JP4651542B2

JP4651542B2 - ネットワーク遅延測定方法及び装置

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Publication number: JP4651542B2
Application number: JP2006001436A
Authority: JP
Inventors: リサン・リン; マイケル・レイマン; マーク・チェン; チャールズ・ムーア
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2005-01-13
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2026-01-06
Also published as: DE602005027045D1; US7542430B2; EP1681799B1; KR101218156B1; EP1681799A1; US20060153091A1; JP2006197583A; KR20060082816A

Description

本発明は、一般に、ネットワーク遅延の測定に関し、特に、モバイル装置用の終端間ネットワーク遅延及びユーザ知覚遅延の測定に関する。

移動送受器（モバイル・ハンドセット）及び無線（ワイヤレス）装置は、インターネットにアクセスしたり、他の装置とのＩＰ（インターネット・プロトコル）セッションを確立したりする能力をますます高めている。典型的には、これらＩＰセッションは、モバイル・ハンドセットのブラウザ又は他のアプリケーションにより開始する。ユーザは、例えば、特定のＵＲＬ（Uniform Resource Locator）からの情報をリクエスト（要求）したり、ウェブ・サイトのＵＲＬに入ったりして、モバイル装置により閲覧できる。ブラウザ又は他のアプリケーションは、指定したＵＲＬにおいてモバイル装置とのＩＰセッションを確立した後、所望情報のリクエストを送る。宛先（デスティネイション）サーバは、そのリクエストを受け入れ（即ち、アクノレッジ（肯定応答）し）、例えば、要求された情報を読み出すことによりそのリクエストを処理する。次に、宛先サーバは、要求された情報をレスポンス・メッセージにてワイヤレス装置に送る。このワイヤレス装置は、典型的には、そのレスポンスの受信をアクノレッジする。

上述のシナリオには、遅延のいくつかの原因があり、これらが、ユーザのリクエスト（例えば、メニュー選択又は所望ＵＲＬの入力）からユーザのモバイル・ハンドセットに要求情報が最終的に表示されるまでの経過時間の値に影響を与える。遅延は、次の原因により生じる。すなわち、ユーザ入力を受信した後にリクエスト・メッセージを送るのに要する経過時間のためのブラウザ・アプリケーションの遅延や；インターネットへのゲートウェイにリクエスト・メッセージが進むまでのワイヤレス・ネットワークの遅延や；宛先サーバにリクエスト・メッセージが進むまでのインターネット及びその他のネットワークの遅延や；要求された情報が収集されて、レスポンス・メッセージにてユーザに送られるまでのサーバにおける処理時間や；レスポンス・メッセージがワイヤレス・ゲートウェイに進むまでのインターネット及びネットワーク遅延や；レスポンス・メッセージがモバイル・ハンドセットに進むまでのワイヤレス・ネットワーク遅延や；要求された情報が受信され、処理され、表示されるまでのブラウザの遅延などである。

ユーザの視点からは、遅延の多くが、インターネット及び他のネットワークの遅延やサードパーティのサーバにより生じる遅延などのように、ワイヤレス・サービス・プロバイダが制御できない遅延にもかかわらず、いかなる遅延もワイヤレス・サービス・プロバイダに帰することになる。サービス・プロバイダは、ユーザが知覚する遅延（知覚遅延）を測定したいし、ＩＰリクエストにおけるラウンド・トリップ遅延を測定したい。しかし、現在、サービス・プロバイダは、ユーザのワイヤレス装置で起きていることをシミュレートできるだけである。これは、非常に多くのワイヤレス装置をモニタすることが困難なためである。これらを含めた従来技術は、特許文献１及び２に記載されている。

米国特許第６７３８３４９号明細書米国特許公開第２００４／０１３３３９１Ａ１号明細書

そこで、ネットワーク遅延及びユーザ知覚遅延を正確に測定すると共に、ワイヤレス装置用のＩＰセッションにおける遅延原因を測定することが望まれている。

本発明は、ＩＰネットワークにおいて、ＩＰメッセージがワイヤレスのユーザ装置（１０１）からワイヤレス・ネットワーク、インタフェース（１０４）及びインターネット（１０５）を介してネットワーク宛先（１０２）まで進むのに要する時間を表す終端間ネットワーク遅延を測定する方法であって；ワイヤレス・ネットワークとインターネットとの間のインタフェースに配置されたモニタ・ポイントにて、ユーザ装置からのリクエスト・メッセージ（３０１）と、このリクエスト・メッセージに対応するネットワーク宛先からのリクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ（３０２）とを検出し；モニタ・ポイントにおけるリクエスト・メッセージの検出とリクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、アップリンク・ネットワーク遅延（Ｄ３）を計算し；モニタ・ポイントにて、リクエスト・メッセージに応答してネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージ（３０３）とこのレスポンス・メッセージに対応するユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ（３０４）とを検出し；モニタ・ポイントにおけるレスポンス・メッセージの検出とレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、ダウンリンク・ネットワーク遅延（Ｄ２）を計算し；アップリンク・ネットワーク遅延及びダウンリンク・ネットワーク遅延の和を平均化することにより終端間ネットワーク遅延を計算する。なお、括弧内の参照符号は実施例との対応関係を単に示すものであり、本発明を限定するものではない。
また、本発明は、ＩＰネットワークにおいて、ワイヤレスのユーザ装置（１０１）がワイヤレス・ネットワーク、インタフェース及びインターネットを介してネットワーク宛先（１０２）に情報をリクエストした時と、情報がインターネット、インタフェース及びワイヤレス・ネットワークを介してユーザ装置に供給された時との間の経過時間の値であるユーザ知覚遅延（Ｄ５）を測定する方法であって；ワイヤレス・ネットワークとインターネットとの間のインタフェースに配置されたモニタ・ポイントにて、ユーザ装置からのリクエスト・メッセージ（３０１）と、このリクエスト・メッセージに応答してネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージ（３０３）とを検出し；モニタ・ポイントにおけるリクエスト・メッセージの検出とレスポンス・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、アップリンク遅延（Ｄ１）を計算し；モニタ・ポイントにて、レスポンス・メッセージに対応するユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ（３０４）を検出し；モニタ・ポイントにおけるレスポンス・メッセージの検出とレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、ダウンリンク・ネットワーク遅延（Ｄ２）を計算し；計算したアップリンク遅延及び計算したダウンリンク・ネットワーク遅延を加算することにより上記ユーザ知覚遅延を計算することを特徴とする。
さらに、本発明は、ＩＰネットワークにおいて、ワイヤレスのユーザ装置（１０１）がワイヤレス・ネットワーク、インタフェース及びインターネットを介してネットワーク宛先に情報をリクエストした時と、上記情報がインターネット、インタフェース及びワイヤレス・ネットワークを介してユーザ装置に供給された時との間の経過時間の値であるユーザ知覚遅延（Ｄ５）を測定する装置であって；ワイヤレス・ネットワークとインターネットとの間のインタフェースに配置され、ユーザ装置からのリクエスト・メッセージ（３０１）と、このリクエスト・メッセージに応答してネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージ（３０３）と、このレスポンス・メッセージに対応するユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ（３０４）とを検出するモニタ装置（１０６）と；このモニタ装置におけるリクエスト・メッセージの検出とレスポンス・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてアップリンク遅延（Ｄ３）を計算し、モニタ装置におけるレスポンス・メッセージの検出とレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延（Ｄ２）を計算し、計算したアップリンク遅延及び計算したダウンリンク・ネットワーク遅延を加算することによりユーザ知覚遅延を計算する手段とを具えている。
また、本発明は、ＩＰネットワークにおいて、ＩＰメッセージがワイヤレスのユーザ装置（１０１）からワイヤレス・ネットワーク、インタフェース及びインターネットを介してネットワーク宛先（１０２）まで進むのに要する時間を表す終端間ネットワーク遅延を測定する装置であって；ワイヤレス・ネットワークとインターネットとの間のインタフェースに配置され、ユーザ装置からのリクエスト・メッセージ（３０１）と、このリクエスト・メッセージに対応するネットワーク宛先からのリクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ（３０２）と、リクエスト・メッセージに応答してネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージ（３０３）と、このレスポンス・メッセージに対応するユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ（３０４）とを検出するモニタ装置（１０６）と；このモニタ装置におけるリクエスト・メッセージの検出とリクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてアップリンク・ネットワーク遅延（Ｄ３）を計算し、モニタ装置におけるレスポンス・メッセージの検出とレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延（Ｄ２）を計算し、アップリンク・ネットワーク遅延及びダウンリンク・ネットワーク遅延の和を平均化することにより終端間ネットワーク遅延を計算する手段とを具えている。

よって、本発明によれば、ネットワーク遅延及びユーザ知覚遅延を正確に測定できる共に、ワイヤレス装置用のＩＰセッションにおける遅延原因を測定できる。

本発明は、トランスポート・コントロール・プロトコル（ＴＣＰ：Transport Control Protocol）及びワイヤレス・トランスポート・プロトコル（ＷＴＰ：Wireless Transport Protocol）などの接続指向プロトコルにて送られるアクノレッジメント（肯定応答）メッセージを利用する。アクノレッジメント・メッセージ（以下、単にアクノレッジメントと呼ぶこともある）がリクエスト・メッセージ（以下、単にリクエストと呼ぶこともある）及びレスポンス・メッセージ（以下、単にレスポンスと呼ぶこともある）と同じインタフェースを通って進み、同じネットワーク及び無線通信のアクセス問題にあうという仮定の下に、ネットワーク内のいくつかのポイントにおけるモニタ装置がアップリンク遅延及びダウンリンク遅延を測定でき、終端間（end-to-end）ネットワーク遅延及びユーザ知覚遅延を計算できる。

本発明の一実施例によれば、本発明は、ＩＰネットワークにおけるネットワーク遅延を測定する方法を提供する。ネットワーク内のモニタ・ポイントにてリクエスト及びリクエスト・トランスポート・アクノレッジメント（以下、単にリクエスト・アクノレッジメントと呼ぶこともある）のメッセージを検出し、アップリンク・ネットワーク遅延を計算する。アップリンク・ネットワーク遅延は、モニタ・ポイントでのリクエスト・メッセージとリクエスト・アクノレッジメント・メッセージとの間の経過時間に基づく。レスポンス及びレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント（以下、単にレスポンス・アクノレッジメントと呼ぶこともある）のメッセージもモニタ・ポイントで検出される。レスポンス・メッセージは、リクエスト・メッセージに応答して送られる。モニタ・ポイントでのレスポンス・メッセージ及びレスポンス・アクノレッジメント・メッセージ間の経過時間に基づいて、ダウンリンク・ネットワーク遅延を計算する。終端間ネットワーク遅延は、完全なユーザ・セッションに対するアップリンク遅延及びダウンリンク遅延の和を平均化することにより近似する。終端間ネットワーク遅延は、ＩＰメッセージがユーザ装置からネットワーク宛先まで進むのに要する時間を表す。

本発明の他の実施例においては、ユーザ装置がワイヤレス装置であり、ネットワーク宛先がウェブ・サーバである。リクエスト・メッセージは、有線ネットワーク上で動作するアプリケーションからの情報を要求するワイヤレス装置からのメッセージである。モニタ・ポイントは、ゲートウェイＧＰＲＳ（汎用パケット無線システム：General Packet Radio Service）サポート・ノード（ＧＧＳＮ）でもよい。

本発明の別の実施例において、個別のアップリンク（ネットワーク）遅延、ダウンリンク・ネットワーク遅延、終端間ネットワーク遅延は、ワイヤレス・インフラストラクチャ（基本的施設）ネットワークにおける複数ポイントの各々に対して計算する。複数の個別ネットワーク遅延を比較して、ネットワークでの最長遅延の原因となるコンポーネントを識別できる。

本発明は、ＩＰネットワークにおけるユーザ知覚遅延を測定する方法も提供する。ネットワークのモニタ・ポイントにて、リクエスト・メッセージ及びリクエスト・アクノレッジメント・メッセージを検出する。また、モニタ・ポイントにて、レスポンス・メッセージ及びレスポンス・アクノレッジメント・メッセージも検出する。レスポンス・メッセージは、リクエスト・メッセージに応答して送られる。ユーザ知覚遅延は、モニタ・ポイントでのリクエスト・メッセージ及びレスポンス・アクノレッジメント・メッセージの間の経過時間であるが、重み付け計算したダウンリンク・ネットワーク遅延を考慮した計算でもよい。

さらに、本発明の別の実施例では、モニタ・ポイントでのリクエスト・メッセージ及びレスポンス・メッセージの間の経過時間に基づいてアップリンク・アプリケーション・サーバ遅延（即ち、アップリンク遅延）を計算し、モニタ・ポイントでのレスポンス・メッセージ及びレスポンス・アクノレッジメント・メッセージの間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延を計算する。ユーザ知覚遅延は、アップリンク・アプリケーション・サーバ遅延とダウンリンク・ネットワーク遅延を加算して計算する。本発明の一実施例では、ダウンリンク・ネットワーク遅延の計算に重み係数（重み関数）を含ませて、その時のレスポンス・メッセージ及びレスポンス・アクノレッジメント・メッセージの最も新しい遅延を強調してもよい。

上述は、本発明の特徴及び技術的利点の概略を説明したが、以下の詳細な説明から本発明を一層理解できよう。本発明の追加的な特徴及び利点は、本発明の特許請求の範囲により特定される。本発明の目的を実現するために本発明の構成を変更したり他の構成を設計したりするために、説明する概念及び特定実施例を容易に利用できよう。また、本発明と等価な構成は、本発明の要旨を逸脱するものでもない。本発明の構成及び動作方法の両方に関して本発明を特徴づける新規な特色は、本発明の更なる目的及び利点と共に、添付図を参照した以下の詳細な説明から更に理解できよう。しかし、各図は、単に実施例の説明のためであり、本発明をこれら実施例に限定するものではない。

図１は、本発明を含むシステムのブロック図である。ワイヤレス装置（ユーザ装置）１０１のユーザは、サーバ（ネットワーク宛先）１０２からの情報、例えば、インターネット・ウェブ・ページ、データ・ファイル、又は他のアプリケーションなどをアクセスすることを望む。ユーザがサーバ１０２にホストされるインターネット・ウェブ・サイトをアクセスしようとすると、ユーザはワイヤレス装置１０１のブラウザ・アプリケーションを起動する。次に、ユーザは、ＩＰアドレス、又はブラウザのウェブ・サイトのＵＲＬに入る。すると、ブラウザ・アプリケーションは、サーバ１０２への接続を開始し、所望情報を読み出す。

ワイヤレス装置１０１は、ワイヤレス・ネットワーク・インフラストラクチャ１０３と通信をする。このワイヤレス・ネットワーク・インフラストラクチャ１０３は、任意の既存のワイヤレス・ネットワークでもよいし、将来開発されるネットワークでもよい。このインフラストラクチャは、ベース・トランシーバ・ステーション、ベース・ステーション制御器、ワイヤレス・ゲートウェイ、サービングＧＰＲＳサポート・ノード（ＳＧＮＳ:Serving GPRS Support Node）、ゲートウェイ・モバイル・スイッチング・センタなどのコンポーネントを含む。ワイヤレス・ネットワーク・インフラストラクチャ１０３は、ゲートウェイＧＰＲＳサポート・ノード（ＧＧＳＮ）１０４に接続される。このＧＧＳＮ１０４は、ワイヤレス・ネットワーク・インフラストラクチャ１０３及びインターネット１０５の間のインタフェースを提供する。モニタ装置１０６は、一実施例ではＧＧＳＮ１０４に接続してもよく、ワイヤレス装置１０１からの総てのＩＰデータと、サーバ１０２からの関連レスポンスやアクノレッジメントを受動的にモニタする。

ワイヤレス装置１０１及びサーバ１０２の間の接続は、少なくともワイヤレス・ネットワーク・インフラストラクチャ１０３、ＧＧＳＮ１０４及びインターネット１０５を通して確立される。他のサーバやルータなどの追加的なコンポーネントがワイヤレス装置１０１及びサーバ１０２間の接続の一部であってもよいことが理解できよう。ワイヤレス装置１０１及びサーバ１０２間の物理的な距離や、接続の一部となる多くのコンポーネントが、ＩＰセッション中にワイヤレス装置１０１及びサーバ１０２間で交換される問い合わせ（クエリ）及びレスポンスにおける遅延の原因となる。その結果、ユーザがウェブ・サイトへアクセスするリクエストなどのリクエストを入力すると、ユーザは、要求された情報がサーバ１０２から得られ、ワイヤレス装置１０１に送られ、ユーザに表示されるまでの遅延を知覚する。本発明によれば、サービス・プロバイダは、接続指向のＩＰセッションに関連した遅延時間をモニタできる。

上述の形式のＩＰセッションは、トランスポート・コントロール・プロトコル（ＴＣＰ）、接続指向プロトコルを用いるが、ここでは、この接続を通じて伝送されるユーザ・データ用にアクノレッジメントがトランスポート・コントロール・レイヤー上で送られる。本発明は、これらアクノレッジメント・メッセージを利用して終端間遅延を測定する。

図２Ａは、ワイヤレス装置１０１からＧＧＳＮ１０４を介してサーバ１０２に送られるリクエストの流れを示すブロック図である。ワイヤレス装置１０１上のブラウザのごときアプリケーション２０１は、アプリケーション・レイヤー（層）の問い合わせ（リクエスト）２０２を開始する。この問い合わせ２０２は、トランスポート制御２０４の制御下でトランスポート・レイヤー２０３上にて伝送される。サーバ１０２にて、トランスポート制御２０５は、トランスポート・レイヤー２０３を受け、例えばウェブ・ページでもよいアプリケーション２０６にリクエスト２０２が送られる。トランスポート制御２０５は、リクエスト２０２の受信に応答してトランスポート・アクノレッジメント２２０を追加的に送ることができる。

図２Ｂは、リクエスト２０２に応答して、サーバ１０２からワイヤレス装置１０１に送られるレスポンスの流れを示すブロック図である。リクエスト２０２を受けると、アプリケーション２０６がレスポンス２０７を発生する。このレスポンス２０７は、トランスポート制御２０５の制御下でトランスポート・レイヤー２０３上をワイヤレス装置１０１に伝送される。トランスポート制御２０４は、レスポンス２０７を受けると、トランスポート・アクノレッジメント２２１を追加的に送ることができる。レスポンス２０７は、アプリケーション２０１に受信され、リクエスト２０２の結果を制御する。図２Ａ及び２Ｂにおいて、ＧＧＳＮ１０４又はモニタ１０４は、ワイヤレス装置１０１及びサーバ１０２の間で交換されるメッセージとして、リクエスト２０２、２０３と、レスポンス２０７、２０８と、トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ２２０、２２１とを検出する。

図３は、ワイヤレス装置１０１及びサーバ１０２の間で交換するメッセージの流れを示す。ワイヤレス装置１０１は、ファイル・リクエストの如きリクエスト（REQUEST）メッセージ３０１をサーバ１０２に送る。リクエスト・メッセージ３０１は、時点Ｔ１に送られ、時点Ｔ２にＧＧＳＮ１０４を通過し、時点Ｔ３にサーバ１０２に到達する。サーバ１０２は、リクエスト・メッセージ３０１を受信すると、リクエスト・トランスポート・アクノレッジメント（TRANSPORT ACK）メッセージ（リクエスト・アクノレッジメント）３０２により応答して、リクエスト・メッセージ３０１の受信をアクノレッジする。リクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ３０２は、リクエスト・メッセージ３０１で要求されたファイルを含んでいないが、リクエスト・メッセージ３０１を受信したことを知らせるためにワイヤレス装置１０１に送られる。リクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ３０２は、時点Ｔ３で本質的に直ちに送られ、時点Ｔ４にＧＧＳＮ１０４を通過し、時点Ｔ５にワイヤレス装置１０１に到達する。時点Ｔ３で遅延がいくらかでもあれば、この遅延をモニタする。これは、非常に短い待ち時間を有するプロトコル遅延による。

サーバ１０２は、要求された情報又はファイルを入手すると、それをレスポンス（RESPONSE）メッセージ３０３にてワイヤレス装置１０１に送る。要求された情報をサーバ１０２が入手する間に遅延がある。レスポンス・メッセージ３０３は、時点Ｔ６でサーバ１０２により送られ、時点Ｔ７にＧＧＳＮ１０４を通過し、時点Ｔ８にワイヤレス装置１０１に到達する。ワイヤレス装置１０１は、レスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ（レスポンス・アクノレッジメント）３０４にてレスポンス・メッセージ３０３の受信をアクノレッジする。このトランスポート・アクノレッジメント・メッセージ３０４は、時点Ｔ８にて送られ、時点Ｔ９にＧＧＳＮ１０４を通過し、時点Ｔ１０にサーバ１０２に到達する。

ワイヤレス装置１０１のユーザは、時点Ｔ１にてサーバ１０２からの情報を要求するが、要求した情報を時点Ｔ８まで受信しない。時点Ｔ１から時点Ｔ８までの遅延が、ユーザ知覚遅延である。ユーザ知覚遅延は多くに要素によるが、これら要素には、（１）リクエスト・メッセージ３０１に対する伝送時間である時点Ｔ１から時点Ｔ３までの遅延と、（２）サーバ１０２の処理時間である時点Ｔ３から時点Ｔ６までの遅延と、（３）レスポンス・メッセージ３０３の伝送時間である時点Ｔ６から時点Ｔ８までの遅延がある。

実際のサービスの遅延（Ｄ４）は、時点Ｔ３及びＴ６の間の時間であり、これは、サーバがリクエスト・メッセージを受けてから、サーバがこのリクエスト・メッセージに応答するまでの時間である。しかし、ユーザ知覚遅延（Ｄ５）は、時点Ｔ１から時点Ｔ８までであり、時点Ｔ３から時点Ｔ６までの時間よりも非常に長くなる。しばしば、ユーザは、かかるユーザ知覚遅延に対してワイヤレス・サービス・プロバイダを非難する。しかし、遅延の大部分は、ワイヤレス・ネットワーク以外で生じるが、サービス・プロバイダの遅延はわずかであり、もしあれば、サービス・プロバイダは、この遅延を制御する。例えば、時点Ｔ２から時点Ｔ３までと、時点Ｔ６から時点Ｔ７までの遅延は、ＧＧＳＮ及びサーバの間でインターネット１０５（図１）を通過する伝送時間により生じる。また、時点Ｔ３から時点Ｔ６までの遅延は、サーバ１０２での処理による。この処理は、リクエスト・メッセージ３０１を受信して処理し、要求された情報を入手し、レスポンス・メッセージ３０３を発生することである。ワイヤレス・サービス・プロバイダは、ユーザ知覚遅延を測定したいが、終端間（end-to-end）遅延を直接的にモニタできなかった。例えば、ＧＧＳＮ１０４の如き観察ポイント（モニタ・ポイント）にて、リクエスト、レスポンス及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージを観察して、サービス・プロバイダは、ユーザ知覚遅延を推定できる。

ＧＧＳＮ１０４の如きネットワーク観察ポイントにて、ワイヤレス・ネットワーク遅延（即ち、ダウンリンク・ネットワーク遅延）及びサーバ側の遅延を加算して、総合ユーザ知覚遅延を判断できる。一実施例において、リクエスト・メッセージ３０１は、レスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ３０４と同じ伝送時間であると仮定し、レスポンス・メッセージ３０３は、リクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージ３０２と同じ伝送時間である仮定する。ダウンリンク・ネットワーク遅延（Ｄ２）は、ＧＧＳＮ１０４にて時点Ｔ７から時点Ｔ９までの総合時間として測定できる。アップリンク・ネットワーク遅延（Ｄ３）は、ＧＧＳＮ１０４にて時点Ｔ２から時点Ｔ４までの総合時間として測定できる。アップリンク遅延（Ｄ１）は、ＧＧＳＮ１０４にて時点Ｔ２から時点Ｔ７までの総合時間として測定できる。サーバ遅延（Ｄ４）は、ＧＧＳＮ１０４にてアップリンク遅延（Ｄ１）からアップリンク・ネットワーク遅延（Ｄ３）を減算して計算できる。ユーザ知覚遅延（Ｄ５）は、アップリンク遅延（Ｄ１）とダウンリンク・ネットワーク遅延（Ｄ２）とを加算して計算できる。

終端間ネットワーク遅延（ＮＤ）及び終端間ユーザ知覚遅延（ＵＰＤ）は、次のように計算できる。
ND = (D2+D3)/2
UPD = D1+D2

アップリンク遅延Ｄ１を計算するために、ＧＧＳＮ１０４は、アプリケーション・レイヤー・プロトコルの理解に基づき、トランザクションへのアプリケーション・レイヤーでのメッセージにタイムスタンプを付け、関連づける。例えば、ＨＴＴＰ（Hypertext Transport Protocol）トランザクション待ち時間は、「GET」メッセージ及び「STATUS」メッセージの間の遅延とすることができる。アップリンク遅延Ｄ１は、最初のレスポンスの時点と、最初の問い合わせの時点との間の差である。これは、時間Ｔ７−Ｔ２に対応し、アップリンク・ネットワーク遅延Ｄ３を含んでいる。

ＴＣＰシーケンス番号アクノレッジメント・メカニズムを用いて、ダウンリンク・ネットワーク遅延Ｄ２を計算できる。ＴＣＰパケット（アプリケーション・メッセージではない）にタイムスタンプを付け、ＴＣＰトランスポート・アクノレッジメント・メッセージを、これに相関するアプリケーション・レイヤー・メッセージに関連づけて、アップリンク遅延及びダウンリンク遅延を計算できる。ダウンリンク・ネットワーク遅延Ｄ２は、アプリケーション・レイヤー・メッセージ用のトランスポート・アクノレッジメント・メッセージの時点と、アプリケーション・レイヤー・メッセージ自体の時点との間の差である。これは、時間Ｔ９−Ｔ７に対応する。

アップリンク遅延Ｄ１とダウンリンク・ネットワーク遅延Ｄ２とを加算することにより、時点Ｔ２から時点Ｔ９までの待ち時間として推定のユーザ知覚遅延ＵＰＤを求める。真のユーザ知覚遅延ＵＰＤは、時点Ｔ１から時点Ｔ８までなので、Ｄ１＋Ｄ２の値が、エラー値「Ｅ」を有する推定となる。このエラーは、次のように表せる。
E = (T2-T1) - (T9-T8)

エラー値Ｅは、アプリケーション問い合わせと独立してランダムに分布する。よって、異なる問い合わせにまたがって累積した推定のユーザ知覚遅延ＵＰＤに対して次のようになる。
|ΣE| ≒ 0

ＴＣＰラウンド・トリップ遅延時間推定アルゴリズムが用いる如き適応（再帰的）重み関数を用いて、推定のユーザ知覚遅延ＵＰＤを平滑化できる。最新のユーザ経験（即ち、最新のダウンリンク・ネットワーク遅延Ｄ２）を強調するためには、現在のサンプルの重み係数をＴＣＰ勧告よりも高くすればよい。例えば、現在のサンプルの重み係数を、勧告の０．５の代わりに、０．９に設定してもよい。平滑化した推定のダウンリンク・ネットワーク遅延Ｄ２’は、次のようになる。
D2' = D2'×(1-α) + D2×α
なお、αは、例えば、０．９である重み係数である。また、右辺のＤ２’は、今までの重み付けした遅延であり、左辺のＤ２’が新たな重み付けした遅延である。

平滑化した総合ＵＰＤは、次のようになる。
UPD = D2' + D1

Ｄ２’は、一組のＤ２測定又は計算による最新のダウンリンク・ネットワーク遅延を表す。

Ｄ２は、モニタ基準ポイントにおけるダウンリンク・ネットワーク遅延（即ち、ＧＧＳＮ１０４からワイヤレス装置１０１を通ってＧＧＳＮ１０４まで）を表すが、上述と同じ平滑化アルゴリズムを用いて、アップリンク・ネットワーク遅延Ｄ３（即ち、ＧＧＳＮ１０４からサーバ１０２を通ってＧＧＳＮ１０４まで）を計算できる。アプリケーション・ネットワーク遅延Ｄ３は、時点Ｔ２から時点Ｔ４の差である。

終端間ネットワーク遅延時間「ＮＤ」は、上述のように次のように表せる。
ND = (D2+D3)/2
サーバ処理遅延「Ｓ」は、次のようになる。
S = D1-D3

本発明の別の実施例では、トラフィック経路に多数のモニタ基準ポイントを用いることを提案している。したがって、複数の基準ポイント間のネットワーク遅延差は、経路セグメントあたりのネットワーク遅延に基づく。この情報を故障修理に利用してもよい。

ネットワーク要素（サーバ・アドレス、ＧＧＳＮ、ＳＧＳＮ(Serving GPRS Support Node)、ＢＳＣ(balanced scorecard)、ＲＡＩ、ＣＥＬＬ）及びハンドセット・プロファイルなどのモバイル制御シグナリング（信号伝達）メッセージや、ユーザ・アプリケーション・レイヤー・メッセージから重要な情報を抽出することにより、要素を実時間で適切に組み合わせた集合の終端間ネットワーク遅延ＮＤ又はユーザ知覚遅延ＵＰＤが、ネットワーク、サーバ及びハンドセットの性能に関する情報を提供する。

上述し図示した実施例は、ＴＣＰ接続に関したものであるが、本発明は、接続指向手順の任意の非ＴＣＰトランスポート・プロトコルにも適用できることが理解できよう。例えば、そのクラス２トランザクションを追跡することによりＷＴＰ（Wireless Transaction Protocol）にも使用できる。

上述のモニタは、ＧＧＳＮ１０４（図１）にて行っている。ＧＧＳＮ１０４は、そこを通過するメッセージを追跡し関連づけるアプリケーション・ソフトウェアを有してもよいし、モニタ１０６の如き独立したモニタ装置を用いて、ＧＧＳＮ１０４を通過するメッセージを追跡してもよい。他の実施例においては、ＧＧＳＮ１０４は、メッセージをモニタするのに用いなくてもよいことが理解できよう。代わりに、ネットワークの他のポイントでモニタを行ってもよい。例えば、メッセージ又はアクノレッジメントの信号経路内の任意のサーバ、ルータ又は他のコンポーネントにてメッセージをモニタしてもよい。

本発明では、各個別のモバイル装置の各々にモニタ装置を配置する必要がないので、サービス・プロバイダは、非常に多くのクライアント装置又はモバイル・ハンドセットをモニタできる。クライアント装置は、例えば、任意の固定又はワイヤレス・データ・サービス可能なクライアントとして機能するパーソナル・デジタル・アシスタント、モバイル電話、又はラップトップ・コンピュータを含んでもよい。本発明は、特定装置と関連したアプリケーション・リクエスト、レスポンス、トランスポート・アクノレッジメントのメッセージ間を低レベルで関連づけ、各トランザクションに対してアップリンク・ネットワーク遅延、ダウンリンク・ネットワーク遅延、ユーザ知覚遅延を計算する。ユーザ知覚遅延及びネットワーク遅延は、ワイヤレス装置毎に、又はセッション・ベース毎に判断できるので、サービス・プロバイダは、個別の顧客に提供するサービスのレベルを判断できる。

本発明を用いることにより、サービス・プロバイダは、どの装置、サービス、ネットワーク要素、又は地理上の領域（セル）が最大遅延又は最小遅延を起こしているかを識別できる。例えば、ハンドセット毎の遅延を分析し、ハンドセット形式を関連づけることにより、サービス・プロバイダは、どのモバイル・ハンドセット又はどのブラウザが最長遅延かを識別できる。この代わりに、ウェブ・サイト毎、又はサービス・ベース毎の遅延データを分析し関連づけることにより、サービス・プロバイダは、どのサード・パーティ・アプリケーション、又はどのサーバが最長遅延又は最小遅延を起こしているかを識別できる。これにより、サービス・プロバイダは、ユーザがアクセスするサーバ又はアプリケーションの有用性又は応答性を評価できる。

図４は、本発明の別の実施例を含むシステムのブロック図を示す。図４に示すシステムは、図１のシステムと類似しているが、ワイヤレス・インフラストラクチャ１０３をより詳細に示しており、ベース・トランシーバ・ステーション（ＢＴＳ）４０１、ベース・ステーション制御器（ＢＳＣ）４０２、サービングＧＰＲＳサービス・ノード（ＳＧＳＮ）４０３を含んでいる。ワイヤレス・インフラストラクチャ１０３内に他のコンポーネントを含んでもよく、また、図４のネットワークは図示のために簡略化してあることが当業者には理解できよう。ＧＧＳＮ１０４にて測定するように上述したアップリンク及びダウンリンクのネットワーク遅延とユーザ認識遅延も、ＢＴＳ４０１，ＢＳＣ４０２又はＳＧＳＮ４０３の如き任意の他のネットワーク・コンポーネントにて測定できる。これら装置は、ネットワーク遅延をモニタし計算するための内部アプリケーションを含んでもよいし、これら装置は、モニタ４１〜４４のようにネットワーク内のリクエスト、レスポンス及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージを検出する外部モニタ装置を含んでもよい。

ネットワーク内の多くのポイントにてアップリンク及び／又はダウンリンクのネットワーク遅延をモニタすることにより、サービス・プロバイダは、なんらかのコンポーネントが過大な遅延を起こしているかを判断できる。遅延ＤＡは、モニタ４１が判断したＢＴＳ４０１により生じた遅延の一部である。同様に、遅延ＤＢ、ＤＣ及びＤＤは、それぞれＢＳＣ４０２、ＳＧＳＮ４０３及びＧＧＳＮ１０４にて検出された遅延の一部である。これら遅延要素を比較することにより、サービス・プロバイダは、どのコンポーネントが最大の遅延であるかを識別できる。例えば、遅延ＤＡが４０ｍｓ（ミリ秒）で、遅延ＤＢが６０ｍｓで、遅延ＤＣが９０ｍｓならば、サービス・プロバイダは、ＳＧＳＮ４０３がＢＳＣ４０２の遅延（２０ｍｓ）よりも長い遅延（３０ｍｓ）を生じていると識別できる。よって、サービス・プロバイダは、ＩＰメッセージをより高速に送るためにアップグレード又は改善すべきターゲットをＳＧＳＮ４０３にできる。

図５は、本発明の一実施例により終端間ネットワーク遅延を測定するプロセスを示す流れ図である。ステップ５０１において、ネットワーク内のモニタ・ポイントにてリクエスト・メッセージとこのリクエスト・メッセージに対するトランスポート・アクノレッジメント・メッセージを検出する。ステップ５０２にて、モニタ・ポイントにおけるリクエスト及びリクエスト・アクノレッジメントのメッセージ間の経過時間に基づいて、アップリンク・ネットワーク遅延を計算する。本発明の一実施例において、オプションとして、適応又は再帰的重み関数の如き重み関数をステップ５０３で用いて、計算したアップリンク・ネットワーク遅延を平滑化するか、最新の観察結果を強調する。

ステップ５０４にて、モニタ・ポイントにおけるレスポンス・メッセージとこのレスポンス・メッセージに対するトランスポート・アクノレッジメント・メッセージを検出する。このレスポンス・メッセージは、ステップ５０１で検出されたリクエスト・メッセージに応答して送られたものである。ステップ５０５において、モニタ・ポイントにおけるレスポンス及びレスポンス・アクノレッジメントのメッセージ間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延を計算する。本発明の一実施例においては、オプションとして、適応又は再帰的重み関数の如き重み関数をステップ５０６で用いて、計算したダウンリンク・ネットワーク遅延を平滑化するか、又は最新の観察結果を強調する。ステップ５０７において、アップリンク遅延及びダウンリンク遅延の和を平均化して、終端間ネットワーク遅延を計算する。この終端間ネットワーク遅延は、ＩＰメッセージがユーザ装置からネットワーク宛先まで進むのに要する時間を表す。

図６は、本発明の一実施例によりユーザ知覚遅延を測定するプロセスを示す流れ図である。ステップ６０１にて、ネットワークのモニタ・ポイントにおけるリクエスト・メッセージと、このリクエスト・メッセージに応答して送られるレスポンス・メッセージを検出する。ステップ６０２にて、モニタ・ポイントでのリクエスト・メッセージ及びレスポンス・メッセージ間の経過時間に基づいてアップリンク遅延を計算する。本発明の一実施例においては、オプションとして、適応又は再帰的重み関数の如き重み関数をステップ６０３で用いて、計算したアップリンク遅延を平滑化するか又は最新の観察結果を強調する。

ステップ６０４にて、モニタ・ポイントにおけるレスポンス・メッセージと、このレスポンス・メッセージに対するトランスポート・アクノレッジメント・メッセージを検出する。レスポンス・メッセージは、ステップ６０１で検出されたリクエスト・メッセージに応答して送られる。ステップ６０５において、モニタ・ポイントにおけるレスポンス・メッセージ及びレスポンス・アクノレッジメント・メッセージの間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延を計算する。本発明の一実施例では、オプションとして、適応又は再帰的重み関数の如き重み関数をステップ６０６で用いて、計算したダウンリンク・ネットワーク遅延を平滑化するか、又は最新の観察結果を強調する。ステップ６０７にて、アップリンク遅延及びダウンリンク・ネットワーク遅延を加算して、ユーザ知覚遅延を計算する。このユーザ知覚遅延は、ユーザ装置が情報を要求した時と、ユーザ装置に情報が提供された時との間に経過した時間値である。

ＧＧＳＮの如きネットワーク・コンポーネント又は個別のモニタ装置を用いて、ＩＰネットワーク内のユーザ知覚遅延を測定してもよい。このコンポーネント又は装置は、リクエスト及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージを検出する手段と、レスポンス及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージを検出する手段とを含んでいる。なお、レスポンス・メッセージは、リクエスト・メッセージに応答して送られる。検出手段は、ネットワークを通過するメッセージを受けるプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）又は他の要素でもよい。この検出手段は、リクエスト、レスポンス及びアクノレッジメントのメッセージを識別し、これらメッセージにタイムスタンプを付けて、他のメッセージと比較し、遅延を計算する。計算手段は、リクエスト、レスポンス及びアクノレッジメントのメッセージの間での経過時間を用いてユーザ知覚遅延を計算するプロセッサ、ＡＳＩＣ又は他の要素でもよい。

代わりに、ＧＧＳＮなどのネットワーク・コンポーネント、又は個別のモニタ装置を用いて、ＩＰネットワーク内のネットワーク遅延を測定してもよい。このコンポーネント又は装置は、ネットワーク内のリクエスト及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージを検出する手段と、レスポンス及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージを検出する手段とを含んでいる。なお、レスポンス・メッセージは、リクエスト・メッセージに応答して送られる。検出手段は、ネットワークを通過するメッセージを受けるプロセッサ、ＡＳＩＣ又は他のコンポーネントでもよい。この検出手段は、リクエスト、レスポンス及びアクノレッジメントのメッセージを識別して、これらメッセージにタイムスタンプを付けて、他のメッセージと比較して、遅延を計算する。ネットワーク・コンポーネント又は装置は、リクエスト及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージ間の経過時間に基づいてアップリンク・ネットワーク遅延を計算する手段と、レスポンス及びトランスポート・アクノレッジメントのメッセージ間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延を計算する手段と、アップリンク遅延及びダウンリンク遅延の和を平均化して終端間ネットワーク遅延を計算する手段とを含んでいる。なお、終端間ネットワーク遅延は、ユーザ装置からネットワーク宛先までＩＰメッセージが進むのに要する時間を表す。この計算手段は、リクエスト、レスポンス及びアクノレッジメントのメッセージ間の経過時間を用いて、ネットワーク遅延を計算するプロセッサ、ＡＳＩＣ又は他のコンポーネントでもよい。

本発明とその利点について詳細に説明したが、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更、変形が可能なことが理解できよう。さらに、本発明の要旨は、上述の手段、方法、ステップのプロセス、機構、製造、構成に限定されるものでもない。上述から容易に理解できるように、手段、方法、ステップのプロセス、機構、製造、構成は、既存のものでも、今後開発されるものでもよく、上述の対応実施例とほぼ同じ機能又はほぼ同じ結果が得られればよい。よって、本発明の要旨は、特許請求の範囲に記載されているものである。

本発明を含むシステムのブロック図である。Ａは、ワイヤレス装置からサーバに送った問い合わせの流れを示すブロック図であり、Ｂは、サーバからワイヤレス装置に送ったアクノレッジメントの流れを示すブロック図である。本発明の一実施例によりワイヤレス装置及びサーバの間で交換するメッセージを示す図である。本発明の別の実施例を含んだシステムのブロック図である。本発明の一実施例により終端間ネットワーク遅延を測定するプロセスを説明する流れ図である。本発明の別の実施例により終端間ユーザ知覚遅延を測定するプロセスを説明する流れ図である。

符号の説明

４１、４２、４３、４４モニタ
１０１ワイヤレス装置（ユーザ装置）
１０２サーバ（ネットワーク宛先）
１０３ワイヤレス・ネットワーク・インフラストラクチャ
１０４ＧＧＳＮ
１０５インターネット
１０６モニタ
２０１、２０６アプリケーション
２０４、２０５トランスポート制御
４０１ＢＴＳ
４０２ＢＳＣ
４０３ＳＧＳＮ

Claims

ＩＰネットワークにおいて、ＩＰメッセージがワイヤレスのユーザ装置からワイヤレス・ネットワーク、インタフェース及びインターネットを介してネットワーク宛先まで進むのに要する時間を表す終端間ネットワーク遅延を測定する方法であって、
上記ワイヤレス・ネットワークと上記インターネットとの間の上記インタフェースに配置されたモニタ・ポイントにて、上記ユーザ装置からのリクエスト・メッセージと、該リクエスト・メッセージに対応する上記ネットワーク宛先からのリクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージとを検出し、
上記モニタ・ポイントにおける上記リクエスト・メッセージの検出と上記リクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、アップリンク・ネットワーク遅延を計算し、
上記モニタ・ポイントにて、上記リクエスト・メッセージに応答して上記ネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージと該レスポンス・メッセージに対応する上記ユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージとを検出し、
上記モニタ・ポイントにおける上記レスポンス・メッセージの検出と上記レスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、ダウンリンク・ネットワーク遅延を計算し、
上記アップリンク・ネットワーク遅延及び上記ダウンリンク・ネットワーク遅延の和を平均化することにより上記終端間ネットワーク遅延を計算する
ことを特徴とするネットワーク遅延測定方法。
ＩＰネットワークにおいて、ワイヤレスのユーザ装置がワイヤレス・ネットワーク、インタフェース及びインターネットを介してネットワーク宛先に情報をリクエストした時と、上記情報が上記インターネット、上記インタフェース及び上記ワイヤレス・ネットワークを介して上記ユーザ装置に供給された時との間の経過時間の値であるユーザ知覚遅延を測定する方法であって、
上記ワイヤレス・ネットワークと上記インターネットとの間の上記インタフェースに配置されたモニタ・ポイントにて、上記ユーザ装置からのリクエスト・メッセージと、該リクエスト・メッセージに応答して上記ネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージとを検出し、
上記モニタ・ポイントにおける上記リクエスト・メッセージの検出と上記レスポンス・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、アップリンク遅延を計算し、
上記モニタ・ポイントにて、上記レスポンス・メッセージに対応する上記ユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージを検出し、
上記モニタ・ポイントにおける上記レスポンス・メッセージの検出と上記レスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づき、ダウンリンク・ネットワーク遅延を計算し、
上記計算したアップリンク遅延及び上記計算したダウンリンク・ネットワーク遅延を加算することにより上記ユーザ知覚遅延を計算する
ことを特徴とするネットワーク遅延測定方法。
ＩＰネットワークにおいて、ワイヤレスのユーザ装置がワイヤレス・ネットワーク、インタフェース及びインターネットを介してネットワーク宛先に情報をリクエストした時と、上記情報が上記インターネット、上記インタフェース及び上記ワイヤレス・ネットワークを介して上記ユーザ装置に供給された時との間の経過時間の値であるユーザ知覚遅延を測定する装置であって、
上記ワイヤレス・ネットワークと上記インターネットとの間の上記インタフェースに配置され、上記ユーザ装置からのリクエスト・メッセージと、該リクエスト・メッセージに応答して上記ネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージと、該レスポンス・メッセージに対応する上記ユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージとを検出するモニタ装置と、
該モニタ装置における上記リクエスト・メッセージの検出と上記レスポンス・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてアップリンク遅延を計算し、上記モニタ装置における上記レスポンス・メッセージの検出と上記レスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延を計算し、上記計算したアップリンク遅延及び上記計算したダウンリンク・ネットワーク遅延を加算することにより上記ユーザ知覚遅延を計算する手段と
を具えたネットワーク遅延測定装置。
ＩＰネットワークにおいて、ＩＰメッセージがワイヤレスのユーザ装置からワイヤレス・ネットワーク、インタフェース及びインターネットを介してネットワーク宛先まで進むのに要する時間を表す終端間ネットワーク遅延を測定する装置であって、
上記ワイヤレス・ネットワークと上記インターネットとの間の上記インタフェースに配置され、上記ユーザ装置からのリクエスト・メッセージと、該リクエスト・メッセージに対応する上記ネットワーク宛先からのリクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージと、上記リクエスト・メッセージに応答して上記ネットワーク宛先から送られるレスポンス・メッセージと、該レスポンス・メッセージに対応する上記ユーザ装置からのレスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージとを検出するモニタ装置と、
該モニタ装置における上記リクエスト・メッセージの検出と上記リクエスト・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてアップリンク・ネットワーク遅延を計算し、
上記モニタ装置における上記レスポンス・メッセージの検出と上記レスポンス・トランスポート・アクノレッジメント・メッセージの検出との間の経過時間に基づいてダウンリンク・ネットワーク遅延を計算し、上記アップリンク・ネットワーク遅延及び上記ダウンリンク・ネットワーク遅延の和を平均化することにより上記終端間ネットワーク遅延を計算する手段と
を具えたネットワーク遅延測定装置。