JP4305383B2 - エンドツーエンド品質推定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンドツーエンド品質推定装置及び方法に係り、特に、インターネット等のパケット交換網を使用した通信サービスにおける性能管理技術の中で、通信品質を測定するためのエンドツーエンド品質推定装置及び方法に関する。

一般的な性能測定形態として以下のようなものがある。

（１）装置等で実装されているＭＩＢ（Management Information Base）情報（通過パケット数、情報量、バッファでの損失パケット数など）をＳＮＭＰ(Simple Network Management Protocol)により取得する（例えば、非特許文献１参照）：
（２）ネットワークのエンドツーエンドに測定装置を設置し、その間で試験的な通信を行い性能（エンドツーエンドでのパケット損失率、遅延時間など）を測定する（例えば、非特許文献２参照）：
（３）Ｐｉｎｇなどある地点から対向する地点に試験パケットを送出して、往復経路でのパケット損失率や往復遅延時間を測定する（例えば、非特許文献３参照）：
（４）特定のアプリケーション（ＶｏＩＰ：一定間隔でパケットが送信側から送出する）を前提として、送信側が一定感覚でパケットを送出していることを前提に、シーケンス番号とその到着時間の情報から、（受信側での）１点観測情報のみからＩＰパケット損失率を算出する：
がある。

上記の（１）の手法には、パッシブ測定なので実際の通信トラヒックに対して影響が小さいが、ネットワークのエンドツーエンドの品質（例えば、エンドツーエンドのパケット損失率など）を計測できない問題がある。

また、（２）の手法には、エンドツーエンドに測定装置を配置しなければならないという点や、測定のために試験パケットをネットワークに印加するため、実際の通信トラヒックに対して影響がでる点などの問題がある。

また、（３）の手法では、ネットワークのエンドツーエンドに測定装置を配置しなくても済むが、片道の遅延や片道パケット損失率の測定はできない（すなわち、往復経路での品質しか測定できない）問題がある。

また、（４）の手法は、アプリケーションが限定される問題がある。

上記の問題点を解決するために、通信パケットをネットワークの（受信側の）１点でパッシブ測定した情報のみでエンドツーエンドの品質を推定することに着目した方法がある。当該方法は、送信元から受信先までのパケット転送経路が複数あり得ること、パケットが連続してネットワーク内で損失したときのＩＰよりも上位レイヤの品質への影響を最小限にするために転送パケットの順番をあえてシーケンス番号順に送出しない（インターリーブ機能）こと、などにより１点での測定情報では、到着（あるいは通過）パケットのシーケンス番号が必ずしも順序どおりではない。このような状況で、さらに、ＴＣＰレイヤあるいは上位レイヤでの機能としてＩＰレイヤでのパケットの再送（すなわち、ネットワークでの損失が起きている）しなければならない。つまり、未到着（あるいは未通過）のシーケンス番号を単にカウントしてパケット損失率を算出することはできない。これらの問題に対する解として、測定期間を一定の単位時間に区分し、当該単位時間に収集されたパケットキャプチャ情報（シーケンス番号、到着時刻）を保持し、到着パケット順あるいは、シーケンス番号順に各パケットが再送か否かを判定するアルゴリズムが提案されている（例えば、非特許文献４参照）。
Konel Terplan著 「Ｌａｎネットワーク管理技法」ソフトリサーチセンタ発行、１９９４年、ｐｐ．１０８−１１０ 高土居、他著「映像ストリーミングの品質劣化検出における試験パケット送出パターンの影響評価、２００２年電子情報通信学会総合大会 Ｂ−１１−７ 村井純監訳、「インターネットシステムハンドブック」イプレス、１９９６年、ｐ．５５５ 川村、寺田「受信側での一点観測によるネットワーク品質推定法」、信学会総合大会、Ｂ−７−１０７，２００４，３

しかしながら、上記の通信パケットをネットワークの（受信側の）１点でパッシブ測定した情報のみでエンドツーエンドの品質を推定することに着目した方法は、受信側１点でのパケットキャプチャ情報（パケットヘッダに記載されているシーケンス番号、パケットの到着時刻など）のみでエンドツーエンドのパケット損失率などの品質を推定（計測）できるものの、パケットキャプチャ情報の全てを一定期間保持しなければならず、大容量のデータ保存メモリが必要となること、また、大量の情報を処理するためにＣＰＵ処理時間がかかること、などの問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、エンドツーエンドにおける性能（ＩＰパケットの損失率など）を算出する方法を改善し、一定期間保持しなければならない情報を大幅に削減することにより、受信側での１地点での観測情報のみでエンドツーエンド性能をリアルタイムに計測することが可能なエンドツーエンド品質推定方法及び装置を提供することを目的とする。

図１は、本発明の原理構成図である。

本発明（請求項１）は、ＴＣＰ／ＩＰあるいはＲＴＰを含むプロトコルの機能、あるいは、映像配信アプリケーションなど通信プロトコルの上位に位置するアプリケーション機能によりデータ転送を確実に行うために途中でデータ損失があった場合に、再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間にある１地点でのモニタによる通信品質を測定するためのエンドツーエンド品質推定装置であって、
入力されたパケットヘッダ情報から測定対象となる、送受信端末間での通信の開始から終了までのフローを抽出するフロー抽出手段１２０と、
シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎に再送数をカウントするための、メモリ上に設けられた再送数カウンタ１５１と、
シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎にパケットの到着数をカウントするための、メモリ上に設けられた到着数カウンタ１５２と、
パケットの到着毎に、該パケットが再送か否かを判定し、該パケットの属する区間の再送数カウンタ及び到着数カウンタを操作する再送パケット判定手段１３１と、
シーケンス区間より所定の区間離れたシーケンス区間に所属するシーケンス番号を持つパケットの到着をトリガにして、再送数カウンタ１５１及び到着数カウンタ１５２の値を用いて、エンドツーエンド品質を算出する品質情報算出手段１３２と、を有する。

また、本発明（請求項２）は、再送パケット判定手段において、
パケットが再送か否かを判定する際に、過去に到着したパケットに関する情報のうち、シーケンス番号の最大値及び該パケットの到着時刻、シーケンス番号の平均増加速度の情報を格納する記憶手段と、
記憶手段に格納されている情報を逐次更新する更新手段と、
判定対象のパケット到着時に、当該パケットのシーケンス番号及び到着時刻及び、記憶手段に格納されている情報のみにより再送パケットか否かを判定する手段を含む。

また、本発明（請求項３）は、品質情報算出手段１３２において、
エンドツーエンド品質を算出する際に、
パケット到着をトリガにパケットヘッダ情報に基づいて、シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎の到着数カウンタ及び再送数カウンタのカウンタ値を更新する手段を有し、
到着数カウンタ及び再送数カウンタは、
到着したパケットのシーケンス番号の進行に伴って、該シーケンス番号がさらに先のシーケンス区間のカウンタとして利用可能なアルゴリズムの仕組みを有する。

図２は、本発明の原理説明図である。

本発明（請求項４）は、ＴＣＰ／ＩＰを含むプロトコルの機能、あるいは、映像配信アプリケーションなど通信プロトコルの上位に位置するアプリケーション機能によりデータ転送を確実に行うために途中でデータ損失があった場合に、再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間にある１地点でのモニタによる通信品質を測定するためのエンドツーエンド品質推定方法において、
入力されたパケットヘッダ情報から測定対象となる、送受信端末間での通信の開始から終了までのフローを抽出するフロー抽出ステップ（ステップ１）と、
パケットの到着毎に、該パケットが再送か否かを判定し、該パケットの属するシーケンス区間毎に再送数をカウントするための、メモリ上に設けられた再送数カウンタ及び、シーケンス区間毎にパケットの到着数をカウントするための、メモリ上に設けられた到着数カウンタを操作する再送パケット判定ステップ（ステップ２）と、
シーケンス区間より所定の区間離れたシーケンス区間に所属するシーケンス番号を持つパケットの到着をトリガにして、再送数カウンタ及び到着数カウンタの値を用いて、エンドツーエンド品質を算出する品質情報算出ステップ（ステップ３）と、を行う。

上記のように、本発明によれば、受信側での１地点の測定装置でエンドツーエンド性能を計測する際に、分析単位時間の全期間にわたるパケットキャプチャ情報を保持するために必要となる大容量のメモリ及び大容量のデータ処理が不要となり、測定装置のメモリ削減及びリアルタイムでの結果出力が可能となる。

従って、大規模なネットワークを介して提供されるサービスの品質測定に対しても、軽微な測定装置が適用でき、品質劣化をリアルタイムに検出して良好な品質でサービスを提供することができる。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

図３は、本発明の一実施の形態におけるシステム構成を示す。

同図に示すシステムは、ネットワーク３０、ネットワーク３０に接続された複数の端末４０Ａ，４０Ｂ、ネットワーク３０内の複数のルータ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、ネットワーク３０に接続されたサーバ２０、及びルータ１０Ａに接続される一点観測型測定器１００から構成される。

同図では、一点観測型測定器１００が端末４０Ａに接続され、サーバ２０及び端末４０Ｂからルータ１０Ｂ、１０Ｃを介して通信パケットを受信するものとする。

以下に示す第１の実施の形態及び第２の実施の形態におけるシステム構成及び一点観測型測定器の構成は同一であるが、第１の実施の形態では、ＴＣＰ／ＩＰの場合を示し、第２の実施の形態では、ＲＴＰの場合を示す。

［第１の実施の形態］
本実施の形態では、ＴＣＰ／ＩＰの場合を説明する。

図４は、本発明の第１の実施の形態における一点観測型測定器の構成を示す。

同図に示す一点観測型測定器１００は、測定対象の設定ＩＦ（インタフェース）１０１、推定パラメータ設定ＩＦ１０２，出力パラメータ設定ＩＦ１０３，測定部１１０、フロー抽出部１２０、品質推定部１３０、出力部１４０、及び、記憶部１５０から構成される。

測定対象の設定ＩＦ１０１は、通信パケットのパケットヘッダ（ＩＰヘッダ及びＴＣＰヘッダ）にある情報（通信元アドレス、通信元ポート番号、通信先アドレス、通信先ポート番号、通信の向き）を抽出し、フロー抽出部１２０のメモリ（図示せず）に入力する。

推定パラメータ設定ＩＦ１０２は、ネットワーク品質を推定するための、再送判定パラメータ（Ｔ）（Ｗ）、予め設定された到着パケットの番号（Ｌ），再送パケットが送信側に届くまでに送信側が重複して何回送ったかを示すパラメータ（α）、用意する区間カウンタ数（Ｎ１），カウンタ切り替えパラメータ（Ｎ２）等を品質推定部１３０のメモリ（図示せず）に入力する。

出力パラメータ設定ＩＦ１０３は、分割するための定数（送信側が受信側に向けて転送しようとする情報単位）Ｃを品質推定部１３０のメモリ（図示せず）に入力する。

設定対象の設定ＩＦ１０１、推定パラメータ設定ＩＦ１０２、出力パラメータ設定ＩＦ１０３は、端末４０Ａに接続され、オペレータからの入力を受け付ける。

測定部１１０は、任意のＩＦから測定時刻と測定対象が入力されると、当該測定時刻及び測定対象の通信パケットの測定を行い、測定情報をフロー抽出部１２０に入力する。

フロー抽出部１２０は、測定部１１０から入力された測定情報のパケットヘッダ情報から、測定対象の設定ＩＦ１０１により設定されたパケットヘッダの情報に基づいて測定対象となるフロー（送受信端末間での通信の開始から終了まで）を抽出する。

品質推定部１３０は、推定パラメータ設定ＩＦ１０２から入力された各パラメータを用いて、シーケンス番号からなる空間（シーケンス番号空間）を分割したシーケンス区間毎にメモリ（図示せず）上に再送数カウンタ及び到着数カウンタを設置し、パケットの到着毎に、当該パケットが再送か否かを判定し、当該パケットの属する区間のカウンタ（再送数カウンタ、到着数カウンタ）操作する。なお、本実施の形態では、ＴＣＰ／ＩＰを採用しているため、シーケンス番号は送信するバイトの情報となる。つまり、ＴＣＰの場合は、転送したい情報を分割してＩＰパケットで転送するため、個々のＩＰパケットでは何バイト目から何バイト目を転送しているかを示す（Ｓ１）から（Ｓ２−１）までの複数個のシーケンス番号が付与される。

また、品質推定部１３０は、到着パケットのシーケンス番号の時間的な推移をトリガにして、前述の再送数カウンタ及び到着数カウンタのカウンタ情報を用いて、エンドツーエンド品質（ＩＰパケット損失率、損失バイト率、再送率など）を算出する。

出力部１４０は、品質推定部１３０で算出されたエンドツーエンド品質をネットワーク品質情報として出力する。

記憶部１５０は、過去に到着したパケットに関する情報のうち、シーケンス番号の最大値、当該パケットの到着時刻、シーケンス番号の平均増加速度を格納する。

図４は、本発明の第１の実施の形態における動作のフローチャートである。

ステップ１１０） 測定部１１０には、測定開始時刻、到着時刻、パケットヘッダ情報を含む測定データが入力される。パケットの測定は、例えば、ネットワーク・パケット・キャプチャリング・ツールの一つであるＴｃｐｄｕｍｐを用いて実現できる。本実施の形態では、ＴＣＰ／ＩＰ通信を例に説明する。その場合に取得できる情報を図６に示す。Ｔｃｐｄｕｍｐにより出力される情報は、図６において太字で示される、時刻、送信元アドレス、矢印（通信の向き）、フラグ、シーケンス番号等の項目である。パケットの到着毎に図６に示した情報（以下、パケット情報と呼ぶ）が得られたとする。また、シーケンス番号は１から付与されるように設定、あるいは加工しておくこととする。

ステップ１２０） フロー抽出部１２０は、測定対象の設定ＩＦ１０１により設定された測定対象のパラメータ（通信元アドレス、通信元ポート番号、通信先アドレス、通信先ポート番号、通信の向き）を元に、対象となる到着パケット情報を測定部１１０から出力された測定結果から抽出する。ここで、ＴＣＰプロトコルの識別は、ＩＰヘッダの“protocol”を見て行うものとする。

次に、図７に示す時系列順に到着パケットのＴＣＰヘッダ情報をみて「フラグ」が“Ｓ”であるパケットの時刻（コネクションの確立時刻）から、次に同フラグがＳ（次のコネクション確立時刻）、またはＦ（コネクション開放時刻）、Ｒ（コネクション強制切断時刻）までの時刻を１フロー（すなわち、ＴＣＰセッションの確立から開放までの通信）とする。

ステップ１３０） 品質推定部１６０は、再送パケットか否かの判定処理（ステップ１３１）、シーケンス空間毎の到着パケットのカウント処理（ステップ１３２）、ネットワーク品質情報の算出処理（ステップ１３３）を行うことにより、ネットワーク品質（ＩＰレイヤでのパケット損失率など）を出力部１４０に出力する。各処理については後述する。

以下に、品質推定部１６０における各処理について説明する。以下では、出力項目の算出を、シーケンス番号（ＴＣＰの場合はバイト数）を単位として指定する。ここでは単位の定数を予めＣとする。すなわち、送信側が送出するパケット（複数）のシーケンス番号がＣ増加する毎にネットワーク品質を算出することを意味する。

また、シーケンス番号のカウンタ上限による周回問題は剰余類を用いることにより容易に回避できるので、ここでは送信側から最初に送信されたパケット（データ）のシーケンス番号を“１”とする。

ステップ１３１）再送パケットか否かの判定処理：
まず、以下の記号を予め推定パラメータ設定ＩＦ１０２において定義しておく。

ｔｏ：測定の開始時刻；
Ｐｊ:ｊ番目に到着したパケットをパケットｊと呼ぶ；
Ｓｊ：Ｐｊのシーケンス番号（ＴＣＰの場合には、Ｓ１，Ｓ２を使って表されるが、ここではＳ１値とする）；
ｍ（ｔ）：測定開始ｔｏから時刻ｔまでのシーケンス番号の平均増加速度（単位時間当たりのシーケンス番号の増加で定義する）（記憶部１５０に格納されている）;
Ｓｍａｘ（ｔ）：ある時刻ｔまでに到着したパケットのシーケンス番号全体のうちの最大値（記憶部１５０に格納されている）;
Ｔｍａｘ（ｔ）：上記のパケットが到着した時刻（記憶部１５０に格納されている）;
Ｔ：再送判定パラメータ（時間的な単位の閾値）；
Ｗ：再送判定パラメータ（シーケンス番号を単位とする閾値）；
再送パケットであるか否かの判定の処理は以下の通りである。

（１）品質推定部１３０は、パケット到着（時刻ｔとする）毎に、記憶部１５０に格納されているＳｍａｘ（ｔ），Ｔｍａｘ（ｔ），ｍ（ｔ）を更新する。

記憶部１５０内のＳｍａｘ（ｔ）、Ｔｍａｘ（ｔ）の更新は、前パケットの到着時点での最大シーケンス番号よりも、今回到着パケットのシーケンス番号が大きければ値を更新する。

記憶部１５０内のｍ（ｔ）の更新は、例えば以下のような方法がある。

(i) 最初のパケット到着時点とシーケンス番号からなる座標（Ｔ１，Ｓ１）と、（Ｓｍａｘ（ｔ），Ｔｍａｘ（ｔ））を結ぶ直線の傾きをｍ（ｔ）とする。

(ii) 単位時間当たりのシーケンス番号の増加を算出し、ｍ（ｔ）とする。

(iii) 上記の(ii)で、直近（例えば、△Ｔ以内）範囲に限ったシーケンス番号の増加とする。

(iv) 上記(ii)のｍ（ｔ）に対して、安全係数をかけたものをｍ（ｔ）とする。

（２）再送パケットか否かの判定処理：
品質推定部１３０は、まず、最初の予め設定されたＬ番目以内の到着パケットであるとき、再送判定はせず、すべて再送パケットでないとみなす。

次に、Ｌ番目以降の到着パケット（ｊ番目の到着パケットとする）のとき、
・Ｓｊ＜Ｓｍａｘ（Ｔｊ）＋ｍ（Ｔｊ）×（Ｔｊ−（Ｔ＋Ｔｍａｘ（Ｔｊ）））ならば再送パケットと判断する。

以上により再送パケットか否かの判定ができる。

上記の再送パケットか否かの判定例を図８に示す。同図においてシーケンス番号は、図６のパラメータであるシーケンス番号Ｓ１について示したものである。

なお、上記の（２）の再送パケットか否かの判定方法には、再送判定パラメータＷを用いて以下のように実施することも可能である。

最初の予め設定されたＬ番目以内の到着パケットであるとき、再送判定はせず、すべて再送パケットでないとみなす。

次に、Ｌ番目以降の到着パケット（ｊ番目の到着パケットとする）のとき、
・Ｓｊ＜（Ｓｍａｘ（Ｔｊ）−Ｗ）＋ｍ（Ｔｊ）×（Ｔｊ−Ｔｍａｘ（Ｔｊ））ならば再送パケットと判断する。

以上により再送パケットか否かの判定ができる。

上記の再送判定パラメータＷを用いた再送パケットか否かの判定例を図９に示す。同図においてシーケンス番号は、図６のパラメータであるシーケンス番号Ｓ１について示したものである。

ステップ１３２） シーケンス空間毎の到着パケットのカウント処理：
品質推定部１３０は、シーケンス番号の空間を、指定した定数Ｃ単位に分割し、区間Ａ１，Ａ２，…を定義する（以下、シーケンス空間と呼ぶ）。

例えば、図１０のように、Ｃ＝１０^４（バイト）とした場合、ネットワーク品質は、区間Ａｎ＝［（ｎ−１）・Ｃｎ・Ｃ］毎に算出する。これは、送信側が受信側に向けて転送しようとする情報単位（Ｃ）毎に、品質指標を算出することを意味する。ここでの処理は、パケット到着の時点で再送数カウンタ１５１及び到着数カウンタ１５２の値をアップすることである。

カウンタには、再送パケットのバイト（パケット）数のカウンタである再送数カウンタＲｎと、区間Ａｎの到着バイト（パケット）数のカウンタである到着数カウンタＫｎとがある。

再送パケットと判定された到着パケットに対しては、そのシーケンス番号（ＴＣＰの場合は、幅［Ｓ１，Ｓ２］であることに注意。図６参照）を読み取り、該当する区間Ａ１に属する分（バイト単位）を再送数カウンタＲｎに加える。但し、属する区間が複数ある場合には複数の区間に対する再送数カウンタＲｎに対して以下を実施する。

Ｒｎ＝Ｒｎ＋＃｛［ｓ１，Ｓ２）∩［（ｎ−１）・Ｃ，ｎ・Ｃ）］
但し、＃｛・｝は、区間｛・｝に含まれるシーケンス番号の数、Ａ∩Ｂは区間Ａと区間Ｂの共通する区間とする。

例えば、区間Ａ＝［５，１５），区間Ｂ＝［１０，２５）とすると、
＃Ａ＝１０，＃Ｂ＝１５，Ａ∩Ｂ＝［１０，１５）、＃｛Ａ∩Ｂ｝＝５
再送パケットと判定されなかった到着パケットに対しては、そのシーケンス番号（ＴＣＰの場合は、幅［Ｓ１，Ｓ２］であることに注意。図６参照）を読み取り、該当する区間Ａ１に属する分（バイト単位）を到着数カウンタＫｎに加える。但し、属する区間が複数ある場合には複数の区間に対する到着数カウンタＫｎに対して以下を実施する。

Ｋｎ＝Ｋｎ＋＃｛［ｓ１，Ｓ２）∩［（ｎ−１）・Ｃ，ｎ・Ｃ）］
但し、＃｛・｝は、区間｛・｝に含まれるシーケンス番号の数、Ａ∩Ｂは区間Ａと区間Ｂの共通する区間とする。

ステップ１３３） ネットワーク品質情報の算出処理：
品質推定部１３０は、ステップ１３１，１３２における、再送パケットか否かの判定処理、シーケンス空間毎の到着パケットのカウント処理を用いて、以下のようにネットワーク品質（以下では、ＴＣＰ通信に適用して、ＩＰレイヤでの損失バイト率）を算出する方法を示す。

図１１は、本発明の第１の実施の形態におけるネットワーク品質情報の算出処理のフローチャートである。

まず、品質推定部１３０は、シーケンス番号の空間｛１，∞）を幅Ｃ毎に分割して作った区間Ａ１，Ａ２，…ＡＮ１の到着パケットカウンタ用に、カウンタＫｎ，Ｒｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ１）を初期化して用意する（ステップ１３３１）。ｎ２をカウンタ切り替えパラメータＮ２とする（ステップ１３３２）。ｊ＝１と初期化する（ステップ１３３３）。

次に、カウンタＫ１，Ｒ１の集計トリガとなる事象として、「区間Ａｎ，ｎ≧ｎ２に属するパケットの到着」とする。すなわち、到着パケットの属する区間がＡｎ２以降か否かを到着パケットごとに確認し（ステップ１３３４）、もし、区間Ａｎ２以降の区間に属していたら、カウンタＫ１，Ｒ１の値を集計処理し、当該区間における品質指標を、後述する「区間Ａｎのデータ集計の実施」を行う。処理後はそのカウンタ自体を開放し、新たにカウンタＫｎ＋１，Ｒｎ＋１を新設する（ステップ１３３９）。この処理によりカウンタを動的に融通させることでメモリソースを節約する仕組みを実現する。この仕組みは、ネットワークの転送速度によって影響を受けない。すなわち、ある区間の集計処理の契機をＮ２（カウンタ切り替えのパラメータ）先の区間に属するパケットが始めて到着したときに設定したので、予め設定した時間（パラメータ）経過したのを集計契機とする場合と違って、単位時間当たりの到着パケット数の大小に応じて設定パラメータの値を変化させてなくてよい利点がある。

また、次に処理すべきカウンタＫ２，Ｒ２の集計契機となる事象を設定するために、ｎ２＝ｎ２＋１，すなわち、ｎ２＝Ｎ２＋１とする（ステップ１３４０）。

ステップ１３３４において、ｎ≧ｎ２でない場合（若い区間に属している場合）には、Ｐｊに対する判定処理として前述のステップ１３１の処理を実行する（ステップ１３３５）。

次に、Ｐｊに対するカウンタ処理として前述のステップ１３２の処理を実行する（ステップ１３３６）。

上記の処理を最後の到着パケット（ｊ＝ｊｍａｘ）まで繰り返す（ステップ１３３７）。最後に、データ集計していない区間の集計を行う（ステップ１３３８）。

なお、カウンタＫｎ，Ｒｎの集計トリガ（動的な割り当て）を時間経過にし、時間進行に沿って逐次集計する方法では、適切な集計トリガ時期がパケット転送速度の大小に依存してしまう。しかし、上記の方法では、区間の相対的な位置（Ｎ２先の区間に到着パケットがあればトリガにする）をトリガにしているのでパケット転送速度に依存しない。

次に、上記のステップ１３３９において行われる区間Ａｎのデータ集計の実施方法について説明する。

区間Ａ_{ｎ２−Ｎ２＋１}の損失バイト率は、ステップ１３３４の時点でのカウンタ値Ｋｎ，Ｒｎを用いて以下のように計算する。

但し、αは再送パケットが送信側に届くまでに、送信側が重複して何回送ったかを示すパラメータであり、例えば、高々１回の再送で届くならば、α＝１、通常はα＝１とする。

次に、ステップ１３３８におけるデータ集計の実施方法について説明する。

Ｐ_ｊｍａｘの属する区間をＡｍ＝［（（ｍ−１）・Ｃ，ｍ・Ｃ）とする。

このとき、（ｍ−１）・Ｃ＜Ｓ_ｍａｘ（Ｐ_ｊｍａｘ）≦ｍ・Ｃであるとする。なお、Ａｎ（ｎ＜ｍ）の未集計区間に関しては、前述の（１）の方法に従う。また、Ａｍに関しては、分母が過大にならないよう以下のように補正する。

但し、Ｃ’＝Ｓ_ｍａｘ（Ｐ_ｊｍａｘ）−（ｍ−１）・Ｃ
上記式（１）、（２）の損失バイト率の右辺は、正確には、「送信側における再送バイト数の割合（率）」であり、ここでは、ＩＰ損失バイト数を推定している。

［第２の実施の形態］
本実施の形態では、ＲＴＰ（ｏｖｅｒＵＤＰ）の場合について説明する。

一点観測型測定器の構成は、前述の第１の実施の形態における図３に示す構成と同様である。

測定部１１０は、第１の実施の形態におけるＴＣＰの場合と同様にＴｃｐｄｕｍｐにより、ＲＴＰヘッダの情報（シーケンス番号など）を取得する。但し、ＲＴＰのシーケンス番号は、１，２，３，４、…というように＋１ずつ増加する通番である。ＴＣＰのとき使用した図５に示した情報のうち、シーケンス番号部分が図１２に示すものに変更されるが、基本的には第１の実施の形態のＴＣＰの場合と同じである。

フロー抽出部１２０は、ＵＤＰの場合には、パケットヘッダ（ＩＰヘッダ及びＵＤＰヘッダ）にある情報である、通信元アドレス、通信元ポート番号、通信先アドレス、通信先ポート番号及び通信の向き、の組み合わせで一意に決まる通信をフローとする。従って、フローの抽出は、通信元アドレス、通信元ポート番号、通信先アドレス、通信先ポート番号、通信の向き別に、ヘッダ情報を抽出するものである。

品質推定部１３０は、基本的にはＴＣＰの場合と同様であるが、シーケンス番号の付与体系が、ＴＣＰの場合には「一パケットごとでＳ１バイトからＳ２バイト目まで」というように幅がある付与であったのに対し、ＲＴＰの場合には、パケット毎に通番で付与される点において異なる。そのため、ＴＣＰの場合に記述したシーケンス番号（Ｓ１，Ｓ１）を、ＲＴＰの場合は、Ｓ１＝Ｓ２−１とし、ＲＴＰのシーケンス番号をＳ１値と解釈して、
図４に示すフローチャートのステップ１３１〜１３３を実行すれば、ＩＰレイヤでのパケット損失率が得られる。なお、パケット損失率については、ＴＣＰの場合にはバイト損失率であったが、ＲＴＰの場合にはパケット単位に通番が付与されている点において異なる。

なお、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明した一点観測型測定器の動作をプログラムとして構築し、一点観測型測定器として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることも可能である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。

本発明は、パケット交換網を使用する通信サービスにおける通信品質を測定する技術に適用可能である。

本発明の原理構成図である。 本発明の原理説明図である。 本発明の一実施の形態におけるシステム構成図である。 本発明の第１の実施の形態における一点観測型測定器の構成図である。 本発明の第１の実施の形態における動作のフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態におけるＴｃｐｄｕｍｐの出力例である。 本発明の第１の実施の形態におけるＩＰｖ４ヘッダ構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態における再送パケットか否かの判定例（再送判定パラメータＴを用いた例）である。 本発明の第１の実施の形態における再送パケットか否かの判定例（再送判定パラメータＷを用いた例）である。 本発明の第１の実施の形態におけるシーケンス区間の例である。 本発明の第１の実施の形態におけるネットワーク品質情報の算出処理のフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態におけるＴｃｐｄｕｍｐの出力例である。

符号の説明

１０ ルータ
２０ サーバ
３０ ネットワーク
４０ 端末
１００ 通信品質測定器、一点観測型測定器
１０１ 測定対象の設定ＩＦ（インタフェース）
１０２ 推定パラメータ設定ＩＦ（インタフェース）
１０３ 出力パラメータ設定ＩＦ（インタフェース）
１１０ 測定部
１２０ フロー抽出手段、フロー抽出部
１３０ 品質推定部
１３１ 再送パケット判定手段
１３２ 品質情報算出手段
１４０ 出力部
１５０ 記憶手段、記憶部
１５１ 再送数カウンタ
１５２ 到着数カウンタ

Claims (4)

1. ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol/Internet protocol）あるいはＲＴＰ(Real-time Transport Protocol)を含むプロトコルの機能、あるいは、映像配信アプリケーションなど通信プロトコルの上位に位置するアプリケーション機能によりデータ転送を確実に行うために途中でデータ損失があった場合に、再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間にある１地点でのモニタによる通信品質を測定するためのエンドツーエンド品質推定装置であって、
   入力されたパケットヘッダ情報から測定対象となる、送受信端末間での通信の開始から終了までのフローを抽出するフロー抽出手段と、
   シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎に再送数をカウントするための、メモリ上に設けられた再送数カウンタと、
   シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎にパケットの到着数をカウントするための、メモリ上に設けられた到着数カウンタと、
   パケットの到着毎に、該パケットが再送か否かを判定し、該パケットの属する区間の前記再送数カウンタ及び前記到着数カウンタを操作する再送パケット判定手段と、
   前記シーケンス区間より所定の区間離れたシーケンス区間に所属するシーケンス番号を持つパケットの到着をトリガにして、前記再送数カウンタ及び前記到着数カウンタの値を用いて、エンドツーエンド品質を算出する品質情報算出手段と、
   を有することを特徴とするエンドツーエンド品質測定装置。
2. 前記再送パケット判定手段は、
   前記パケットが再送か否かを判定する際に、過去に到着したパケットに関する情報のうち、シーケンス番号の最大値及び該パケットの到着時刻、シーケンス番号の平均増加速度の情報を格納する記憶手段と、
   前記記憶手段に格納されている前記情報を逐次更新する更新手段と、
   判定対象のパケット到着時に、当該パケットのシーケンス番号及び到着時刻及び、前記記憶手段に格納されている情報のみにより再送パケットか否かを判定する手段を含む
   請求項１記載のエンドツーエンド品質測定装置。
3. 前記品質情報算出手段は、
   前記エンドツーエンド品質を算出する際に、
   パケット到着をトリガに前記パケットヘッダ情報に基づいて、前記シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎の前記到着数カウンタ及び前記再送数カウンタのカウンタ値を更新する手段を有し、
   前記到着数カウンタ及び前記再送数カウンタは、
   到着したパケットのシーケンス番号の進行に伴って、該シーケンス番号がさらに先のシーケンス区間のカウンタとして利用可能なアルゴリズムの仕組みを有する請求項１記載のエンドツーエンド品質測定装置。
4. ＴＣＰ／ＩＰを含むプロトコルの機能、あるいは、映像配信アプリケーションなど通信プロトコルの上位に位置するアプリケーション機能によりデータ転送を確実に行うために途中でデータ損失があった場合に、再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間にある１地点でのモニタによる通信品質を測定するためのエンドツーエンド品質推定方法において、
   入力されたパケットヘッダ情報から測定対象となる、送受信端末間での通信の開始から終了までのフローを抽出するフロー抽出ステップと、
   パケットの到着毎に、該パケットが再送か否かを判定し、該パケットの属するシーケンス区間毎に再送数をカウントするための、メモリ上に設けられた再送数カウンタ及び、シーケンス区間毎にパケットの到着数をカウントするための、メモリ上に設けられた到着数カウンタを操作する再送パケット判定ステップと、
   前記シーケンス区間より所定の区間離れたシーケンス区間に所属するシーケンス番号を持つパケットの到着をトリガにして、前記再送数カウンタ及び前記到着数カウンタの値を用いて、エンドツーエンド品質を算出する品質情報算出ステップと、
   を行うことを特徴とするエンドツーエンド品質測定方法。

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