JP4926008B2

JP4926008B2 - 監視装置

Info

Publication number: JP4926008B2
Application number: JP2007297959A
Authority: JP
Inventors: 篤男立花; 茂浩阿野
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2027-11-16
Also published as: JP2009124551A

Description

本発明は、ネットワークの品質劣化区間を判定する監視装置に関する。

従来、複数のＴＴＬ（ＴｉｍｅＴｏＬｉｖｅ）値を設定したプローブパケットを監視対象のネットワーク上に存在するルータに送信し、各ルータのＩＣＭＰ応答メッセージであるＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＣｏｎｔｒｏｌＭｅｓｓａｇｅＰｒｏｔｏｃｏｌＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅ、インターネット制御通知プロトコル時間切れ通知）の到着時間を計測し、監視装置が送信したパケットの送信時刻と監視装置が受信したＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅの到着時間に基づいて監視対象のネットワークに含まれるルータ間の区間状態（ロス率等）を推定する監視装置が知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。

Aditya Akella, Srinivasan Seshan, Anees Shaikh, "An Empirical Evaluation of Wide-Area Internet Bottlenecks." In Proceedings of IMC2003, Miami, Florida, October 2003. M. Jain and C. Dovrolis, "End-to-end available bandwidth: Measurement methodology, dynamics, and relation with TCP throughput," in Proceedings of ACM SIGCOMM 2002, Aug. 2002.

しかしながら、監視対象のネットワークに含まれるルータの中には、監視装置が一定のタイミングでパケットを送信したとしても、ＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを送信するタイミングが一定ではないルータが含まれている場合があるため、従来の測定装置では各ルータ間の区間状態の推定精度が低下するという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ルータ間の区間状態を判定する精度を向上させた監視装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数のルータを含んだネットワークを監視する監視装置において、前記ルータにパケットを送信する送信部と、前記パケットに対する応答メッセージを前記ルータより受信する受信部と、各ルータについて、前記送信部が前記パケットを送信してから前記受信部が前記応答メッセージを受信するまでの時間を示す往復遅延を複数取得し、複数の当該往復遅延の標準偏差に基づいて、各ルータの使用可否を決定する決定部と、前記決定部が使用可と決定した前記ルータについての前記往復遅延に基づいて、前記ルータ間のネットワーク品質を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする監視装置間視装置である。

また、本発明の監視装置において、前記送信部はさらに前記ネットワークの終端に接続されている端末装置にパケットを送信し、前記受信部はさらに前記端末装置が前記パケットを受信した時刻を前記端末装置より取得し、前記判定部は、前記決定部が使用可と決定した任意の２つの前記ルータについての前記往復遅延に基づいて、前記任意の２つのルータを接続するネットワークの区間でのパケットの転送にかかる時間を示す区間往復遅延を算出し、前記ネットワークの区間毎に算出した前記区間往復遅延と、前記端末装置に前記送信部が前記パケットを送信してから当該端末装置が前記パケットを受信するまでの時間との相関関係に基づいて、前記ネットワークの区間のうち、ネットワーク品質に影響を与えている前記ネットワークの区間を判定することを特徴とする。

本発明によれば、ルータ間の区間状態を判定する精度を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は本実施形態における監視装置１の構成を示した図である。監視装置１は、制御部１１と、記憶部１２と、送信部１３と、受信部１４と、算出部１５と、選択部１６と、判定部１７とを備える。制御部１１は、監視装置１が備える各部の制御を行う。記憶部１２は、監視装置１が備える各部で使用する情報を記憶する。送信部１３はデータの送信を行う。受信部１４はデータの受信を行う。算出部１５は各種計算を行う。選択部１６は、区間状態を判断する際に使用するルータの選択を行う。判定部１７は、遅延が起きている区間を判定する。

次に、図２を参照して本実施形態における遅延区間の判定方法について説明する。図２は、本実施形態における監視装置１と端末装置２とルータ３−１〜３−Ｎとの構成を示した図である。監視装置１は判定対象のネットワークの一端に接続され、端末装置２は判定対象のネットワークの他端に接続されている。判定対象のネットワークはルータ３−１〜３−Ｎを備える。

（ステップＳ１０１）ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅコマンドを使用して、制御部１１は端末装置２までのホップ数を求める。本実施形態では、監視装置１と端末装置２との間にルータ３−１〜３−Ｎが存在しているため、端末装置２までのホップ数はＮ＋１である。

（ステップＳ１０２）制御部１１は、送信部１３を介して、ＴＴＬ値を１としたパケット、ＴＴＬ値を２としたパケット、ＴＴＬ値を３としたパケット、・・・、ＴＴＬ値をＮとしたパケット、ＴＴＬ値をＮ＋１としたパケットを一つずつ計Ｎ＋１個のパケットをネットワークに送信する。パケットのＴＴＬ値はルータに到着する毎に１つ減算される。ルータ３−１〜３−Ｎは、到着したパケットのＴＴＬ値が０となった場合、ＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅをそのパケットの送信元である監視装置１に送信する。ルータ３−１〜３−Ｎは、到着したパケットのＴＴＬ値が０とならなければ、他のルータ３−１〜３−Ｎにそのパケットを転送する。端末装置２は、監視装置１より送信されたパケットを受信し、受信した時刻を監視装置１に送信する。

なお、ルータ３−１〜３−Ｎは、先述したＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅの送信処理（キューイング）中に届いた他のパケットの転送に遅延を生じさせてしまう。この遅延の影響を避けるため、制御部１１はＴＴＬ値の大きいパケットから順に送信することが望ましい。また、ＴＴＬ値が異なるパケットを送信する際、パケットの送信間隔を狭くし、連続して送信することが望ましい。これは、各パケットの遅延の相関関係を強くするためである。なお、連続して送信するパケットのひとかたまりをパケットトレインと呼ぶ。

（ステップＳ１０３）受信部１４はルータ３−１〜３−Ｎが送信したＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを受信する。算出部１５は、制御部１１がルータ３−１〜３−Ｎにパケットを送信した時刻と、受信部１４がルータ３−１〜３−ＮからＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを受信した時刻との差分より、監視装置１とルータ３−１〜３−Ｎ間の往復遅延を算出する。往復遅延は、制御部１１がパケットをルータ３−１〜３−Ｎに送信した時刻から、受信部１４がルータ３−１〜３−ＮよりＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを受信した時刻までの時間である。また各ルータまでの往復遅延をｒ_ｉとする。（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ、Ｎはルータの数）

（ステップＳ１０４）一定回数ステップＳ１０２〜ステップＳ１０３の処理を実施し、ルータ３−１〜３−Ｎ毎に複数の往復遅延ｒ_ｉを取得する。算出部１５はルータ３−１〜３−Ｎ毎に取得した複数の往復遅延ｒ_ｉの標準偏差を算出する。選択部１６は、算出部１５が算出した各ルータの往復遅延ｒ_ｉの標準偏差と、予め決められている閾値とに基づいて、以下のステップで使用するルータを選択する。例えば、予め設定された閾値が１０ｍｓであり、あるルータでの往復遅延ｒ_ｉの標準偏差が２０ｍｓであれば、標準偏差は閾値以上であるため、そのルータは以下のステップでは使用しないとする。

（ステップＳ１０５）制御部１１は、ステップＳ１０４で選択部１６が選択したルータ３−１〜３−ＮにおいてパケットのＴＴＬ値が０になるようにＴＴＬ値を設定したパケットを生成し、生成したパケットをルータ３−１〜３−Ｎに送信する。このとき制御部１１は端末装置２に対してもパケットを送信する。選択部１６が選択したルータ３−１〜３−Ｎに到着したパケットのＴＴＬ値が０となった場合、ルータ３−１〜３−ＮはＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅをそのパケットの送信元である監視装置１に送信する。端末装置２は、監視装置１より送信されたパケットを受信し、受信した時刻を監視装置１に送信する。

（ステップＳ１０６）受信部１４は、ステップＳ１０５でルータ３−１〜３−Ｎが送信したＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを受信する。算出部１５は、ステップＳ１０５で制御部１１がルータ３−１〜３−Ｎにパケットを送信した時刻と、ステップＳ１０５で受信部１４がルータ３−１〜３−ＮからＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを受信した時刻との差分より、監視装置１とルータ３−１〜３−Ｎ間の往復遅延ｒ_ｉを算出する。また、算出部１５は、算出した往復遅延ｒ_ｉに基づいて、隣接するルータ間の区間往復遅延を算出する。区間往復遅延は、隣接するルータの往復遅延ｒ_ｉの差より算出する。例えば、ルータ３−１とルータ３−２が隣接するルータとすると、監視装置１とルータ３−１間の往復遅延ｒ_１と、監視装置１とルータ３−２間の往復遅延ｒ_２とより、ルータ３−１とルータ３−２間の区間往復遅延はｒ_２−ｒ_１である。また、ルータ３−１とルータ３−２間の区間番号を２とする。一方、受信部１４は、ステップＳ１０５で端末装置２が送信した受信時刻を受信する。

（ステップＳ１０７）一定回数ステップＳ１０５〜ステップＳ１０６の処理を実施し、ステップＳ１０４で選択したルータ３−１〜３−Ｎであって隣接するルータ３−１〜３−Ｎ間の区間往復遅延を複数取得する。なお、区間往復遅延の集合をＲｉ＝ｒ_ｉ，１，ｒ_ｉ，２，・・・，ｒ_ｉ，Ｑとする。ｉは区間番号であり、Ｑは監視装置１が取得した区間往復遅延の数である。また、受信部１４は、ステップＳ１０５で端末装置２が送信した受信時刻を受信する。算出部１５は、ステップＳ１０５で制御部１１が端末装置２にパケットを送信した時刻と受信部１４で受信した受信時刻との差分より、監視装置１と端末装置２間の片道遅延（エンドツーエンド遅延）ｄ_ｐを算出する。片道遅延ｄ_ｐは端末装置１の制御部１１がｐ番目のパケットを送信した時刻から、端末装置２が端末装置１から送信されたｐ番目のパケットを受信した時刻までの時間である。なお、片道遅延ｄ_ｐの集合をＳｄ＝ｄ_１，ｄ_２，・・・，ｄ_Ｑとする。Ｑは監視装置１が取得した片道遅延ｄ_ｐの数である。また、１≦ｐ≦Ｑである。

（ステップＳ１０８）算出部１５は、ステップＳ１０７で取得した区間往復遅延の集合Ｒｉに基づいて区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐを算出する。区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐはＲｉの最頻値（ＭＯＤＥ（Ｒｉ））と区間往復遅延ｒ_ｉ，ｐとの差分であり、次の式を満たす。ｒｖ_ｉ，ｐ＝ｒ_ｉ，ｐ−ＭＯＤＥ（Ｒｉ）
（ステップＳ１０９）算出部１５は、ステップＳ１０７で取得した片道遅延の集合Ｓｄに基づいて片道遅延変動ｄｖ_ｐを算出する。片道遅延変動ｄｖ_ｐはＳｄの最小値ｄ_ｍｉｎと片道遅延との差分であり、次の式を満たす。ｄｖ_ｐ＝ｄ_ｐ−ｄ_ｍｉｎ

（ステップＳ１１０）制御部１１は、算出部１５が算出した片道遅延変動ｄｖ_ｐを監視し、予め決められている閾値以上の片道遅延変動ｄｖ_ｐを検出した場合、ステップＳ１１１〜ステップＳ１１２の処理を実施する。例えば、予め設定された閾値が１０ｍｓであり、片道遅延変動ｄｖ_ｐが２０ｍｓであれば、片道遅延変動ｄｖ_ｐは閾値以上であるため、ステップＳ１１１の処理を実施する。
（ステップＳ１１１）制御部１１は、算出部１５に対し、隣接するルータ３−１〜３−Ｎとの間の各区間ｉの区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐと、監視装置１と端末装置２との間の片道遅延変動ｄｖ_ｐとのユークリッド距離ＤＩＳＴ_ｉの算出命令を行う。算出部１５は、区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐと片道遅延変動ｄｖ_ｐとを使用し、（１）式に基づいて、区間ｉ毎に区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐと、監視装置１と端末装置２との間の片道遅延変動ｄｖ_ｐとのユークリッド距離ＤＩＳＴ_ｉを算出する。

（ステップＳ１１２）ステップＳ１１１で算出部が算出した各区間ｉの区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐと、監視装置１と端末装置２との間の片道遅延変動ｄｖ_ｐとのユークリッド距離ＤＩＳＴ_ｉに基づいて、判定部１７はユークリッド距離ＤＩＳＴ_ｉが最小である区間ｉが品質劣化区間であると判定する。

区間ｉの区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐと、監視装置１と端末装置２との間の片道遅延変動ｄｖ_ｐとのユークリッド距離ＤＩＳＴ_ｉが最小である場合、すべての区間のなかで当該区間ｉの区間往復遅延変動ｒｖ_ｉ，ｐの値は、監視装置１と端末装置２との間の片道遅延変動ｄｖ_ｐとの値と最も近い。すなわちユークリッド距離ＤＩＳＴ_ｉが最小である区間ｉは、監視装置１と端末装置２との間の片道遅延変動ｄｖ_ｐに最も影響を与えている区間であり、品質劣化区間であると判断することができる。

図３は、本実施形態の一例である監視装置１と端末装置２とルータ３−１〜３−３との構成および区間往復遅延変動と片道遅延変動のグラフを示した図である。監視装置１は判定対象のネットワークの一端に接続され、端末装置２は判定対象のネットワークの他端に接続されている。判定対象のネットワークはルータ３−１〜３−３を備える。ルータ３−１とルータ３−２との区間を区間４０とする。ルータ３−２とルータ３−３との区間を区間４１とする。グラフ５０は区間４０の区間往復遅延変動ｒｖ_１，ｐを示したグラフである。グラフ５１は区間４１の区間往復遅延変動ｒｖ_２，ｐを示したグラフである。グラフ５２は監視装置１と端末装置２間の片道遅延変動ｄｖ_ｐを示したグラフである。なお、グラフ５０〜５２の基となる値は、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０９で算出した値である。

図示する例では、グラフ５１の区間往復遅延変動ｒｖ_２とグラフ５２の片道遅延変動ｄｖ_ｐの値の時系列での変化が関連している。グラフ５０の区間往復遅延変動ｒｖ_１とグラフ５２の片道遅延変動ｄｖ_ｐの値の時系列での変化が関連していない。すなわち、グラフ５１の区間往復遅延変動ｒｖ_２とグラフ５２の片道遅延変動ｄｖ_ｐのユークリッド距離は、グラフ５０の区間往復遅延変動ｒｖ_１とグラフ５２の片道遅延変動ｄｖ_ｐのユークリッド距離よりも小さい。よって、監視装置１の判定部１７は、監視装置１と端末装置２間のネットワークにおける品質劣化区間はルータ３−２とルータ３−３の間の区間であると判定する。

上述したとおり、ＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを一定のタイミングで送信するルータを選択し、そのルータから送信されるＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅに基づいて品質劣化区間を判定するため、監視対象のネットワークに含まれるルータの中にＩＣＭＰＴｉｍｅＥｘｃｅｅｄｅｄＭｅｓｓａｇｅを送信するタイミングが一定ではないルータが含まれている場合においてもルータ間の区間状態を判定する精度を向上させることができる。

また、ステップＳ１０５でパケットを送信する際、計測可能なルータを選択し、計測可能な区間のみを監視対象としているため、パケットの送信数を減らすことができ、計測によるネットワークへの負荷を軽減することもできる。

なお、本実施形態では、ステップＳ１０４で選択部１６が選択したルータ３−１〜３−Ｎと端末装置２に対し、ステップＳ１０５で制御部１１はステップＳ１０２と同様にパケットを送信しているが、ステップＳ１０５でパケットを送信せず、ステップＳ１０２で送信したパケットのうちステップＳ１０４で選択部１６が選択したルータ３−１〜３−Ｎと端末装置２に送信したパケットに基づいてステップＳ１０６〜ステップＳ１１２の処理を実施しても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明の一実施形態における監視装置の構成を示した図である。本実施形態における監視装置と端末装置とルータの構成を示した図である。本実施形態の一例である監視装置と端末装置とルータとの構成および区間往復遅延変動と片道遅延変動のグラフを示した図である。

符号の説明

１・・・監視装置、２・・・端末装置、３−１〜３−Ｎ・・・ルータ、４・・・ネットワーク、１１・・・制御部、１２・・・記憶部、１３・・・送信部、１４・・・受信部、１５・・・算出部、１６・・・選択部、１７・・・判定部

Claims

複数のルータを含んだネットワークを監視する監視装置において、
前記ルータにパケットを送信する送信部と、
前記パケットに対する応答メッセージを前記ルータより受信する受信部と、
各ルータについて、前記送信部が前記パケットを送信してから前記受信部が前記応答メッセージを受信するまでの時間を示す往復遅延を複数取得し、複数の当該往復遅延の標準偏差に基づいて、各ルータの使用可否を決定する決定部と、
前記決定部が使用可と決定した前記ルータについての前記往復遅延に基づいて、前記ルータ間のネットワーク品質を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする監視装置。
前記送信部はさらに前記ネットワークの終端に接続されている端末装置にパケットを送信し、
前記受信部はさらに前記端末装置が前記パケットを受信した時刻を前記端末装置より取得し、
前記判定部は、前記決定部が使用可と決定した任意の２つの前記ルータについての前記往復遅延に基づいて、前記任意の２つのルータを接続するネットワークの区間でのパケットの転送にかかる時間を示す区間往復遅延を算出し、前記ネットワークの区間毎に算出した前記区間往復遅延と、前記端末装置に前記送信部が前記パケットを送信してから当該端末装置が前記パケットを受信するまでの時間との相関関係に基づいて、前記ネットワークの区間のうち、ネットワーク品質に影響を与えている前記ネットワークの区間を判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の監視装置。