JP7161109B2 - 品質計測装置、品質計測方法および品質計測プログラム - Google Patents

Description

本発明は、計測対象ネットワークの品質を計測する品質計測装置、品質計測方法および品質計測プログラムに関する。

高品質なネットワークサービスを提供し続けるため、ネットワーク品質の定期的な計測および監視が有効である。既存のネットワーク品質計測方法として、TWAMPやRFC2544などの規格が知られている（非特許文献１および非特許文献２参照）。これらの規格に基づいて、計測のための通信を行い、ネッ品質を計測する手法が普及している。

一般にネットワークは複数のユーザ間でリソースを共有するため、計測されるネットワークの品質は、大量通信の有無などの、各ユーザの利用状況に伴う負荷の影響を受ける。ネットワークサービスを設計する際、負荷の影響も踏まえた品質設計を行う。さらにネットワークサービスを運用する間、ネットワーク負荷に伴う品質の変化の有無などの、品質特定の変化を監視する。例えば、ネットワークサービスにおける機器の追加や更改、ユーザの利用端末の傾向変化、テキストデータの表示から高品質動画の配信の遷移などの主流となるサービスの変化などにより、品質特性が変化する場合がある。

Network Working Group、" A Two-Way Active Measurement Protocol (TWAMP)"、［online］、２００８年１０日、［平成３１年２月２０日検索］、インターネット〈URL：https://tools.ietf.org/html/rfc5357〉 Network Working Group、" Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices"、［online］、１９９９年３月、［平成３１年２月２０日検索］、インターネット〈URL：https://tools.ietf.org/html/rfc2544〉

しかしながら、日常のネットワーク運用において、ソフトウェアの大規模アップデートなど、突発的にまたは非日常的に、ユーザあたりにかかる負荷が想定よりも大きくなる場合がある。このような場合、ユーザあたりの品質の観測値は設計値を下回り、ユーザの満足度が低下する場合がある。このような品質の低下は、突発的に生じるので、品質特定の監視が難しい場合がある。

従って本発明の目的は、突発的に生じるネットワーク負荷を再現して測定する品質計測装置、品質計測方法および品質計測プログラムを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、計測対象ネットワークの品質を計測する品質計測装置に関する。本発明の第１の特徴に係る品質計測装置は、計測対象ネットワークの負荷を分析する負荷分析部と、参照ネットワークの負荷である参照負荷データを取得する参照負荷取得部と、参照ネットワークにおける参照点における負荷に基づいて、計測対象ネットワークの参照点に対応する計測点に追加する負荷を決定する試験条件決定部と、決定した負荷に対応するトラフィックを計測点に与える試験トラフィック発生部を備える。

ここで試験条件決定部は、計測対象ネットワークと参照ネットワークの規模の差に基づいて算出された変化パラメータを参照して、計測点に追加する負荷を決定しても良い。

本発明の第２の特徴は、計測対象ネットワークの品質を計測する品質計測方法に関する。本発明の第２の特徴に係る品質計測方法は、コンピュータが、計測対象ネットワークの負荷を分析するステップと、コンピュータが、参照ネットワークの負荷である参照負荷データを取得するステップと、コンピュータが、参照ネットワークにおける参照点における負荷に基づいて、計測対象ネットワークの参照点に対応する計測点に追加する負荷を決定するステップと、コンピュータが、決定した負荷に対応するトラフィックを計測点に与えるステップを備える。

ここで決定するステップは、計測対象ネットワークと参照ネットワークの規模の差に基づいて算出された変化パラメータを参照して、計測点に追加する負荷を決定しても良い。

コンピュータに、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の品質計測装置として機能させるための品質計測プログラム。

本発明の第３の特徴は、コンピュータに、本発明の第１の特徴に記載の品質計測装置として機能させるための品質計測プログラムに関する。

本発明によれば、突発的に生じるネットワーク負荷を再現して測定する品質計測装置、品質計測方法および品質計測プログラムを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る品質計測システムのシステム構成を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る品質計測装置のハードウエア構成と機能ブロックを説明する図である。 トラフィック取得条件データのデータ構造とデータの一例を説明する図である。 負荷分析条件データのデータ構造とデータの一例を説明する図である。 試験条件データのデータ構造とデータの一例を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る試験条件決定部による試験条件決定処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る試験条件決定部が決定する試験条件の一例を説明する図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。

（品質計測システム）
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る品質計測装置１が用いられる品質計測システム５を説明する。

品質計測システム５は、品質計測装置１、計測対象ネットワーク２および参照ネットワーク３を備える。計測対象ネットワーク２は、品質計測装置１が品質を計測する対象となるネットワークである。参照ネットワーク３は、計測対象ネットワーク２に与える負荷を算出する際に参照するネットワークである。

品質計測装置１は、計測対象ネットワーク２に接続して、計測対象ネットワーク２の品質を計測する。本発明の実施の形態において品質計測装置１は、参照ネットワーク３に接続する場合を説明する。品質計測装置１は、参照ネットワーク３に接続しない場合でも、参照ネットワーク３の負荷のデータを取得できれば良い。参照ネットワーク３から取得する負荷は、突発的に膨大なトラフィックが発生した際のネットワークの負荷である。

品質計測装置１は、通常のトラフィックに加え、計測対象ネットワーク２に、突発的なネットワーク負荷を模した試験トラフィックを追加して、計測対象ネットワーク２の品質を計測する。これにより、計測対象ネットワーク２に突発的に高い負荷がかかった場合でも、適切な品質を担保できるように、計測対象ネットワーク２を設計することができる。

本発明の実施の形態において参照ネットワーク３は、計測対象ネットワーク２と異なる場合を説明するが、参照ネットワーク３は計測対象ネットワーク２と同じであっても良い。例えば、計測対象ネットワーク２において生じた突発的なトラフィックの情報を取得できた場合、品質計測装置１は、計測対象ネットワーク２で生じた突発的なトラフィックの負荷に基づいて試験トラフィックを発生しても良い。

（品質計測装置）
図２を参照して、本発明の実施の形態に係る品質計測装置１を説明する。品質計測装置１は、記憶装置１０、処理装置２０および通信制御装置３０を備える。品質計測装置１は、記憶装置１０、処理装置２０および通信制御装置３０を内蔵する一つのコンピュータであっても良いし、複数のハードウエアにより形成される仮想的なコンピュータであっても良い。このようなコンピュータが品質計測プログラムを実行することにより、図２に示す機能と品質測定方法を実現する。

記憶装置１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random access memory）、ハードディスク等であって、処理装置２０が処理を実行するための入力データ、出力データおよび中間データなどの各種データを記憶する。処理装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であって、記憶装置１０に記憶されたデータを読み書きしたり、通信制御装置３０とデータを入出力したりして、品質計測装置１における処理を実行する。通信制御装置３０は、品質計測装置１が、計測対象ネットワーク２および参照ネットワーク３と通信可能に接続するためのインタフェースである。

記憶装置１０は、品質計測プログラムを記憶するとともに、トラフィック取得条件データ１１、負荷分析条件データ１２、負荷データ１３、参照負荷データ１４、変化パラメータデータ１５および試験条件データ１６を記憶する。

トラフィック取得条件データ１１は、負荷分析部２１が計測対象ネットワーク２の負荷の分析に伴い、トラフィックを取得する際の条件のデータである。トラフィック取得条件データ１１は、例えば図３に示すように、取得方法、取得間隔、および負荷分析部２１に入力する情報を対応づけたデータである。負荷分析部２１は、トラフィック取得条件データ１１で定義されたいずれかの取得条件に従って、計測対象ネットワーク２からトラフィックを取得する。

負荷分析条件データ１２は、負荷分析部２１が取得したトラフィックを分析する際に参照するデータである。負荷分析条件データ１２は、例えば図４に示すように、計測点となる集計の粒度と集計する項目とを対応づけたデータである。負荷分析部２１は、負荷分析条件データ１２で定義されたいずれかの分析条件に従って、取得したトラフィックを分析する。分析条件が、取得条件（取得方法）に依存して決定される場合、負荷分析条件データ１２に、分析条件に取得方法が対応づけられても良い。例えば、取得方法が、ＳＮＭＰ／ＭＩＢである場合、集計の粒度は、ネットワーク装置のインタフェース毎となる。

負荷データ１３は、負荷分析部２１による、計測対象ネットワーク２の分析結果のデータである。負荷データ１３は、負荷分析条件データで定められた集計の粒度毎に、集計する項目が対応づけられたデータである。

参照負荷データ１４は、参照ネットワーク３の分析結果のデータである。参照負荷データ１４は、負荷データ１３と対比できるように、同様のノードに対する同様の項目を備える。

変化パラメータデータ１５は、計測対象ネットワーク２と参照ネットワーク３の規模の差に基づいて算出されたパラメータである。本発明の実施の形態において変化パラメータは、予め算出されても良いし、オペレータ等により入力されても良い。計測対象ネットワーク２と参照ネットワーク３の利用ユーザ数等の規模に差異があり、単純に比較できない場合がある。変化パラメータは、参照ネットワーク３の参照点における負荷を、計測対象ネットワーク２における計測点における負荷に変換するために用いられる。変化パラメータは、例えば、参照ネットワーク３におけるユーザ数に対する計測対象ネットワーク２のユーザ数の割合である。

試験条件データ１６は、試験トラフィック発生部２４による試験トラフィックの発生条件を示すデータである。試験条件データ１６は、例えば図５に示すように、パケットの種別、送信先および送信条件を対応づけたデータである。送信条件は、送信開始時刻とともに、送信する時間、送信回数またはトラフィック量を含む。試験条件データ１６は、試験条件決定部２３により算出される。

処理装置２０は、負荷分析部２１、参照負荷取得部２２、試験条件決定部２３および試験トラフィック発生部２４を備える。

負荷分析部２１は、トラフィック取得条件データ１１と負荷分析条件データ１２を参照して、計測対象ネットワーク２の負荷を分析する。

負荷分析部２１は、まず、トラフィック取得条件データ１１に設定されたいずれかの取得条件と、負荷分析条件データ１２の取得条件に対応する分析条件に従って、計測対象ネットワーク２の計測点における負荷を取得する。計測点は例えば、計測対象ネットワーク２における処理を担うサーバにトラフィックを分配するロードバランサである。

負荷分析部２１は、例えば、ロードバランサにおいて、ＳＮＭＰ／ＭＩＢ(Simple Network Management Protocol/Management Information Base)により５分毎かつインタフェース毎に、送受信トラフィック量とパケットカウント数を取得する。負荷分析部２１は、ＳＮＭＰ／ＭＩＢに対応する分析条件として、インタフェース毎に、ｂｐｓ／ｐｐｓ(Bit Per Second/Packets Per Second)の各量を集計する。負荷分析部２１は、インタフェース毎に、ｂｐｓ／ｐｐｓの各量を対応づけた負荷データ１３を出力する。

参照負荷取得部２２は、参照ネットワーク３の負荷である参照負荷データ１４を取得する。参照負荷取得部２２は、参照ネットワーク３における参照点について、負荷分析部２１が参照した取得条件と分析条件に従って、負荷を取得する。参照ネットワーク３における参照点は、計測対象ネットワーク２における計測点に対応する。例えば、計測対象ネットワーク２における計測点が、ロードバランサの場合、参照ネットワーク３における参照点も、ロードバランサである。計測対象ネットワーク２の計測点のロードバランサは、計測対象ネットワーク２における処理を担うサーバにトラフィックを分配し、参照ネットワーク３の参照点のロードバランサは、参照ネットワーク３における処理を担うサーバにトラフィックを分配する。

試験条件決定部２３は、参照ネットワーク３における参照点における負荷に基づいて、計測対象ネットワーク２の参照点に対応する計測点に追加する負荷を決定する。試験条件決定部２３は、参照ネットワーク３の参照点の負荷から、計測点に既にかかっている負荷を減算して、計測点に追加する負荷を算出し、計測点に追加する負荷を、試験条件データ１６に設定する。試験条件決定部２３は、図５に示すように、発生させるパケットの種別、送信先（計測点）および送信条件を対応づけて、試験条件データ１６に設定する。

試験条件決定部２３は、参照ネットワーク３の参照点の負荷を参照して、計測対象ネットワーク２の計測点の負荷との差分を算出する。算出された負荷に対応するトラフィックが、試験トラフィック発生部２４によって、計測対象ネットワーク２に追加的に発生させることができる。

例えば、計測対象ネットワーク２のユーザ数が、参照ネットワーク３のユーザ数よりも少ない場合、計測点に、参照点と同様の負荷が生じると、計測対象ネットワーク２では発生しえない大きな負荷がかかってしまう場合がある。逆に、計測対象ネットワーク２のユーザ数が、参照ネットワーク３のユーザ数よりも多い場合、計測点に、参照点と同様の負荷が生じたとしても、本来測定すべき計測対象ネットワーク２で生じる突発的な負荷を再現できない場合がある。

そこで試験条件決定部２３は、計測対象ネットワーク２と参照ネットワーク３の規模の差に基づいて算出された変化パラメータを参照して、計測点に追加する負荷を決定しても良い。これにより、計測対象ネットワーク２の規模を考慮した適切な試験条件を決定することができる。試験条件決定部２３は、参照ネットワーク３の参照点の負荷に、変化パラメータを乗算して、計測対象ネットワーク２の計測点における負荷を算出する。試験条件決定部２３は、算出された負荷から、計測点に既にかかっている負荷を減算して、計測点に追加する負荷を算出する。

図６を参照して、本発明の実施の形態に係る試験条件決定部２３による試験条件決定処理を説明する。

まずステップＳ１において試験条件決定部２３は、参照負荷データ１４を参照して、参照ネットワーク３における参照点の負荷を取得する。

ステップＳ２において試験条件決定部２３は、参照ネットワーク３の参照点の負荷と変化パラメータデータ１５の変化パラメータとから、計測対象ネットワーク２の計測点に与える負荷を算出する。試験条件決定部２３は、参照ネットワーク３の参照点の負荷と変化パラメータを乗算して、計測対象ネットワーク２の計測点に与える負荷を算出する。

ステップＳ３において試験条件決定部２３は、ステップＳ２で算出した計測点に与える負荷から、現在既に計測点に与えられている負荷を減算して、計測点に追加する負荷を算出する。ステップＳ４において試験条件決定部２３は、ステップＳ３で算出した追加する負荷を与えるための試験条件を決定し、試験条件データ１６を生成する。

図７を参照して、試験条件決定部２３が決定する追加する負荷の例を説明する。図７（ａ）は、計測対象ネットワーク２における計測点であるロードバランサＬ１と、その配下のサーバＢ１１およびＢ１２を示す。図７（ｂ）は、参照ネットワーク３における参照点であるロードバランサＬ２と、その配下のサーバＢ２１ないしＢ２６を示す。

計測対象ネットワーク２において計測点であるロードバランサＬ１は、２００ＭｂｐｓのデータＤ１を処理する。これに対し参照ネットワーク３において計測点であるロードバランサＬ２は、１２００ＭｂｐｓのデータＤ２を処理する。

ここで変化パラメータが１．０の場合、計測対象ネットワーク２のロードバランサＬ１に、１０００Ｍｂｐｓ（１２００Ｍｂｐｓ－２００Ｍｂｐｓ）の負荷が追加される。また変化パラメータが０．５の場合、計測対象ネットワーク２のロードバランサＬ１に、４００Ｍｂｐｓ（１２００Ｍｂｐｓ＊０．５－２００Ｍｂｐｓ）の負荷が追加することになる。

上記の例では、ロードバランサが計測点／参照点である場合を説明したが、サーバが計測点／参照点であっても良い。図７に示す例の場合、計測対象ネットワーク２において２台のサーバが稼働するのに対し、参照ネットワーク３において６台のサーバが稼働しており、サーバ数に依存して、処理量の割合に差異が生じる。そこでサーバが多重化されている場合、計測対象ネットワーク２のサーバ全体に与える負荷を算出した後に、各サーバに与える負荷を算出する。

ここで変化パラメータが１．０の場合、計測対象ネットワーク２のサーバ２台に、合計１０００Ｍｂｐｓ（１２００Ｍｂｐｓ－２００Ｍｂｐｓ）の負荷を追加するので、計測点であるサーバＢ１１に５００Ｍｂｐｓの負荷を追加する。また変化パラメータが０．５の場合、計測対象ネットワーク２のサーバ２台に、合計４００Ｍｂｐｓ（１２００Ｍｂｐｓ＊０．５－２００Ｍｂｐｓ）の負荷を追加するので、計測点であるサーバＢ１１に２００Ｍｂｐｓの負荷を追加する。

試験トラフィック発生部２４は、決定した負荷に対応するトラフィックを計測点に与える。試験トラフィック発生部２４は、試験条件データ１６に従って、送信先（計測点）に対して、パケットの種別で特定されたパケットを、送信条件に従って送信する。これにより計測点には、通常の負荷の他、参照ネットワーク３から取得した突発的な負荷を与えることができるので、負荷分析部２１により、突発的な負荷がかかった計測対象ネットワーク２の監視が可能になる。

このように本発明の実施の形態に係る品質計測システム５によれば、計測対象ネットワーク２に、参照ネットワーク３における負荷を参照して、突発的に生じるネットワーク負荷を与えることができる。また、品質計測システム５は、突発的に生じるネットワーク負荷を再現して、計測対象ネットワーク２を測定することができる。これにより品質計測システム５は、突発的に生じるネットワークを考慮して計測対象ネットワーク２を設計することができる。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなる。

例えば、本発明の実施の形態に記載した品質測定装置は、図２に示すように一つのハードウエア上に構成されても良いし、その機能や処理数に応じて複数のハードウエア上に構成されても良い。また、既存の通信システム上に実現されても良い。

本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ 品質計測装置
２ 計測対象ネットワーク
３ 参照ネットワーク
５ 品質計測システム
１０ 記憶装置
１１ トラフィック取得条件データ
１２ 負荷分析条件データ
１３ 負荷データ
１４ 参照負荷データ
１５ 変化パラメータデータ
１６ 試験条件データ
２０ 処理装置
２１ 負荷分析部
２２ 参照負荷取得部
２３ 試験条件決定部
２４ 試験トラフィック発生部

Claims (5)

1. 計測対象ネットワークの品質を計測する品質計測装置であって、
   計測対象ネットワークの負荷を分析する負荷分析部と、
   参照ネットワークにおいて突発的なトラフィックが発生した際の負荷である参照負荷データを取得する参照負荷取得部と、
   前記参照ネットワークにおける参照点における負荷と同じ負荷がかかるように、前記計測対象ネットワークの前記参照点に対応する計測点に追加する負荷を決定する試験条件決定部と、
   決定した負荷に対応するトラフィックを前記計測点に与える試験トラフィック発生部
   を備えることを特徴とする品質計測装置。
2. 前記試験条件決定部は、前記計測対象ネットワークと前記参照ネットワークの規模の差に基づいて算出された変化パラメータを参照して、前記計測点に追加する負荷を決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の品質計測装置。
3. 計測対象ネットワークの品質を計測する品質計測方法であって、
   コンピュータが、計測対象ネットワークの負荷を分析するステップと、
   前記コンピュータが、参照ネットワークにおいて突発的なトラフィックが発生した際の負荷である参照負荷データを取得するステップと、
   前記コンピュータが、前記参照ネットワークにおける参照点における負荷と同じ負荷がかかるように、前記計測対象ネットワークの前記参照点に対応する計測点に追加する負荷を決定するステップと、
   前記コンピュータが、決定した負荷に対応するトラフィックを前記計測点に与えるステップ
   を備えることを特徴とする品質計測方法。
4. 前記決定するステップは、前記計測対象ネットワークと前記参照ネットワークの規模の差に基づいて算出された変化パラメータを参照して、前記計測点に追加する負荷を決定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の品質計測方法。
5. コンピュータに、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の品質計測装置として機能させるための品質計測プログラム。

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