JP3905891B2 - ネットワーク品質管理目標値算出方法および装置、並びに、ネットワーク品質監視方法および装置 - Google Patents
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Description
このようなリアルタイム系アプリケーションにおいては、ネットワーク上でパケットが連続または集中して損失する現象(バースト損失)が発生すると、連続的に損失しない場合と比べて、ユーザが感じる主観品質が異なる傾向を示すという報告がある(例えば、非特許文献1参照)。したがって、上述したネットワーク管理技術においても、バースト損失がリアルタイム系アプリケーションに対する主観品質に与える影響を考慮する必要がある。
また、上記の手法を用いて、バースト損失の影響を考慮したネットワーク管理・設計を行う技術はなかった。
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、その目的は、バースト損失が発生するパケット通信網において、バースト損失という現象が、リアルタイム系アプリケーションの各種メディア(音声や映像など)に対するユーザ体感品質(主観品質または客観品質)に与える影響を考慮して、パケット通信網を管理できるようにすることにある。
この際、第1のステップは、アプリケーションを実験的に動作させて得られたアプリケーションの実測評価データから、バースト損失情報量とユーザ体感品質評価値との関係を示す第1の回帰曲線を算出するステップと、第1の回帰曲線の特性に基づきユーザ体感品質評価値の低下量を推定するステップとを備えており、第2のステップは、アプリケーションを実験的に動作させて得られたアプリケーションの実測評価データから、パケットの損失がランダムに発生する際のパケット損失に関する性能情報とユーザ体感品質評価値との関係を示す第2の回帰曲線を求めるステップと、第2の回帰曲線の特性に基づき、ユーザ体感品質評価値の低下量を性能情報の低下量に変換するステップと、第2の回帰曲線における性能情報に性能情報の低下量を加味した重み付き無効パケット率とユーザ体感品質評価値との関係を示す第3の回帰曲線を求めるステップと、第3の回帰曲線を参照し、アプリケーション品質目標値に応じた重み付き性能情報を算出し、ネットワーク品質管理目標値とするステップとを備えている。なお、ユーザ体感品質は、主観品質または客観品質のいずれでもよい(以下同様)。
ここで、パケット損失に関する性能情報は、無効パケット率またはパケット損失率であってもよい。
この際、第1の演算処理部は、アプリケーションを実験的に動作させて得られたアプリケーションの実測評価データから、バースト損失情報量とユーザ体感品質評価値との関係を示す第1の回帰曲線を算出する第1の回帰曲線算出部と、第1の回帰曲線の特性に基づきユーザ体感品質評価値の低下量を推定する品質評価値低下量算出部とを備えており、第2の演算処理部は、アプリケーションを実験的に動作させて得られたアプリケーションの実測評価データから、パケットの損失がランダムに発生する際のパケット損失に関する性能情報とユーザ体感品質評価値との関係を示す第2の回帰曲線を求める第2の回帰曲線算出部と、第2の回帰曲線の特性に基づき、ユーザ体感品質評価値の低下量を性能情報の低下量に変換する低下量変換部と、第2の回帰曲線における性能情報に性能情報の低下量を加味した重み付き無効パケット率とユーザ体感品質評価値との関係を示す第3の回帰曲線を求める第3の回帰曲線算出部と、第3の回帰曲線を参照し、アプリケーション品質目標値に応じた重み付き性能情報を算出し、ネットワーク品質管理目標値とする品質管理目標値算出部とを備えている。
ここで、パケット損失に関する性能情報は、無効パケット率またはパケット損失率であってもよい。
また、アプリケーションをバースト損失条件下で動作させて得られたバースト損失情報量や、ランダム損失条件下で動作させて得られた性能情報を基に、バースト損失がユーザ体感品質評価値に与える影響を推定するので、個々のアプリケーションの製品特性をも考慮した推定が可能となる。
また、ネットワーク管理の際に、急激な品質劣化(これまで提案されてきたパケット損失率等では説明できない急激な品質劣化)があってもその要因を追求することができる。
これにより、ネットワーク管理者は、品質劣化に対して適切な対処を迅速に行うことができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るネットワーク音声品質管理目標値算出装置の構成を示すブロック図である。このネットワーク音声品質管理目標値算出装置(以下、目標値算出装置という)1は、全体としてパソコンなどのコンピュータからなり、演算処理部10、データ蓄積部20およびデータ入力部30が設けられている。
演算処理部10は、CPUなどのマイクロプロセッサとその周辺回路からなり、所定のプログラムを実行することにより、回帰曲線算出部11,12、PESQ低下量算出部13、低下量変換部14、重み付き無効パケット率算出部15、回帰曲線算出部16および品質管理目標値算出部17を実現する。
回帰曲線算出部12は、データ蓄積部20から実測評価データ22を読み込み、バースト損失情報量22AとPESQ値22Bとの関係を示す回帰曲線を算出する。
PESQ低下量算出部13は、このバースト損失情報量22AとPESQ値22Bとの回帰曲線の特性に基づき、バースト損失により音声系アプリケーションに対するPESQが低下する量を算出する。
重み付き無効パケット率算出部15は、実測評価データ21の無効パケット率21Aに低下量変換部14で得られた性能情報の低下量を加味した重み付き無効パケット率を算出する。
回帰曲線算出部16は、この重み付き無効パケット率と実測評価データ21のPESQ値21Bとの関係を示す回帰曲線を算出する。
パケット受信側となるLAN−Bには、音声パケットをやり取りするための音声系アプリケーション51B、この音声系アプリケーション51Bに接続された電話機52B、LAN−Bを構成するハブ(HUB)53B、音声系アプリケーション51Bで受信される音声パケットをハブ53Bを介して監視(キャプチャ)するパケット監視装置54Bが設けられている。
また、LAN−B側には、パケット監視装置54Bで得られた音声パケット毎の性能情報に基づき無効パケット率を算出する無効パケット率算出装置56、同じく音声パケット毎の性能情報に基づきバースト損失情報量を算出するバースト損失情報量算出装置57が設けられている。
さらに、LAN−A側の電話機52Aからの音声信号を示す参照信号59とLAN−B側の電話機52Bへの音声信号を示す被試験信号60とを比較し、音声品質客観評価値としてPESQ値を出力する客観評価装置58が設けられている。
送信側の電話機52Aから予め用意した録音音声を受信側の電話機52Bへ向けて送信する。この際、ネットワークエミュレータ55により、音声系アプリケーション51A,51B間でやり取りされる音声パケットがランダムに損失するように制御する。
RP=(PL+PD)/全送信パケット数 …(1)
なお、この実験では、パケット毎の性能情報が広い範囲に分布するように、いくつかのランダム損失の条件を与えて行う。
このようにして、無効パケット率21AとPESQ値21Bからなる実測評価データ21が実測され、図1に示した目標値算出装置1のデータ蓄積部10へ格納される。
ネットワークエミュレータ55により音声系アプリケーション51A,51B間でやり取りされる音声パケットがバースト的に損失するように制御した状態で、上述した実験と同様に、客観評価装置57において、音声品質客観評価値としてPESQ値22Bを算出する。
本実施の形態では、バースト損失情報量として、平均連続損失長および平均損失発生間隔の少なくとも一方を算出する。平均連続損失長とは、連続して損失したパケットの数の平均値を指す。また、平均損失発生間隔とは、パケット損失終了から次のパケット損失開始までに受信されたパケットの数の平均値を指す。
例えば、図3に示す例では、連続損失パケットが「1」、「2」、「3」の順で発生しており、損失発生回数は「3回」、総損失パケット数は「6」となる。よって、平均連続損失長は「2」となる。
なお、平均連続損失長および平均損失発生間隔の算出における客観評価単位について言えば、例えば8secの音声(や映像)に対して1つの客観評価を実施する場合には、8secを客観評価単位とする。
このようにして、バースト損失情報量22AとPESQ値22Bからなる実測評価データ22が実測され、図1に示した目標値算出装置1のデータ蓄積部10へ格納される。
無効パケット率回帰式:
PESQ=3.68exp(−5.17IP) …(2)
平均連続損失長回帰式:
PESQ=−0.075log(BL)+3.204 …(3)
図7は、バースト損失情報量22Aとして平均損失発生間隔(LI)を用いた場合の回帰曲線の一例を示す図である。この回帰曲線は、例えば対数回帰を行うと、回帰式(4)で表される。
平均損失発生間隔回帰式:
PESQ=0.1388log(LI)+2.7863 …(4)
バースト損失情報量22Aとして平均連続損失長(BL)を用いた場合には、図6に示した回帰曲線の回帰式(3)の傾きを、特性に応じたPESQ低下量算出関数f(BL)に適用する。
PESQ低下量算出関数:
f(BL)=(−0.075log(BL))+a …(5)
a:補正係数
ただし、f(BL)≦0のときは、f(BL)=0
PESQ低下量算出関数式:
f(LI)=(0.1388log(LI))+a …(6)
ただし、f(LI)≧bの時は、f(LI)=b
b:PESQ低下量最大値
損失変換式:
PLW=−log[{3.68−(b−f(x))}/3.68]/5.17
…(7)
低下量変換部14では、この損失変換式(7)を用いて、PESQ低下量を損失の重み(PLW)に変換する。
重み付き無効パケット率変換式:
WIP=IP+PLW …(8)
図8は、バースト損失情報量22Aとして平均連続損失長(PL)を用いた場合の回帰曲線の一例を示す図である。この回帰曲線は、例えば指数回帰を行うと、回帰式(9)で表される。
平均連続損失長重み回帰式:
f(PL)=3.7248exp(−4.0873PL) …(9)
平均損失発生間隔重み回帰式:
f(PL)=3.7459exp(−3.6837PL) …(10)
図10は、本発明の第2の実施の形態に係るネットワーク音声品質監視装置の構成を示すブロックである。ネットワーク音声品質監視装置(以下、品質監視装置という)6は、主観品質およびバースト損失が考慮されたネットワーク音声品質管理目標値に基づき、実際に音声系アプリケーション71A,71Bが利用されるパケット通信網7の音声品質を定常的(一定時間、一定時刻)に監視するものであり、ネットワーク音声品質管理目標値には第1の実施の形態に係る目標値算出装置1で算出されたネットワーク音声品質管理目標値40が用いられる。
図11に示すように、品質評価部64は更に、重み付き無効パケット率算出部81、音声品質管理目標値比較部82、PESQ低下量算出部83、PESQ算出部84、加算部85、音声主観品質目標値比較部86の各部からなる。
パケットキャプチャ部61では、ルータ72Aを介して音声系アプリケーション71A,71B間でやり取りされる音声パケットをキャプチャする。
無効パケット率算出部62では、パケットキャプチャ部61でキャプチャされた音声パケットからパケット損失および遅延揺らぎを測定し、その測定結果から無効パケット率62Aを算出する。測定期間や測定時刻については、パケット通信網7、提供サービス、測定機器などの形態に応じて任意に選択すればよいが、測定期間については3分が望ましい。
バースト損失情報量算出部63では、同じくパケットキャプチャ部61でキャプチャされた音声パケットの挙動から、上述した平均連続損失長または平均損失発生間隔などのバースト損失情報量63Aを算出する。
加算部85において、PESQ値84AとPESQ低下量83Aとを加算する。これにより、バースト損失が考慮されていない無効パケット率62Aに対応するPESQ値85Aが得られる(ステップS6)。
パケット通信網7においてバースト損失が発生した場合には、図13に示すように、PESQ値の値が急激に低下することがある。従来のように、ネットワーク音声品質管理目標値に無効パケット率を用いていると、無効パケット率が0.025であるから音声品質評価値が十分に高いと考え、実際には音声品質評価値がPESQ=2.7であり、音声品質が劣化していることに気づかない。
図15は、本発明の第3の実施の形態に係るネットワーク音声品質監視装置の構成を示すブロックである。第2の実施の形態に係る音声品質監視装置6では、バースト損失が考慮されたネットワーク音声品質管理目標値が用いられるのに対し、本実施の形態に係る音声品質監視装置9では、バースト損失が考慮されていないネットワーク音声品質管理目標値が用いられる。具体的には、目標値算出装置101において、無効パケット率回帰式(2)を用いて算出されたネットワーク音声品質管理目標値101Aが用いられる(特許文献1参照)。この目標値101Aに基づいてパケット通信網7の監視が行われる。
音声品質監視装置9の構成は、品質評価部90を除き音声品質監視装置6と同様である。品質評価部90は、図16に示すように、PESQ低下量算出部91、音声品質管理目標値比較部92、PESQ算出部93、減算部94、音声主観品質目標値比較部95の各部からなる。
パケットキャプチャ部61では、ルータ72Aを介して音声系アプリケーション71A,71B間でやり取りされる音声パケットをキャプチャする。
バースト損失情報量算出部63では、キャプチャされた音声パケットの挙動から、上述した平均連続損失長または平均損失発生間隔などのバースト損失情報量63Aを算出する。
品質評価部90では、PESQ低下量算出部91において、式(5)または式(6)で表されるPESQ低下量算出関数式を用いて、バースト損失情報量63Aに対応するPESQ低下量91Aを算出する(ステップS11)。なお、このPESQ低下量算出部91は、目標値算出装置1のPESQ低下量算出部33と同じ機能を備えている。
そして、品質評価部90では、音声品質管理目標値比較部92において、目標値算出装置101から取り込まれた無効パケット率からなるネットワーク音声品質管理目標値101Aと、無効パケット率算出部62で算出された無効パケット率62Aとを比較し、無効パケット率62Aが音声品質管理目標値101を満足しているかどうか判定する。この結果、音声品質管理目標値101Aを満足していない場合には(ステップS13,NO)、パケット通信網7の音声状態は劣化しており、その要因は、無効パケット率が上昇したことから、パケット通信網7上でのパケット損失および遅延揺らぎの増加にあると判断する。そして、損失および遅延による品質劣化に対する対処を行なうように、警報出力部65のアラームを発するとともに(ステップS14)、表示部66に具体的な指示を表示する。例えば、管理対象となる音声系アプリケーションが自身の管理下にあり、設定変更が可能な場合には、音声系アプリケーションの揺らぎ吸収バッファを遅延との兼ね合いから変更し、次いでパケット通信網7内のノードでの設定変更を実施するよう、この手順を表示する。実際の設定内容等に関しては、ユーザが決定する。
そして、減算部94において、PESQ値84AからPESQ低下量83Aを減算する。これにより、バースト損失が考慮された無効パケット率に対応するPESQ値94Aが得られる(ステップS16)。
図18は、品質クラスの設定例を示す図である。この例では、品質クラスとして、「安全クラス」、「注意クラス」および「危険クラス」の3つの品質クラスが設定されている。
このように品質クラスを設けることにより、音声系アプリケーションに対する通信サービスについて、より迅速な品質管理を実現できる。
また、以上の実施の形態では、バースト損失による音声系アプリケーションの音声に対するユーザ体感品質の低下量を品質客観評価値の一例であるPESQ値で表す例を示したが、受聴MOS等の品質主観評価値を用いてもよい。また、PESQのように主観品質を精度よく推定可能な客観評価技術が存在すれば、その技術により得られる品質客観評価値を用いてもよい。
Claims (14)
- パケット通信網で用いられるアプリケーションに求められるユーザ体感品質評価値の目標値であるアプリケーション品質目標値に応じて、前記パケット通信網の品質管理で用いられるネットワーク品質管理目標値を算出するネットワーク品質管理目標値算出方法において、
パケットがバースト的に損失するバースト損失による前記アプリケーションに対するユーザ体感品質評価値の低下量を推定する第1のステップと、
前記ユーザ体感品質評価値の低下量に基づき前記ネットワーク品質管理目標値を算出する第2のステップと
を備え、
前記第1のステップは、前記アプリケーションを実験的に動作させて得られた前記アプリケーションの実測評価データから、バースト損失情報量と前記ユーザ体感品質評価値との関係を示す第1の回帰曲線を算出するステップと、前記第1の回帰曲線の特性に基づき前記ユーザ体感品質評価値の低下量を推定するステップとを備え、
前記第2のステップは、前記アプリケーションを実験的に動作させて得られた前記アプリケーションの実測評価データから、パケットの損失がランダムに発生する際のパケット損失に関する性能情報と前記ユーザ体感品質評価値との関係を示す第2の回帰曲線を求めるステップと、前記第2の回帰曲線の特性に基づき、前記ユーザ体感品質評価値の低下量を前記性能情報の低下量に変換するステップと、前記第2の回帰曲線における前記性能情報に前記性能情報の低下量を加味した重み付き無効パケット率と前記ユーザ体感品質評価値との関係を示す第3の回帰曲線を求めるステップと、前記第3の回帰曲線を参照し、前記アプリケーション品質目標値に応じた重み付き性能情報を算出し、前記ネットワーク品質管理目標値とするステップとを備える
ことを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出方法。 - 請求項1に記載のネットワーク品質管理目標値算出方法において、
前記バースト損失情報量は、連続して損失したパケットの数の平均値、および、パケット損失終了から次のパケット損失開始までに受信されたパケットの数の平均値の少なくとも1つであることを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出方法。 - 請求項1または2に記載のネットワーク品質管理目標値算出方法において、
前記第1の回帰曲線の関数式、または、前記バースト損失情報量と前記ユーザ体感品質評価値の低下量との関係を示すテーブルをデータベースに保存する第3のステップを更に備えることを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出方法。 - 請求項1に記載のネットワーク品質管理目標値算出方法において、
前記パケット損失に関する性能情報は、無効パケット率またはパケット損失率であることを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出方法。 - パケット通信網で用いられるアプリケーションに求められるユーザ体感品質評価値の目標値であるアプリケーション品質目標値に応じて、前記パケット通信網の品質を監視するネットワーク品質監視方法において、
前記パケット通信網上で実際に前記アプリケーションがやり取りした各パケットからバースト損失が考慮された性能情報を測定する第4のステップと、
測定された前記性能情報と、請求項1〜4のいずれか1項に記載のネットワーク品質管理目標値算出方法により算出された前記ネットワーク品質管理目標値とを比較する第5のステップと、
比較結果に基づき前記パケット通信網の品質を監視する第6のステップと
を備えることを特徴とするネットワーク品質監視方法。 - 請求項5に記載のネットワーク品質監視方法において、
前記第6のステップは、
測定された前記性能情報が前記ネットワーク品質管理目標値を満足していない場合に、前記パケット通信網上で実際に前記アプリケーションがやり取りした各パケットから測定されるバースト損失情報量および前記性能情報から前記アプリケーションに対する実際のユーザ体感品質評価値を推定するステップと、
前記実際のユーザ体感品質評価値と前記アプリケーション品質目標値とを比較するステップと、
前記実際のユーザ体感品質評価値が前記アプリケーション品質目標値を満足していない場合には、バースト損失が前記パケット通信網の品質劣化の要因であると判断するステップと、
を備えることを特徴とするネットワーク品質監視方法。 - 請求項6に記載のネットワーク品質監視方法において、
前記パケット通信網の品質劣化の要因がバースト損失であると判断した場合には、バースト損失改善要求をネットワーク管理者に知らせるステップと、
前記要因がバースト損失以外であると判断した場合には、バースト損失以外のネットワーク管理項目に対する改善要求をネットワーク管理者に知らせるステップと、
前記要因がバースト損失とそれ以外との両方であると判断した場合には、どちらがより強い要因であるかを判断し、優先順位をつけて改善要求をネットワーク管理者に知らせるステップと
を備えることを特徴とするネットワーク品質監視方法。 - パケット通信網で用いられるアプリケーションに求められるユーザ体感品質評価値の目標値であるアプリケーション品質目標値に応じて、前記パケット通信網の品質管理で用いられるネットワーク品質管理目標値を算出するネットワーク品質管理目標値算出装置において、
パケットがバースト的に損失するバースト損失による前記アプリケーションに対するユーザ体感品質評価値の低下量を推定する第1の演算処理部と、
前記ユーザ体感品質評価値の低下量に基づき前記ネットワーク品質管理目標値を算出する第2の演算処理部とを備え、
前記第1の演算処理部は、前記アプリケーションを実験的に動作させて得られた前記アプリケーションの実測評価データから、バースト損失情報量と前記ユーザ体感品質評価値との関係を示す第1の回帰曲線を算出する第1の回帰曲線算出部と、前記第1の回帰曲線の特性に基づき前記ユーザ体感品質評価値の低下量を推定する品質評価値低下量算出部とを備え、
前記第2の演算処理部は、前記アプリケーションを実験的に動作させて得られた前記アプリケーションの実測評価データから、パケットの損失がランダムに発生する際のパケット損失に関する性能情報と前記ユーザ体感品質評価値との関係を示す第2の回帰曲線を求める第2の回帰曲線算出部と、前記第2の回帰曲線の特性に基づき、前記ユーザ体感品質評価値の低下量を前記性能情報の低下量に変換する低下量変換部と、前記第2の回帰曲線における前記性能情報に前記性能情報の低下量を加味した重み付き無効パケット率と前記ユーザ体感品質評価値との関係を示す第3の回帰曲線を求める第3の回帰曲線算出部と、前記第3の回帰曲線を参照し、前記アプリケーション品質目標値に応じた重み付き性能情報を算出し、前記ネットワーク品質管理目標値とする品質管理目標値算出部とを備える
ことを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出装置。 - 請求項8に記載のネットワーク品質管理目標値算出装置において、
前記バースト損失情報量は、連続して損失したパケットの数の平均値、および、パケット損失終了から次のパケット損失開始までに受信されたパケットの数の平均値の少なくとも1つであることを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出装置。 - 請求項8または9に記載のネットワーク品質管理目標値算出装置において、
前記第1の回帰曲線の関数式、または、前記バースト損失情報量と前記ユーザ体感品質評価値の低下量との関係を示すテーブルが格納されるデータ蓄積部更に備えることを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出装置。 - 請求項8に記載のネットワーク品質管理目標値算出装置において、
前記パケット損失に関する性能情報は、無効パケット率またはパケット損失率であることを特徴とするネットワーク品質管理目標値算出装置。 - パケット通信網で用いられるアプリケーションに求められるユーザ体感品質評価値の目標値であるアプリケーション品質目標値に応じて、前記パケット通信網の品質を監視するネットワーク品質監視装置において、
前記パケット通信網上で実際に前記アプリケーションがやり取りした各パケットからバースト損失が考慮された性能情報を測定する性能情報測定部と、
測定された前記性能情報と、請求項8〜11のいずれか1項に記載のネットワーク品質管理目標値算出装置により算出された前記ネットワーク品質管理目標値とを比較し、比較結果に基づき前記パケット通信網の品質を監視する品質評価部と、
を備えることを特徴とするネットワーク品質監視装置。 - 請求項12に記載のネットワーク品質監視装置において、
前記品質評価部は、
測定された前記性能情報が前記ネットワーク品質管理目標値を満足していない場合に、前記パケット通信網上で実際に前記アプリケーションがやり取りした各パケットから測定されるバースト損失情報量および前記性能情報から前記アプリケーションに対する実際のユーザ体感品質評価値を推定する品質評価算出部と、
前記実際のユーザ体感品質評価値と前記アプリケーション品質目標値とを比較し、前記実際のユーザ体感品質評価値が前記アプリケーション品質目標値を満足していない場合には、バースト損失が前記パケット通信網の品質劣化の要因であると判断する品質評価値比較部と、
を備えることを特徴とするネットワーク品質監視装置。 - 請求項13に記載のネットワーク品質監視装置において、
前記パケット通信網の品質劣化の要因がバースト損失であると判断した場合には、バースト損失改善要求をネットワーク管理者に知らせる手段と、
前記要因がバースト損失以外であると判断した場合には、バースト損失以外のネットワーク管理項目に対する改善要求をネットワーク管理者に知らせる手段と、
前記要因がバースト損失とそれ以外との両方であると判断した場合には、どちらがより強い要因であるかを判断し、優先順位をつけて改善要求をネットワーク管理者に知らせる手段と
を備えることを特徴とするネットワーク品質監視装置。
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