JP4863090B2 - 通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置、方法、及びプログラム、並びに通信ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置、方法、及びプログラム、並びに通信ネットワークシステムに関し、特にマルチパスルーティングに対応したフロー品質情報からネットワークの通信品質における劣化箇所を推定する方式に関する。

通信ネットワークにおいて、通信品質劣化時に、高速に通信品質劣化箇所を特定するには、ネットワーク内に監視装置を多数配備し、配備した位置での通信品質を常に監視しておき、通信品質劣化時に、品質劣化の起こっている監視装置の位置を基に、品質劣化している区間を推定していた。この方式では、品質劣化している位置の推定精度を高めるには、多数の監視装置が必要となり、その配置コストが高いという問題がある。この問題へ対処するため、関連技術として、ネットワークを通過する通信フローの品質情報とルーティング情報から品質劣化箇所を推定する方式がある（特許文献１参照）。以下、この方式について説明する。

まず、各フローとそれらが経由するリンク（有向リンク）および品質の対応表（フロー・リンク対応表）を作る。例えば、図１４に示した、ルータ（あるいはパケットスイッチ）Ｒ１〜Ｒ６から成るネットークにおいて、フローＦ１〜Ｆ５が流れているとする。図１４のネットワークに対し、図１５に記すようにリンクに名前を付け、品質としてパケットロス率を使い、Ｆ１〜Ｆ５のパケットロス率を、３．０％、２．５％、３．５％、１．０％、０．５％とすると、フロー・リンク対応表は図１６のようになる。ここで、各フローは１秒間に１００パケット流れるとし、パケットロス率は２秒毎のパケットロス数をもとに求めるとする。

次に、非劣化リンク除去処理を行う。すなわち、あらかじめ決められた、フロー品質の劣化閾値と非劣化閾値から、劣化閾値より品質の悪いフローを劣化フロー、非劣化閾値より品質の良いフローを非劣化フロー、それ以外のフローを中間品質フローとし、フロー・リンク対応表から、中間品質フローの行、および、非劣化フローの行および非劣化フローが経由するリンクの列を除いた、縮小フロー・リンク対応表を作成する。前記例では、たとえば、パケットロス率２％を劣化閾値、１％を非劣化閾値とすると、劣化フローはＦ１〜Ｆ３、非劣化フローはＦ５、中間フローはＦ４となる。次に、フロー・リンク対応表から、中間フローの行を削除し、非劣化フローの行および、非劣化フローの行に１がある列を削除した、縮小フロー・リンク対応表を作成する。前記例での削除の様子を図１７に示し、縮小フロー・リンク対応表を図１８に示す。

最後に、図１８をもとに劣化箇所を推定する。例えば、品質劣化フロー数に基づく推定法では、図１８の各リンクＬ１０、Ｌ２０、Ｌ５０、Ｌ４０を経由する品質劣化したフロー数は、それぞれ１、３、１、１であり、この中で最も経由するフロー数が多いＬ２０を劣化箇所として推定する。

あるいは、次に述べる最小リンク数推定によって劣化箇所を推定する。

最小リンク数推定法では、図１８の各リンクを経由するフロー集合を考え、最小の数のリンクで、図１８の全てのフローを包含するようなリンク集合を求め、それを劣化リンク集合とする。即ち、図１８の例では、各リンクＬ１０、Ｌ２０、Ｌ５０、Ｌ４０を経由するフロー集合は、それぞれ、｛Ｆ１｝、｛Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３｝、｛Ｆ２｝、｛Ｆ３｝である。たとえば、３つのリンクから成るリンク集合｛Ｌ１０、Ｌ５０、Ｌ４０｝を経由するフロー和集合は｛Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３｝となり、全てのフローを包含できる。これ以外にも、２つのリンクから成るリンク集合｛Ｌ１０、Ｌ２０｝や、１つのリンクから成るリンク集合｛Ｌ２０｝によっても全てのフローを包含できる。全てのフローを包含するようなリンク集合のうち、最小のリンク数をもつ｛Ｌ２０｝を最小リンク集合として推定する。
特開２００６−２３８０５２号公報

前述した関連技術による品質劣化箇所の推定方式では、フローが通過するリンクが一意に特定できると仮定している。しかし、マルチパスルーティングや負荷分散ルーティングなどが行われているネットワークでは、フローが通過する可能性のある経路が２つ以上あり、実際にどの経路を通過したのか特定できない場合がある。このような場合には、関連技術による品質劣化箇所の推定方式は適用できない。

本発明の目的は、マルチパスルーティングや負荷分散ルーティングなど、フローが通過する可能性のあるリンク集合はわかってもその中のどのリンクを通過したか特定できないフローが存在する状況で、フロー品質情報に基づいて精度高く推定することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置は、通信ネットワークの品質劣化箇所を推定する装置であって、前記通信ネットワークを流れるフローの通信品質を収集するフロー品質情報収集手段と、前記通信ネットワークの経路情報を収集する経路情報収集手段と、前記フロー品質情報に基づいて品質劣化フロー及び品質非劣化フローを決定し、前記通信ネットワークの経路情報から前記フローが経由するリンクを求める処理手段と、前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成するリンクについては非劣化リンクとして除去せずに、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去する非劣化リンク除去手段と、前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から劣化リンクを決定する劣化リンク決定手段とを有することを特徴とする。

本発明に係る通信ネットワークの品質劣化箇所推定方法は、通信ネットワークの品質劣化箇所を推定する方法であって、前記通信ネットワークを流れるフローの通信品質を収集するステップと、前記通信ネットワークの経路情報を収集するステップと、前記フロー品質情報に基づいて品質劣化フロー及び品質非劣化フローを決定し、前記通信ネットワークの経路情報から前記フローが経由するリンクを求めるステップと、前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成するリンクについては非劣化リンクとして除去せずに、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去する非劣化リンク除去ステップと、前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から劣化リンクを決定する劣化リンク決定ステップとを有することを特徴とする。

本発明に係る通信ネットワークの品質劣化箇所推定プログラムは、通信ネットワークの品質劣化箇所を推定するプログラムであって、コンピュータに、前記通信ネットワークを流れるフローの通信品質を収集する処理と、前記通信ネットワークの経路情報を収集する処理と、前記フロー品質情報に基づいて品質劣化フロー及び品質非劣化フローを決定し、前記通信ネットワークの経路情報から前記フローが経由するリンクを求める処理と、前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成するリンクについては非劣化リンクとして除去せずに、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去する非劣化リンク除去処理と、前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から劣化リンクを決定する劣化リンク決定処理とを実行させることを特徴とする。

本発明に係る通信ネットワークシステムは、上記いずれかの通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、マルチパスルーティングや負荷分散ルーティングなど、フローが通過する可能性のあるリンク集合はわかってもその中のどのリンクを通過したか特定できないフローが存在する状況で、フロー品質情報に基づいて精度高く推定することができる。

以下、本発明に係る通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置、方法、及びプログラム、並びに通信ネットワークシステムに係る実施の形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態について、図１〜図６を参照して説明する。

図１は、本実施の形態に係る通信ネットワーク（本発明の通信ネットワークシステムに対応する。）の全体構成を示す。同図に示す通信ネットワークは、複数のルータあるいはスイッチ（図示の例では８つのルータ）Ｒ１〜Ｒ８と、複数（図示の例では６つ）の端末Ｔ１〜Ｔ６と、品質劣化箇所推定サーバ（本発明の品質劣化箇所推定装置に対応する。）Ｓ１とを有し、これらが互いに通信可能に接続されている。

図１の例では、通信ネットワークの端部に、４つのルータＲ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６が、通信ネットワークの中央部に、４つのルータＲ２、Ｒ４、Ｒ７、Ｒ８がそれぞれ配置されている。ルータＲ１、Ｒ３は、隣接するルータＲ２との間でリンクを構成して互いに接続されている。また、ルータＲ５、Ｒ６は、隣接するルータＲ４との間でリンクを構成して互いに接続されている。さらに、中央部のルータＲ２とＲ４との間には、ルータＲ７、Ｒ８がそれぞれ異なるパス（マルチパス）でリンクを構成して互いに接続されている。

端末Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４は、端部に位置する４つのルータＲ１、Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６にそれぞれ接続されている。また、端末Ｔ５、Ｔ６は、中央部に位置する２つのルータＲ２、Ｒ４にそれぞれ接続されている。さらに、品質劣化箇所推定サーバＳ１は、端部に位置するルータＲ１に接続されている。

図２は、図１に示す通信ネットワークのルータ間を接続するリンクを説明するものである。以下では、端末とルータを接続するリンクは説明から省略するが、含める場合も同様である。

図２において、Ｌ１０は、ルータＲ１からＲ２へ向かう経路のリンク、Ｌ１５はＬ１０とは逆経路のリンクを示す。Ｌ３０は、ルータＲ４からＲ５へ向かう経路のリンク、Ｌ３５は、Ｌ３０とは逆経路のリンクを示す。Ｌ４０は、ルータＲ４からＲ６へ向かう経路のリンク、Ｌ４５は、Ｌ４０とは逆経路のリンクを示す。Ｌ５０は、ルータＲ３からＲ２へ向かう経路のリンク、Ｌ５５は、Ｌ５０とは逆経路のリンクを示す。Ｌ６０は、ルータＲ２からＲ７へ向かう経路のリンク、Ｌ６５はＬ６０とは逆経路のリンクを示す。Ｌ７０は、ルータＲ７からＲ４へ向かう経路のリンク、Ｌ７５は、Ｌ７０とは逆経路のリンクを示す。Ｌ８０は、ルータＲ２からＲ８へ向かう経路のリンク、Ｌ８５は、Ｌ８０と逆経路のリンクを示す。Ｌ９０は、ルータＲ８からＲ４へ向かう経路のリンク、Ｌ９５は、Ｌ９０とは逆経路のリンクを示す。

図２に示すように、ルータＲ２からルータＲ４へ向かう経路は、ルータＲ２→Ｒ７→Ｒ４を経由するパス（リンクＬ６０、Ｌ７０）と、ルータＲ２→Ｒ８→Ｒ４を経由するパス（リンクＬ８０、Ｌ９０）との２つのマルチパスから構成されているものとする。

図３は、本実施の形態における品質劣化箇所推定サーバＳ１の内部構成図を示す。

同図に示すように、品質劣化箇所推定サーバＳ１は、フロー品質情報収集部１１（本発明のフロー品質情報収集手段に対応する。）、経路情報収集部１２（本発明の経路情報収集手段に対応する。）、フロー品質／経由リンクテーブル管理部１３（本発明の決定手段に対応する。）、フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１４、非劣化リンク除去部１５（本発明の非劣化リンク除去手段に対応する。）、縮小フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１６、品質劣化箇所推定部１７（本発明の劣化リンク決定手段に対応する。）、表示部１８から構成される。この構成により、品質劣化箇所推定サーバＳ１は、端末Ｔ１〜Ｔ６からフロー毎の品質情報を集め、ルータＲ１〜Ｒ８（あるいはスイッチ）から得た経路情報を基に、品質劣化箇所を推定し、推定結果を表示部１８に出力する。

以下に、品質劣化箇所推定サーバＳ１の各構成要素の動作を説明する。

フロー品質情報収集部１１は、端末が通信を開始すると、端末からからそれを通知される。また、通信開始以降は、端末から端末の現在の通信品質情報およびフローレートを受け取る。すなわち、送信端末のアドレス、受信端末のアドレス、フロー品質情報、パケットレートの情報の組を受け取る。端末が通信終了すると、通信終了の通知を受け取る。ここで、フロー品質情報とは、例えば、パケットロス率、遅延、遅延ジッタなどの通信品質に関わる情報である。パケットレートとは、通信に使われたフローの１秒あたりのパケット数の情報である。

経路情報収集部１２は、ルータＲ１〜Ｒ８（あるいはスイッチ）から、ルーティングに関する情報を収集する。これは、ＳＭＴＰ（Simple Network Management Protocol）等を使って行うことが可能である。ルーティングに関する情報があれば、送受信端末のアドレス情報から、該送受信端末間の通信がどの経路で行われるかを決定することができる。具体的には、ルータから収集する場合には、ルーティングテーブルとＡＲＰ（Address Resolution Protocol）テーブルであり、スイッチから収集する場合には、フォワーディングデーターベースと、スパニングツリーの構成情報である。なお、この情報は、ルータ（あるいはスイッチ）Ｒ１〜Ｒ８から収集せず、ネットワーク管理者が与えることも可能である。

フロー品質／経由リンクテーブル管理部１３は、フロー品質情報収集部１１から得たフロー品質情報と、経路情報収集部１２からのルーティングに関する情報に基づいて、現在通信が行われているフローについて、経由しているリンク集合と、そのフローの現在のフロー品質フラグから成るフロー品質／経由リンクテーブルを維持する。フロー品質フラグとは、各フローの品質があらかじめ決められた良好閾値（非劣化閾値）によりも良い場合には「Ｇｏｏｄ」又はこれに対応するフラグ値となり、あらかじめ決められた劣化閾値よりも悪い場合には「Ｂａｄ」又はこれに対応するフラグ値となる（それ以外は不定となる）フラグである。

図１において、端末Ｔ１からＴ３へ向かう経路上のフローＦ１と、端末Ｔ２からＴ４へ向かう経路上のフローＦ２と、端末Ｔ１からＴ４へ向かう経路上のフローＦ３とが存在し、フローＦ１のフロー品質が「Ｇｏｏｄ」、フローＦ２、Ｆ３のフロー品質がいずれも「Ｂａｄ」であった場合、図５のようなフロー品質／経由リンクテーブルとなる。

図５に示すフロー品質／経由リンクテーブルにおいて、各行は経路上の３つのフローＦ１、Ｆ２、Ｆ３に対応し、各列は３つのフローＦ１、Ｆ２、Ｆ３が経由している８つのリンク（経由リンク）Ｌ１０、Ｌ５０、Ｌ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０、Ｌ３０、Ｌ４０に対応する。この例では、フローの行とリンクの列とで区分けされたマス（セル）に入る値（テーブル値）は、１）フローの経由していないリンクでは「０」、２）フローの経由しているリンクであって、マルチパスを構成していないリンクには「１」、３）フローの経由しているリンクであって、マルチパスを構成するリンクには、マルチパスの数を記すものとする。図１の例では、例えば、リンクＬ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０は２つのマルチパスを構成するリンクであるため、これらのリンクを経由するフローの行と該当するリンクの列のマスには、「２」の値が入る。

フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１４は、フロー品質／経由リンクテーブル管理部１３により維持されるフロー品質／経由リンクテーブルを更新可能に記憶する。

非劣化リンク除去部１５は、フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１４に記憶されているフロー品質／経由リンクテーブルに対し、図４に示す非劣化リンク除去処理を行い、品質情報、フローレート情報を除いた、縮小フロー品質／経由リンクテーブルを生成し、縮小フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１６に書き込む。

ここで、非劣化リンク除去処理は、図４に示すように、次のステップＳｔ１、Ｓｔ２で構成される。

ａ）ステップＳｔ１：まず、フロー品質／経由リンクテーブルから、品質フラグが「Ｇｏｏｄ」のフロー（品質非劣化フロー又は品質良好フロー）について、各リンクの列のうち、「１」が記されているリンクの列を非劣化リンクとして除く。

ｂ）ステップＳｔ２：次に、品質フラグが「Ｇｏｏｄ」のフローの行を除く。

図４に示す非劣化リンク除去処理により、例えば、図５に示すフロー品質／経由リンクテーブルから、品質フラグが「Ｇｏｏｄ」のフローＦ１の経路上の各リンクから、「１」が記されているリンクＬ１０、Ｌ３０に対応する列が非劣化リンクとして除去され（ステップＳ１）、次に品質フラグが「Ｇｏｏｄ」のフローＦ１に対応する行が除去される（ステップＳ２）。その結果、図６に示すような品質フラグが「Ｂａｄ」のフローＦ２、Ｆ３（品質劣化フロー）の行において、非劣化リンクとして除去されなかったリンクＬ５０、Ｌ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０、Ｌ４０の列から構成される縮小フロー品質／経由テーブルが得られる。

縮小フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１６は、前述した非劣化リンク除去処理で得られた縮小フロー品質／経由リンクテーブルを更新可能に記憶する。

品質劣化箇所推定部１７は、縮小フロー／経由リンクテーブル記憶部１６から縮小フロー品質／経由リンクテーブルを読み出し、品質劣化フロー数に基づく推定法、あるいは、最小リンク数推定法を用いて、非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から劣化リンクを決定することにより、品質劣化箇所を推定し、表示部１８へ出力する。

表示部１８は、品質劣化箇所推定部１７から出力された品質劣化箇所を表示する。

ここで、品質劣化箇所推定部１７による処理、すなわち品質劣化フロー数に基づく推定法及び最小リンク数に基づく推定法を用いた処理についてそれぞれ説明する。

（品質劣化フロー数に基づく推定法）
品質劣化箇所推定部１７による品質劣化フロー数に基づく推定法を用いた処理では、縮小フロー品質／経由リンクテーブルの各リンクの列について、「１」以上の値（本例では「１」又は「２」）が入っているマスの数を数え、その数が大きいものから並べ、あらかじめ決められた順位までに含まれるリンクを劣化箇所と推定する。例えば、図６のような縮小フロー／経由リンクテーブルの場合、リンクＬ５０、Ｌ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０、Ｌ４０の列について、「１」以上の値が入っているマスの数はそれぞれ、１、２、２、２、２、１であり、この中で一番数の多いリンクである、リンクＬ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０を劣化箇所として推定する。

（最小リンク数推定法）
品質劣化箇所推定部１７による最小リンク数に基づく推定法を用いた処理では、まず、フロー品質／経由リンクテーブルのリンク列について、マスの値に「１」以上の値が立っているフローの集合を、そのリンク列に属するフロー集合と呼ぶ。例えば、図６の縮小フロー品質／経由リンクテーブルの場合、リンクＬ６０の列に属するフロー集合は、｛Ｆ２、Ｆ３｝である。さらに、複数のリンク列のそれぞれに属するフロー集合の和集合も同様に、それらのリンク列の集合に属するフロー集合と呼ぶ。例えば、図６の縮小フロー品質／経由リンクテーブルの場合、リンク列の集合｛Ｌ５０、Ｌ６０｝に属するフロー集合は、｛Ｆ２、Ｆ３｝である。

そして、リンク列の集合に属するフロー集合が、縮小フロー品質／経由リンクテーブルの全フローと同一になるリンク列の集合のうち、最小の要素数からなるものを選ぶ。例えば、品質劣化箇所推定部１７により、図６に示す縮小フロー品質／経由リンクテーブルについて、最小リンク数推定法を実行する場合を説明する。

この場合、リンク列の集合に属するフロー集合が縮小フロー品質／経由リンクテーブルの全フロー、すなわち｛Ｆ２、Ｆ３｝となるようなリンク集合は、｛Ｌ６０｝、｛Ｌ７０｝、｛Ｌ８０｝、｛Ｌ９０｝、｛Ｌ５０、Ｌ４０｝がある。このうち、最小の要素数を持つものは、要素数１の｛Ｌ６０｝、｛Ｌ７０｝、｛Ｌ８０｝、｛Ｌ９０｝である。よって、この場合も、上述の品質劣化フロー数に基づく推定法と同様に、リンクＬ６０、Ｌ７０、Ｌ８０、Ｌ９０が劣化リンクとして推定される。なお、最小リンク数推定は、最小被覆問題のアルゴリズムを用いて解くことが可能である。

従って、本実施の形態によれば、マルチパスを通過するフローがあった場合にも、劣化リンクを推定することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について、図７〜図１０を参照して説明する。

本実施の形態は、第１の実施の形態の内、品質劣化箇所推定サーバＳ１の非劣化リンク除去部１５の動作のみが異なるため、異なる点のみ説明する。

非劣化リンク除去部１５は、フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１４に記憶されているフロー品質／経由リンクテーブルに対し、図７に示す非劣化リンク除去処理を行い、品質情報、フローレート情報を除いた、縮小フロー品質／経由リンクテーブルを生成し、縮小フロー品質／経由リンクテーブル記憶部１６に書き込む。

非劣化リンク除去処理は、図７に示すに示すように、次のステップＳｔ１１〜Ｓｔ１４で構成される。

ステップＳｔ１１：まず、フロー品質／経由リンクテーブルから、品質フラグが「Ｇｏｏｄ」のフロー（品質非劣化フロー）について、各リンク列のマスに「１」の値が記されているリンクの列を除く。

ステップＳｔ１２：次に、残ったリンクのうち、品質フラグが「Ｇｏｏｄ」のフローが１つ以上通るリンクについて、各リンク列のマスの値の最大値をＰとして、次の式１により、ｐ＝１からｐ＝Ｐまでの以下の和をとる。

ここで、Ｇｐ、Ｂｐは、それぞれ該リンク列で値ｐを持つ「Ｇｏｏｄ」のフロー（品質非劣化フロー又は品質良好フロー）の数と「Ｂａｄ」のフロー（品質劣化フロー）の数であり、ｆ（Ｇｐ、Ｂｐ、ｐ）は、ＧｐとＢｐの差に関して増加、ｐに関して減少、ＧｐとＢｐの和に関して増加する関数である。

ステップＳｔ１３：次に、式１の値があらかじめ決められた閾値を超えたリンクの列を除く。

ステップＳｔ１４：最後に全ての「Ｇｏｏｄ」のフローの行を除去する。

例えば、ｆ（Ｇｐ、Ｂｐ、ｐ）の例としては、以下の式２に示すようなものが考えられる。

以下では、式２を使った例を示す。例えば、図８のようなフロー品質／経由リンクテーブルであった場合を考える。図８の例では、経路上のフローとして、品質フラグが「Ｇｏｏｄ」の５つのフローＦ１〜Ｆ５と、品質フラグが「Ｂａｄ」の３つのフローＦ６〜Ｆ８とがある。そして、各フローの経由するリンクとして、２１のリンクＬ１０〜Ｌ２１０があり、このうちマルチパスを構成しているリンクはＬ９０〜Ｌ１２０である。

この場合、まず品質フラグが「Ｇｏｏｄ」のフローＦ１〜Ｆ５について、各リンクのマスに「１」が記されているリンクＬ１０〜Ｌ４０、Ｌ１４０〜Ｌ１８０の列が非劣化リンクとして除かれ（ステップＳｔ１１）、図９のように、リンクＬ６０〜Ｌ１３０、Ｌ１９０〜Ｌ２１０の列が残る。

次に、式１の値を求める（ステップＳｔ１２）。図９の例では、残ったリンクの内、リンクＬ６０〜Ｌ８０、Ｌ１８０〜Ｌ２１０については、Ｐ＝１であり、式１の値は、−１となる。同様に、リンクＬ１３０については、Ｐ＝１であり、式１の値は、−（３）＊（３）＾（１／２）である。リンクＬ９０〜Ｌ１２０については、Ｐ＝２であり、ｐ＝１の時、式２の値はゼロ、ｐ＝２の時、式２の値は（５−３）／２＊（５＋３）＾（１／２）＝２．８２３．．．となるため、式１の値は２．８２３．．．となる。

ここで、式１の値における閾値をあらかじめ２に設定する。そうすると、式１の値が２を超えるのは、リンクＬ９０〜Ｌ１２０である。そこで、ステップＳｔ１１で得られた図９のフロー品質／経由リンクテーブルから、式１の値があらかじめ決めた閾値を超えるリンクＬ９０〜Ｌ１２０の列が非劣化リンクとして除去され（ステップＳｔ１３）、最後に全ての「Ｇｏｏｄ」のフローＦ１〜Ｆ５が除去される（ステップＳｔ１４）。

その結果、図１０に示すような品質フラグが「Ｂａｄ」のフローＦ６、Ｆ７、Ｆ８（品質劣化フロー）において、非劣化リンクとして除去されずに残ったリンクＬ６０〜Ｌ８０、Ｌ１３０、Ｌ１９０〜Ｌ２１０の列から構成された縮小フロー品質／経由リンクテーブルが得られる。

すなわち、非劣化リンク除去部１５では、品質非劣化フローについて、フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去し、マルチパスを構成するリンクについては、マルチパスの数、該リンクを通る品質良好フローの数と該リンクを通る品質劣化フローの数の差及び和のいずれかに依存して決まる優先度が高いものを非劣化リンクとして除去している。

従って、本実施の形態によれば、マルチパスを通過するフローがあった場合に、第１の実施の形態の効果に加え、より多くの非劣化リンクを除去できるため、推定精度がより一層高まるという利点がある。その理由は、以下の通りである。

あるリンクについて、そのリンクをパス数ｐのマルチパスの１つとして通る「Ｇｏｏｄ」フロー（品質良好フロー）と「Ｂａｄ」フロー（品質劣化フロー）が有った場合、「Ｇｏｏｄ」フロー数と「Ｂａｄ」フローの数との差がパス数ｐに比べて十分大きいほど、そのリンクは「Ｇｏｏｄ」リンクである可能性が高い。この可能性は、「Ｇｏｏｄ」フローと「Ｂａｄ」フロー数の合計が高いほどそのリンクが「Ｇｏｏｄ」リンクである可能性が高まる（大数の法則による）。式１の値は、「Ｇｏｏｄ」フロー数と「Ｂａｄ」フローの数との差がパス数ｐに比べて十分大きいほど、また、「Ｇｏｏｄ」フロー数と「Ｂａｄ」フロー数の合計が高いほど、大きな値を取るようになっており、式１の値の大小は「Ｇｏｏｄ」リンクの可能性の大小と一致する。

このため、本実施の形態では、第１の実施の形態で除去するリンクに加え、「Ｇｏｏｄ」リンクである可能性が高いリンクを除去することにより、推定精度をより一層向上させることが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について、図１１〜図１３を参照して説明する。

本実施の形態は、第２の実施の形態の内、品質劣化箇所推定サーバＳ１の品質劣化箇所推定部１７の動作のみが異なるため、異なる点のみ説明する。

品質劣化箇所推定部１７は、縮小フロー／経由テーブル記憶部１６から縮小フロー品質／経由リンクテーブルを読み出し、図１１に示すように、以下に述べるマルチパス対応最小リンク数推定法を用いて、品質劣化箇所を推定し、表示部１８へ出力する。

品質劣化箇所推定部１７によるマルチパス対応最小リンク数に基づく推定法を用いた処理では、まず、フロー品質／経由リンクテーブルのリンク列について、マスの値に「１」以上の値が立っているフローの集合を、そのリンク列に属するフロー集合と呼ぶ。

例えば、図１２に示す品質フラグが「Ｂａｄ」の４つのフローＦ５〜Ｆ８の行及び１３のリンクＬ５０〜Ｌ１３０、Ｌ１８０〜Ｌ２１０の列で構成された縮小フロー品質／経由リンクテーブルの場合を考える。この場合、リンクＬ６０の列に属するフロー集合は、「１」の値が入っているフローＦ５、Ｆ６から成る｛Ｆ５、Ｆ６｝である。さらに、複数のリンク列のそれぞれに属するフロー集合の和集合も同様に、それらのリンク列の集合に属するフロー集合と呼ぶ。例えば、図１２の縮小フロー品質／経由リンクテーブルの場合、リンク列の集合｛Ｌ６０、Ｌ７０｝に属するフロー集合は、｛Ｆ５、Ｆ６、Ｆ７、Ｆ８｝である。

品質劣化箇所推定部１７による処理は、図１１に示すように、次のステップＳｔ２１〜Ｓｔ２４で構成される。

ａ）ステップＳｔ２１：まず、各リンクの列の仮想要素数を以下のように求める。

（１）列の各行の値の最大値が「１」の場合、仮想要素数は１とする。

（２）列の各行の値の最大値が「２」以上の場合、その最大値をＰとし、値ｋを持つ行の数をｎ（ｋ）とし、

を仮想要素数とする。ここで、ｇ（ｘ）はｘに関する単調増加関数で、１以上ｋ以下の値を取る関数である。

この関数ｇ（ｘ）は、例えば、

などが考えられる。ここで、リンク列の集合の仮想要素数とは、リンク列の仮想要素数の和とする。

ｂ）ステップＳｔ２２：リンク列の集合であって、それに属するフロー集合が、縮小フロー品質／経由リンクテーブルの全フローと同一になるリンク列の集合を求める。

ｃ）ステップＳｔ２３：求めた集合について、その集合の仮想要素数を集合の要素（リンク）の仮想要素数の和として求める。

ｄ）ステップＳｔ２４：求めた集合の中のうち、最小の仮想要素数からなるものを選び、出力する。あるいは、最小だけでなく、あらかじめ決められた順位までのリンク列の集合を選び、出力する。

例えば、図１２の例において、上記ｇ（ｘ）の式の定数Ｃ＝１０として、各行の仮想要素数を求めると、リンクＬ５０〜Ｌ８０、Ｌ１３０〜Ｌ２１０については上記（１）の場合に当てはまり、仮想要素数は１である。また、リンクＬ９０〜Ｌ１２０については、上記（２）の場合に当てはまり、Ｐ＝２であり、ｎ（１）＝０、ｎ（２）＝４であり、ｎ（１）のとき、ｇ（ｎ（１））＝ｍｉｎ（１、１＋１／１０＊（ｍａｘ（−１、０））＾２）＝１となり、ｎ（２）のとき、ｇ（ｎ（２））＝１／１０＊２＾２＝１．４となるため、仮想要素数は１．４である。

よって、図１２の例において、品質劣化箇所推定部１７によりマルチパス対応最小リンク数推定法を行うと、リンク列の集合に属するフロー集合が、縮小フロー品質／経由リンクテーブルの全フローと同一になるリンク列の集合は、｛Ｌ６０、Ｌ７０｝、｛Ｌ９０｝、｛Ｌ１００｝、｛Ｌ１１０｝、｛Ｌ１２０｝、｛Ｌ１３０｝であり、それぞれの仮想要素数は、２、１．４、１．４、１．４、１．４、１である。従って、図１２の例では、最小の仮想要素数１をもつ｛Ｌ１３０｝が劣化箇所として推定される。

これに対し、図１３に示すように、品質フラグが「Ｂａｄ」のフローがＦ５、Ｆ６の２本のフローしか無い場合を考える。この場合、図示のようにリンクＬ９０〜Ｌ１２０については、ｇ（ｎ（１））＝１、ｇ（ｎ（２））＝ｇ（２）＝１となるため、仮想要素数は１となる。よって、図１３の例では、品質劣化箇所推定部１７によりマルチパス対応最小リンク数推定法を行うと、リンク列の集合に属するフロー集合が縮小フロー品質／経由リンクテーブルの全フローと同一になるリンク列の集合は、｛Ｌ６０｝、｛Ｌ９０｝、｛Ｌ１００｝、｛Ｌ１１０｝、｛Ｌ１２０｝、｛Ｌ１３０｝であり、それぞれの仮想要素数は全て１となり、これら全てが劣化箇所として推定される。

すなわち、品質劣化箇所推定部１７は、非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から、全ての劣化リンクが通過するリンクの組であって、各リンクを通過するマルチパスフローの数と該フローのマルチパスの数によってリンク毎に決まる仮想要素数の和が最小となるようなリンクの組を、劣化リンクとして決定している。

従って、本実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加え、マルチパスを経由する劣化フローがあった場合に、第２の実施の形態よりも精度高く劣化箇所を推定することができるという利点がある。その理由は、以下の通りである。

第２の実施の形態の非劣化リンク除去を行った後の縮小フロー／経由リンクテーブル上のあるリンクについて、該リンクがマルチパス経路上のリンクであり、かつ、そのリンクを経由する品質劣化したマルチパスフローがあった場合、マルチパスフロー数が多くなればなるほど、マルチパスの全てのパス上に品質劣化が起こっている可能性が高くなる。すなわち、品質劣化したフロー数が少なければ、マルチパスのうちの一部のパス上に品質劣化があり、たまたまそれらの少ないフローが、その品質劣化したパスを通過した可能性が高い。

例えば、図１２の例と図１３の例を比べると、リンクＬ９０〜Ｌ１２０は２つのパスをもつマルチパス経路上のリンクであり、そのリンクを通過する劣化したフロー数は、図１２の場合４本、図１３の場合２本である。即ち、図１２では４本のフローが２つのパスを通過して全て劣化しており、図１３では２本のフローが２つのパスを通過して全て劣化している。図１２の方が多くのフローが劣化しており、２つのパスの両方が劣化している可能性が高い。

言い換えると、リンク集合｛Ｌ９０｝、｛Ｌ１００｝、｛Ｌ１１０｝、｛Ｌ１２０｝はいずれのケースも全ての劣化フローをカバーしているが（全て劣化フローがその集合のリンク要素を通るが）、図１２の場合は、本来２つリンクの組の集合で、つまりＬ９０とＬ１１０とかで劣化フローをカバーしている可能性が高い。よって、リンク集合｛Ｌ９０｝、｛Ｌ１００｝、｛Ｌ１１０｝、｛Ｌ１２０｝の要素数は１ではなく２に近い値と考えるべきである。仮想要素数はこの考えを実現している。

なお、上記各実施の形態は、次のように構成してもよい。

品質劣化箇所推定装置は、フロー品質収集手段、経路情報収集手段、フロー品質／経由リンクテーブル管理手段、非劣化リンク除去手段、及び品質劣化箇所推定手段を備える。フロー品質収集手段は、ネットワークを流れるフロー品質情報とフローレートを収集する。経路情報収集手段は、ネットワークの構成情報を集める。フロー品質／経由リンクテーブル管理手段は、フロー品質情報とネットワークの構成情報からフローが経由するリンクを求め、それらをテーブル形式で管理する。非劣化リンク除去手段は、フロー品質／経由リンクテーブルにおいて、１つ以上フローの品質の劣化があった場合、あらかじめ決められた劣化閾値及び非劣化閾値に基づいて、品質劣化フロー及び品質非劣化フローを決定し、品質劣化フローが経由するリンク集合から、通過する品質非劣化フロー数が、劣化閾値とフローレートに基づいて決められた非劣化フロー数閾値以上であるような非劣化リンクを除去する。品質劣化箇所推定手段は、品質劣化を起こした任意のフローの集合が経由するリンクから非劣化リンクを除去した集合の部分集合の中で、品質劣化を起こした任意のフローが経由しているリンクを含む部分集合であって、かつ、最小の要素数をもつ部分集合を、品質劣化箇所として出力する。

これによれば、通過する品質非劣化フロー数が、劣化閾値とフローレートに基づいて決められた非劣化フロー数閾値以上であるような非劣化リンクを除去することにより、十分高い確率で非劣化であるリンクを除去している。このため、劣化リンク推定の精度を高めることができる。

なお、上記各実施の形態に係る通信ネットワークシステムを構成する品質劣化箇所推定サーバは、上述した各部（フロー品質情報収集部、経路情報収集部、フロー品質／経由リンクテーブル管理部、フロー品質／経由テーブル記憶部、非劣化リンク除去部、縮小フロー品質／経由テーブル記憶部、品質劣化箇所推定部）の機能を実現可能なものであれば、ハードウェア及びソフトウェア構成は特に限定されるものではない。例えば、各部の機能毎に独立して回路（又はプログラム部品）を構成するものでも、１つの回路内に一体的に構成するものでも、いずれのものであってもよい。各部の機能を主にコンピュータ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）によるソフトウェア処理で実現する場合、そのソフトウェアを構成するプログラム及びそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に含まれる。

本発明は、通信ネットワークシステムの通信品質の劣化箇所を推定する装置、方法、プログラムの用途に適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る通信ネットワークシステムの全体構成を示すネットワーク構成図である。 図１に示す通信ネットワークシステムのルータ間を接続するリンクを説明する図である。 図１に示す品質劣化箇所推定サーバの内部構成を示すブロック図である。 図３に示す品質劣化箇所推定サーバの非劣化リンク除去部による非劣化リンク除去処理を説明するフローチャートである。 図３に示す品質劣化箇所推定サーバのフロー品質／経由リンクテーブルの例を説明する図である。 図４に示す非劣化リンク除去処理により図５のフロー品質／経由リンクテーブルから非劣化リンクが除去された縮小フロー品質／経由リンクテーブルの例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る通信ネットワークシステムにおける品質劣化箇所推定サーバの非劣化リンク除去部による非劣化リンク除去処理を説明するフローチャートである。 図７に示す非劣化リンク除去処理で用いるフロー品質／経由リンクテーブルの例を説明する図である。 図７に示す非劣化リンク除去処理により非劣化リンクを除去中のフロー品質／経由リンクテーブルの例を説明する図である。 図７の非劣化リンク除去処理により図８に示すフロー品質／経由リンクテーブルから非劣化リンクを除去された縮小フロー品質／経由リンクテーブルの例を説明する図である。 本発明の第３の実施の形態に係る通信ネットワークシステムにおける品質劣化箇所推定サーバの品質劣化箇所推定部による処理を説明するフローチャートである。 図１１に示す品質劣化箇所推定処理で用いる縮小フロー品質／経由リンクテーブルの例を説明する図である。 図１１に示す品質劣化箇所推定処理で用いる縮小フロー品質／経由リンクテーブルの他の例を説明する図である。 関連技術のネットワークとフローの関係を説明する図である。 関連技術のネットワークのルータ間を接続するリンクを説明する図である。 関連技術のフロー・リンク対応表の例を説明する図である。 関連技術の非劣化リンク除去処理の例を説明する図である。 関連技術の縮小フロー・リンク対応表の例を説明する図である。

符号の説明

１１ フロー品質情報収集部
１２ 経路情報収集部
１３ フロー品質／経由リンクテーブル管理部
１４ フロー品質／経由テーブル記憶部
１５ 非劣化リンク除去部
１６ 縮小フロー品質／経由テーブル記憶部
１７ 品質劣化箇所推定部
１８ 表示部
Ｒ１〜Ｒ８ ルータ（又はスイッチ）
Ｔ１〜Ｔ６ 端末
Ｓ１ 品質劣化箇所推定サーバ

Claims (10)

1. 通信ネットワークの品質劣化箇所を推定する装置であって、
   前記通信ネットワークを流れるフローの通信品質を収集するフロー品質情報収集手段と、
   前記通信ネットワークの経路情報を収集する経路情報収集手段と、
   前記フロー品質情報に基づいて品質劣化フロー及び品質非劣化フローを決定し、前記通信ネットワークの経路情報から前記フローが経由するリンクを求める決定手段と、
   前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成するリンクについては非劣化リンクとして除去せずに、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去する非劣化リンク除去手段と、
   前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から劣化リンクを決定する劣化リンク決定手段とを有することを特徴とする通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置。
2. 前記非劣化リンク除去手段は、
   前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去し、マルチパスを構成するリンクについては、マルチパスの数、該リンクを通る品質良好フローの数と該リンクを通る品質劣化フローの数の差及び和のいずれかに依存して決まる優先度が高いものを非劣化リンクとして除去することを特徴とする請求項１に記載の通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置。
3. 前記劣化リンク決定手段は、
   前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から、全ての劣化リンクが通過するリンクの組であって、各リンクを通過するマルチパスフローの数と該フローのマルチパスの数によってリンク毎に決まる仮想要素数の和が最小となるようなリンクの組を、劣化リンクとして決定することを特徴とする請求項２に記載の通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置。
4. 通信ネットワークの品質劣化箇所を推定する方法であって、
   前記通信ネットワークを流れるフローの通信品質を収集するステップと、
   前記通信ネットワークの経路情報を収集するステップと、
   前記フロー品質情報に基づいて品質劣化フロー及び品質非劣化フローを決定し、前記通信ネットワークの経路情報から前記フローが経由するリンクを求めるステップと、
   前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成するリンクについては非劣化リンクとして除去せずに、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去する非劣化リンク除去ステップと、
   前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から劣化リンクを決定する劣化リンク決定ステップとを有することを特徴とする通信ネットワークの品質劣化箇所推定方法。
5. 前記非劣化リンク除去ステップは、
   前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去し、マルチパスを構成するリンクについては、マルチパスの数、該リンクを通る品質良好フローの数と該リンクを通る品質劣化フローの数の差及び和のいずれかに依存して決まる優先度が高いものを非劣化リンクとして除去することを特徴とする請求項４に記載の通信ネットワークの品質劣化箇所推定方法。
6. 前記劣化リンク決定ステップは、
   前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から、全ての劣化リンクが通過するリンクの組であって、各リンクを通過するマルチパスフローの数と該フローのマルチパスの数によってリンク毎に決まる仮想要素数の和が最小となるようなリンクの組を、劣化リンクとして決定することを特徴とする請求項５に記載の通信ネットワークの品質劣化箇所推定方法。
7. 通信ネットワークの品質劣化箇所を推定するプログラムであって、
   コンピュータに、
   前記通信ネットワークを流れるフローの通信品質を収集する処理と、
   前記通信ネットワークの経路情報を収集する処理と、
   前記フロー品質情報に基づいて品質劣化フロー及び品質非劣化フローを決定し、前記通信ネットワークの経路情報から前記フローが経由するリンクを求める処理と、
   前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成するリンクについては非劣化リンクとして除去せずに、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去する非劣化リンク除去処理と、
   前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から劣化リンクを決定する劣化リンク決定処理とを実行させることを特徴とする通信ネットワークの品質劣化箇所推定プログラム。
8. 前記非劣化リンク除去処理は、
   前記品質非劣化フローについて、前記フローの経路上のリンクで、マルチパスを構成しないリンクについては非劣化リンクとして除去し、マルチパスを構成するリンクについては、マルチパスの数、該リンクを通る品質良好フローの数と該リンクを通る品質劣化フローの数の差及び和のいずれかに依存して決まる優先度が高いものを非劣化リンクとして除去することを特徴とする請求項７に記載の通信ネットワークの品質劣化箇所推定プログラム。
9. 前記劣化リンク決定処理は、
   前記非劣化リンクとして除去されなかったリンクの中から、全ての劣化リンクが通過するリンクの組であって、各リンクを通過するマルチパスフローの数と該フローのマルチパスの数によってリンク毎に決まる仮想要素数の和が最小となるようなリンクの組を、劣化リンクとして決定することを特徴とする請求項８に記載の通信ネットワークの品質劣化箇所推定プログラム。
10. 請求項１から３のいずれか１項に記載の通信ネットワークの品質劣化箇所推定装置を備えたことを特徴とする通信ネットワークシステム。

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