JP3872746B2 - パケット通信品質測定方法およびシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット通信品質測定方法に関し、特にパケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置で試験パケットを送受信し、その送受信状況に基づき両品質測定装置間におけるパケット通信品質を測定するパケット通信品質測定方法およびシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パケット通信網の通信品質測定方法として測度変換型品質測定法が提案されている（例えば、非特許文献１〜３、特願２００２−２１８４７７参照。）。この測度変換型品質測定法は、測定期間中の通信品質（例えば、パケットの遅延時間）が基準値以下となる割合（確率）、すなわち通信品質の分布関数で通信路の通信品質を示す。以下、従来の測度変換型品質測定法について、通信路の通信品質を通過パケットの遅延時間で評価する場合を例に説明する。
【０００３】
従来の測度変換型品質測定法は、パケット通信網を用いて試験パケットを送受信したときの遅延時間から測定対象パケットの遅延時間の分布を推定するものである。具体的には、まず、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置間で、これら品質測定装置間を結ぶパケット通信網を介して、間欠的に一方の品質測定装置から他方の品質測定装置へ試験パケットを送信し、これら両品質測定装置で送受信された試験パケットに関する送受信時刻に基づき当該試験パケットに関する遅延時間を算出するとともに、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所で所望の一測定方向へ流れた所定期間の測定対象パケットを計数する。
【０００４】
そして、試験パケットに関して算出した遅延時間に対して、所定期間内に計数された測定対象パケットの計数値に応じた重み付けを行い、複数の試験パケット毎に算出され重み付けされた各遅延値から品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布を算出（推定）する。なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【０００５】
【非特許文献１】
M.Aida,K.Ishibashi,T.kanazawa, "CoMPACT-Monitor: Change-of-measure based passive/active monitoring - weighted active sampling scheme to infer QoS", Proc. of IEEE SAINT 2002 Workshop (on Measurement Technology for the Internet Applications), p.119-125, Nara Japan, 2002
【非特許文献２】
会田、三好，「Passive/Active測定を組み合わせた測度変換型品質測定技術の特性と定式化について」，信学技報IN2002-17(2002-6)，電子情報通信学会，２００２年６月
【非特許文献３】
石橋、金澤、会田，「アクティブ/パッシブ測定の連携による測度変換型品質測定技術の提案」，信学技報IN2001-72(2001-09)，電子情報通信学会，２００１年９月
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の測度変換型品質測定法では、重み付けの際に、ある試験パケットの時間近傍のパケットは、すべて該試験パケットと同一の遅延時間を有すると仮定して計算を行っていた。そのため、遅延時間が大きく変動する場合には遅延分布の推定精度が悪くなり、通信路の通信品質を正確に評価できないという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、比較的遅延時間の変動が激しい場合にも高精度な測定値が得られる測度変換型品質測定を実現する測定方法および測定システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置により、パケット通信網を介して試験パケットを送受信するステップと、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置により、所定期間内に所望の一方向へ流れたパケットのうち所定の条件を満たすパケットを計数するステップと、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置により、両品質測定装置で送受信された試験パケットに関する送受信状況に基づき当該試験パケットに関する通信品質を算出するステップと、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求めるステップと、パケット取得・計数装置で得られた計数値に応じて関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行うステップと、複数の試験パケット毎に算出され重み付けされた通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出するステップとを有することによって特徴づけられる。
【０００８】
このパケット通信品質測定方法の一例は、パケット通信品質算出装置により、この関数に基づいて所定期間内の通信品質が所定の基準値を満たす割合を算出するステップと、所定期間内の所定の条件を満たすパケット計数値に基づき、所定期間内の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算するステップと、所定の基準値を満たす割合と計数対象パケット流量とに基づいて通信品質の分布関数を求めるステップとを有する。
【０００９】
このパケット通信品質測定方法は、送受信状況が試験パケットの送信時刻および受信時刻、またはこれら送信時刻と受信時刻の時刻差を含み、パケット通信品質が各試験パケットの送受信状況から得られた各試験パケットに関する測定遅延時間に基づき算出される、品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布であり、計数対象とするパケットの条件が経路上の所定の箇所で試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得され、かつ試験パケットでないことを含むようにしてもよい。また、このパケット通信品質測定方法は、通信品質を表す連続的時刻の関数を試験パケットに関する通信品質の時系列を直線で補間することにより求めるようにしてもよい。
【００１０】
また、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置と、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置と、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置とを備え、品質測定装置の一方は、試験パケットをパケット通信網を介して他方の品質測定装置へ送信し、品質測定装置の他方は、一方の品質測定装置から受信した試験パケットに関する送受信状況をパケット通信品質算出装置へ通知し、パケット取得・計数装置は、経路の所定の箇所を通るパケットを取得し、パケットのうち所定の抽出条件を満たすパケットを抽出し、パケット計数値を増加させるとともに、パケット計数値をパケット通信品質算出装置へ通知し、パケット通信品質算出装置は、他方の品質測定装置から通知された送受信状況に基づき、当該試験パケットに関する通信品質を算出するとともに、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求め、パケット取得・計数装置から通知されたパケット計数値に基づき、関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行い、複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出することによって特徴づけられる。
【００１１】
このパケット通信品質測定システムは、パケット通信品質算出装置で、関数に基づいて所定期間内の通信品質が所定の基準値を満たす割合を算出し、所定期間内の所定の条件を満たすパケット計数値に基づき、所定期間内の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算し、所定の基準値を満たす割合と計数対象パケット流量とに基づいて通信品質の分布関数を求めるようにしてもよい。
また送受信状況が試験パケットの送信時刻および受信時刻、またはこれら送信時刻と受信時刻の時刻差を含み、パケット通信品質が各試験パケットの送受信状況から得られた各試験パケットに関する測定遅延時間に基づき算出される、品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布であり、計数対象とするパケットの条件が経路上の所定の箇所で試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得され、かつ試験パケットでないことを含むようにしてもよい。また、このパケット通信品質測定システムのパケット通信品質算出装置の一構成例は、通信品質を表す連続的時刻の関数を試験パケットに関する通信品質の時系列を直線で補間することにより求める。
また、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置と、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置と、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置とを備え、品質測定装置の一方は、試験パケットをパケット通信網を介して他方の品質測定装置へ送信し、品質測定装置の他方は、一方の品質測定装置から受信した試験パケットに関する送受信状況をパケット通信品質算出装置へ通知し、パケット取得・計数装置は、経路の所定の箇所を通るパケットを取得し、パケットのうち所定の抽出条件を満たすパケットを抽出し、パケット計数値を増加させるとともに、パケット計数値をパケット通信品質算出装置へ通知するパケット通信品質測定システムで用いられるパケット通信品質算出装置であって、他方の品質測定装置から通知された送受信状況に基づき、当該試験パケットに関する通信品質を算出する手段と、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求める手段と、パケット取得・計数装置から通知されたパケット計数値に基づき、関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行う手段と、複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出する手段とを備えることによって特徴づけられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの構成を示すブロック図である。このパケット通信品質測定システム１０は、測定対象となるパケット通信網６にそれぞれ接続される２つの品質測定装置１，２、およびパケット取得・計数装置３と、これらと所定の通信網を介して接続されるパケット通信品質算出装置５とからなる。また、パケット取得・計数装置３とパケット通信品質算出装置５との間およびパケット通信品質算出装置５と各品質測定装置１，２との間では、それぞれ所定の通信網を介してパケット通信品質の測定に必要な各種情報がやり取りされる。
【００１３】
パケット通信網６は、複数のＩＰ（internet protocol）ルータ７，８とこれらを接続するリンク９とを有するＩＰ網であり、一方の品質測定装置１が一方のＩＰルータ７に接続され、他方の品質測定装置２が他方のＩＰルータ８に接続されている。また、パケット取得・計数装置３は、一方のＩＰルータ７と他方のＩＰルータ８とを接続するリンク９の所定箇所に接続されており、この所定箇所を通るパケットを取得する。これは、例えばリンク９に物理レイヤでの分岐装置（図示せず）を接続し、すべての経由パケットをパケット取得・計数装置３へ引き込む方法などにより実現できる。
【００１４】
ここで、２つの品質測定装置１，２は、それぞれ対となる他方の品質測定装置へパケット通信網６を介して所定の試験パケットを送信する機能と、他方の品質測定装置から受信した試験パケットに関する受信状況を受信通知によりパケット通信品質算出装置５へ通知する機能とを有する。この場合、品質測定装置１，２が送信するパケットには、当該パケットが試験パケットであることを示す識別子（以後、ＩＤと記す）が付与されており、このＩＤにより他のユーザパケットと区別して検出される。ＩＤとしては、パケットヘッダ内の空きフィールドに特定の値を書く方法、パケットペイロードの特定の位置に特定の値を書く方法、パケットヘッダ内の空きフィールドとパケットペイロードの特定の位置の両方に特定の値を書く方法等が挙げられる。品質測定装置１，２とパケット取得・計数装置３は、この試験パケットのＩＤが識別できる。
【００１５】
また、品質測定装置１，２は、パケット取得・計数装置３およびパケット通信品質算出装置５と共通のＩＤ−時刻対応表を有し、この表によりＩＤと試験パケット送信時刻の関係を算出することができる。ＩＤ−時刻対応表は、試験パケットに付与するＩＤと試験パケット送信時刻の対が所定数記録されたデータテーブルであり、品質測定装置１，２内の記憶装置と、後述するパケット取得・計数装置３およびパケット通信品質算出装置５の記憶装置に格納されている。各ＩＤは送信する試験パケットをそれぞれ識別可能とするため、試験パケット送信時刻毎に異なるデータを有する。
【００１６】
品質測定を行うときには、品質測定装置１，２は、互いに試験パケットを送信する機能と受信する機能を切り替えながら試験パケットを送受信する。これらの品質測定装置１，２は、ＩＤ−時刻対応表を参照し、試験パケット送信時刻になると、この試験パケット送信時刻と対になるＩＤを付加した試験パケットを対となる他方の品質測定装置へ送信する。また、試験パケットを受信すると、受信した試験パケットのＩＤを受信時刻と対にして受信状況として記憶装置に記録しておき、所定の測定期間終了後に記録しておいた試験パケットのＩＤと受信時刻の対の列を受信通知としてパケット通信品質算出装置５に送信する。なお、試験パケット送信時刻は、一定間隔であってもよいし、例えば指数分布に従う乱数で定めた間隔であってもよい。なお、この実施の形態においては、試験パケット送信時刻の間隔を最大でも数秒程度としたが、これに限られるものではない。
【００１７】
一方、パケット取得・計数装置３は、ＩＰルータ７，８間を接続するリンク９の所定箇所を通るパケットを取得するとともに、取得したパケットのうち所定の条件を満たすパケットを抽出して計数し、所定の測定期間終了後に計数通知としてパケット通信品質算出装置５へ通知する機能を有する。この場合、パケット取得・計数装置３は記憶装置（図示せず）とパケットの流れる方向ごとに設けられた一時記憶装置（図示せず）とを備えている。記憶装置には前述したＩＤ−時刻対応表と所定の条件（抽出条件）が格納されている。
【００１８】
パケットの流れる方向を識別する手段は、リンク９の種類によって異なる。例えば、リンク９がＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の場合、パケットヘッダのＭＡＣ（Media Access Control）アドレスによって宛先のＩＰルータ７，８を識別することにより、パケットの流れる方向を知ることができる。また、リンク９が光ファイバケーブルの場合、ＩＰルータ７へ流れるパケットとＩＰルータ８へ流れるパケットは、それぞれ異なる光ファイバケーブルを通過するので、光ファイバケーブルの接続先によりパケットの流れる方向を知ることができる。
【００１９】
ここで、パケットを抽出するための「所定の条件」、すなわち抽出条件は、試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得された試験パケット以外のパケットとする。なお、抽出条件におけるパケット取得時刻は、試験パケットが検知された時刻を含む所定範囲内であればよく、例えば試験パケットが検知される一定時間前の時刻から試験パケットが検知された時刻までとしたり、試験パケットが検知された時刻からその一定時間後の時刻までとしてもよい。また、試験パケットが検知された時刻の前後の時間は、検知前と検知後で異なっていてもよい。
【００２０】
さらに、抽出条件として、測定対象パケットのみが満たす条件を付加してもよい。例えば、リンク９のパケット通信品質を求める場合は、抽出条件を取得時刻が試験パケットの取得時刻の近傍で、かつ試験パケットと同じ方向に流れる試験パケットＩＤを含まないパケットとすればよい。また、特定端末が送信したパケットの品質を測定する場合、前述の抽出条件に送信元アドレスが特定端末のアドレスであることを加えればよい。
【００２１】
このパケット取得・計数装置３は、試験パケットを取得するごとに、その検知された時刻の前後に抽出されたパケットを計数し、当該試験パケットＩＤとパケット計数値を対応付け、組にして記憶装置に記録しておき、所定の測定期間終了後に試験パケットＩＤとパケット計数値の組を列にし、計数通知としてパケット通信品質算出装置５へ通知する。
【００２２】
パケット通信品質算出装置５は、品質測定装置１，２からの受信通知に基づき、試験パケットに関する通信品質を算出するとともに、パケット取得・計数装置３から通知されたパケット計数値に基づき、通信品質に対してそのパケット計数値に応じた重み付けを行い、複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から品質測定装置１，２間におけるパケット通信品質を算出（推定）する機能を有する。この場合、パケット通信品質算出装置５は、記憶装置（図示せず）を備えており、この記憶装置には前述したＩＤ−時刻対応表が格納されている。
【００２３】
以下、図２を参照してパケット通信品質算出装置５の品質算出処理について詳細に説明する。図２は、遅延分布の算出処理を説明するフローチャートである。このパケット通信品質算出装置５は、品質測定装置１，２から受信通知を受信すると、受信通知とＩＤ−時刻対応表とに基づいて送受信状況としての試験パケットの送信時刻及び受信時刻を得た後、この送信時刻と受信時刻との差を計算して時刻差を求めることにより、試験パケットに関する通信品質として試験パケットの遅延時間を算出する（ステップS01）。
【００２４】
ここで、試験パケットの送信時刻は、受信通知に含まれる試験パケットのＩＤをキーにしてＩＤ−時刻対応表を検索し、当該ＩＤと関連づけられた試験パケットの送信時刻を読み出すことにより取得する。試験パケットの受信時刻は、受信通知から試験パケットのＩＤを読み出す際に、試験パケットのＩＤと組で読み出す。このようにして求めた送信時刻と受信時刻により１番目からｉ番目までの試験パケットの遅延時間を算出する。
【００２５】
次に、離散的に求めた試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数Ｖ(ｔ)を求める演算処理を行う。ここでは、さきに求めた１番目からｉ番目までの試験パケットの遅延時間の時系列を補間して遅延時間の時刻関数を生成する（ステップS02）。本実施の形態においては、補間は直線により行う。補間計算を直線で行うことにより演算処理の計算量が少なくなり補間計算が高速化できるので、演算速度が低速の装置でパケット通信品質の高精度な測定を実現することができる。なお、遅延時間の連続時刻関数を求めるに当たっては、直線に限るものではなく、例えば、より高精度な測定を行うために多項式による曲線で近似するようにしてもよい。また、Ｖ(ｔ)は、測定期間終了後のデータから構成してもよいし、試験パケットの遅延情報を受けながら逐次変化していってもよい。
【００２６】
次に、Ｖ(ｔ)から得られる所定期間内の遅延時間に対して、パケット取得・計数装置３から通知されたパケット計数値に応じた重み付けを行い、遅延分布の推定を行う。具体的には、パケット通信品質算出装置５は、Ｖ(ｔ)を用いてパケット通信品質として以下に示す式（１）で遅延時間の分布関数を計算し、片道遅延分布（パケット数で見た遅延の分布）を算出する（ステップS03）。
【００２７】
【数１】
【００２８】
式（１）で、ｘは基準となる遅延時間であり、Ｆi(ｘ)はｉ回測定後において推定遅延がｘ以下の確率を示す。この場合、初期状態としてすべてのｘにおいてＦ0(ｘ)＝０とする。また、１[V(t)<x]は｛ ｝内の条件が真のとき１、偽のとき０を取る関数である。ｔiはｉ番目（ｉは正整数）の試験パケット検知時刻（パケット取得・計数装置３で試験パケットを検知した時刻）を示し、δ-は試験パケット検知前のパケット計数を行う時間、δ+は試験パケット検知後のパケット計数を行う時間を示す。ｗiはｉ番目の試験パケットに対応するパケット計数値であり、Ｗiは１番目からｉ番目までの各パケット計数値の和（ｗ1＋…＋ｗi）である。また、Ｗ0＝０とする。
【００２９】
以下、図３を参照して式（１）による片道遅延分布の算出手順について説明する。ここで、図３は通信品質測定時における試験パケットの遅延時間とユーザパケットレートの変動を模式的に示す説明図である。図３において、横軸が時刻、縦軸が遅延時間またはパケットレートを示す。ｔiはｉ番目（ｉは正整数）の試験パケット検知時刻（受信時刻）を示し、ｔi-1、ｔi、ｔi+1、ｔi+2における矢印線の長さはそれぞれの検知時刻における試験パケットの遅延時間を示す。δ-は試験パケット検知前のパケット計数を行う時間、δ+は試験パケット検知後のパケット計数を行う時間を示す。Ｖ(ｔ)は試験パケットの遅延時間と時刻の関係を表す連続的時刻の関数を示す。ｗiはｉ番目の試験パケットに対応するパケット計数値であり、試験パケット検知時刻近傍の網掛け部分の面積で表される。
【００３０】
まず、ステップS02で生成した遅延時間の時刻関数Ｖ(ｔ)に基づいて所定期間内で所定の基準値を満たす遅延時間の割合を算出する。さらに、パケット取得・計数装置３から通知されたパケット計数値に基づき、試験パケット検知時刻近傍のパケットの計数を行う所定期間の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算する。この場合の計算は、パケットの計数を行う所定期間にパケットが時間的に均等に流れたと仮定して行う。例えば、ｉ番目の試験パケット検知時刻ｔi近傍の計数対象パケットの流量は、パケットの計数を行う所定期間[（ｔi−δ-）〜（ｔi＋δ+）]に計数したパケット計数値ｗiからｗi／（δ-＋δ+）で表されるため、計数対象パケット流量の時刻関数は、所定期間[（ｔi−δ-）〜（ｔi＋δ+）]のどの時刻においても計数対象パケット流量としてｗi／（δ-＋δ+）を出力する。
【００３１】
次に、先に計算した、所定期間内で所定の基準値を満たす遅延時間の割合と計数対象パケット流量との積をとることにより、所定期間内で遅延時間が所定の基準値を満たす計数対象パケット数を算出し、この計数対象パケット数をＷiで除した後、前回（ｉ−１回目）の測定に基づく遅延時間の分布関数のデータと組み合わせて１回目から今回（ｉ回目）までの測定に基づく遅延時間の分布関数の計算を行い、片道遅延時間分布を算出する。ここで、計数対象パケット数を算出した以後の処理は、Ｗiで除する対象が計数対象パケット数であること以外は、従来と同じである。この実施の形態では、算出した計数対象パケット数を通信品質に対する重み付けに用いる。
【００３２】
この実施の形態では、このようにパケット通信品質測定システム１０を構成することにより、パケット取得・計数装置３で品質測定装置１，２間を結ぶ経路（リンク９）を流れる各パケットを取得し、所定の条件を満たすパケットのみを実際に計数することによりその経路における抽出条件を満たすパケットのトラフィック量を把握するとともに、品質測定装置１，２間で試験パケットを送受信してリンク９を流れる各試験パケットの通信品質を測定し、パケット通信品質算出装置５で各試験パケットの通信品質を時系列に補間して得た通信品質（ここでは遅延時間）の時刻関数と抽出条件を満たすパケットのトラフィック量（ここではパケット計数値）とに基づいて試験パケット近傍の抽出条件を満たすパケットの通信品質を求め、通信品質の分布関数を算出するようにしたものである。
【００３３】
これら、品質測定装置１，２、パケット取得・計数装置３およびパケット通信品質算出装置５には、専用装置を用いてもよく、パケット通信機能を有するパーソナルコンピュータやサーバー装置を用いてもよい。また、品質測定装置１とＩＰルータ７の間の接続、および品質測定装置２とＩＰルータ８との間の接続は、それぞれノイズの小さな場所でＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）で直結することにより、品質劣化が無視できる程度のリンクを使用する。
【００３４】
次に、図４を参照して、この実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの動作手順を説明する。図４は、この実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの品質測定動作を示すシーケンス図である。ここでは、品質測定装置１からＩＰルータ７、リンク９、ＩＰルータ８の順に通過して品質測定装置２へ向かう方向についてのパケット通信品質、すなわち片道遅延分布を測定する場合を例に説明する。
【００３５】
この場合、パケットの流れる方向は、ＩＰルータ７からＩＰルータ８へ向かう方向とＩＰルータ８からＩＰルータ７へ向かう方向の２通りであり、パケット通信品質として、ＩＰルータ７からＩＰルータ８へ向かう方向について、特定端末（図示せず）が送信したパケットの片道遅延分布を測定するものとする。なお、このパケット通信品質測定システムは、パケットの送受信時刻から遅延時間を測定することから、少なくとも品質測定装置１，２は、例えばＧＰＳからの情報を用いて相互に時刻同期を取ることが望ましい。
【００３６】
まず、パケット取得・計数装置３が測定開始に応じて測定対象リンク９を通る各パケットの取得を開始する。この場合、パケット取得・計数装置３はパケットを検知するたびにこのパケットを取得し、該パケットが試験パケットか否かを識別し、試験パケット以外のパケットについて、所定の抽出条件を満たすか否かを判定し、条件を満たす場合は検知時刻をパケットの流れる方向に対応した一時記憶装置のユーザパケット検知時刻記録部に記録する。この時点では、試験パケットの送信が開始されていないため、取得したパケットはすべて試験パケット以外のパケット（ユーザパケット）である。
【００３７】
次に、所定時間経過後、品質測定装置１が試験パケットを品質測定装置２へ向けて送信する処理を開始する。この場合、品質測定装置１はＩＤ−時刻対応表を参照し、試験パケット送信時刻になると、この試験パケット送信時刻と対になるＩＤを付加した試験パケット１１１を品質測定装置２へ送信する。品質測定装置１が試験パケット１１１を品質測定装置２へ向けて送信すると、品質測定装置２は試験パケット１１１を受信し、この試験パケットのＩＤと受信時刻を対にして自身の記憶装置に記録する。
【００３８】
一方、パケット取得・計数装置３は、品質測定装置１から品質測定装置２へ向けて送信された試験パケット１１１を検知し取得すると、試験パケットの流れる方向に対応した一時記憶装置のユーザパケット検知時刻記録部に記録されているパケットの検知時刻を検索し、試験パケット取得時刻の一定時間前の時刻から試験パケット検知時刻までの間の検知時刻を計数し、その計数値を試験パケットのＩＤとその取得時刻の組とともに記憶装置に記録する。
【００３９】
さらに、パケット取得・計数装置３は、試験パケット１１１取得から一定時間後の時刻までの間、パケットを取得すると、該パケットが試験パケットか否かを識別し、試験パケット以外のパケットについて、所定の抽出条件を満たすか否かを判定し、条件を満たす場合は検知時刻をパケットの流れる方向に対応した一時記憶装置のユーザパケット検知時刻記録部に記録するとともに、取得パケットの流れる方向が試験パケットの流れる方向と一致しているときは、当該試験パケットＩＤと組として記録したパケット計数値を１増やす処理を実行する。
【００４０】
ここでは、特定端末が送信したパケットの品質を測定するので、抽出条件を試験パケットと同じ方向に流れる試験パケットＩＤを含まない送信元アドレスが特定端末のアドレスであるパケットであり、かつ検知時刻が試験パケットの検知時刻の近傍であることとする。これにより、試験パケットが取得された時刻の前後、一定時間内にリンク９を通過した送信元アドレスが特定端末のアドレスで試験パケットと同じ方向に流れるユーザパケットの数が計数値として求められる。
【００４１】
このようにして、１つの試験パケットについて試験パケットの通信品質算出処理を行い（ステップ１０１）、これをあらかじめ定められた所定期間、品質測定装置１から間欠的に送信される試験パケット毎に複数回（Ｎ回、Ｎは２以上の整数）繰り返して実行する（ステップ１０２〜１０Ｎ）。所定期間、試験パケット送信とそれに伴う処理が行われた後、品質測定装置２は自身の記憶装置に記録していた試験パケットＩＤと受信時刻の対の列を受信通知２０１としてパケット通信品質算出装置５に送信する。また、パケット取得・計数装置３は、自身の記憶装置に記録していた試験パケットＩＤとパケット計数値を読み出し、試験パケットＩＤとパケット計数値の組の列を計数通知２０２としてパケット通信品質算出装置５に送信する。パケット通信品質算出装置５は、受信通知２０１と計数通知２０２を受信し、前述した品質算出２０３を行い、遅延時間の分布関数Ｆi(ｘ)を算出する。
【００４２】
この実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムは、試験パケットの遅延時間の時系列を補間し、試験パケット検知時刻近傍に検知したユーザパケットが、該時刻近傍に均等に流れたと仮定して、遅延分布を計算するため、遅延時間の変動が激しいパケット通信網に対しても、比較的高精度な測定値を得ることができる。なお、この実施の形態では、品質測定装置２が試験パケットＩＤと受信時刻の対の列を受信通知２０１としてパケット通信品質算出装置５に送信し、パケット通信品質算出装置５が受信通知とＩＤ−時刻対応表とに基づいて送受信状況としての試験パケットの送信時刻及び受信時刻を得た後、この送信時刻と受信時刻との差を計算して時刻差を求めるようにしたが、品質測定装置２が試験パケットＩＤとＩＤ−時刻対応表とに基づいて試験パケットの送信時刻を得て、送信時刻と受信時刻の時刻差を算出し、試験パケットＩＤと時刻差の対の列を受信通知２０１としてパケット通信品質算出装置５に送信し、パケット通信品質算出装置５が受信通知に含まれる時刻差を試験パケットの通信品質として用いるようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置間により、パケット通信網を介して試験パケットを送受信し、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置により、所定期間内に所望の一方向へ流れたパケットのうち所定の条件を満たすパケットを計数するステップと、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置により、両品質測定装置で送受信された試験パケットに関する送受信状況に基づき当該試験パケットに関する通信品質を算出するとともに、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求め、パケット取得・計数装置で得られた計数値に応じて関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行い、複数の試験パケット毎に算出され重み付けされた通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出するようにしたものである。これにより、試験パケットの通信品質が激しく変動しても、試験パケットの間の通信品質を計算に反映できるため、より精度の高いパケット通信品質の測定が可能となる。
【００４４】
また、通信品質を表す連続的時刻の関数は、試験パケットに関する通信品質の時系列を直線で補間することにより求めるようにしたため、計算量が少なくなり補間計算が高速化できるので、演算速度が低速の装置でパケット通信品質の高精度な測定が可能であり、測定の高精度化に伴う装置コストの上昇を抑制する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 重み付け処理を説明するフローチャートである。
【図３】 ユーザパケットレートと試験パケットの遅延を補間した関数の関係を示すグラフである。
【図４】 本発明の実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの品質測定動作を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
１，２…品質測定装置、３…パケット取得・計数装置、５…パケット通信品質算出装置、６…パケット通信網、７，８…ＩＰルータ、９…リンク、１０…パケット通信品質測定システム。
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット通信品質測定方法に関し、特にパケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置で試験パケットを送受信し、その送受信状況に基づき両品質測定装置間におけるパケット通信品質を測定するパケット通信品質測定方法およびシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パケット通信網の通信品質測定方法として測度変換型品質測定法が提案されている（例えば、非特許文献１〜３、特願２００２−２１８４７７参照。）。この測度変換型品質測定法は、測定期間中の通信品質（例えば、パケットの遅延時間）が基準値以下となる割合（確率）、すなわち通信品質の分布関数で通信路の通信品質を示す。以下、従来の測度変換型品質測定法について、通信路の通信品質を通過パケットの遅延時間で評価する場合を例に説明する。
【０００３】
従来の測度変換型品質測定法は、パケット通信網を用いて試験パケットを送受信したときの遅延時間から測定対象パケットの遅延時間の分布を推定するものである。具体的には、まず、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置間で、これら品質測定装置間を結ぶパケット通信網を介して、間欠的に一方の品質測定装置から他方の品質測定装置へ試験パケットを送信し、これら両品質測定装置で送受信された試験パケットに関する送受信時刻に基づき当該試験パケットに関する遅延時間を算出するとともに、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所で所望の一測定方向へ流れた所定期間の測定対象パケットを計数する。
【０００４】
そして、試験パケットに関して算出した遅延時間に対して、所定期間内に計数された測定対象パケットの計数値に応じた重み付けを行い、複数の試験パケット毎に算出され重み付けされた各遅延値から品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布を算出（推定）する。なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【０００５】
【非特許文献１】
M.Aida,K.Ishibashi,T.kanazawa, "CoMPACT-Monitor: Change-of-measure based passive/active monitoring - weighted active sampling scheme to infer QoS", Proc. of IEEE SAINT 2002 Workshop (on Measurement Technology for the Internet Applications), p.119-125, Nara Japan, 2002
【非特許文献２】
会田、三好，「Passive/Active測定を組み合わせた測度変換型品質測定技術の特性と定式化について」，信学技報IN2002-17(2002-6)，電子情報通信学会，２００２年６月
【非特許文献３】
石橋、金澤、会田，「アクティブ/パッシブ測定の連携による測度変換型品質測定技術の提案」，信学技報IN2001-72(2001-09)，電子情報通信学会，２００１年９月
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の測度変換型品質測定法では、重み付けの際に、ある試験パケットの時間近傍のパケットは、すべて該試験パケットと同一の遅延時間を有すると仮定して計算を行っていた。そのため、遅延時間が大きく変動する場合には遅延分布の推定精度が悪くなり、通信路の通信品質を正確に評価できないという問題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、比較的遅延時間の変動が激しい場合にも高精度な測定値が得られる測度変換型品質測定を実現する測定方法および測定システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置により、パケット通信網を介して試験パケットを送受信するステップと、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置により、所定期間内に所望の一方向へ流れたパケットのうち所定の条件を満たすパケットを計数するステップと、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置により、両品質測定装置で送受信された試験パケットに関する送受信状況に基づき当該試験パケットに関する通信品質を算出するステップと、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求めるステップと、パケット取得・計数装置で得られた計数値に応じて関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行うステップと、複数の試験パケット毎に算出され重み付けされた通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出するステップとを有することによって特徴づけられる。
【０００８】
このパケット通信品質測定方法の一例は、パケット通信品質算出装置により、この関数に基づいて所定期間内の通信品質が所定の基準値を満たす割合を算出するステップと、所定期間内の所定の条件を満たすパケット計数値に基づき、所定期間内の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算するステップと、所定の基準値を満たす割合と計数対象パケット流量とに基づいて通信品質の分布関数を求めるステップとを有する。
【０００９】
このパケット通信品質測定方法は、送受信状況が試験パケットの送信時刻および受信時刻、またはこれら送信時刻と受信時刻の時刻差を含み、パケット通信品質が各試験パケットの送受信状況から得られた各試験パケットに関する測定遅延時間に基づき算出される、品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布であり、計数対象とするパケットの条件が経路上の所定の箇所で試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得され、かつ試験パケットでないことを含むようにしてもよい。また、このパケット通信品質測定方法は、通信品質を表す連続的時刻の関数を試験パケットに関する通信品質の時系列を直線で補間することにより求めるようにしてもよい。
【００１０】
また、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置と、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置と、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置とを備え、品質測定装置の一方は、試験パケットをパケット通信網を介して他方の品質測定装置へ送信し、品質測定装置の他方は、一方の品質測定装置から受信した試験パケットに関する送受信状況をパケット通信品質算出装置へ通知し、パケット取得・計数装置は、経路の所定の箇所を通るパケットを取得し、パケットのうち所定の抽出条件を満たすパケットを抽出し、パケット計数値を増加させるとともに、パケット計数値をパケット通信品質算出装置へ通知し、パケット通信品質算出装置は、他方の品質測定装置から通知された送受信状況に基づき、当該試験パケットに関する通信品質を算出するとともに、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求め、パケット取得・計数装置から通知されたパケット計数値に基づき、関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行い、複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出することによって特徴づけられる。
【００１１】
このパケット通信品質測定システムは、パケット通信品質算出装置で、関数に基づいて所定期間内の通信品質が所定の基準値を満たす割合を算出し、所定期間内の所定の条件を満たすパケット計数値に基づき、所定期間内の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算し、所定の基準値を満たす割合と計数対象パケット流量とに基づいて通信品質の分布関数を求めるようにしてもよい。
また送受信状況が試験パケットの送信時刻および受信時刻、またはこれら送信時刻と受信時刻の時刻差を含み、パケット通信品質が各試験パケットの送受信状況から得られた各試験パケットに関する測定遅延時間に基づき算出される、品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布であり、計数対象とするパケットの条件が経路上の所定の箇所で試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得され、かつ試験パケットでないことを含むようにしてもよい。また、このパケット通信品質測定システムのパケット通信品質算出装置の一構成例は、通信品質を表す連続的時刻の関数を試験パケットに関する通信品質の時系列を直線で補間することにより求める。
また、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置と、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置と、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置とを備え、品質測定装置の一方は、試験パケットをパケット通信網を介して他方の品質測定装置へ送信し、品質測定装置の他方は、一方の品質測定装置から受信した試験パケットに関する送受信状況をパケット通信品質算出装置へ通知し、パケット取得・計数装置は、経路の所定の箇所を通るパケットを取得し、パケットのうち所定の抽出条件を満たすパケットを抽出し、パケット計数値を増加させるとともに、パケット計数値をパケット通信品質算出装置へ通知するパケット通信品質測定システムで用いられるパケット通信品質算出装置であって、他方の品質測定装置から通知された送受信状況に基づき、当該試験パケットに関する通信品質を算出する手段と、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求める手段と、パケット取得・計数装置から通知されたパケット計数値に基づき、関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行う手段と、複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出する手段とを備えることによって特徴づけられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの構成を示すブロック図である。このパケット通信品質測定システム１０は、測定対象となるパケット通信網６にそれぞれ接続される２つの品質測定装置１，２、およびパケット取得・計数装置３と、これらと所定の通信網を介して接続されるパケット通信品質算出装置５とからなる。また、パケット取得・計数装置３とパケット通信品質算出装置５との間およびパケット通信品質算出装置５と各品質測定装置１，２との間では、それぞれ所定の通信網を介してパケット通信品質の測定に必要な各種情報がやり取りされる。
【００１３】
パケット通信網６は、複数のＩＰ（internet protocol）ルータ７，８とこれらを接続するリンク９とを有するＩＰ網であり、一方の品質測定装置１が一方のＩＰルータ７に接続され、他方の品質測定装置２が他方のＩＰルータ８に接続されている。また、パケット取得・計数装置３は、一方のＩＰルータ７と他方のＩＰルータ８とを接続するリンク９の所定箇所に接続されており、この所定箇所を通るパケットを取得する。これは、例えばリンク９に物理レイヤでの分岐装置（図示せず）を接続し、すべての経由パケットをパケット取得・計数装置３へ引き込む方法などにより実現できる。
【００１４】
ここで、２つの品質測定装置１，２は、それぞれ対となる他方の品質測定装置へパケット通信網６を介して所定の試験パケットを送信する機能と、他方の品質測定装置から受信した試験パケットに関する受信状況を受信通知によりパケット通信品質算出装置５へ通知する機能とを有する。この場合、品質測定装置１，２が送信するパケットには、当該パケットが試験パケットであることを示す識別子（以後、ＩＤと記す）が付与されており、このＩＤにより他のユーザパケットと区別して検出される。ＩＤとしては、パケットヘッダ内の空きフィールドに特定の値を書く方法、パケットペイロードの特定の位置に特定の値を書く方法、パケットヘッダ内の空きフィールドとパケットペイロードの特定の位置の両方に特定の値を書く方法等が挙げられる。品質測定装置１，２とパケット取得・計数装置３は、この試験パケットのＩＤが識別できる。
【００１５】
また、品質測定装置１，２は、パケット取得・計数装置３およびパケット通信品質算出装置５と共通のＩＤ−時刻対応表を有し、この表によりＩＤと試験パケット送信時刻の関係を算出することができる。ＩＤ−時刻対応表は、試験パケットに付与するＩＤと試験パケット送信時刻の対が所定数記録されたデータテーブルであり、品質測定装置１，２内の記憶装置と、後述するパケット取得・計数装置３およびパケット通信品質算出装置５の記憶装置に格納されている。各ＩＤは送信する試験パケットをそれぞれ識別可能とするため、試験パケット送信時刻毎に異なるデータを有する。
【００１６】
品質測定を行うときには、品質測定装置１，２は、互いに試験パケットを送信する機能と受信する機能を切り替えながら試験パケットを送受信する。これらの品質測定装置１，２は、ＩＤ−時刻対応表を参照し、試験パケット送信時刻になると、この試験パケット送信時刻と対になるＩＤを付加した試験パケットを対となる他方の品質測定装置へ送信する。また、試験パケットを受信すると、受信した試験パケットのＩＤを受信時刻と対にして受信状況として記憶装置に記録しておき、所定の測定期間終了後に記録しておいた試験パケットのＩＤと受信時刻の対の列を受信通知としてパケット通信品質算出装置５に送信する。なお、試験パケット送信時刻は、一定間隔であってもよいし、例えば指数分布に従う乱数で定めた間隔であってもよい。なお、この実施の形態においては、試験パケット送信時刻の間隔を最大でも数秒程度としたが、これに限られるものではない。
【００１７】
一方、パケット取得・計数装置３は、ＩＰルータ７，８間を接続するリンク９の所定箇所を通るパケットを取得するとともに、取得したパケットのうち所定の条件を満たすパケットを抽出して計数し、所定の測定期間終了後に計数通知としてパケット通信品質算出装置５へ通知する機能を有する。この場合、パケット取得・計数装置３は記憶装置（図示せず）とパケットの流れる方向ごとに設けられた一時記憶装置（図示せず）とを備えている。記憶装置には前述したＩＤ−時刻対応表と所定の条件（抽出条件）が格納されている。
【００１８】
パケットの流れる方向を識別する手段は、リンク９の種類によって異なる。例えば、リンク９がＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の場合、パケットヘッダのＭＡＣ（Media Access Control）アドレスによって宛先のＩＰルータ７，８を識別することにより、パケットの流れる方向を知ることができる。また、リンク９が光ファイバケーブルの場合、ＩＰルータ７へ流れるパケットとＩＰルータ８へ流れるパケットは、それぞれ異なる光ファイバケーブルを通過するので、光ファイバケーブルの接続先によりパケットの流れる方向を知ることができる。
【００１９】
ここで、パケットを抽出するための「所定の条件」、すなわち抽出条件は、試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得された試験パケット以外のパケットとする。なお、抽出条件におけるパケット取得時刻は、試験パケットが検知された時刻を含む所定範囲内であればよく、例えば試験パケットが検知される一定時間前の時刻から試験パケットが検知された時刻までとしたり、試験パケットが検知された時刻からその一定時間後の時刻までとしてもよい。また、試験パケットが検知された時刻の前後の時間は、検知前と検知後で異なっていてもよい。
【００２０】
さらに、抽出条件として、測定対象パケットのみが満たす条件を付加してもよい。例えば、リンク９のパケット通信品質を求める場合は、抽出条件を取得時刻が試験パケットの取得時刻の近傍で、かつ試験パケットと同じ方向に流れる試験パケットＩＤを含まないパケットとすればよい。また、特定端末が送信したパケットの品質を測定する場合、前述の抽出条件に送信元アドレスが特定端末のアドレスであることを加えればよい。
【００２１】
このパケット取得・計数装置３は、試験パケットを取得するごとに、その検知された時刻の前後に抽出されたパケットを計数し、当該試験パケットＩＤとパケット計数値を対応付け、組にして記憶装置に記録しておき、所定の測定期間終了後に試験パケットＩＤとパケット計数値の組を列にし、計数通知としてパケット通信品質算出装置５へ通知する。
【００２２】
パケット通信品質算出装置５は、品質測定装置１，２からの受信通知に基づき、試験パケットに関する通信品質を算出するとともに、パケット取得・計数装置３から通知されたパケット計数値に基づき、通信品質に対してそのパケット計数値に応じた重み付けを行い、複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から品質測定装置１，２間におけるパケット通信品質を算出（推定）する機能を有する。この場合、パケット通信品質算出装置５は、記憶装置（図示せず）を備えており、この記憶装置には前述したＩＤ−時刻対応表が格納されている。
【００２３】
以下、図２を参照してパケット通信品質算出装置５の品質算出処理について詳細に説明する。図２は、遅延分布の算出処理を説明するフローチャートである。このパケット通信品質算出装置５は、品質測定装置１，２から受信通知を受信すると、受信通知とＩＤ−時刻対応表とに基づいて送受信状況としての試験パケットの送信時刻及び受信時刻を得た後、この送信時刻と受信時刻との差を計算して時刻差を求めることにより、試験パケットに関する通信品質として試験パケットの遅延時間を算出する（ステップS01）。
【００２４】
ここで、試験パケットの送信時刻は、受信通知に含まれる試験パケットのＩＤをキーにしてＩＤ−時刻対応表を検索し、当該ＩＤと関連づけられた試験パケットの送信時刻を読み出すことにより取得する。試験パケットの受信時刻は、受信通知から試験パケットのＩＤを読み出す際に、試験パケットのＩＤと組で読み出す。このようにして求めた送信時刻と受信時刻により１番目からｉ番目までの試験パケットの遅延時間を算出する。
【００２５】
次に、離散的に求めた試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数Ｖ(ｔ)を求める演算処理を行う。ここでは、さきに求めた１番目からｉ番目までの試験パケットの遅延時間の時系列を補間して遅延時間の時刻関数を生成する（ステップS02）。本実施の形態においては、補間は直線により行う。補間計算を直線で行うことにより演算処理の計算量が少なくなり補間計算が高速化できるので、演算速度が低速の装置でパケット通信品質の高精度な測定を実現することができる。なお、遅延時間の連続時刻関数を求めるに当たっては、直線に限るものではなく、例えば、より高精度な測定を行うために多項式による曲線で近似するようにしてもよい。また、Ｖ(ｔ)は、測定期間終了後のデータから構成してもよいし、試験パケットの遅延情報を受けながら逐次変化していってもよい。
【００２６】
次に、Ｖ(ｔ)から得られる所定期間内の遅延時間に対して、パケット取得・計数装置３から通知されたパケット計数値に応じた重み付けを行い、遅延分布の推定を行う。具体的には、パケット通信品質算出装置５は、Ｖ(ｔ)を用いてパケット通信品質として以下に示す式（１）で遅延時間の分布関数を計算し、片道遅延分布（パケット数で見た遅延の分布）を算出する（ステップS03）。
【００２７】
【数１】
式（１）で、ｘは基準となる遅延時間であり、Ｆi(ｘ)はｉ回測定後において推定遅延がｘ以下の確率を示す。この場合、初期状態としてすべてのｘにおいてＦ0(ｘ)＝０とする。また、１[V(t)<x]は｛ ｝内の条件が真のとき１、偽のとき０を取る関数である。ｔiはｉ番目（ｉは正整数）の試験パケット検知時刻（パケット取得・計数装置３で試験パケットを検知した時刻）を示し、δ-は試験パケット検知前のパケット計数を行う時間、δ+は試験パケット検知後のパケット計数を行う時間を示す。ｗiはｉ番目の試験パケットに対応するパケット計数値であり、Ｗiは１番目からｉ番目までの各パケット計数値の和（ｗ1＋…＋ｗi）である。また、Ｗ0＝０とする。
【００２９】
以下、図３を参照して式（１）による片道遅延分布の算出手順について説明する。ここで、図３は通信品質測定時における試験パケットの遅延時間とユーザパケットレートの変動を模式的に示す説明図である。図３において、横軸が時刻、縦軸が遅延時間またはパケットレートを示す。ｔiはｉ番目（ｉは正整数）の試験パケット検知時刻（受信時刻）を示し、ｔi-1、ｔi、ｔi+1、ｔi+2における矢印線の長さはそれぞれの検知時刻における試験パケットの遅延時間を示す。δ-は試験パケット検知前のパケット計数を行う時間、δ+は試験パケット検知後のパケット計数を行う時間を示す。Ｖ(ｔ)は試験パケットの遅延時間と時刻の関係を表す連続的時刻の関数を示す。ｗiはｉ番目の試験パケットに対応するパケット計数値であり、試験パケット検知時刻近傍の網掛け部分の面積で表される。
【００３０】
まず、ステップS02で生成した遅延時間の時刻関数Ｖ(ｔ)に基づいて所定期間内で所定の基準値を満たす遅延時間の割合を算出する。さらに、パケット取得・計数装置３から通知されたパケット計数値に基づき、試験パケット検知時刻近傍のパケットの計数を行う所定期間の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算する。この場合の計算は、パケットの計数を行う所定期間にパケットが時間的に均等に流れたと仮定して行う。例えば、ｉ番目の試験パケット検知時刻ｔi近傍の計数対象パケットの流量は、パケットの計数を行う所定期間[（ｔi−δ-）〜（ｔi＋δ+）]に計数したパケット計数値ｗiからｗi／（δ-＋δ+）で表されるため、計数対象パケット流量の時刻関数は、所定期間[（ｔi−δ-）〜（ｔi＋δ+）]のどの時刻においても計数対象パケット流量としてｗi／（δ-＋δ+）を出力する。
【００３１】
次に、先に計算した、所定期間内で所定の基準値を満たす遅延時間の割合と計数対象パケット流量との積をとることにより、所定期間内で遅延時間が所定の基準値を満たす計数対象パケット数を算出し、この計数対象パケット数をＷiで除した後、前回（ｉ−１回目）の測定に基づく遅延時間の分布関数のデータと組み合わせて１回目から今回（ｉ回目）までの測定に基づく遅延時間の分布関数の計算を行い、片道遅延時間分布を算出する。ここで、計数対象パケット数を算出した以後の処理は、Ｗiで除する対象が計数対象パケット数であること以外は、従来と同じである。この実施の形態では、算出した計数対象パケット数を通信品質に対する重み付けに用いる。
【００３２】
この実施の形態では、このようにパケット通信品質測定システム１０を構成することにより、パケット取得・計数装置３で品質測定装置１，２間を結ぶ経路（リンク９）を流れる各パケットを取得し、所定の条件を満たすパケットのみを実際に計数することによりその経路における抽出条件を満たすパケットのトラフィック量を把握するとともに、品質測定装置１，２間で試験パケットを送受信してリンク９を流れる各試験パケットの通信品質を測定し、パケット通信品質算出装置５で各試験パケットの通信品質を時系列に補間して得た通信品質（ここでは遅延時間）の時刻関数と抽出条件を満たすパケットのトラフィック量（ここではパケット計数値）とに基づいて試験パケット近傍の抽出条件を満たすパケットの通信品質を求め、通信品質の分布関数を算出するようにしたものである。
【００３３】
これら、品質測定装置１，２、パケット取得・計数装置３およびパケット通信品質算出装置５には、専用装置を用いてもよく、パケット通信機能を有するパーソナルコンピュータやサーバー装置を用いてもよい。また、品質測定装置１とＩＰルータ７の間の接続、および品質測定装置２とＩＰルータ８との間の接続は、それぞれノイズの小さな場所でＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）で直結することにより、品質劣化が無視できる程度のリンクを使用する。
【００３４】
次に、図４を参照して、この実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの動作手順を説明する。図４は、この実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの品質測定動作を示すシーケンス図である。ここでは、品質測定装置１からＩＰルータ７、リンク９、ＩＰルータ８の順に通過して品質測定装置２へ向かう方向についてのパケット通信品質、すなわち片道遅延分布を測定する場合を例に説明する。
【００３５】
この場合、パケットの流れる方向は、ＩＰルータ７からＩＰルータ８へ向かう方向とＩＰルータ８からＩＰルータ７へ向かう方向の２通りであり、パケット通信品質として、ＩＰルータ７からＩＰルータ８へ向かう方向について、特定端末（図示せず）が送信したパケットの片道遅延分布を測定するものとする。なお、このパケット通信品質測定システムは、パケットの送受信時刻から遅延時間を測定することから、少なくとも品質測定装置１，２は、例えばＧＰＳからの情報を用いて相互に時刻同期を取ることが望ましい。
【００３６】
まず、パケット取得・計数装置３が測定開始に応じて測定対象リンク９を通る各パケットの取得を開始する。この場合、パケット取得・計数装置３はパケットを検知するたびにこのパケットを取得し、該パケットが試験パケットか否かを識別し、試験パケット以外のパケットについて、所定の抽出条件を満たすか否かを判定し、条件を満たす場合は検知時刻をパケットの流れる方向に対応した一時記憶装置のユーザパケット検知時刻記録部に記録する。この時点では、試験パケットの送信が開始されていないため、取得したパケットはすべて試験パケット以外のパケット（ユーザパケット）である。
【００３７】
次に、所定時間経過後、品質測定装置１が試験パケットを品質測定装置２へ向けて送信する処理を開始する。この場合、品質測定装置１はＩＤ−時刻対応表を参照し、試験パケット送信時刻になると、この試験パケット送信時刻と対になるＩＤを付加した試験パケット１１１を品質測定装置２へ送信する。品質測定装置１が試験パケット１１１を品質測定装置２へ向けて送信すると、品質測定装置２は試験パケット１１１を受信し、この試験パケットのＩＤと受信時刻を対にして自身の記憶装置に記録する。
【００３８】
一方、パケット取得・計数装置３は、品質測定装置１から品質測定装置２へ向けて送信された試験パケット１１１を検知し取得すると、試験パケットの流れる方向に対応した一時記憶装置のユーザパケット検知時刻記録部に記録されているパケットの検知時刻を検索し、試験パケット取得時刻の一定時間前の時刻から試験パケット検知時刻までの間の検知時刻を計数し、その計数値を試験パケットのＩＤとその取得時刻の組とともに記憶装置に記録する。
【００３９】
さらに、パケット取得・計数装置３は、試験パケット１１１取得から一定時間後の時刻までの間、パケットを取得すると、該パケットが試験パケットか否かを識別し、試験パケット以外のパケットについて、所定の抽出条件を満たすか否かを判定し、条件を満たす場合は検知時刻をパケットの流れる方向に対応した一時記憶装置のユーザパケット検知時刻記録部に記録するとともに、取得パケットの流れる方向が試験パケットの流れる方向と一致しているときは、当該試験パケットＩＤと組として記録したパケット計数値を１増やす処理を実行する。
【００４０】
ここでは、特定端末が送信したパケットの品質を測定するので、抽出条件を試験パケットと同じ方向に流れる試験パケットＩＤを含まない送信元アドレスが特定端末のアドレスであるパケットであり、かつ検知時刻が試験パケットの検知時刻の近傍であることとする。これにより、試験パケットが取得された時刻の前後、一定時間内にリンク９を通過した送信元アドレスが特定端末のアドレスで試験パケットと同じ方向に流れるユーザパケットの数が計数値として求められる。
【００４１】
このようにして、１つの試験パケットについて試験パケットの通信品質算出処理を行い（ステップ１０１）、これをあらかじめ定められた所定期間、品質測定装置１から間欠的に送信される試験パケット毎に複数回（Ｎ回、Ｎは２以上の整数）繰り返して実行する（ステップ１０２〜１０Ｎ）。所定期間、試験パケット送信とそれに伴う処理が行われた後、品質測定装置２は自身の記憶装置に記録していた試験パケットＩＤと受信時刻の対の列を受信通知２０１としてパケット通信品質算出装置５に送信する。また、パケット取得・計数装置３は、自身の記憶装置に記録していた試験パケットＩＤとパケット計数値を読み出し、試験パケットＩＤとパケット計数値の組の列を計数通知２０２としてパケット通信品質算出装置５に送信する。パケット通信品質算出装置５は、受信通知２０１と計数通知２０２を受信し、前述した品質算出２０３を行い、遅延時間の分布関数Ｆi(ｘ)を算出する。
【００４２】
この実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムは、試験パケットの遅延時間の時系列を補間し、試験パケット検知時刻近傍に検知したユーザパケットが、該時刻近傍に均等に流れたと仮定して、遅延分布を計算するため、遅延時間の変動が激しいパケット通信網に対しても、比較的高精度な測定値を得ることができる。なお、この実施の形態では、品質測定装置２が試験パケットＩＤと受信時刻の対の列を受信通知２０１としてパケット通信品質算出装置５に送信し、パケット通信品質算出装置５が受信通知とＩＤ−時刻対応表とに基づいて送受信状況としての試験パケットの送信時刻及び受信時刻を得た後、この送信時刻と受信時刻との差を計算して時刻差を求めるようにしたが、品質測定装置２が試験パケットＩＤとＩＤ−時刻対応表とに基づいて試験パケットの送信時刻を得て、送信時刻と受信時刻の時刻差を算出し、試験パケットＩＤと時刻差の対の列を受信通知２０１としてパケット通信品質算出装置５に送信し、パケット通信品質算出装置５が受信通知に含まれる時刻差を試験パケットの通信品質として用いるようにしてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置間により、パケット通信網を介して試験パケットを送受信し、品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置により、所定期間内に所望の一方向へ流れたパケットのうち所定の条件を満たすパケットを計数するステップと、品質測定装置およびパケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置により、両品質測定装置で送受信された試験パケットに関する送受信状況に基づき当該試験パケットに関する通信品質を算出するとともに、試験パケットに関する通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求め、パケット取得・計数装置で得られた計数値に応じて関数により得られる所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行い、複数の試験パケット毎に算出され重み付けされた通信品質から品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出するようにしたものである。これにより、試験パケットの通信品質が激しく変動しても、試験パケットの間の通信品質を計算に反映できるため、より精度の高いパケット通信品質の測定が可能となる。
【００４４】
また、通信品質を表す連続的時刻の関数は、試験パケットに関する通信品質の時系列を直線で補間することにより求めるようにしたため、計算量が少なくなり補間計算が高速化できるので、演算速度が低速の装置でパケット通信品質の高精度な測定が可能であり、測定の高精度化に伴う装置コストの上昇を抑制する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】 重み付け処理を説明するフローチャートである。
【図３】 ユーザパケットレートと試験パケットの遅延を補間した関数の関係を示すグラフである。
【図４】 本発明の実施の形態にかかるパケット通信品質測定システムの品質測定動作を示すシーケンス図である。
【符号の説明】
１，２…品質測定装置、３…パケット取得・計数装置、５…パケット通信品質算出装置、６…パケット通信網、７，８…ＩＰルータ、９…リンク、１０…パケット通信品質測定システム。
Claims (9)
- パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置により、前記パケット通信網を介して試験パケットを送受信するステップと、
前記品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置により、所定期間内に所望の一方向へ流れたパケットのうち所定の条件を満たすパケットを計数するステップと、
前記品質測定装置および前記パケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置により、
前記両品質測定装置で送受信された前記試験パケットに関する送受信状況に基づき当該試験パケットに関する通信品質を算出するステップと、
前記試験パケットに関する前記通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求めるステップと、
前記パケット取得・計数装置で得られた前記計数値に応じて前記関数により得られる前記所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行うステップと、
複数の試験パケット毎に算出され重み付けされた通信品質から前記品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出するステップと
を有することを特徴とするパケット通信品質測定方法。 - 請求項１記載のパケット通信品質測定方法において、
前記パケット通信品質算出装置により、
前記関数に基づいて前記所定期間内の通信品質が所定の基準値を満たす割合を算出するステップと、
前記所定期間内の前記所定の条件を満たすパケット計数値に基づき、前記所定期間内の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算するステップと、
前記所定の基準値を満たす割合と前記計数対象パケット流量とに基づいて通信品質の分布関数を求めるステップと
を有することを特徴とするパケット通信品質測定方法。 - 請求項１又は２記載のパケット通信品質測定方法において、
前記送受信状況は、
前記試験パケットの送信時刻および受信時刻、またはこれら送信時刻と受信時刻の時刻差を含み、
前記パケット通信品質は、
前記各試験パケットの前記送受信状況から得られた前記各試験パケットに関する測定遅延時間に基づき算出される、前記品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布であり、
計数対象とするパケットの条件は、
前記経路上の前記所定の箇所で前記試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得され、かつ試験パケットでないことを含む
ことを特徴とするパケット通信品質測定方法。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載のパケット通信品質測定方法において、
前記通信品質を表す連続的時刻の関数は、
前記試験パケットに関する前記通信品質の時系列を直線で補間することにより求めることを特徴とするパケット通信品質測定方法。 - パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置と、
前記品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置と、
前記品質測定装置および前記パケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置とを備え、
前記品質測定装置の一方は、試験パケットを前記パケット通信網を介して他方の前記品質測定装置へ送信し、
前記品質測定装置の他方は、一方の前記品質測定装置から受信した試験パケットに関する送受信状況を前記パケット通信品質算出装置へ通知し、
前記パケット取得・計数装置は、前記経路の前記所定の箇所を通るパケットを取得し、前記パケットのうち所定の抽出条件を満たすパケットを抽出し、パケット計数値を増加させるとともに、前記パケット計数値を前記パケット通信品質算出装置へ通知し、
前記パケット通信品質算出装置は、他方の前記品質測定装置から通知された前記送受信状況に基づき、当該試験パケットに関する通信品質を算出するとともに、前記試験パケットに関する前記通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求め、前記パケット取得・計数装置から通知された前記パケット計数値に基づき、前記関数により得られる前記所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行い、複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から前記品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出する
ことを特徴とするパケット通信品質測定システム。 - 請求項５記載のパケット通信品質測定システムにおいて、
前記パケット通信品質算出装置は、
前記関数に基づいて前記所定期間内の通信品質が所定の基準値を満たす割合を算出し、前記所定期間内の前記所定の条件を満たすパケット計数値に基づき、前記所定期間内の計数対象パケット流量を時刻の関数として計算し、前記所定の基準値を満たす割合と前記計数対象パケット流量とに基づいて通信品質の分布関数を求める
ことを特徴とするパケット通信品質測定システム。 - 請求項５又は６記載のパケット通信品質測定システムにおいて、
前記送受信状況は、
前記試験パケットの送信時刻および受信時刻、またはこれら送信時刻と受信時刻の時刻差を含み、
前記パケット通信品質は、
前記各試験パケットの前記送受信状況から得られた前記各試験パケットに関する測定遅延時間に基づき算出される、前記品質測定装置間における測定対象パケットの遅延分布であり、
計数対象とするパケットの条件は、
前記経路上の前記所定の箇所で前記試験パケットが検知された時刻の前後、一定時間内に取得され、かつ試験パケットでないことを含む
ことを特徴とするパケット通信品質測定システム。 - 請求項５から７のいずれかに記載のパケット通信品質測定システムにおいて、
前記パケット通信品質算出装置は、
前記通信品質を表す連続的時刻の関数を前記試験パケットに関する前記通信品質の時系列を直線で補間することにより求める
ことを特徴とするパケット通信品質測定システム。 - パケット通信網を介して接続された２つの品質測定装置と、前記品質測定装置間を結ぶ経路上の所定の箇所と接続されたパケット取得・計数装置と、前記品質測定装置および前記パケット取得・計数装置と接続されたパケット通信品質算出装置とを備え、前記品質測定装置の一方は、試験パケットを前記パケット通信網を介して他方の前記品質測定装置へ送信し、前記品質測定装置の他方は、一方の前記品質測定装置から受信した試験パケットに関する送受信状況を前記パケット通信品質算出装置へ通知し、前記パケット取得・計数装置は、前記経路の前記所定の箇所を通るパケットを取得し、前記パケットのうち所定の抽出条件を満たすパケットを抽出し、パケット計数値を増加させるとともに、前記パケット計数値を前記パケット通信品質算出装置へ通知するパケット通信品質測定システムで用いられるパケット通信品質算出装置であって、
他方の前記品質測定装置から通知された前記送受信状況に基づき、当該試験パケットに関する通信品質を算出する手段と、
前記試験パケットに関する前記通信品質の時系列から通信品質を表す連続的時刻の関数を求める手段と、
前記パケット取得・計数装置から通知された前記パケット計数値に基づき、前記関数により得られる前記所定期間内の連続的時刻に対応する通信品質に対して重み付けを行う手段と、
複数の試験パケットごとに算出され重み付けされた各通信品質から前記品質測定装置間におけるパケット通信品質を算出する手段と
を備えることを特徴とするパケット通信品質算出装置。
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