに要した時間の分布を見ることで、Web閲覧時の体感品質に近い情報を得ることが可能となる。ここでのファイルの取得時間は、統計情報のTT10Kや、10Kbyte以下のデータをダウンロードしているフローの継続時間で取得することができる。これらをまとめ、min(TT10K, フロー継続時間)をファイル転送時間とする方法もある。今後、ホームページのファイルサイズが大きくなり、1フロー当りのダウンロード数が大きくなった場合、つまり、ダウンロードバイト数が10Kbytesを超えるフローが多数となった場合には、TT10KをTT100Kにすることで対応できる。

次に、スループットでの評価を、大きいファイルのダウンロード時の品質情報とし、1Mbytes等、一定のバイト数以上のファイル取得時の通信速度（ｂｐｓ）で評価した。TCPでは、3wayハンドシェイクによるオーバヘッドや、スロースタートアルゴリズムの影響で小さいファイルのダウンロード時には、通信速度が上がらないという特徴がある。従って、ダウンロードするファイルサイズが大きいフローに限定することで、通信路の品質を精度良く計測することができる。スループットは、積算バイト数／継続時間、もしくは、900 Kbytes／(TT1M - TT100K)といった式を用いることで取得できる。

品質管理サーバ107の機能について述べる。品質管理サーバ107は、メモリ202内にフロー取得プログラム241と、フロー抽出条件生成プログラム242と、フロー集約プログラム243と、通信品質情報送信プログラム244と、計測対象リスト400と、通信品質テーブル600を保持する。

CPU201がフロー取得プログラム241を実行することにより、フロー計測サーバ106からフロー情報を取得する。CPU201がフロー抽出条件生成プログラム242を実行することにより、可視化に適したフローの抽出条件を作成する。CPU201がフロー集約プログラム243を実行することにより、抽出したフローを通信経路毎に集約し、通信路毎にフローの統計情報の分布を作成する。CPU201が通信品質情報送信プログラム244を実行することにより、操作端末から送られてくる通信品質情報のリクエストに応答する。

フロー取得プログラム241は、操作端末108からの要求や、フロー抽出条件生成時等でフロー統計情報の取得要求が発生した時に動作する。取得要求には、必要とするフロー統計情報の条件が記された、送信フロー条件が含まれる。

フロー抽出条件生成プログラム242は、図４に示す計測対象リスト400を生成する機能であり、定期的に、もしくは、計測対象リスト400が空である時に実行される。計測対象リスト400は、ファイル転送時間での評価用、スループットでの評価用と、評価項目毎に用意され、各評価に適したフローの条件を格納する。各評価用の計測対象リスト生成処理を図５に示す。

図４は、品質管理サーバ107が保持する計測対象リスト400の構成例である。計測対象リスト400は、ID401と抽出条件402から構成される。ID401は抽出条件402を一意に識別する識別子を格納する。抽出条件402は、品質評価に用いるフローの条件を格納し、Server_IP411、Server_Port412、その他413を含む。Server_IP411、Server_Port412は、フローテーブル300のServer_IP313、Server_Port314の条件である。その他413の情報として、フローテーブルに含まれるServer_IP411、Server_Port412以外の項目について条件を指定する。

計測対象リスト400は、フロー集約プログラム243実行時に各評価に適したフローを抽出するのに利用される。計測対象リスト400を用いることで、各評価に適したフローを効率よく抽出できる。

図５は、フロー抽出条件生成プログラム242のフローチャートを示した図である。フロー抽出条件生成処理では、まず、フロー計測サーバから直近の一定期間に流れた全てのフロー情報を取得する（ステップ５０２）。次に取得したフローの中から不適切なフローを除外する（ステップ５０３）。ここで、不適切なフローとは、上り、または下りのパケットしかないフローや、通信品質をスループットで評価する場合には、転送バイト数が一定値以下のフロー等である。転送バイト数等ファイルサイズについては、図３に示すフローテーブルの統計情報から参照可能である。あるいは、TCPセッションの終了理由等の条件を加えても良い。その後に、フローをサービス単位、つまり（Server_IP, Server_Port)の組毎にフローをまとめる（ステップ５０４）。ここで、フロー数の少ないサービスについては、除外し次のステップを実行する。続いて、サービス単位でフロー統計値の平均や分散を計算する（ステップ５０５）。フロー統計値とは、ファイル転送時間で評価する場合は、TT10Kやフロー継続時間、min(TT10K, フロー継続時間)であり、スループットで評価する場合は、統計情報から算出した通信速度（ｂｐｓ、もしくはｐｐｓ）である。そして、ステップ５０５で計算した平均、分散、もしくはその両方が閾値以下となるサービス（Server_IP, Server_Portの組)を抽出し（ステップ５０６）、抽出したServer_IPとServer_Portの組を計測対象リスト４００に登録して（ステップ５０７）、終了する（ステップ５０８）。

平均の小さいサービスを抽出することで、例えば、ＳＳＨ等のセッションを維持するサービスに関連するフローを効率よく除外することができる。また、分散の小さいサービスを抽出することで、サーバでの処理時間が大きく変動するようなサービスを、効率よく除外することができる。すなわち、平均・分散の小さいサービスを抽出することで、提供するサービスが一定で、サーバの応答も一定であるようなフローを基に通信品質を評価することで、通信路の影響のみを評価することができる。

上記の処理を実行し通信品質を取得することで、アプリケーション特性による影響に加えて、通信相手サーバの影響を最小限に抑えることができる。

図７は、ステップ５０５で算出した、サービス単位でまとめたフロー統計値の平均・分散をプロットした図である。ファイル転送時間で評価した場合の図であり、横軸は、フロー継続時間（ファイル転送時間）の平均値を、縦軸は、フロー継続時間の標準偏差を表す。図７から分かるように、サービスによっては、フロー継続時間、つまりファイルの転送時間が大きくばらつくことが分かる。

また、アクティブ計測での通信品質評価用にＷｅｂサーバを立ち上げている場合には、該ＷｅｂサーバのIPアドレスとポート番号を、直接手動で計測対象リスト400に入力しても良い。アクティブ計測用のＷｅｂサーバを抽出対象に加えることで、アクティブ計測で取得した通信品質情報と、パッシブ計測で取得した通信品質情報を統合的に扱うことができる。

フロー集約プログラム243は、定期的に実行され、計測対象リスト400に合致したフローを基に、図６に示す通信品質テーブル600を作成する。この通信品質テーブル600により、ユーザからのリクエストに対して所望のデータが提供可能になる。通信経路毎への集約は、フローテーブルのNW情報を利用し集約する。例えば、eNB102毎に集約する場合は、NW情報のeNB ID317毎に集約し、S-GW104毎に集約する場合は、S-GW IP318から該当IPを保持するS-GW IDへ変換し、S-GW ID毎に集約する。あるいは、無線アクセス網のトポロジ情報を用い、eNB IDから、S-GW IDや、NIC(Network Interface Card) IDや、S-GW の I/F IDへ変換し、S-GW ID毎、S-GWのNIC ID毎、S-GWのI/F ID毎に集約する。

フロー集約プログラム243は、必要に応じ、S-GW IPからS-GW ID、S-GWのNIC ID、S-GWのI/F IDへ、もしくは、S-GW IPとeNB IDからS-GW ID、S-GWのNIC ID、S-GWのI/F IDへの対応を記載した変換表をもつ。同様に、P-GW IPからP-GW ID、P-GWのNIC ID、P-GWのI/F IDへ、もしくは、P-GW IPとeNB IDからP-GW ID、P-GWのNIC ID、P-GWのI/F IDへの対応を記載した変換表をもつ。

また、フロー集約を行う際、計測対象リスト400の有効性確認を行っても良い。計測対象リストの有効性確認は、サービスの品質が一定であることを確認する処理であり、具体的には、フロー抽出条件生成処理のステップ５０４から５０６の処理にあたる。つまり、（Server_IP、Server_Port)が抽出条件を満たしていることを再度確認し、条件に合致しないサービスを除外することで、サーバダウンによる品質劣化等の影響を排除することができる。

図６は、品質管理サーバが保持する通信品質テーブル600の構成例である。通信品質テーブル600は、ID601、評価条件602、評価結果603、該当フロー数604から構成される。ID601はエントリを一意に識別する識別子を格納する。評価条件602は、計測開始時刻611、計測期間612、評価地点613、評価項目614が含まれる。計測開始時刻611、計測期間612は、いつの通信品質であるかを、評価地点613は、どこの通信路の通信品質であるかを、評価項目614は、ファイル転送時間であるのか、スループットの評価であるのかの評価項目を格納する。評価結果603は、評価条件602に当てはまるフローの統計情報の分布を格納する。本実施例では、分布を表す統計値として、最小値621、第１四分位点622、中央値623、第２四分位点624、最大値625を格納する例を示す。他に95%値など、評価する上で基準となる値がある場合、その値を追加格納してもよい。該当フロー数604は、評価条件を満たしたフロー数を格納する。

通信品質情報送信プログラム244は、操作端末108から送られてくる通信品質情報のリクエスト受信を契機に動作する。操作端末108からのリクエストには、可視化にしたいポイント、具体的には評価条件602に示されるように、計測開始時間、計測期間、評価地点、評価項目等が含まれる。品質管理サーバ107は、通信品質テーブル600を検索し、該評価条件602に合致する評価結果603や、該当フロー数604を操作端末108へと送信する。また、操作端末108において表示するためのレイアウト情報等も含め操作端末108へと送信しても良い。

最後に、操作端末の処理について述べる。操作端末は基本的に管理者の操作に応答する形で動作する。操作端末は、管理者の要求に従い、品質管理サーバ107へとリクエストを送信する。そして、品質管理サーバ107から受信した、評価条件602、及び評価結果603、該当フロー数604をレイアウト情報に基づきグラフ化や配置を行い、ディスプレイに表示する。

図８は、操作端末108のディスプレイ上に表示する通信品質情報の表示例である。

表示には、評価条件602に関わる情報と、その条件に当てはまる評価結果603が表示されている。評価結果603は、グラフ、もしくはリストで表示することが可能であり、この例では、グラフを用いた例を示す。

図８（ａ)は、管理者が評価地点として複数の基地局(eNB1〜eNB21)を、評価項目としてWeb取得品質を、選択した時の表示例である。本例では、開始時刻2012/01/01 10:11:10.000、計測期間300secのデータを表示している。

評価結果603のグラフは、横軸に評価地点であるeNB IDを、縦軸にファイルの転送時間をとった。この例では、評価結果で得られた統計情報の分布を、箱ひげグラフを用いて可視化した。例えば、95%値など、指標とする項目がある場合、その値のみを表示するようにしてもよい。また、他の手段で取得したeNB毎の統計値を組み合わせてグラフ上に表示しても良い。他の手段で取得したeNB毎の統計値の一例として、基地局の帯域使用率や、CPU使用率、接続UE数、フロー数等、基地局の状態を示す値が挙げられる。

図８（ａ)で示したように、ファイルの転送時間（Webの取得品質）といったユーザ体感に近い情報を用い、基地局毎の通信品質を評価することで、オペレータは直感的に品質の悪い基地局を把握する事ができる。また、品質の悪い基地局を、より簡単に把握するため、統計値の悪い順にソートし表示するようにしてもよい。ソートする際に比較する統計値は、通信品質テーブルの評価結果603から重要となる指標を選択し、予め設定ファイル等に保持しておく。

図８（ｂ）は、管理者が評価地点としてeNB1を、評価項目としてWeb取得品質を、さらに複数の計測期間を選択した時の表示例である。本例では、開始時刻2012/01/01 0:0:0.000、終了時刻：2012/01/31 23:59:59.000、計測期間300secのデータを複数表示している。評価結果のグラフは、横軸に時間を、縦軸にファイル転送時間をとった。先ほどと同様、他に、該当基地局に関し、他の手段で取得した時系列の統計情報を組み合わせて表示しても良い。

管理者は、評価条件を、GUIで表示した該当箇所を変更することで、変更できる。評価条件が変更された場合、操作端末は、品質管理サーバへ評価条件を送信することで、新たに要求した評価条件に基づく評価結果を表示する。

図８（ａ）でeNB ID、もしくはその統計値が表示されているエリアを選択することで、図８（ｂ）に遷移することで、スムーズなオペレーションが可能となる。

以上のように、本実施例では、通信品質の計測に適したフローを抽出し、抽出したフローを基に通信経路毎の通信品質を評価する。これにより、管理者であるネットワークオペレータは、ファイル転送時間やスループット等のユーザが体感する通信品質情報に近い情報でネットワークの状態を精度よく把握することができる。それにより、従来、ネットワークオペレータが現地に行って試験パケットにより確認していた作業を軽減することができる。また、ネットワークの状態を細かく把握することで、ネットワークの設計や設定に素早くフィードバックすることができる。

本発明の第二の実施の形態について説明する。本実施形態と第一実施形態で異なる点は、計測対象リスト400を保持する場所と、フロー抽出条件生成プログラム242の実装箇所である。第一実施形態では、品質管理サーバ107が、フロー抽出条件生成プログラム242をもち、品質管理サーバ内に計測対象リスト400を生成する例を示した。第二実施形態では、フロー計測サーバ106上に、フロー抽出条件生成プログラム242を実装し、フロー計測サーバ内に計測対象リスト400を生成する形態を示す。

フロー計測サーバ106が計測対象リストを保持する場合、計測対象となるフローが終了した（TCPセッションが終了した）タイミングで、品質管理サーバへ自動的に送信するよう設定しても良い。

フロー計測サーバ106上にフロー抽出条件生成プログラム242をもつことで、フロー抽出条件生成処理に関わるフロー計測サーバと品質管理サーバ間のやり取りを削減することができ、各装置の負荷も軽減することができる。

また、第一実施形態と上記方法の中間として、フロー抽出条件生成プログラム242は品質管理サーバでもち、生成した計測対象リスト400をフロー計測サーバへ送る方法を用いても良い。

また、フロー計測サーバと品質管理サーバを別の装置として説明してきたが、これらの機能を１の装置で実現することも可能である。

その他の装置、及び機能は、第一実施形態と同様であるため省略する。

本発明の第三の実施の形態を図９を用いて説明する。本実施形態と第一、第二の実施形態で異なる点は、フロー計測サーバ106におけるトラフィック情報の取得方法である。第一、第二の実施形態では、P-GW105に流れるトラフィック全てのフロー情報をフロー計測サーバで取得し管理する構成であった。しかし、無線アクセス網110に流れるトラフィック量は膨大であるため、全てのフロー情報を収集するにはフロー計測サーバ107の装置コストが高くなる。本実施例では、フロー計測サーバ106の処理、及び装置コストを削減するための実施形態である。

図９は、第三の実施形態における移動体通信システムの構成を示す図である。本構成では、フロー計測サーバを複数台、フロー計測サーバＡ106、フロー計測サーバＢ106を設置した場合の例である。フロー計測サーバＡ106は、P-GW105とS-GW B104のトラフィックについて処理し、フロー計測サーバＢ106は、P-GW105とS-GW A104のトラフィックについて処理する。
フロー計測サーバＡ106は、P-GW105とS-GW B104間のリンクにネットワーク・タップを配し、該ネットワーク・タップに接続する。そして、ネットワーク・タップのミラーリングにより、P-GW105とS-GW B104間に流れる全トラフィックを受信する構成である。フロー計測サーバＢ106は、P-GW105と接続し、P-GW105からのミラーリングを受信する構成である。

本実施形態では、P-GW105からフロー計測サーバＢへのミラーリングに、ミラーリングするパケットの条件を指定する、ポリシーミラーリングを用いる。すなわち、計測対象リスト400の抽出条件を、このミラーリング条件として設定することで、全てのトラフィックをフロー計測サーバＢへ送ることなく、必要な情報を収集することができるようになる。

計測対象リスト400は、第一実施形態と同様に、フロー計測サーバＡ106が、収集したフロー情報を基に作成する。そして、作成した計測対象リスト400に含まれる抽出条件を、P-GWへ送信することで、P-GW105のポリシーミラーリングの条件に設定する。

この方法を用いることで、P-GW105からフロー計測装置Ｂ106へ送られてくるトラフィック情報をP-GW105とS-GW A104間に流れる全トラフィックから、計測対象リストの条件に合致するフローのみへと大幅に削減することができる。

P-GWのポリシーミラーリングの条件には、S-GW A104に接続するI/Fを指定することで、フロー計測装置Ａ，Ｂ106は重複なくフロー情報を取得することができる。この時、品質管理サーバ107は、フロー情報を取得する際、フロー計測サーバＡとＢ双方へ問い合わせ行う。

また、P-GW105にポリシーミラーリングの機能が無い場合は、フロー計測サーバＢ106側で抽出対象を絞る構成としてもよい。つまり、P-GW105で通常のポートミラーリングを用い、P-GW105とS-GW A104間の全トラフィックをフロー計測サーバＢ106へミラーリングする。フロー計測サーバB106は、計測対象リスト400に含まれないトラフィックについては、何も処理せずドロップすることで処理を軽減する。この方法を用いる場合、フロー計測サーバB106は、P-GW105とS-GW A104の間に配置したネットワーク・タップからミラーリングを受信する構成にしても良い。

本発明の第四の実施の形態を図１０を用いて説明する。本実施形態は、ネットワーク側で、ＵＥ101に通信速度の制限をかける場合の実施形態である。これは、通信サービスを提供する上で、特定のＵＥにのみ通信速度の上限をかける場合を想定した実施例である。

この場合、速度制限されたＵＥ101が生成したフロー情報から通信品質が悪いと誤判断することが問題となる。つまり、通信路の品質を評価する場合、速度制限されたＵＥ101の影響を排除したいという要求がある。速度制限されたＵＥ101の影響を排除するため、図１０に示すＵＥ属性リストを用いる。

図１０は、第四の実施形態において、品質管理サーバが保持するＵＥ属性リストの例を示した図である。ＵＥ属性リストは、ID1101、imsi1102、クラス1103から構成される。ここで、クラス1103はＵＥ101の属性として、例えば、通常ＵＥをクラス“ａ”、速度制限されたＵＥをクラス“ｂ”等といった情報を格納する。

速度制限されたＵＥ101の影響は、計測対象リスト400の抽出条件402、及び、通信品質テーブル600の評価結果603に現れる。そこで、計測対象リスト400の生成時、通信品質テーブル600の生成時の処理に、それぞれに影響を排除する処理を加える。

計測対象リスト400生成時においては、フロー抽出条件生成処理のステップ５０３の処理で、速度制限されたＵＥに関するフロー、つまりＵＥ属性リストのクラス“ｂ”であるimsiをもつフローを除外することで影響を排除できる。同様に、通信品質テーブル600生成時においても、フロー集約プログラム243によりフロー集約を行う際に、速度制限されたＵＥに関するフローを除外することで影響を排除できる。速度制限されたＵＥであるかの判断は、BF(Bloom Filter)等を用い処理してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形実施可能であり、上述した各実施形態を適宜組み合わせることが可能であることは、当業者に理解されよう。

１０１ 移動端末(UE)
１０２ 基地局(eNB)
１０３ 移動管理サーバ(MME)
１０４ モバイルゲートウェイ(S-GW)
１０５ モバイルゲートウェイ(P-GW)
１０６ フロー計測サーバ
１０７ 品質管理サーバ
１０８ 操作端末
１１０ 無線アクセス網
１１１ インターネット
１１２ 外部サーバ
２０１ ＣＰＵ
２０２ メモリ
２０３ 不揮発性メモリ(Flash)
２０４ 通信インタフェース(I/F)
２１１ 論理回路

Claims (15)

1. フロー計測サーバと、前記フロー計測サーバに接続される品質管理サーバと、からなる通信システムであって、
   前記フロー計測サーバは、移動端末とサーバ間を流れるデータに基づいてフローごとに複数の通信品質を算出し、
   前記品質管理サーバは、前記複数の通信品質それぞれに応じて所定のフローを抽出し、前記抽出したフローを通信経路ごとに集約し、前記通信経路ごとに前記通信品質の分布を出力することを特徴とする通信システム。
2. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記通信品質がフロー継続時間であることを特徴とする通信システム。
3. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記通信品質が一定のパケット数、もしくはバイト数の受信に要した時間であることを特徴とする通信システム。
4. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記通信品質が通信速度であることを特徴とする可視化システム
5. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記品質管理サーバは、操作端末からのリクエストに含まれる計測期間における前記通信品質の分布を、前記操作端末に出力することを特徴とする通信システム。
6. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記品質管理サーバは、前記サーバのＩＰアドレスとＬ４ポート番号単位でフローをまとめ、前記まとめたフローの通信品質の平均と分散が所定の範囲内に収まる、前記ＩＰアドレスとＬ４ポート番号の組を選択することで、前記所定のフローを抽出することを特徴とする通信システム。
7. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記品質管理サーバは、前記通信品質をファイル転送時間で評価する際、一定のパケット数もしくはバイト数の受信に要した時間を有するフロー、及び、一定のパケット数もしくはバイト数以下のデータをダウンロードするフローの少なくとも何れかを抽出することを特徴とする通信システム。
8. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記品質管理サーバは、前記通信品質を通信速度で評価する際、パケット数もしくはバイト数が所定値より大きいフローを抽出することを特徴とする通信システム。
9. 請求項１に記載の通信システムであって、
   前記フロー計測サーバは、第１のフロー計測サーバと第２のフロー計測サーバとからなり、
   前記第１のフロー計測サーバは、第１のゲートウェイから第２のゲートウェイに流れる前記データに基づいてフロー抽出条件を抽出し、
   前記第２のゲートウェイが前記フロー抽出条件に一致するフローをポリシーミラーリングすることにより送信されるデータを、前記第２のフロー計測サーバが受信することを特徴とする通信システム。
10. 請求項１に記載の通信システムであって、
    前記フロー計測サーバと前記品質管理サーバは、１の装置で実現されることを特徴とする通信システム。
11. 移動端末と、前記移動端末に無線接続される基地局と、前記基地局に接続される第１のゲートウェイと、前記第１のゲートウェイに接続される第２のゲートウェイと、前記第２のゲートウェイに接続されるフロー計測サーバと、前記フロー計測サーバに接続される品質管理サーバと、前記品質管理サーバに接続される操作端末と、からなる通信システムであって、
    前記フロー計測サーバは、前記移動端末とサーバ間を流れるデータに基づいてフローごとに複数の通信品質を算出し、
    前記品質管理サーバは、前記複数の通信品質それぞれに応じて所定のフローを抽出し、前記抽出したフローを通信経路ごとに集約し、
    前記操作端末は、前記通信経路ごとに前記通信品質の分布を表示することを特徴とする通信システム。
12. 請求項１１に記載の通信システムであって、
    前記通信品質がフロー継続時間、一定のパケット数もしくはバイト数の受信に要した時間、及び、通信速度の少なくとも何れかであることを特徴とする通信システム。
13. 請求項１１に記載の通信システムであって、
    前記品質管理サーバは、前記サーバのＩＰアドレスとＬ４ポート番号単位でフローをまとめ、前記まとめたフローの通信品質の平均と分散が所定の範囲内に収まる、前記ＩＰアドレスとＬ４ポート番号の組を選択することで、前記所定のフローを抽出することを特徴とする通信システム。
14. 請求項１１に記載の通信システムであって、
    前記品質管理サーバは、前記通信品質をファイル転送時間で評価する際、一定のパケット数もしくはバイト数の受信に要した時間を有するフロー、及び、一定のパケット数もしくはバイト数以下のデータをダウンロードするフローの少なくとも何れかを抽出することを特徴とする通信システム。
15. 請求項１１に記載の通信システムであって、
    前記品質管理サーバは、前記通信品質を通信速度で評価する際、パケット数もしくはバイト数が所定値より大きいフローを抽出することを特徴とする通信システム。

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