JP2015046755A - 遅延揺らぎ推定方法および遅延揺らぎ推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パケット網で生じる遅延揺らぎを推定する。【解決手段】パケット網を介して接続される装置間で、一定時間ごとに装置間でリファレンスパケットを送受信してその到着時間を観測し、そのうち最短の遅延時間を固定遅延時間として推定する遅延揺らぎ推定方法において、装置間でリファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得するステップＡと、パケット網を構成するノードごとに登録された遅延分布から、装置間のノード数に応じた遅延分布を読み出してコンボリューションを計算し、実測値データと最も一致する遅延分布の組み合わせを選択するステップＢと、選択した遅延分布の組み合わせでコンボリューションして遅延分布を推定し、その遅延分布の最小遅延値を基に遅延揺らぎ量を推定するステップＣとを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、パケット網を介して接続される装置間で、パケット網で発生する遅延揺らぎを推定し、例えば高精度な時刻同期や無瞬断切り替えを行う際の遅延増加を抑えることができる遅延揺らぎ推定方法および遅延揺らぎ推定装置に関する。

現在、パケット網を介して接続される装置間で高精度な時刻同期を行うプロトコルとして、ＰＴＰ(Precision Time Protocol) がある。ＰＴＰは、パケット網を介して接続される装置間の時刻のずれ（時刻オフセット）を算出し、補正するプロトコルである（非特許文献１）。ＰＴＰの構成では、Masterノードと Slaveノードとの間の伝送路として主にファイバを直接接続する形態と、パケットスイッチを介した形態がある。ＰＴＰで高精度な時刻同期を行うためには、Master→Slave 方向（下り方向）と、Slave →Master方向（上り方向）において、ＰＴＰパケット（Sync、Delay Req ）の伝搬遅延が等しい必要がある。

ここで、パケット網で発生する遅延は、固定遅延（伝送路遅延、装置処理遅延）、変動遅延（スイッチ内のパケット衝突による遅延揺らぎ）に分類できる。Masterノードと Slaveノードをファイバで直接接続する形態では伝送路遅延のみ発生し、一心双方向通信のように同じ伝送媒体を同じ距離だけ伝搬する場合であれば双方向の遅延時間は等しくなり高精度な時刻同期が実現できる。

一方、Masterノードと Slaveノードをパケットスイッチを介して接続する形態では、固定遅延として伝送路遅延および装置処理遅延が生じる。さらに、ＰＴＰパケットは他のデータパケットと重畳して伝送されるため遅延揺らぎ（ＰＤＶ：Packet Delay Variation）が生じる。遅延揺らぎ量は、伝送路の通信状況により時々刻々変化し、上り方向と下り方向では一致しない。そのため、上りと下りで遅延時間に差が生じ、遅延時間差の１／２に相当する精度劣化が生じる。

パケット網でＰＴＰを用いた高精度時刻同期を行う場合の課題は、遅延揺らぎにより上り下りの遅延時間が異なる場合に、正確な時刻オフセットを算出できないことである。そのため、遅延揺らぎ量を把握し、上り下りの遅延時間差を補正する以下に示す方法が提案されている。

＜従来の方法１＞
例えば，非特許文献１に記載のＴＣ（Transparent Clock ）を用いる方法がある。ＴＣでは、図７に示すように、パケットスイッチを含むノードの入出力ポートに高精度タイムスタンプ打刻機能が具備されており、Masterノードと Slaveノードとの間で伝送されるＰＴＰパケットの入力時刻と出力時刻が記録される。

遅延揺らぎが生じるのは装置内部であるため、入出力時刻より装置内滞留時間が判れば、片方向の遅延時間から装置内滞留時間を引くことで遅延揺らぎを含まない遅延時間を得ることができる。すなわち、上りと下りの伝搬経路が同じであれば、遅延揺らぎの影響を受けずにＰＴＰシーケンス処理を実行できる。

しかし、ＴＣを用いた時刻同期を行う場合、ＴＣに対応した時刻同期網を新たに構築するか、既に収容しているユーザデータを一度停止して既設装置をすべてＴＣ対応に改造する必要があり、コスト面および運用面で大きなデメリットが生じる。

＜従来の方法２＞
従来の方法２として、特許文献１に記載のリファレンスパケットを用いる方法がある。これは、一定時間毎にMasterノードからリファレンスパケットを送信し、 Slaveノードでその到着時間を観測し、そのうち最短の遅延時間を装置間の固定遅延時間として推定することで、時刻のずれを補正する方法である。このリファレンスパケットを用いることで、通過ノードにＴＣインタフェースを設ける必要がなくなり、コスト面および運用面での課題はクリアできる。

特開２０１３−０３０８９２号公報

IEEE 1588-2008, "IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems"

従来の方法２の課題について詳しく説明する。
従来の方法２では、リファレンスパケットを一定間隔でMaster-Slaveノード間で相互に送受信し、そのなかで最も早く到着したリファレンスパケットを基準に、ＰＴＰパケットの遅延揺らぎ量を把握する。ここで、ある測定時間の中で最も遅延時間が小さく、基準となるリファレンスパケットを「最小遅延パケット」と定義する。測定時間が無限大になるとき、最小遅延パケットの遅延時間は固定遅延時間と等しくなる。

ただし、従来の方法２では、遅延揺らぎが無い場合のMaster-Slave間の固定遅延時間は双方向で等しいと仮定する。また、従来の方法２では、測定時間が長いほど最小遅延時間は固定遅延時間に近づくため、双方向で遅延揺らぎ量把握のための基準を一致させることが可能となり、より正確に遅延揺らぎ量を把握することができる。

しかし、ノード数が増加すると、データパケットとＰＴＰパケットの衝突確率が大きくなり、最小遅延パケットの到着確率が低下する。例えば、各ノードでの最小遅延パケットの到着確率をＡと仮定すると、Ｎノード構成時の最小遅延パケット到着確率はＡのＮ乗となる。したがって、Ｎノード構成時の最小遅延時間を実測する場合、１ノードの最小遅延時間を測定するのに必要なパケット数のＮ乗倍のパケットが必要となる。一方、通過ノード数はネットワークの規模に応じて数台から数十台程度となるため、実用的な時間内に最小遅延パケットを測定することは困難となる。また、データパケットの割合が増加すると通過ノードでＰＴＰパケットと衝突する確率が高まるため、最小遅延パケットの到着確率が低下する。

以上より、従来の方法２ではデータパケットの割合が増加した場合と、ノード数が増加した場合に、十分な同期精度が得られない課題がある。このような遅延揺らぎの把握に係る課題は、リング構成のパケット網において冗長経路間を無瞬断で切り換える場合や、ネットワークサービスとして遅延揺らぎＳＬＡ（Service Level Agreement ：サービス品質保証制度）を提供する場合にも想定される。

本発明は、リファレンスパケットを用いる従来の方法２をベースに、遅延揺らぎの推定アルゴリズムを見直し、パケット網で生じる遅延揺らぎを正確に推定することができる遅延揺らぎ推定方法および遅延揺らぎ推定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、パケット網を介して接続される装置間で、一定時間ごとに装置間でリファレンスパケットを送受信してその到着時間を観測し、そのうち最短の遅延時間を固定遅延時間として推定する遅延揺らぎ推定方法において、装置間でリファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得するステップＡと、パケット網を構成するノードごとに登録された遅延分布から、装置間のノード数に応じた遅延分布を読み出してコンボリューションを計算し、実測値データと最も一致する遅延分布の組み合わせを選択するステップＢと、選択した遅延分布の組み合わせでコンボリューションして遅延分布を推定し、その遅延分布の最小遅延値を基に遅延揺らぎ量を推定するステップＣとを有する。

第１の発明の遅延揺らぎ推定方法において、パケット網を構成するノードの遅延分布特性をトラフィックパターン別に事前に測定し、関数フィッティングにより未測定領域の遅延分布を推定してデータベースに格納し、ノードごとに登録された遅延分布として用いるステップＤを有し、関数フィッティングとコンボリューションで遅延分布を推定した結果を用いて遅延揺らぎ量を推定する。また、パケット網を構成するノードの遅延分布特性をトラフィックパターン別に事前に測定する代わりに、ノード特性に応じて遅延分布特性をモデル化した関数に置き換えてもよい。

第１の発明の遅延揺らぎ推定方法において、パケット網を構成するノードの遅延分布特性をトラフィックパターン別に事前に測定し、関数フィッティングにより未測定領域の遅延分布を推定し、さらにパケット網で取りうるノード段数に応じてコンボリューションし、その遅延分布データをデータベースに格納し、ノードごとに登録された遅延分布として用いるステップＥを有し、ステップＢでコンボリューションの計算を行わずに、実測値データと最も一致する遅延分布データをステップＣに与える。

第１の発明の遅延揺らぎ推定方法において、パケット網を介して接続される装置間で、パケット送受信時の時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信し、ステップＣで推定した遅延分布の最小遅延値を基準に時刻同期パケットの遅延揺らぎ量を把握し、該遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出して装置間の時刻補正を行う。

第２の発明は、パケット網を介して接続される装置間で、一定時間ごとに装置間でリファレンスパケットを送受信してその到着時間を観測し、そのうち最短の遅延時間を固定遅延時間として推定する遅延揺らぎ推定装置において、装置間でリファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得する遅延分布測定手段と、パケット網を構成するノードごとに遅延分布を登録する遅延分布登録手段と、登録された遅延分布から、装置間のノード数に応じた遅延分布を読み出してコンボリューションを計算し、実測値データと最も一致する遅延分布の組み合わせを選択し、その遅延分布の組み合わせでコンボリューションして遅延分布を推定し、その遅延分布の最小遅延値を基に遅延揺らぎ量を推定する遅延揺らぎ推定処理手段とを備える。

第２の発明の遅延揺らぎ推定装置において、パケット網を介して接続される装置間で、パケット送受信時の時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信し、遅延揺らぎ推定処理手段は、遅延分布の最小遅延値を基準に時刻同期パケットの遅延揺らぎ量を把握し、該遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出して装置間の時刻補正を行う構成である。

本発明は、実際にパケット網で使用する装置の遅延分布データを組み合せてコンボリューションし、ノード多段経由時の遅延分布に最も一致する組み合わせを決定可能とすることにより、図６に示すように、ノードが多段接続された環境下であっても、予め目標とする時刻同期精度が得られ遅延分布を使用して最小遅延値を決定し、遅延揺らぎ量を把握することができ、高精度な時刻同期を行うことができる。

さらに、データパケットの割合が増加した場合であっても、さまざまなトラフィックパターンにおいて、一意に最小遅延が決定できる関数フィッティングを用いて各ノードの遅延分布を推定可能とし、図６に示すようにコンボリューション方式と組み合わせて高精度な時刻同期を行うことが可能となる。

本発明による遅延分布推定原理を示す図である。 本発明の実施例１の処理手順を示す図である。 関数フィッティング方式の処理手順を示すフローチャートである。 コンボリューション方式の処理手順を示すフローチャートである。 本発明が適用される時刻同期装置の構成例を示す図である。 発明の効果を説明する図である。 ＰＴＰタイムスタンプによるＰＤＶ把握のための構成を示す図である。

＜原理＞
図１は、本発明による遅延分布推定原理を示す。本発明は、測定した遅延分布（サンプル）を基に未測定の遅延分布（母集団）を推定する方法を提供する。

図１において、時刻同期を実現するMasterノードと Slaveノードは、パケットスイッチからなるノード＃１〜＃Ｎを介して接続される。各ノードで生じる遅延揺らぎ量の統計情報（遅延分布）を把握する特許文献１に記載の方法をベースとする。

一般的に独立な事象の確率変数の和の確率分布は、それぞれの事象の確率密度関数のコンボリューションで求めることができる（服部、統計と確率の基礎、学術図書出版社）。そこで、確率変数をリファレンスパケットの遅延揺らぎ量とすると、Ｎノード経由時の遅延揺らぎ量は、各ノードで発生した遅延揺らぎ量の和とみなすことができる。したがって、ｉ番目のノード経由後の遅延揺らぎ量の確率密度関数をｈ_i(t)とすると、Ｎノード経由後の遅延揺らぎ量の確率密度関数ｙ_N(t)は、式(1) で示すように、各ノードで発生する遅延揺らぎ量の確率密度関数をコンボリューション（演算記号を「＊」で表す）することで求めることができる。
ｙ_N(t) ＝ｈ₁(t)＊ｈ₂(t)＊…＊ｈ_N(t) …(1)
ここで、コンボリューションの演算は、以下の式で定義する。
ｈ₁(t)＊ｈ₂(t)＝∫ｈ₁(τ)ｈ₂(ｔ−τ)ｄτ …(2)

上記の操作によって最小構成の遅延分布からＮノード構成の最小遅延近傍の分布が算出できる。そのため、実際の測定では確率密度が低いため観測できない最小遅延値を推定可能となり、高精度な遅延揺らぎ量の把握が実現できる。

このとき、各ノードの遅延揺らぎ量の確率密度関数ｈ_i(t)が既知であれば、式(1) からＮノード経由後の遅延揺らぎ量の確率密度関数ｙ_N(t)が計算できる。しかし、実際の環境では、背景トラフィックを予測できないため、各ノードの遅延分布を事前に定めることはできない。

そこで、Ｎノード構成の遅延分布を測定し、あらかじめ測定しておいた各ノードの遅延分布データから、最も一致するような遅延分布を組み合わせてコンボリューションする。具体的には、測定したＮノードの遅延分布に対して、各ノードの遅延分布データを順番に組み合わせてコンボリューションし、最小二乗法により残差が最も小さい組み合わせを探索していく。

ここで、あらかじめ測定しておく各ノードの遅延分布データは、ノード種別の最小構成に対して背景トラフィックのパケット長や帯域使用率をパラメータとして、事前に網羅的にデータを取得しておく。ただし、スイッチの装置種別は、Add, Through, Dropノードの３種類であり、装置種別が同じであるならば同一の傾向を示すと予想されるため、ネットワーク内で使用しているすべてのノードの遅延分布測定は必要ない。また、装置個体差（各ノードのスイッチ処理速度等）が顕著な場合は個別にその特性を把握して、計算パラメータとして考慮する。

図２は、本発明の実施例１の処理手順を示す。本処理は、図１に示す Slaveノードで実施される。

ステップ１は、対象ＮＷを構成する各ノード＃１〜＃Ｎの遅延分布特性を様々なトラフィックパターンで事前に測定し、関数フィッティングにより未測定領域の遅延分布を推定してデータベースＤＢに格納する。これにより、データパケットの割合が増加する高負荷時でも各ノードの遅延分布を高精度に推定可能となる。

ステップ２は、時刻同期したい装置間でリファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得する。

ステップ３は、ステップ１で事前測定し、データベースＤＢに格納した各ノードの遅延分布の中からノード数に応じた遅延分布を読み出してコンボリューション（畳み込み積分）を計算し、ステップ２で測定したＮノード経由時の遅延分布の実測値データと最も一致する遅延分布の組み合わせを選択する。

ステップ４は、ステップ３で選択した遅延分布の組み合せでコンボリューションして遅延分布を推定し、その遅延分布の最小値を遅延揺らぎ補正の基準値とする。

ステップ５は、ステップ４で推定した遅延分布の最小値を基準にＰＴＰパケットの遅延揺らぎ量（ΔＪ_SYNC、ΔＪ_D.REQ ）を把握し、遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出し、 Slaveノードの時刻補正を行う。

以下、ステップ１、ステップ３およびステップ４の処理について詳しく説明する。
図３は、ステップ１の関数フィッティング方式の処理手順を示す。
本処理は、予め装置にかけるトラフィックパターン（負荷率、パケット長、およびそれらの時間変化）が制御できる環境において行うことを想定している。本処理は、様々なトラフィックパターンの場合に対して各々実施し、測定時間は各試行で一定とする。測定結果には、測定器に起因する誤差等が含まれている場合があるため、測定結果に対し多項式関数等による近似を適用する場合もある。

フィッティング関数は、例として式(3) の関数を用いる。

また、装置特性に応じて、式(4) の関数やその他の関数を使用する場合もある。

最小遅延の把握には、遅延分布の最小値（最小遅延値）のみを使用するため、測定した遅延分布のピークから左側を使用する。遅延分布の形状は負荷率、パケット長、時間変化に応じて変化し、特にピーク付近は変化が大きい。したがって、式(3) では一致評価のための基準値（使用する装置に応じて適切な値を設定）に満たない場合がある。そこで、フィッティング範囲を縮小してフィッティング範囲を再指定する。この処理を繰り返し実施し、実測値と一致するか否か、概ね補正Ｒ二乗値が99.9％以上を目安として実測値と一致しているか否かを評価する。このような一致判定の基準値以上となったところで、フィッティング範囲を決定する（Ｓ11〜Ｓ16）。

推定範囲は、各トラフィックパターンで推定値が目標値以内となる読み取り条件で範囲指定を行う（Ｓ17）。推定値は、測定値と結合してデータベースＤＢに登録する（Ｓ18，Ｓ19）。

図４は、ステップ３およびステップ４のコンボリューション方式の処理手順を示す。
コンボリューション方式では、背景トラフィックのパケット長・負荷率は未知量のため、事前測定したデータを組合せて最小遅延推定を行う。この時、事前測定データは、ステップ１で求めた関数フィッティング方式適用済みのデータを使用する。もしくは、関数フィッティング適用前の測定値を使用してもよい。

まず、データベースＤＢから初期値となる遅延分布選択を行い（Ｓ21）、コンボリューションする（Ｓ22）。コンボリューションはノード数に応じて実施する。次に、コンボリューション結果とステップ２で測定した測定データ（実測値）と比較評価を行う（Ｓ23，Ｓ24）。具体的には、残差平方和が予め定めた値より小さくなっているかを評価する。残差平方和の基準値は、使用する装置やベンダによって異なるため予め適切な値を決定する。ここで、実測値と一致しない場合は遅延分布を再選択する。この時、図２に示すように、コンボリューション結果と実測値の傾きを比較し（Ｓ25）、より一致する遅延分布をデータベースＤＢより選択する（Ｓ21）。具体的には、実測値よりコンボリューション結果の傾きが緩やかであれば、より傾きの急峻な遅延分布をデータベースＤＢより選択する。

傾き比較は実測値を多項式近似し、近似式を微分することで傾きの大きさを把握する。また、計算値に対しても同様に微分し傾きの大きさを把握する。データベースＤＢに保存している事前測定データに対しても傾きの大きさが分かるようにしておき、実測値の傾き＞計算値の傾きの場合は、より傾きの大きな遅延分布を再選択する。

実測値と最も一致する組み合わせ（もしくは十分一致したと考えられる基準値）に到達したところで処理を終える。最適な組み合わせを見つけた時点で使用した遅延分布とその推定値を使用して、最小遅延値を決定する（Ｓ26）。決定した最小遅延値を時刻同期装置の Slaveノードに設定し（Ｓ27）、ＰＴＰパケットの遅延揺らぎ量を把握するための基準として適用する。

図５は、本発明が適用される時刻同期装置の構成例を示す。ここでは、実施例１におけるステップ２〜ステップ５の処理を行う Slaveノードの構成例を示す。
図５において、 Slaveノード１０２は、受信回路３０１と、周波数抽出部３０２と、周波数生成部３０３と、時計３０４と、時刻同期パケット受信部３０５と、リファレンスパケット受信部３０６と、基準送信周期カウンタ３０７と、時刻同期パケットＰＤＶ計算部３０８と、オフセット計算処理部３０９と、時刻同期パケット送信部３１０と、リファレンスパケット生成部３１１と、送信回路３１２と、ステップ２〜ステップ４に示す処理を行う遅延揺らぎ推定処理部３１３と、ステップ１に示す対象ＮＷを構成するノードの遅延分布特性を事前に測定し、関数フィッティングにより推定された遅延分布を格納するデータベース（ＤＢ）３１４とにより構成される。

受信回路３０１は、通信先の装置（Masterノード）から送信されるパケットをパケットネットワークを介して受信する。そして、時刻同期パケットを時刻同期パケット受信部３０５に出力し、リファレンスパケットをリファレンスパケット受信部３０６に出力する。周波数抽出部３０２は、受信回路３０１からクロック周波数を抽出する。抽出したクロック周波数は、周波数生成部３０３に出力される。周波数生成部３０３は、周波数抽出部３０２から出力されるクロック周波数を基準に Slaveノード１０２内部の周波数同期を取り、各部に必要なクロック周波数を生成する。なお、外部（マスタクロック装置など）からMasterノードと同じ周波数クロックを受信できる場合に備え、周波数外部入力部３５１を設けてもよい。時計３０４は、周波数生成部３０３で生成されたクロック周波数を基準に時を刻む。時刻同期パケット受信部３０５は、時刻同期パケットの受信時刻や時刻同期パケットに付与されている時刻情報を抽出して時刻同期パケットPDV 計算部３０８に出力すると共に、オフセット計算処理部３０９にも出力する。

リファレンスパケット受信部３０６は、リファレンスパケットの受信時刻やリファレンスパケットに付与されている送信間隔の識別値およびシーケンス番号などの情報を抽出する。そして、リファレンスパケット受信部３０６は、リファレンスパケットの受信時刻を基準送信周期カウンタ３０７に出力する。基準送信周期カウンタ３０７は、送信間隔タイマの機能を有し、周波数生成部３０３から入力するクロック周波数に基づく基準の送信間隔周期と、リファレンスパケット受信部３０６から入力するリファレンスパケットの受信時刻とのずれをカウントし、リファレンスパケットが基準周期よりも早く到着すれば送信間隔の基準周期をずらす動作を行う。そして、この基準周期を時刻同期パケットＰＤＶ計算部３０８およびオフセット計算処理部３０９に出力する。

時刻同期パケットＰＤＶ計算部３０８は、基準送信周期カウンタ３０７の出力と時刻同期パケット受信部３０５からの時刻同期パケットの受信タイミングとを用いて、遅延揺らぎ量を計算する。そして、ここで計算した遅延揺らぎ量（ΔＪ_SYNC）をオフセット計算処理部３０９に出力する。

遅延揺らぎ推定処理部３１３は、ステップ２〜ステップ４の処理を実行し、コンボリューション方式によって時刻同期パケットＰＤＶ計算処理部３０８から取得したリファレンスパケットの遅延分布データに最も一致する遅延分布の組合せを選択し、得られた最小遅延値をオフセット計算処理部３０９に出力する。

オフセット計算処理部３０９は、時刻同期パケット受信部３０６で受信した時刻同期パケット、時刻同期パケットＰＤＶ計算部３０８および遅延揺らぎ推定処理部３１３で計算した各値を用いて、遅延分布の最小値を基準にＰＴＰパケットの遅延揺らぎ量（ΔＪ_SYNC、ΔＪ_D.REQ ）を把握し、遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出し、時計３０４の時刻の補正を行う。

時刻同期パケット送信部３１０は、Delay Req パケットをMasterノードに送信する。この時、時計３０４より取得した時刻を付与し、送信回路３１２を介してMasterノードに送信する。リファレンスパケット生成部３１１は、周波数生成部３０３で生成されたクロック周波数を基準にして、一定の送信間隔でリファレンスパケットを生成し、送信回路３１２からMasterノードへ送信する。送信回路３１２は、リファレンスパケット生成部３１１から出力されるリファレンスパケットおよび時刻同期パケット送信部３１０から出力される時刻同期パケットをMasterノード１０１へ送信する。

このようにして、Slave ノード１０２は、受信回路３０１から周波数抽出部３０２が抽出したクロック周波数に基づいて動作する時計３０４の時刻を、オフセット計算処理部３０９が求めたMasterノードの時計の時刻とのずれに応じて補正し、Masterノードの時計とSlave ノード１０２の時計３０４の時刻同期を高精度で行うことができる。

実施例１では遅延分布の事前測定データをデータベースＤＢに保存しておく必要がある。事前測定データをテキストデータ形式等でそのまま保存する場合、データ容量が大きくなることが課題となる。また、データベースＤＢから適切な組み合わせを選択し、コンボリューションの演算処理を行うため、装置への負荷が大きくなることが課題となる。

そこで、実施例２では事前測定データ容量を少なくし、実施例１のステップ３でコンボリューション演算を行わない方法を提案する。

具体的には、事前測定の段階でノード数増加時の遅延分布に対しても関数フィッティング、およびコンボリューションを適用し、遅延分布推定を行う。推定した遅延分布は多項式等で近似を行い、係数を決定する。データベースＤＢには、係数のみを保存し、遅延分布の事前測定データは保存しない。

本実施例の処理手順は、以下のステップで構成される。
ステップ１は、対象ＮＷを構成する各ノード＃１〜＃Ｎの遅延分布特性を様々なトラフィックパターンで事前に測定し、関数フィッティングにより未測定領域の遅延分布を推定する。

ステップ２は、対象ＮＷで取りうるノード段数に応じて、ステップ１で取得したデータをコンボリューションする。

ステップ３は、コンボリューションした遅延分布に対し、多項式近似して係数を決定し、係数をデータベースＤＢに保存する。

ステップ４は、時刻同期したい装置間でリファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得する。

ステップ５は、ステップ３でデータベースＤＢに保存した事前測定データの中から、ステップ４で測定した実測値データに最も一致するデータを選択する。最も一致するデータの最小値を遅延揺らぎ把握の基準として採用する。

ステップ６は、ステップ５で推定した遅延分布の最小値を基準にＰＴＰパケットの遅延揺らぎ量（ΔＪ_SYNC、ΔＪ_D.REQ ）を把握し、遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出し、 Slaveノードの時刻補正を行う。

実施例１ではネットワークで使用するノードの遅延分布を事前に測定しなければならないため、作業負担が大きいことが課題となる。また、異なるノードを使用したネットワークで使用する場合、遅延分布特性が異なるためコンボリューションで計算値が実測値と一致しなくなる可能性がある。

そこで、実施例３では実施例１で使用する事前測定データを、遅延分布をモデル化した関数で置換え、事前測定作業を不要とする方法を提案する。

使用する関数は、装置特性に応じて下記のようなガンマ分布の確率密度関数や、その他の関数を使用する。

本実施例の処理手順は、以下のステップで構成される。
ステップ１は、時刻同期したい装置間でリファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得する。

ステップ２は、各ノードの遅延分布として式(5) を当てはめ、ノード数に応じた回数分コンボリューション（畳み込み積分）を実施する。ステップ１で測定した遅延分布に最も一致する係数α、βの組み合わせを選択する。

ステップ３は、ステップ２で推定した遅延分布の最小値を基準にＰＴＰパケットの遅延揺らぎ量（ΔＪ_SYNC、ΔＪ_D.REQ ）を把握し、遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出し、スレーブノードの時刻補正を行う。

以下、本発明の遅延揺らぎ推定方法を適用する他の実施例について説明する。
リング構成のパケット網において冗長経路間を無瞬断で切り替える場合、受信側装置では両系路から到着するパケットの待合せ処理を行う際、両系路で生じる遅延揺らぎの最大値以上のバッファを持ち揺らぎ吸収を行う。バッファ量の設計を行う場合、一般的に待ち行列理論を用いて遅延分布を計算し、ネットワークの仕様に応じてパケットの遅延揺らぎの最大値を決定する方法や、ネットワークで生じる遅延揺らぎの最大値を設計値から算出する方法が用いられる。しかし、通常、設計値より安全側の値を用いてバッファ量を設計することが多いため、余分な遅延増加が避けられない。

そこで、リファレンスパケットにより、ネットワークで使用される装置の遅延揺らぎを測定し、本発明の遅延揺らぎ推定方法により遅延揺らぎの最大値を算出する。このとき、遅延揺らぎ推定では、ネットワークで使用される装置で実際に測定した遅延分布データを使用する。具体的な処理手順は実施例１〜３と同じである。

これにより、実際にネットワークで使用する装置の遅延分布データを用いて推定することで正味の遅延増加量を算出することができ、机上で算出した場合に比べ余分な遅延増加を抑えることができる。

また、ネットワークサービスとして遅延揺らぎＳＬＡを提供する場合において、パケット到着確率10^-12 以上でＡmsec以内の遅延揺らぎ量保証を規定したとする。ユーザのパケット送信数が10¹²に満たない場合、上記規定を満足したか否かを確認することはできない。そこで、本発明の遅延揺らぎ推定方法を用い、ユーザパケットの遅延分布データから未測定の遅延分布形状を推定することで、キャリアが提示する品質規定を満足できているか確認することができる。

１０２ Slaveノード
３０１ 受信回路
３０２ 周波数抽出部
３０３ 周波数生成部
３０４ 時計
３０５ 時刻同期パケット受信部
３０６ リファレンスパケット受信部
３０７ 基準送信周期カウンタ
３０８ 時刻同期パケットＰＤＶ計算部
３０９ オフセット計算処理部
３１０ 時刻同期パケット送信部
３１１ リファレンスパケット生成部
３１２ 送信回路
３１３ 遅延揺らぎ推定処理部
３１４ データベース（ＤＢ）

Claims (7)

1. パケット網を介して接続される装置間で、一定時間ごとに装置間でリファレンスパケットを送受信してその到着時間を観測し、そのうち最短の遅延時間を固定遅延時間として推定する遅延揺らぎ推定方法において、
   前記装置間で前記リファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得するステップＡと、
   前記パケット網を構成するノードごとに登録された遅延分布から、前記装置間のノード数に応じた遅延分布を読み出してコンボリューションを計算し、前記実測値データと最も一致する遅延分布の組み合わせを選択するステップＢと、
   前記選択した遅延分布の組み合わせでコンボリューションして遅延分布を推定し、その遅延分布の最小遅延値を基に遅延揺らぎ量を推定するステップＣと
   を有することを特徴とする遅延揺らぎ推定方法。
2. 請求項１に記載の遅延揺らぎ推定方法において、
   前記パケット網を構成するノードの遅延分布特性をトラフィックパターン別に事前に測定し、関数フィッティングにより未測定領域の遅延分布を推定してデータベースに格納し、前記ノードごとに登録された遅延分布として用いるステップＤを有し、
   前記関数フィッティングと前記コンボリューションで遅延分布を推定した結果を用いて前記遅延揺らぎ量を推定する
   ことを特徴とする遅延揺らぎ推定方法。
3. 請求項１に記載の遅延揺らぎ推定方法において、
   前記パケット網を構成するノードの遅延分布特性をトラフィックパターン別に事前に測定し、関数フィッティングにより未測定領域の遅延分布を推定し、さらに前記パケット網で取りうるノード段数に応じてコンボリューションし、その遅延分布データをデータベースに格納し、前記ノードごとに登録された遅延分布として用いるステップＥを有し、
   前記ステップＢで前記コンボリューションの計算を行わずに、前記実測値データと最も一致する遅延分布データを前記ステップＣに与える
   ことを特徴とする遅延揺らぎ推定方法。
4. 請求項２に記載の遅延揺らぎ推定方法において、
   前記パケット網を構成するノードの遅延分布特性をトラフィックパターン別に事前に測定する代わりに、ノード特性に応じて遅延分布特性をモデル化した関数に置き換える
   ことを特徴とする遅延揺らぎ推定方法。
5. 請求項１に記載の遅延揺らぎ推定方法において、
   前記パケット網を介して接続される装置間で、パケット送受信時の時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信し、
   前記ステップＣで推定した前記遅延分布の最小遅延値を基準に前記時刻同期パケットの遅延揺らぎ量を把握し、該遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出して前記装置間の時刻補正を行う
   ことを特徴とする遅延揺らぎ推定方法。
6. パケット網を介して接続される装置間で、一定時間ごとに装置間でリファレンスパケットを送受信してその到着時間を観測し、そのうち最短の遅延時間を固定遅延時間として推定する遅延揺らぎ推定装置において、
   前記装置間で前記リファレンスパケットを用いて遅延分布を測定し、実測値データを取得する遅延分布測定手段と、
   前記パケット網を構成するノードごとに遅延分布を登録する遅延分布登録手段と、
   前記登録された遅延分布から、前記装置間のノード数に応じた遅延分布を読み出してコンボリューションを計算し、前記実測値データと最も一致する遅延分布の組み合わせを選択し、その遅延分布の組み合わせでコンボリューションして遅延分布を推定し、その遅延分布の最小遅延値を基に遅延揺らぎ量を推定する遅延揺らぎ推定処理手段と
   を備えたことを特徴とする遅延揺らぎ推定装置。
7. 請求項６に記載の遅延揺らぎ推定装置において、
   前記パケット網を介して接続される装置間で、パケット送受信時の時刻情報を含む時刻同期パケットを送受信し、
   前記遅延揺らぎ推定処理手段は、前記遅延分布の最小遅延値を基準に前記時刻同期パケットの遅延揺らぎ量を把握し、該遅延揺らぎ量を補正した時刻オフセットを算出して前記装置間の時刻補正を行う構成である
   ことを特徴とする遅延揺らぎ推定装置。

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