JP3798705B2

JP3798705B2 - 擬似パケットによるパケット交換網品質測定方法及びその装置、並びに擬似パケット列パラメータ決定方法及びその装置

Info

Publication number: JP3798705B2
Application number: JP2002037948A
Authority: JP
Inventors: 広幸高土居; 宜伯川村; 光文四宮
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003244237A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターネット等のパケット交換網を管理する技術に関するものであり、詳細には網の状態を測定する技術及び網上で提供されるサービスの品質を管理する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のパケット交換網の品質（パケット損失、パケット遅延時間）を測定する方法としては、試験パケットを固定パケット長・一定間隔で測定対象網の一端から送信し、測定対象網の他端にて受信することで、送信パケット数と受信パケット数の差からパケット損失を測定し、また、試験パケットの受信時刻と送信時刻の差からパケット遅延時間を測定する方法が用いられてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの従来の方法では、試験パケットの送信間隔が一定であるため、網内にバースト性の強いトラヒックが流れる場合に生じる瞬間的な大量のパケット損失やパケット遅延時間の変動を測定することが困難であるという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、網内にバースト性の強いトラヒックが流れる場合に生じる瞬間的な大量のパケット損失やパケット遅延時間の変動を測定することができるパケット交換網の品質測定方法及びその装置、並びにこれに用いる擬似パケット列パラメータ決定方法及びその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のパケット交換網品質測定方法は、試験パケットを用いて、測定対象網を流れるパケット列のバースト特性を反映した擬似パケット列を作成し、前記作成した擬似パケット列を測定対象網に送信し、測定対象網から擬似パケット列を受信し、送信した擬似パケット列及び受信した擬似パケット列から測定対象網の品質を推定すること、詳細には、
擬似パケット列のパケット長、バースト長、バースト間隔及び送信パケット数を入力するステップと、
前記パケット長の試験パケットを前記バースト長分隙間なく並べたバーストを作成するステップと、
前記作成したバーストを前記バースト間隔毎にパケットの総数が前記送信パケット数を越えない範囲で測定対象網に送信するとともに各パケットの送信時刻及び固有のＩＤを記録するステップと、
測定対象網から擬似パケット列を受信するとともに各パケットの到着時刻及び固有のＩＤを記録するステップと、
擬似パケット列の到着記録から受信パケット数を計算し、送信パケット数と受信パケット数の差を求めてパケット損失を算出するステップ、又は、
擬似パケット列の到着時刻の記録と送信時刻の記録から、パケット毎に到着時刻と送信時刻の差を求めてパケット遅延時間を算出するステップ、のいずれか一方もしくは両方とを含む
ことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明のパケット交換網品質測定装置は、試験パケットを用いて、測定対象網を流れるパケット列のバースト特性を反映した擬似パケット列を作成する手段と、前記作成した擬似パケット列を測定対象網に送信する手段と、測定対象網から擬似パケット列を受信する手段と、送信した擬似パケット列及び受信した擬似パケット列から測定対象網の品質を推定する手段とを備えたこと、詳細には、
擬似パケット列のパケット長、バースト長、バースト間隔及び送信パケット数を入力する手段と、
前記パケット長の試験パケットを前記バースト長分隙間なく並べたバーストを作成する手段と、
前記作成したバーストを前記バースト間隔毎にパケットの総数が前記送信パケット数を越えない範囲で測定対象網に送信するとともに各パケットの送信時刻及び固有のＩＤを記録する手段と、
測定対象網から擬似パケット列を受信するとともに各パケットの到着時刻及び固有のＩＤを記録する手段と、
擬似パケット列の到着記録から受信パケット数を計算し、送信パケット数と受信パケット数の差を求めてパケット損失を算出する手段、又は
擬似パケット列の到着時刻の記録と送信時刻の記録から、パケット毎に到着時刻と送信時刻の差を求めてパケット遅延時間を算出する手段、のいずれか一方もしくは両方とを備えた
ことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は本発明が適用されるネットワーク構成及び測定対象区間を説明するもので、ここではパケット交換網の例としてＩＰネットワークを示す。
【０００９】
このＩＰネットワーク１では、ＩＰルータ２及びリンク３が一列につながっている。ここでは測定対象区間を任意のＩＰルータ２間とし、その両端に本発明によるパケット交換網品質測定装置４を接続し、擬似パケット列を実線矢印の如く流して測定するものとする。また、本発明の方法が該装置４に実装されているものとする。
【００１０】
図２は本発明のパケット交換網品質測定装置４で使用する擬似パケット列の枠組みを示す図である。
【００１１】
バースト性の強いトラヒックは、パケットが複数個ほぼ隙間なく連続送信される特徴を持つ。そこで、本発明では試験パケットに同様の特性を与えるため、パケット長・バースト長・バースト間隔の３つのパラメータを定義し、擬似パケット列を作成する。
【００１２】
ここで、パケット長とは、各パケットの大きさ（データ量）である。また、バースト長とは、隙間なく送信されるパケットの数である。この複数のパケットによって構成される隙間なく送信されるパケット列をバーストと呼ぶ。また、バースト間隔とは、バーストとバーストの送出間隔である。
【００１３】
図３は本発明のパケット交換網品質測定装置の実施の形態の一例を示すもので、図中、４１は入力部、４２は擬似パケット生成部、４３は擬似パケット送信部、４４は擬似パケット受信部、４５はパケット損失計算部、４６はパケット遅延時間計算部、４７は出力部である。
【００１４】
擬似パケット生成部４２は、入力部４１を介して入力される擬似パケット列のパケット長及びバースト長に基づき、前記パケット長の試験パケットを前記バースト長分隙間なく並べたバーストを生成する。擬似パケット送信部４３は、前記生成されたバーストを、入力部４１を介して入力される擬似パケット列のバースト間隔毎に、パケットの総数が入力部４１を介して入力される予め指定された送信パケット数を越えない範囲で測定対象網に送信するとともに各パケットの送信時刻及び固有のＩＤを記録する。擬似パケット受信部４４は、測定対象網の対象区間を通過した擬似パケット列を受信するとともに各パケットの到着時刻及び固有のＩＤを記録する。
【００１５】
パケット損失計算部４５は、パケット受信部４に記録されたデータに基づいて受信パケット数を計算し、送信パケット数と受信パケット数との差を求めてパケット損失を計算し、結果を出力部４７を介して出力する。また、パケット遅延時間計算部４６は、パケット送信部４２及びパケット受信部４４にそれぞれ記憶されたデータに基づいてパケット毎に到着時刻と送信時刻の差を求めてパケット遅延時間を計算し、結果を出力部４７を介して出力する。
【００１６】
なお、擬似パケット列のパケット長、バースト長及びバースト間隔としては、後述する擬似パケット列パラメータ決定装置によって求められる値が用いられる外、予め図示しない記憶装置に記憶した値を用いるようにしても良い。
【００１７】
図４は前述した擬似パケット列のパラメータ、即ちパケット長、バースト長及びバースト間隔を、測定対象網における実際のパケットの流れに基づいて決定する擬似パケット列パラメータ決定装置５の実施の形態の一例を示すもので、図中、５１は入力部、５２は通過パケット観測部、５３はパケット長算出部、５４はパケット通過時刻差算出部、５５はバースト長算出部、５６はバースト間隔算出部、５７は出力部である。なお、本装置５は、パケット交換網品質測定装置４と一体的に設けても良い。
【００１８】
通過パケット観測部５２は、入力部５１を介して入力される予め指定された一定の収集期間（一定時間）の間、測定対象区間の送信側端に接続し、通過するパケットを観測し、そのパケット長及び通過時刻を記録する。パケット長算出部５３は、通過パケット観測部５２に記録されたデータに基づいて通過パケットのパケット長の代表値（平均値や中央値等）を計算し、これを擬似パケット列のパケット長として出力部５７を介して出力する。
【００１９】
また、パケット通過時刻差算出部５４は、通過パケット観測部５２に記録されたデータに基づいてパケットの通過時刻差を計算し、記録する。
【００２０】
バースト長算出部５５は、入力部５１を介して入力される予め設定されたバースト判定閾値とパケット通過時刻差算出部５４に記録されたデータとに基づいてバースト長を計算（詳細は後述する）し、これを擬似パケット列のバースト長として出力部５７を介して出力する。
【００２１】
バースト間隔算出部５６は、前記バースト判定閾値とパケット通過時刻差算出部５４に記録されたデータとに基づいてバースト間隔を計算（詳細は後述する）し、これを擬似パケット列のバースト間隔として出力部５７を介して出力する。
【００２２】
図５及び図６は本発明のパケット交換網品質測定方法の流れを示すフローチャートであり、以下、これに従って動作を詳細に説明する。なお、前述した擬似パケット列のパケット長ＦＬ、バースト長ＦＮ、バースト間隔ＦＤ及び送信パケット数ＦＭは予め入力され、記憶しているものとする。
【００２３】
まず、擬似パケット列のパケット長ＦＬ及びバースト長ＦＮからバーストを生成するとともに、実際の送信パケット数を表す送信カウンタｉの初期値を０に設定する（ステップｓ１，ｓ２）。
【００２４】
生成したバーストを測定対象網の測定対象区間に送信するが、この際、バーストを構成するパケットは隙間なく送信され、それぞれのパケットの送信時刻とパケットを特定するためのＩＤの組を記録する（ｉｄ＝ＩＤ、ＳＲＣ（ｉｄ）＝パケットｉｄの送信時刻）。送信後、擬似パケット列のバースト間隔ＦＤが経過すると送信カウンタｉにバースト長ＦＮを加算し、再び前記バーストを送信するが、送信カウンタｉ、即ち実際に送信したパケットの合計数が送信パケット数ＦＭより小さい間、これを繰り返して終了する（ステップｓ３〜ｓ７）。
【００２５】
なお、ＩＤはインターネットではＩＰパケットの持つフラグメントＩＤとそのオフセット値を組み合わせることで利用できる。
【００２６】
送信した擬似パケット列はバースト性を持つため、測定対象区間を経由する際、他のバースト性を持つトラヒックと同様の振る舞いをする。そのため、測定対象区間での短時間の大量のパケット損失や遅延変動などのバースト性特有の品質劣化は擬似パケット列にも生じる。
【００２７】
測定対象区間を通過した擬似パケット列を受信すると、それぞれのパケットの受信時刻とＩＤの組を記録する（ＤＳＴ（ｉｄ）＝パケットｉｄの受信時刻）とともに、該受信に先立って初期値０に設定した受信パケット数を表す受信カウンタｋをパケットを１つ受信する毎に１加算する。そして、送信したパケットを全て受信する（Ｋ＝ｉとなる）か、パケット到着間隔に対して明らかに長い時間、パケットの受信がない場合、受信を終了する（ステップｓ８〜ｓ１１）。
【００２８】
前述した送信パケット数ｉと受信パケット数ｋの差からパケット損失を計算する（ステップｓ１２）。
【００２９】
また、送信時及び受信時の記録から同一ｉｄを有するパケットの送信時刻ＳＲＣ（ｉｄ）と受信時刻ＤＳＴ（ｉｄ）を取り出し、ＤＳＴ（ｉｄ）−ＳＲＣ（ｉｄ）を計算することで遅延時間ＤＬＴ（ｉｄ）をパケット毎に求める（ステップｓ１３〜ｓ１６）。
【００３０】
図７及び図８は本発明の擬似パケット列パラメータ決定方法の流れを示すフローチャートであり、以下、これに従って動作を詳細に説明する。なお、前述した収集期間、バースト判定閾値Ａは予め入力され、記憶しているものとする。
【００３１】
まず、観測したパケット数を表すカウンタｍの初期値を０に設定する（ステップｓ２１）。測定対象区間に流れるパケットを観測すると、カウンタｍを１加算するとともに該パケットのパケット長Ｂ（ｍ）（但し、ｍ＝１，２，……）と通過時刻Ｔ（ｍ）（但し、ｍ＝１，２，……）を記録し、これを収集期間が経過するまで行う（ステップｓ２１〜ｓ２５）。
【００３２】
収集期間内に記録した全てのパケットのパケット長Ｂ（ｐ）（但し、ｐ＝１，２，……ｍ）の平均値ａｖｇ（Ｂ（ｐ））を計算し、擬似パケット列のパケット長として出力する（ステップｓ２６）。なお、この平均値は中央値など、他の代表値でも良い。
【００３３】
また、通過時刻の記録から隣り合うパケットの通過時刻差ｔ（ｑ）（但し、ｑ＝１，２，……）を算出し、記録する（ステップｓ２７〜ｓ３０）。詳細には、変数ｑの初期値を１とし、Ｔ（ｑ＋１）−Ｔ（ｑ）を計算してｔ（ｑ）を求め、これをｑ＝ｍとなるまで繰り返す。
【００３４】
パケットの各通過時刻差ｔ（ｑ）をバースト判定閾値Ａと順に比較し、ｔ（ｑ）＞Ａを満たすｑが見つかるまでｑを増加させる（ステップｓ３１〜ｓ３３）。
【００３５】
ｔ（ｑ）＞Ａを満たすｑが見つかると、次に再びｔ（ｑ）＞Ａを満たすｑが見つかるまでｑを増加させる。この際、ｔ（ｑ）＞Ａを満たさないｔ（ｑ）の数Ｌ（ｒ）（但し、ｒ＝１，２，……）をカウントし、記録する。ｑ＝ｍとなるまで、即ち観測した全てのパケットの記録に対して行う（ステップｓ３４〜ｓ３８）。
【００３６】
その後、Ｌ（ｐ）（但し、ｐ＝１，２，……ｒ）の代表値、例えば平均値ａｖｇ（Ｌ（ｐ））を計算し、擬似パケット列のバースト長として出力する（ステップｓ３９）。なお、この平均値は中央値など、他の代表値でも良い。
【００３７】
また、パケットの各通過時刻差ｔ（ｓ）（但し、ｓ＝１，２，……）をバースト判定閾値Ａと順に比較し、ｔ（ｓ）＞Ａを満たすｓが見つかるまでｓを増加させる（ステップｓ４０〜ｓ４２）。
【００３８】
ｔ（ｓ）＞Ａを満たすｓが見つかると、そのｔ（ｓ）をＤ（ｕ）として記録するとともに、次に再びｔ（ｓ）＞Ａを満たすｓが見つかるまでｓを増加させ、見つかると前記同様に記録し、これをｓ＝ｍとなるまで、即ち観測した全てのパケットの記録に対して行う（ステップｓ４０〜ｓ４４）。
【００３９】
その後、Ｄ（ｐ）（但し、ｐ＝１，２，……ｕ）の代表値、例えば平均値ａｖｇ（Ｄ（ｐ））を計算し、擬似パケットのバースト間隔として出力する（ステップｓ４５）。なお、この平均値は中央値など、他の代表値でも良い。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、従来の方法では試験パケットが固定パケット長・一定間隔であったため、網内にバースト性の強いトラヒックが流れる場合に生じる瞬間的な大量のパケット損失やパケット遅延時間の変動を測定することが困難であったが、本発明によれば、試験パケットをバースト性を持たせた擬似パケットとして送信するため、網内で他のバースト性を持つトラヒックと同様の振る舞いをし、結果、特有の瞬間的な大量のパケット損失等を測定する際の精度が改善される利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるネットワーク構成及び測定対象区間の説明図
【図２】本発明のパケット交換網品質測定装置で使用する擬似パケット列の枠組みを示す図
【図３】本発明のパケット交換網品質測定装置の実施の形態の一例を示すブロック図
【図４】本発明の擬似パケット列パラメータ決定装置の実施の形態の一例を示すブロック図
【図５】本発明のパケット交換網品質測定方法の流れを示すフローチャート
【図６】本発明のパケット交換網品質測定方法の流れを示すフローチャート
【図７】本発明の擬似パケット列パラメータ決定方法の流れを示すフローチャート
【図８】本発明の擬似パケット列パラメータ決定方法の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
１：ネットワーク、２：ＩＰルータ、３：リンク、４：パケット交換網品質測定装置、５：擬似パケット列パラメータ決定装置、４１，５１：入力部、４２：擬似パケット生成部、４３：擬似パケット送信部、４４：擬似パケット受信部、４５：パケット損失計算部、４６：パケット遅延時間計算部、４７，５７：出力部、５２：通過パケット観測部、５３：パケット長算出部、５４：パケット通過時刻差算出部、５５：バースト長算出部、５６：バースト間隔算出部。

Claims

試験パケットによりパケット交換網の網品質を測定する方法において、
試験パケットを用いて、測定対象網を流れるパケット列のバースト特性を反映した擬似パケット列を作成し、前記作成した擬似パケット列を測定対象網に送信し、測定対象網から擬似パケット列を受信し、送信した擬似パケット列及び受信した擬似パケット列から測定対象網の品質を推定するパケット交換網品質測定方法であって、
擬似パケット列のパケット長、バースト長、バースト間隔及び送信パケット数を入力するステップと、
前記パケット長の試験パケットを前記バースト長分隙間なく並べたバーストを作成するステップと、
前記作成したバーストを前記バースト間隔毎にパケットの総数が前記送信パケット数を越えない範囲で測定対象網に送信するとともに各パケットの送信時刻及び固有のＩＤを記録するステップと、
測定対象網から擬似パケット列を受信するとともに各パケットの到着時刻及び固有のＩＤを記録するステップと、
擬似パケット列の到着記録から受信パケット数を計算し、送信パケット数と受信パケット数の差を求めてパケット損失を算出するステップ、又は、
擬似パケット列の到着時刻の記録と送信時刻の記録から、パケット毎に到着時刻と送信時刻の差を求めてパケット遅延時間を算出するステップ、のいずれか一方もしくは両方とを含む
ことを特徴とするパケット交換網品質測定方法。
測定対象網を流れる複数のパケットの通過時刻Ｔ１，Ｔ２，……，Ｔｎを一定時間、記録するステップと、
記録されたパケットの通過時刻からパケット間の通過時刻差Ｔ２−Ｔ１，Ｔ３−Ｔ２，……，Ｔｎ−Ｔｎ−１を計算し、記録するステップと、
”予め設定されたバースト判定閾値よりも通過時刻差が小さいあるいは等しい場合”をＴ２−Ｔ１から順に判定し、偽と偽の間にある真の数を記録するステップと、
偽と偽の間にある真の数の平均値を計算し、擬似パケット列のバースト長とするステップとを含む
ことを特徴とする擬似パケット列パラメータ決定方法。
測定対象網を流れる複数のパケットの通過時刻Ｔ１，Ｔ２，……，Ｔｎを一定時間、記録するステップと、
記録されたパケットの通過時刻からパケット間の通過時刻差Ｔ２−Ｔ１，Ｔ３−Ｔ２，……，Ｔｎ−Ｔｎ−１を計算し、記録するステップと、
”予め設定されたバースト判定閾値よりも通過時刻差が大きい場合”をＴ２−Ｔ１から順に判定し、真である場合の通過時刻差を記録するステップと、
真である場合の通過時刻差の平均値を計算し、擬似パケット列のバースト間隔とするステップとを含む
ことを特徴とする擬似パケット列パラメータ決定方法。
試験パケットによりパケット交換網の網品質を測定する装置において、
試験パケットを用いて、測定対象網を流れるパケット列のバースト特性を反映した擬似パケット列を作成する手段と、前記作成した擬似パケット列を測定対象網に送信する手段と、測定対象網から擬似パケット列を受信する手段と、送信した擬似パケット列及び受信した擬似パケット列から測定対象網の品質を推定する手段とを備えたパケット交換網品質測定装置であって、
擬似パケット列のパケット長、バースト長、バースト間隔及び送信パケット数を入力する手段と、
前記パケット長の試験パケットを前記バースト長分隙間なく並べたバーストを作成する手段と、
前記作成したバーストを前記バースト間隔毎にパケットの総数が前記送信パケット数を越えない範囲で測定対象網に送信するとともに各パケットの送信時刻及び固有のＩＤを記録する手段と、
測定対象網から擬似パケット列を受信するとともに各パケットの到着時刻及び固有のＩＤを記録する手段と、
擬似パケット列の到着記録から受信パケット数を計算し、送信パケット数と受信パケット数の差を求めてパケット損失を算出する手段、又は
擬似パケット列の到着時刻の記録と送信時刻の記録から、パケット毎に到着時刻と送信時刻の差を求めてパケット遅延時間を算出する手段、のいずれか一方もしくは両方とを備えた
ことを特徴とするパケット交換網品質測定装置。
測定対象網を流れる複数のパケットの通過時刻Ｔ１，Ｔ２，……，Ｔｎを一定時間、記録する手段と、
記録されたパケットの通過時刻からパケット間の通過時刻差Ｔ２−Ｔ１，Ｔ３−Ｔ２，……，Ｔｎ−Ｔｎ−１を計算し、記録する手段と、
”予め設定されたバースト判定閾値よりも通過時刻差が小さいあるいは等しい場合”をＴ２−Ｔ１から順に判定し、偽と偽の間にある真の数を記録する手段と、
偽と偽の間にある真の数の平均値を計算し、擬似パケット列のバースト長とする手段とを備えた
ことを特徴とする擬似パケット列パラメータ決定装置。
測定対象網を流れる複数のパケットの通過時刻Ｔ１，Ｔ２，……，Ｔｎを一定時間、記録する手段と、
記録されたパケットの通過時刻からパケット間の通過時刻差Ｔ２−Ｔ１，Ｔ３−Ｔ２，……，Ｔｎ−Ｔｎ−１を計算し、記録する手段と、
”予め設定されたバースト判定閾値よりも通過時刻差が大きい場合”をＴ２−Ｔ１から順に判定し、真である場合の通過時刻差を記録する手段と、
真である場合の通過時刻差の平均値を計算し、擬似パケット列のバースト間隔とする手段とを備えた
ことを特徴とする擬似パケット列パラメータ決定装置。