JP5177870B2 - 通信品質測定システム - Google Patents

Description

伝送技術、計算機の発達、インターネットが普及し、膨大な情報が通信回線を介して伝送されている。特にＷＡＮ(Wide Area Network)や広域網で用いられる回線は、情報量が多いだけでなく、多くの利用者で共有されるために回線障害による利用者、利用サービスへの影響は極めて大きく、深刻な問題となるケースが生じる。また、ＷＡＮや広域網の回線は、回線が長距離に及ぶために障害発生時の復旧作業は容易ではない。
このため、近年の通信回線においては高い回線品質の確保が求められる。それと同時に、回線品質を監視し、回線状態を確認することで、深刻な回線障害に至る前に回線の異常を発見できることが必要とされる。

このために回線品質の測定としては、定量的な測定データを取得できること、回線の運用（サービス）を停止することなく常時測定が行えること、受信パワーなどの物理的な異常ではなく伝送されるデータのビットレベルでの品質測定ができることなどが求められ、これらにより正確で、且つ信頼性の高い回線品質監視を実現することできる。

メディアコンバータ回線の回線品質確認には、受信電力やフレーム同期など物理リンクの監視が行われる。しかし、極めて瞬間的な障害など、物理リンク監視上は正常にリンク確立しているにも関わらず伝送するデータにエラーが生じる場合もあるため、物理リンク状態により回線状態、回線品質を正確に評価することは困難である。

他の回線品質確認としてループバック機能を有するメディアコンバータがある。ＴＴＣ仕様書ＴＳ−１０００の場合、対向装置にてループを形成し、送信データとループされ返されるデータとの照合を行い回線の正常性を確認するが、ループ形成中はユーザフレームを遮断するため、ユーザデータの存在する運用中の状態で回線品質を監視することはできない。
付加的機能として、フレームエラーチェックを行うことで、フレームエラーの有無で回線品質を推定することが可能である。

これに対する関連技術として、通信回線の無データ期間を検出し、この検出された無データ期間にテスト用データを送信する手段と、この送信されたテスト用データに基づき通信障害を検出するシステムを備え、オンライン中の通信相手側の通信データ分配器から返送されたデータと送出したデータとを照合することにより通信障害を検出するデータ通信システムが開示されている(特許文献１)。

また、関連技術として、パケット通信において、データパケット間に物理回線監視情報として一定のサンプルデータを送受信して、受信したサンプルデータを前に受信して保持してあるチェックデータと比較することでサンプルデータ誤り率をチェックすることにより回線品質を監視する手法が開示されている(特許文献２)。

更に、関連技術として、フレームリレー網における回線品質測定用の測定フレームを生成する手段と前記測定フレームとデータフレームとを送信する手段を備えた送信ノードと受信された測定フレームおよびデータフレームに生じたフレームエラーを検出する手段を有する受信ノードを備え、エラーチェック用のテストフレームを挿入することにより中継回線の回線品質を測定する方式が開示されている(特許文献３)。

特開平２００６−１９７１７６公報 特開平５−３０１５９公報 特開平６−４６２２４公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された関連技術では、イーサネット（登録商標）の規格上１２バイトに設定されたフレーム間ギャップのうち固定長の７バイトを利用してテストフレームの送信を行う。このため、テストデータの送信と共に通信データのオーバヘッドが生じ、テストデータの送信効率が低下するという不都合が生じる。
又、上記特許文献２に開示された関連技術では、テスト用データ(テストフレーム)を送出し当該テストデータに対して返送されたデータに基づいて通信回線品質の監視を行うため、通信回線の上り／下りの異常個所特定が困難となるという不都合がある。
更に、上記特許文献３に開示された関連技術では、例えば、ＦＣＳを用いたフレームエラーチェックを行う場合、フレーム単位でのエラー検出のためビットエラーレートでの品質測定はできない。また、フレーム単位での品質測定の場合、エラーチェックに使用するフレーム長に依存し得られる回線品質結果の信頼性に差が生じてしまうという不都合があった。

又、通信回線に接続された通信端末が、エラーフレームも含めてすべてのデータフレームを回線上へ転送するようなリピータタイプの通信端末である場合には、通信回線の回線品質に起因して発生したエラーなのか、若しくはエラーフレームが伝送されたのかというように、エラー発生箇所が特定できないため、通信回線単独の回線品質の測定ができないという不都合が生じ得る。

［発明の目的］
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、通信中であっても回線における通信状態を監視し通信品質を有効に測定する通信品質測定システム、通信品質測定方法、および通信品質測定プログラムを提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る通信品質測定システムは、通信回線を介して相互に接続された異なる通信中継装置と、前記各通信中継装置それぞれに接続した通信端末を備え、前記通信中継装置および前記通信回線を介して前記通信端末が相互にユーザフレームを通信するときに、前記一方の通信中継装置が他方の通信中継装置に対して処理対象である処理データを含む通信データを送信し、前記通信データに基づき前記他方の通信中継装置が前記通信回線における通信品質の測定を行う通信品質測定システムであって、前記一方の通信中継装置が、前記処理データ間における通信アイドル区間の長さを測定するアイドル区間検知部と、通信品質測定用のテスト用データを生成するテストフレーム生成部と、前記通信アイドル区間の長さが予め設定された区間長より長い場合に前記通信アイドル区間に前記テスト用データを挿入して送信するテストフレーム送出部とを備え、前記他方の通信中継装置が、前記一方の通信中継装置から送り込まれたデータの種別を識別する受信部と、予め設定された照合用データと前記テスト用データとを照合するデータ照合部と、前記送り込まれたテスト用データに基づき前記通信回線上における通信エラーを検出するテストフレーム照合部と、前記受信した通信データのうちのテスト用データとユーザフレームと判別することができないフレーム区間を前記通信アイドル区間に変換することにより前記テスト用データが前記通信端末に転送されることを抑制するフレーム変換転送部とを備え、前記テスト用データは、前記通信データ内でテスト用データであることを示す識別子と周期性を有する乱数パタンとしての試験データとから成り、前記通信中継装置は、前記テスト用データを識別するテスト用データ識別手段と、前記乱数パタンの周期性に基づき前記試験データを特定すると共に当該試験データを予め設定された照合用データと照合する試験データ照合手段とを備えた構成をとっている。

又、本発明にかかる通信品質測定方法は、通信回線を介して相互に接続された異なる通信中継装置と、前記各通信中継装置それぞれに接続した通信端末を備え、前記通信中継装置および前記通信回線を介して前記通信端末が相互に処理データを通信するときに、前記一方の通信中継装置が他方の通信中継装置に対して処理対象である処理データを含む通信データを送信し、前記通信データに基づき前記他方の通信中継装置が前記通信回線における通信品質の測定を行う通信品質測定方法であって、前記一方の通信中継装置が、前記処理データ間における通信アイドル区間の長さを測定すると共に、通信品質測定用のテスト用データを生成するテスト用データ設定工程と、前記通信アイドル区間の長さが予め設定された区間長より長い場合に前記通信アイドル区間に前記テスト用データを挿入して送信するテスト用データ送信工程とを備え、前記他方の通信中継装置が、前記一方の通信中継装置から送り込まれたデータの種別を選別するデータ種別選別工程と、予め設定された照合用データと前記テスト用データとを照合すると共に、この照合結果に基づき前記通信回線上における通信エラーを検出する通信品質測定工程と、前記受信した通信データのうちのテスト用データと処理データと判別することができないフレーム区間を前記通信アイドル区間に変換することにより前記テスト用データが前記通信端末に転送されることを抑制するフレーム変換工程と、前記テスト用データは、前記通信データ内でテスト用データであることを示す識別子と周期性を有する乱数パタンとしての試験データとから成り、前記通信中継装置は、前記テスト用データを識別するテスト用データ識別工程と、前記乱数パタンの周期性に基づき前記試験データを特定すると共に当該試験データを予め設定された照合用データと照合する試験データ照合工程とを備えたことを特徴としている。

更に、本発明にかかる通信品質測定プログラムは、通信回線を介して相互に接続された異なる通信中継装置と、前記各通信中継装置それぞれに接続した通信端末を備えた通信品質測定システムにあって、前記通信中継装置および前記通信回線を介して前記通信端末が相互に処理データを通信するときに、前記一方の通信中継装置が他方の通信中継装置に対して処理データを含む通信データを送信し、前記他方の通信中継装置が前記通信データに基づき前記通信回線における通信品質の測定を行うための通信品質測定プログラムであって、前記処理データ間における通信アイドル区間の長さを測定すると共に、通信品質測定用のテスト用データを生成するテスト用データ設定機能と、前記通信アイドル区間の長さが予め設定された区間長より長い場合に前記通信アイドル区間に前記テスト用データを挿入して前記通信回線を介して送信するテスト用データ送信機能と、前記通信回線を介して他の通信中継装置から送り込まれた通信データに基づきテスト用データの選別を行うデータ種別選別機能と、予め設定された照合用データと前記テスト用データとを照合すると共に、この照合結果に基づき前記通信回線上における通信エラーを検出する通信品質測定機能と、前記受信した通信データのうちのテスト用データと処理データと判別することができないフレーム区間を前記通信アイドル区間に変換することにより前記テスト用データが前記通信端末に転送されることを抑制するフレーム変換機能と、前記テスト用データは、前記通信データ内でテスト用データであることを示す識別子と周期性を有する乱数パタンとしての試験データとから成り、前記テスト用データを識別するテスト用データ識別機能と、記乱数パタンの周期性に基づき前記試験データを特定すると共に当該試験データを予め設定された照合用データと照合する試験データ照合機能と、を前記通信中継装置のコンピュータにより実現することを特徴としている。

本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、通信データ内の通信アイドル区間の長さに応じてテスト用データを挿入する一方の通信中継装置と、送り込まれたテスト用データに基づき通信回線上における通信エラーの検出を行う他方の通信中継装置とを備えた構成としたので、通信中の回線における通信状態を確実に監視し、これにより、通信品質を有効に測定する通信品質測定システム、通信品質測定方法、および通信品質測定プログラムを提供することができる。

［実施形態］
次に、本発明の実施形態１について、その基本的構成内容を説明する。

本実施形態の通信品質測定システムは、図１に示すように、通信機能を有する端末３および４と、この端末３に端末回線１１を介して接続され端末３からの通信データの転送を行うメディアコンバータ１と、端末４に端末回線１２を介して接続され端末４からの通信データの転送を行うメディアコンバータ２とを備えると共に、このメディアコンバータ１とメディアコンバータ２が、メディアコンバータ回線１０を介して接続された構成となっている。
又、この通信品質測定システムでは、端末３および４が、各端末から送出された処理対象の通信データであるユーザフレーム(ＵＦ)を、メディアコンバータ１、メディアコンバータ回線１０、およびメディアコンバータ２を介して相互に通信を行い、メディアコンバータ回線１０を介して送り込まれた通信データに基づき、メディアコンバータ回線１０上における通信品質の監視を行う。

ここで、メディアコンバータ1は、図１に示すように、端末３から送り込まれたフレームデータをメディアコンバータ回線１０に対して転送可能な通信データ形式に変換する変換部２０と、変換部２０に接続されデータ形式を変換されたフレームデータをメディアコンバータ回線１０に転送する送信部２２と、この送信部２２に接続され、回線品質測定用のテストフレーム(ＴＦ)を生成し送信部２２に対して送出するテストフレーム生成部２１とを備えている。

又、メディアコンバータ１は、メディアコンバータ回線１０を介して送り込まれたフレームデータのフレーム種別を識別して転送を行う受信部２５と、この受信部２５から転送されたフレームに含まれるデータ(試験データ)を照合判定を行いメディアコンバータ回線１０上における通信品質を測定するテストフレーム照合部２４と、受信部２５から転送されたフレームを端末３に転送可能な転送データ形式に変換する変換部２３を備えた構成となっている。

メディアコンバータ２は、図１に示すように、メディアコンバータ回線１０を介してメディアコンバータ１から送り込まれたフレームデータのフレーム種別を識別して転送を行う受信部３５と、この受信部３５から転送されたフレームに含まれるデータ(試験データ)を照合判定を行いメディアコンバータ回線１０上における通信品質を測定するテストフレーム照合部３４と、受信部３５から転送されたフレームを端末４に転送可能な転送データ形式に変換する変換部２３を備えている。
又、メディアコンバータ２は、端末４から送り込まれたフレームデータをメディアコンバータ回線１０に対して転送可能な通信データ形式に変換する変換部３０と、変換部３０に接続されデータ形式を変換されたフレームデータをメディアコンバータ回線１０に転送する送信部３２と、この送信部３２に接続され、回線品質測定用のテストフレーム(ＴＦ)を生成し送信部３２に対して送出するテストフレーム生成部３１とを備えた構成となっている。

ここで、上記実施形態のメディアコンバータ１とメディアコンバータ２は、図１に示すように、メディアコンバータ回線１０を介して接続され、端末３、端末４からのユーザフレームＵＦの転送を行う。
又、メディアコンバータ１には、回線品質測定用のテストフレームを生成するテストフレーム生成部２１を有し、試験データを含むテストフレームＴＦが生成される。また、メディアコンバータ１の有する送信部２２は、メディアコンバータ回線上へ転送すべきユーザフレームが存在しない場合には、テストフレーム生成部で生成されたテストフレームを送信する。
更に、メディアコンバータ回線１０上へ転送すべきユーザフレームが発生した場合にはテストフレームの送信を停止する。

そして、メディアコンバータ２の受信部３５は受信したフレームデータからテストフレームを選別し、これをテストフレーム照合部３４へ転送する。テストフレーム照合部３４は、テストフレームに含まれる試験データより、ビットエラーの発生有無を確認する。

尚、上述のように、メディアコンバータ１の変換部２３、テストフレーム照合部２４、および受信部２５は、メディアコンバータ１の変換部３３、テストフレーム照合部３４、および受信部３５にそれぞれ対応した機能を備え、同様に、変換部２０、テストフレーム生成部２１、および送信部２２は、変換部３０、テストフレーム生成部３１、および送信部３２それぞれと対応した機能を備えている。

尚、本実施形態の説明においては、メディアコンバータ回線１０を介してメディアコンバータ１からメディアコンバータ２の方向に送信されるフレームデータ通信について説明するが、メディアコンバータ２からメディアコンバータ１への通信についても同様の説明が成り立つものとする。

この場合、メディアコンバータ２からメディアコンバータ１方向においては、変換部３０、テストフレーム生成部３１、送信部３２、受信部２５、変換部２３、テストフレーム照合部２４が、それぞれ変換部２０、テストフレーム生成部２１、送信部２２、受信部３５、変換部３３、テストフレーム照合部３４と同一の機能を有すことで、メディアコンバータ回線１０におけるメディアコンバータ２からメディアコンバータ１方向でのビットエラーレート測定ができる。

以下、これを詳説する。

メディアコンバータ１の変換部２０は、端末回線１１を介して端末３から送り込まれた送出ユーザフレームＵＦを受信するフレーム受信機能と、ユーザフレームＵＦのデータフォーマットをメディアコンバータ回線１０における通信用のフォーマットに変換するフレームフォーマット変換機能とを備えている。

送信部２２は、変換部２０から送信部２２へ送りこまれるユーザフレームとユーザフレームとのフレームにおけるフレーム間の区間長を監視するアイドル区間監視機能を有する。
ここで、変換部２０から送り込まれたフレームデータ中に、予め設定されたテストフレームが挿入可能な通信アイドル区間が存在する場合、つまり、ユーザフレーム間長がテストフレームより長い場合に、送信部２２は、当該ユーザフレーム間長を通信アイドル区間として検知するアイドル区間検知機能を備えている。

又、送信部２２は、転送すべきユーザフレームが有ると判定された場合に、このユーザフレームを取得しメディアコンバータ回線１０に転送するフレーム転送機能を備えている。
更に、送信部２２は、ユーザフレームが無いと判定された場合には、テストフレーム生成部２１で生成されたテストフレームをメディアコンバータ回線１０へテストフレーム送出機能を有する。

又、送信部２２は、通信アイドル区間が検知された場合に、テストフレーム生成部２１に対してテストフレームＴＦの生成を指示するＴＦ生成指示機能と、生成されたテストフレームＴＦをメディアコンバータ回線１０上へ送出するテストフレーム送信機能とを備えている。

ここで、テストフレームを挿入可能と判定する通信アイドル区間(またはこの通信アイドル区間に対応した通信アイドル時間)は、メディアコンバータ回線１０で用いられる伝送方式に基づき設定される。
ここでは、フレーム受信上最低限必要なフレーム間のアイドル時間（最小フレーム間ギャップ時間）をＩＦG(Inter Frame Gap)MINとしたとき、（ＩＦＧMIN×２）＋（識別子長＋１ｂｙｔｅ）時間とする。
これは、テストフレームが最小長(ＴＦ識別子＋試験データ1byte)であった場合に、テストフレームおよびテストフレーム後のユーザフレームのそれぞれの先頭にギャップ時間ＩＦＧMINを確保可能な時間である。

又、ギャップ時間IFGMINは回線にて用いられる伝送方式に依存する。例えば、IFGMINが０(つまり、フレーム間にギャップが無くても正常にフレーム受信が可能であることを意味する）の場合に、二つのユーザフレーム間に、識別子長＋試験データ1byte相当のアイドル区間(時間)が存在するならば、テストフレームの挿入が可能であると判断する。

これにより、試験データを含むテストフレームは、ユーザフレームの転送がない非通信区間に挿入されるため、フレームデータ転送の停止やユーザデータの廃棄を起こすことなく、メディアコンバータ回線１０上が通信運用中であっても回線品質測定を行うことができる。

テストフレーム生成部２１は、テストフレームであることを示すＴＦ識別子と擬似乱数列の試験データとからなり、図２(Ａ)に示すフォーマットのテストフレームを生成するテストフレーム生成機能を備えている。
ここで、テストフレーム生成部２１は、送信部２２からテストフレームの生成停止指示が行われるまで、予め設定された擬似乱数列の生成ルール基づく数列パタンを生成し続ける。

尚、上記擬似乱数列が挿入される試験データ部(図２(Ａ))は、可変長であるものとする。
また、テストフレーム生成部２１は、送信部２２からの指示に応じて、生成されたテストフレームを送信部２２に送信する機能を有する。

更に、テストフレーム生成部２１は、送信部２２からテストフレーム生成部２１に対してテストフレームの生成停止指示があった場合に、擬似乱数の発生を停止すると共に、最後の乱数を記憶する擬似乱数記憶機能と、次に送信部２２からテストフレーム生成を指示された場合に、前回最後に生成した乱数に続く擬似乱数パタンを発生させ、テストフレームとして送信部２２へ送る連続乱数パタン生成機能を備えている。

又、生成されたテストフレームは、上述のように、メディアコンバータが1対１に接続されたメディアコンバータ回線１０区間でのみ転送されるフレームデータであって、図２(Ａ)に示すように、あて先および送信元のアドレスは不要であり、テストフレームを識別するための(テストフレームＴＦ)識別子と、期待値照合のための試験データとにより構成される。

上記識別子は、イーサネット(ＩＥＥＥ802.3)においてプリアンブルと、ＩＥＥＥ802.3仕様においてフレームの開始を意味する1オクテットの制御信号ＳＦＤ(Start Frame Delimiter)として用いられる‘１０１０１０１０’、‘１０１０１０１１’以外のデータパタンであれば、本実施形態の対象となるメディアコンバータ装置間において予め任意に定義することができる。ここでは、識別子は１ｂｙｔｅ長としているが、１ｂｙｔｅ以上であってもよい。

尚、試験データ部は、受信側でビット単位での期待値照合が可能なデータパタンとする。
本実施形態においては、試験データとして擬似乱数を用いるものとして説明する。この擬似乱数は、規則的に繰り返される擬似乱数であれば擬似乱数の生成法は任意に選択することができる。

一方、メディアコンバータ１および２で使用されるユーザフレームは、イーサネット(ＩＥＥＥ802.3)に準拠しており、図２(Ｂ)に示すように、データパタン‘１０１０１０１０’のプリアンブル、データパタン‘１０１０１０１１’のフレーム先頭を示すＳＦＤ、あて先アドレスＤＡ、送信元アドレスＳＡ、フレーム長あるいはフレームタイプを示すＬｅｎｇｔｈ/Ｔｙｐｅ、データリンク層のプロトコルが伝送エラーを検出できるようにフレーム末尾につけられるビット列であるＦＣＳ(フレーム・チェック・シーケンス)データにより構成される。

尚、図２(Ａ)に示すテストフレームフォーマットについて、ユーザフレームフォーマット図２(Ｂ)におけるプリアンブル、ＳＦＤを用いて、それ以降の領域でテストフレーム識別子を定義する設定としてもよい。
この場合、テストフレームの識別は、ユーザフレームフォーマットの中で、宛先アドレスＤＡ、送信元アドレスＳＡ、又はＬｅｎｇｔｈ/Ｔｙｐｅのいずれかのフィールドを識別子として用いることにより可能となる。

又、メディアコンバータ１および２でアドレスとして用いられるＭＡＣアドレスは、ユニークな値が採番可能であるため、あらかじめ採番されたアドレスを、テストフレーム識別用に宛先アドレスＤＡ、あるいは送信元アドレスＳＡとして使用してもよい。

ここで、宛先アドレスＤＡ、送信元アドレスＳＡ、又はＬｅｎｇｔｈ/Ｔｙｐｅの各フィールドを、テストフレーム識別子として利用する場合のフレームフォーマットをそれぞれ図４(Ａ)、(Ｂ)、(Ｃ)に示す。

また、Ｌｅｎｇｔｈ/Ｔｙｐｅフィールドをテストフレームの識別子として用いる場合(図４(Ｃ))は、予約値が存在するため、この予約値に合致しない値をテストフレーム識別用にあらかじめ定義して、これをテストフレームの識別子として使用する設定としてもよい。

これにより、ユーザフレームのフレーム検出で用いられるのと同一のプリアンブル及びＳＦＤをテストフレームへ付加しているため、テストフレームのフレーム検出回路とユーザフレームのフレーム検出回路とを共用化することができる。

尚、この場合、テストフレーム挿入可能と判定されるためのアイドル時間は(ＩＦＧMIN×２)＋(プリアンブルから識別子までの時間)+(最小試験データ1byte)とする。

更に、送信部２２は、テストフレームＴＦを送信する間、変換部２０から送り込まれるユーザデータの有無を監視するユーザデータ監視機能を備えている。

又、送信部２２は、変換部２０からユーザデータが送られてきたことを検知すると、テストフレーム生成部２１に対してテストフレームの生成停止を指示すると共に、メディアコンバータ回線１０上へのテストフレーム送信を停止するテストフレーム生成停止機能を備えている。

ここで、送信部２２は、テストフレームの送出停止を行うと共に、変換部２０から送り込まれたユーザフレームについて、ユーザフレーム間におけるギャップ区間(ＩＦＧMIN)、つまりギャップ時間を空けてメディアコンバータ回線１０上へと転送するテストフレーム転送機能を備えている。

ここで、端末回線１１およびメディアコンバータ回線１０を介して伝送されるユーザフレームについて、図３のブロック図に基づき説明する。

まず、端末３から送出されたユーザフレームＵＦ＃１〜ＵＦ＃４を含むフレームデータが端末回線１１を介して伝送される。
ここでは、ＵＦ＃１とＵＦ＃２との間の通信アイドル区間１、およびＵＦ＃２とＵＦ＃３との間の通信アイドル区間２は、それぞれテストフレームＴＦを挿入可能な長さ区間(時間)であるとする。
また、ＵＦ＃３とＵＦ＃４との間の通信アイドル区間３は、テストフレーム挿入可能な長さ(時間)未満であるものとする。

このとき、メディアコンバータ１は、テストフレームＴＦ＃１及びＴＦ＃２を、テストフレーム挿入可能なＵＦ＃１、ＵＦ＃２の間、およびＵＦ＃２、ＵＦ＃３の間へ挿入すると共に、テストフレームＴＦの挿入されたフレームデータをメディアコンバータ回線１０へ送出する。
このとき、ユーザフレームＵＦと挿入されたテストフレームＴＦとの間には、それぞれギャップＩＦＧMINに相当するアイドル時間が確保されているものとする。
また、テストフレームＴＦ＃１には試験データとして擬似乱数パタン１〜ｉまで挿入されているとすると、ＴＦ＃２の試験データの擬似乱数パタンは、ｉ＋１から始まる。

このように、本発明におけるテストフレーム(ＴＦ＃１〜４)は、ユーザフレームの通信アイドル区間に対して挿入され、且つ、このユーザフレーム間にはメディアコンバータ回線１０区間で用いられる伝送方式で最低限必要なフレーム間アイドル時間が確保されているため、メディアコンバータは、転送するユーザフレームに影響を与えることなく、フレーム転送を行うことができる。

尚、テストフレームに含まれる試験データについて、テストフレーム生成部２１が、テストフレーム毎に初期値から試験データパタンを挿入する設定としてもよい。
換言すると、二つ目のテストフレームＴＦ＃２の試験データである擬似乱数を、ＴＦ＃１に連続した擬似乱数i＋１からはじめるのではなく、ＴＦ＃１と同様に擬似乱数１から開始する設定とする。
これにより、受信されたテストフレーム中の擬似乱数パタンと照合に使用する擬似乱数パタンとの同期を取る必要がなくなるため、テストフレーム照合部３４は、各テストフレームＴＦについて、テストフレームの先頭から期待値照合を行うことができる。

尚、本実施形態および本発明では、上述のように、通信アイドル区間を利用してテスト用フレームの送信を行うが、ユーザフレーム間に予め設定されたＩＦＧ(Inter Frame Gap)を利用するのではなく、ＩＦＧよりも長い、ユーザデータが存在しないと判定された通信アイドル区間にテスト用フレームを挿入して送信を行う。
また、このときのテスト用フレームとユーザフレームとの間のＩＦＧは、例えばイーサネット規格が定める１２ｂｙｔｅが遵守されるものとする。
これにより、テスト用フレーム長が可変長に設定されるので、最小２ｂｙｔｅから、ユーザフレームが存在しない限りテスト用フレームの送信を行うことができ、テスト用フレームの送出効率を向上することができる。

次に、フレームデータの受信側メディアコンバータ(ここでは、メディアコンバータ２)の構成について説明する。

受信部３５は、図１に示すように、メディアコンバータ２内でメディアコンバータ回線１０に接続され、当該メディアコンバータ回線１０を介してメディアコンバータ１から送り込まれたフレームデータを受信するフレーム受信機能を備えている。
また、受信部３５は、受信フレームの先頭の識別子に基づいて、フレーム種別を選別するフレーム選別機能を備えている。

ここで、受信部３５は、受信フレームからテストフレームを示す識別子を検出した場合は、テストフレームをテストフレーム照合部３４へ転送するテストフレーム転送機能を有する。
又、受信部３５は、受信フレーム内のテストフレーム区間を通信アイドル区間へと変換して転送を行うフレーム変換転送機能を有し、更に、受信部３５は、上記送り込まれたフレームデータのうち、テストフレーム以外のフレームは全てユーザフレームであるため、そのまま変換部３３へと転送を行うユーザフレーム転送機能を備えている。

又、受信部３５における上記フレーム選別機能として、メディアコンバータ回線１０を介して送り込まれたフレームデータ中の特定の識別子を利用することなく、受信部３５が、フレームデータ間の通信アイドル区間に対応した通信アイドル時間(フレーム間ギャップ時間)を利用することにより、テストフレームの識別を行う機能を有する設定としてもよい。

この場合、最小フレーム間ギャップ(図５)は、メディアコンバータ送信部２２がユーザフレームの転送を行うにあたって、フレームデータ間に挿入される通信アイドル区間が保証される最小時間を表す。
したがって、ユーザフレーム１とそれに続き転送されるユーザフレーム２との間の通信アイドル区間ギャップＡは、必然的に最小フレーム間ギャップ以上の時間となる。

又、ここでは、送信部２２が、テストフレームの送出を行う場合に、最小フレーム間ギャップ未満のアイドル区間後ギャップＢにて挿入することとする。
このとき、受信部３５は、図５に示すように、ユーザフレーム(１)から次フレームまでの通信アイドル区間を監視し、次フレームが検出された時の通信アイドル区間が最小フレーム間ギャップ未満であればテストフレーム、最小フレーム間ギャップ以上であればユーザフレームとして識別することができ、ユーザフレーム、およびテストフレームそれぞれを転送先(テストフレーム照合部、又は変換部３３)へ識別転送することができる。

上述のように、特定の識別子を用いることなくテストフレームの識別を可能とした場合は、図２(Ａ)に示されるテストフレームフォーマットから識別子フィールドを削除でき、これにより、識別子の送信オーバヘッドを小さくすることができ、更には、受信時の試験データ抽出にかかるオーバヘッドを軽減することができる。

尚、受信部３５が、上述のように、フレームデータ間の通信アイドル区間に対応した通信アイドル時間(フレーム間ギャップ時間)を利用することにより、テストフレームの識別を行う場合には、送信側のメディアコンバータ１が、テストフレームの送信にあたって、最小フレーム間ギャップの長さを定義することが必要となる。

例えば、メディアコンバータ１が、図６(Ｂ)に示すように、ブリッジ機能の無いリピータタイプの場合に、変換部２０からの出力は端末３から出力される通信データに対して、ＯＳＩの物理層における電気的・構造的条件を規定する行う物理層(ＰＨＹ)処理部４０における処理によりフレーム間ギャップが変化してしまうため、最小フレーム間ギャップを定めることができない。

一方で、図６(Ａ)に示すように、変換部２０からの出力は最小フレーム間ギャップが１２ｂｙｔｅであることが保証するブリッジ機能を有するブリッジ処理部５０が、予め変換部２０内部に設けられた場合には、最小フレーム間ギャップの長さを定義することができる。

これにより、受信部３５は、端末３から送出されたユーザフレーム(ＵＦ)を変換部３３へ、回線品質測定用のテストフレームＴＦはテストフレーム照合部３４へそれぞれ転送することができる。
このため、本実施形態におけるテストフレームは、メディアコンバータ回線区間でのみ転送され、メディアコンバータ２へ接続される端末４へ送られることはない。

これにより、テストフレームが、メディアコンバータ回線１０区間内でのみ転送されるフレームデータとされるので、メディアコンバータ１および２が、エラーフレームも転送するリピータタイプである場合でも、回線区間単独での回線品質の測定を行うことができる。

ここで、ＴＦの受信側３５が、メディアコンバータ回線１０上で生じた異常やエラー等によりテストフレームＴＦの識別子自体を正常に識別できない場合に、挿入されたテストフレームＴＦが端末回線１２側(変換部３３)へと転送されてしまうことが生じ得る。

そこで、受信部３５が、ユーザフレームＵＦと判別することができないフレーム区間はすべて通信アイドルへと変換する通信アイドル変換設定機能を備えた構成としてもよい。
これにより、受信部３５が、テストフレームＴＦを正常に識別できない場合でも、テストフレームＴＦが端末回線１２側へ転送されるのを抑制することができる。

この場合、受信部３５は、図７のフローチャートに示すように、メディアコンバータ回線１０からフレームデータ(データパタン)を受信する(ステップＳ２０１)と、まずユーザフレームＵＦであるか否かの識別判定を行う(ステップＳ２０２)。この識別は、ユーザフレームの先頭に必ず付与されるフレーム開始コード、プリアンブル、ＳＦＤにより行われる。
このとき、ユーザフレームＵＦ識別は必ずしもすべてのコード(領域)に対して行う必要はなく、フレーム開始コードだけ、あるいはフレーム開始コードとプリアンブルと対して行われる設定としてもよい。

ここで、ユーザフレームであることが識別された場合は、変換部３３へそのままのデータパタンで転送される(ステップＳ２０３)。
又、受信部３５が、ユーザフレームＵＦであることを識別できなかった場合、更にテストフレームＴＦであるかの識別判定を行う(ステップＳ２０４)。
ここで、テストフレームＴＦであることが識別された場合は、テストフレームＴＦをテストフレーム照合部３４へ転送し、テストフレーム照合部３４は、テストフレームＴＦ区間を通信アイドル区間に変換して、変換部３３に転送する(ステップＳ２０５)。
ここで、テストフレームＴＦであることが識別できなかった場合は、当該区間はテストフレームＴＦの識別子に異常が生じたものとして、メディアコンバータ回線１０から次の通信アイドル区間を受信するまでの区間を、通信アイドル区間として変換部３３を転送する(ステップＳ２０６)。このとき、テストフレーム照合部３４へはフレーム転送を行わない。

尚、テストフレームＴＦ識別子としてイーサネットフレームに含まれるフィールドを利用した場合は、フレーム開始コード、プリアンブル、ＳＦＤが、テストフレームとユーザフレームとで同一のため、これらを利用することによって識別を行うことができない。
そのため、このテストフレームフォーマットでは、受信部３５が、イーサネットフレームにおけるＦＣＳフィールドのチェックを行うことにより、ＦＣＳフィールドを持たないテストフレームについてはＦＣＳエラーを検出し、これらフレームを廃棄処理する設定とする。また、ここでは、ユーザフレームもＦＣＳエラーの検出にて廃棄されるものとする。

これにより、イーサネットフレームを利用したテストフレームについても、識別子に異常が生じたテストフレームを、端末回線１２側に転送されてしまうのを抑制することができる。

また、挿入されたテストフレームの識別不可により、端末回線１２側にテストフレームが転送されてしまった場合に、テストフレームはユーザフレームで用いられるイーサネットフレームとはフォーマットが異なるため、端末回線側に接続される装置にてフレーム処理(ＭＡＣ処理)が行われた場合、異常フレーム(フレーム長エラー、あるいはＦＣＳエラー、あるいはフレームとして検出しない)として廃棄される。

したがって、テストフレームの端末回線１２側への転送は、メディアコンバータの基本機能であるユーザデータの転送に対して影響を与えるものではないといえる。テストフレームＴＦ転送を防止するための手法は、テストフレームが転送される区間をメディアコンバータ回線１０に確実に限定できるため、不要な異常フレームが端末回線１２側へ転送されないことで、より安全なシステムとして運用することができ、またテストフレーム廃棄に関する端末回線側へ接続される装置（端末４）における負荷を軽減することができる。

又、装置(端末３および４)間の通信に影響を与えることなく、回線品質をビットエラーレートにて測定、監視することを特徴とする。

テストフレーム照合部３４は、メディアコンバータ２内で受信部３５に接続して設けられ、受信部３５から送りこまれるテストフレームから試験データ(図２)の抽出を行う試験データ抽出機能を備えている。
ここで、上記試験データ抽出機能によりテストフレーム照合部３４で抽出される試験データは擬似乱数であり、周期的に繰り返される擬似乱数パタンである。
尚、テストフレーム照合部３４は、送り込まれた試験データと同じ擬似乱数を、予め期待値として記憶すると共に、当該期待値を利用して照合(以下「期待値照合」という)を行うものとする。

また、テストフレーム照合部３４は、擬似乱数を1ビット毎に期待値照合を行い、総受信ビット数と、エラービット数とをカウントする。これにより、ビット単位でのエラーレートを測定することができる。

尚、テストフレーム照合部３４は、上記期待値照合に先立ち、受信した擬似乱数パタンと、予め設定され照合に使用される乱数パタン列との同期を取る必要がある。
このため、テストフレーム照合部３４は、例えば、使用する擬似乱数で現れる特定の乱数パタンを予め設定しておき、該当するビットパタンが検出されたところから期待値照合を開始する、設定としてもよい。

これにより、テストフレーム照合部３４は、ビット単位での期待値照合が可能な試験データを含むテストフレームを用いることにより、メディアコンバータ１から送信された試験データを含むテストフレームに基づき、メディアコンバータ回線１０上の回線品質として、ビット単位でのエラーの発生の検出、およびエラー発生レートを測定することができる。
尚、上記の測定結果は、メディアコンバータ回線１０におけるメディアコンバータ１からメディアコンバータ２方向での回線品質を定量的に表すものである。
これにより、テストフレーム照合部３４は、ビット単位で期待値照合が可能な試験データを用いて、ビットエラーの発生有無を確認することができる。
又、ビット単位のエラーレート等の形で、回線品質を定量的に評価することができる。

又、上記実施形態の構成に加えて、受信部３５が、ユーザフレームとテストフレームそれぞれの伝送ビット数を記憶することにより、トラフィック全体に占めるテストフレームの割合を算出し、回線品質の測定結果と共に利用する設定としてもよい。

ここでは、受信部３５が、ユーザフレーム及びテストフレームの伝送ビット数(受信ビット数)をそれぞれカウントする伝送ビット数カウント機能を有し、カウントされたビット数の積算値を、それぞれユーザフレームＣＮＴ(ＵＦ)[ｂｉｔ]及びテストフレームＣＮＴ(ＴＦ)[ｂｉｔ]とすると共に、ＣＮＴ(ＴＦ)／（ＣＮＴ(ＴＦ)+ＣＮＴ(ＵＦ)）を回線品質測定信頼度Ｆとして設定する。

尚、ここでは、Ｆが１に近いほど、回線に多くのテストフレームを埋め込み得られた回線品質測定結果であって、その結果は回線品質を高い信頼度で表していると推定することができる。

更に、メディアコンバータ回線１０の回線品質の測定時間を利用して測定する設定としてもよい。この場合、回線品質測定を開始してからの測定累積時間をＴ（MON）[sec]、回線の伝送速度をＢ[bit/sec]としたとき、ＣＮＴ(ＴＦ)／（Ｔ（MON）×Ｂ）を回線品質測定信頼度Ｆとして算出する。
これにより、回線品質測定信頼度Ｆが１に近いほど、得られた回線品質測定結果が、回線品質を高い信頼度で表しているということを示す。

以上のように、メディアコンバータ１がメディアコンバータ回線１０上にユーザフレームが存在しない箇所にのみ試験データを含むテストフレームを挿入するため、ユーザフレームに影響を与えることなく、受信側メディアコンバータにてテストフレームに含まれる試験データからビットエラーレートの測定ができる。

尚、上記実施形態では、メディアコンバータ間における通信について説明するが、通信ノードの構成としては、メディアコンバータに限定されない。

［実施形態の動作説明］
次に、本実施形態の全体の動作について、説明する。
まず、送信部２２が、送信されるフレームデータの通信アイドル区間が検知された場合に、テストフレーム生成部２１に対してテストフレームの生成を指示する(テストフレーム設定工程)。次いで、送信部２２は、検出された通信アイドル区間にテストフレーム送出する(テストフレーム送信工程)。次いで、メディアコンバータ２の受信部３５が、フレームデータを受信すると共にフレーム種別を選別する(フレーム種別選別工程)。次に、テストフレーム照合部３４が、受信部３５から転送されたテストフレームと予め設定されたデータ列との照合を行い通信品質の測定を行う(通信品質測定工程)。

ここで、上記テストフレーム設定工程、テストフレーム送信工程、フレーム種別選別工程、および通信品質測定工程については、その実行内容をプログラム化し、メディアコンバータ１のコンピュータに実行させるように構成してもよい。

次に、上記実施形態における全体的な動作について、図８のフローチャートに基づき説明する。

先ず、端末３がユーザフレームＵＦを含むフレームデータを送出する(ステップＳ１０１)。
変換部２０が、このユーザフレームＵＦを受信すると共に、このフレームデータをメディアコンバータ回線１０の通信用にデータ変換を行い、送信部２２にフレームデータを送信する(ステップＳ１０２)。

ここで、送信部２２が、フレームデータにおける通信アイドル区間の監視を行っている。送信部２２は、フレームデータの通信アイドル区間が検知された場合に、テストフレーム生成部２１に対してテストフレームＴＦの生成を指示する(ステップＳ１０３：テストフレーム設定工程)。

テストフレーム生成部２１は、送信部２２からの指示に応じて、テストフレームを送信部２２に送信する(ステップＳ１０４)。
次いで、送信部２２は、検知された通信アイドル区間にテストフレームを挿入すると共に、フレームデータ(ユーザフレームＵＦおよびテストフレームＴＦを含む)をメディアコンバータ回線１０に送出する(ステップＳ１０５：テストフレーム送信工程)。
次いで、メディアコンバータ２の受信部３５が、フレームデータを受信すると共に、フレーム種別を選別する(ステップＳ１０６：フレーム種別選別工程)。

ここで、テストフレーム照合部３４が、受信部３５から転送されたテストフレームの試験データと予め設定されたデータとの期待値照合を行い、メディアコンバータ回線１０上の通信ビットエラーの発生有無を測定する(ステップＳ１０７：通信品質測定工程)
又、変換部３３は、受信部３５から転送されたユーザフレームを受信すると共にデータフォーマットも変換を行い端末４に転送する(ステップＳ１０８)。

以上のように、本実施形態においては、以下に記載するような効果を奏する。通信品質の測定に利用されるテストフレームをユーザフレームの転送がない区間へ挿入することで、ユーザフレームに影響を与えることなく測定を行うことができる。
又、これにより、メディアコンバータ１で生成されたテストフレームは、ユーザフレームに影響しない範囲において、挿入可能なタイミングで常に生成されるため、受信部３５は、ユーザフレームが存在する運用中の状態において、回線品質を常時測定することができる。

又、メディアコンバータ１によって生成されるテストフレームは、メディアコンバータ回線１０区間でのみ転送されるため、メディアコンバータ２に接続された端末４や、通信されるユーザデータ(フレームデータ)に対して影響を与えることなくメディアコンバータ回線１０区間単独での回線品質の測定を行うことができる。
更に、テストフレームのフォーマットが、最小１ｂｙｔｅの識別子と試験データだけで構成可能であることにより、このテストフレームを受信した受信部３５におけるテストフレームの識別処理、およびテストフレーム照合部３４における転送処理にかかる負荷を軽減することができる。

本発明は、ＷｉＭＡＸなどの無線通信網を含むＷＡＮ・広域網における回線品質の監視を行うシステムに適用することができる。

本発明による回線品質測定システムの一実施形態を示す概略ブロック図である。 図２(Ａ)は、図１に開示した通信品質測定システムにおけるテストフレームフォーマットの一例を示した説明図であり、図２(Ｂ)は、ユーザフレームフォーマットの一例を示した説明図である。 図１に開示した通信品質測定システムにおけるテストフレームの送信動作内容を示した説明図である。 図４(Ａ)〜(Ｃ)は、それぞれ、図１に開示した通信品質測定システムにおけるテストフレームフォーマットの一例を示した説明図である。 図１に開示した通信品質測定システムにおける最小フレーム間ギャップの一設定例を示した説明図である。 図６(Ａ)、(Ｂ)は、図１に開示した通信品質測定システムにおける変換部の一構成例を示すブロック図である。 図１に開示した通信品質測定システムにおける受信部の一動作処理ステップを示したフローチャートである。 図１に開示した通信品質測定システムにおける全体の動作処理ステップを示したフローチャートである。

符号の説明

１、２ メディアコンバータ
３、４ 端末
１０ メディアコンバータ回線
１１、１２ 端末回線
２０、３０ 変換部
２１、３１ テストフレーム生成部
２２、３２ 送信部
２３、３３ 変換部
２４、３４ テストフレーム照合部
２５、３５ 受信部
４０ 物理層処理部
５０ ブリッジ処理部

Claims (1)

1. 通信回線を介して相互に接続された異なる通信中継装置と、前記各通信中継装置それぞれに接続した通信端末を備え、前記通信中継装置および前記通信回線を介して前記通信端末が相互にユーザフレームを通信するときに、前記一方の通信中継装置が他方の通信中継装置に対して処理対象である処理データを含む通信データを送信し、前記通信データに基づき前記他方の通信中継装置が前記通信回線における通信品質の測定を行う通信品質測定システムであって、
   前記一方の通信中継装置が、
   前記処理データ間における通信アイドル区間の長さを測定するアイドル区間検知部と、通信品質測定用のテスト用データを生成するテストフレーム生成部と、前記通信アイドル区間の長さが予め設定された区間長より長い場合に前記通信アイドル区間に前記テスト用データを挿入して送信するテストフレーム送出部とを備え、
   前記他方の通信中継装置が、
   前記一方の通信中継装置から送り込まれたデータの種別を識別する受信部と、予め設定された照合用データと前記テスト用データとを照合するデータ照合部と、
   前記送り込まれたテスト用データに基づき前記通信回線上における通信エラーを検出するテストフレーム照合部と、
   前記受信した通信データのうちのテスト用データとユーザフレームと判別することができないフレーム区間を前記通信アイドル区間に変換することにより前記テスト用データが前記通信端末に転送されることを抑制するフレーム変換転送部とを有し、
   前記テスト用データは、前記通信データ内でテスト用データであることを示す識別子と周期性を有する乱数パタンとしての試験データとから成り、
   前記通信中継装置は、
   前記テスト用データを識別するテスト用データ識別手段と、
   前記乱数パタンの周期性に基づき前記試験データを特定すると共に当該試験データを予め設定された照合用データと照合する試験データ照合手段と、
   複数の処理データを含む通信データを受信した場合に、前記各通信データの受信タイミングの差異に基づき前記通信データ内におけるテスト用データを識別する受信データ間隔識別手段と、
   予め設定された測定時間内で受信された通信データ量における前記テスト用データおよび処理データそれぞれの割合値を算出する受信データ割合算出手段と、
   前記算出された割合値に基づき前記通信中継装置により行われた通信品質測定結果に対する信頼度を算出する測定信頼度算出手段とを備えた、
   ことを特徴とする通信品質測定システム。

Images