JP7335529B2 - タイムスタンプ補正装置、タイムスタンプ補正方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、タイムスタンプ補正装置、タイムスタンプ補正方法、およびプログラムに関する。

通信事業者は、膨大な数のネットワーク装置を管理して、ネットワークサービスを保守・運用している。障害発生時および運用管理時には、ネットワークを構成するネットワーク装置のそれぞれから取得した様々なデータを解析する。一般的に、通信事業者は、ネットワーク、レイヤ、およびベンダごとに異なる管理システムを導入している。データ解析時には、複数の管理システムのそれぞれで取得したデータを組み合わせて解析することが必要である。

特開２０１８－２０７１５２号公報

データ間にタイムスタンプのずれが存在する場合、正しいデータ解析ができない。あるレイヤのネットワーク装置で障害が発生した場合、異なるレイヤのネットワーク装置のデータを組み合わせたり、ベンダが異なるネットワーク装置のデータを組み合わせたりして解析することがある。この場合、管理システムごとにデータ取得の概念が異なると、管理システムのそれぞれが取得したトラヒックデータおよびネットワーク装置のＣＰＵ使用率などの性能情報のタイムスタンプにずれが生じてしまい正しいデータ解析ができないという問題があった。例えば、ある管理システムは、時刻Ａまでの所定の期間のデータに時刻Ａのタイムスタンプを付与し、別の管理システムは、時刻Ａからの所定の期間のデータに時刻Ａのタイムスタンプを付与する場合、管理システムのそれぞれで取得した同じタイムスタンプを付与されたデータは、データ的にずれが生じている。

タイムスタンプのずれを把握する方法として、時間情報を入れたデータを送受信するという方法が考えられる。しかしながら、例えば光トランスポート装置など、トラヒック流量のカウントはできるが、データの中身までは見ることができないネットワーク装置が存在する場合、当該ネットワーク装置とのタイムスタンプのずれを把握することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ネットワーク装置のそれぞれで取得されるデータのタイムスタンプのずれを補正することを目的とする。

本発明の一態様のタイムスタンプ補正装置は、物理的に接続されたネットワーク装置のそれぞれで取得されるデータ間のタイムスタンプのずれを補正するタイムスタンプ補正装置であって、前記ネットワーク装置のそれぞれのインタフェースで観測されるトラヒックの時系列データの波形の類似度に基づいて物理的に接続されたインタフェースの組を判定する類似度判定部と、前記インタフェースの組のそれぞれで観測されるトラヒックの時系列データの波形に現れる特徴点が一致するように前記データ間のタイムスタンプのずれを補正するための補正情報を生成するタイムスタンプ補正部を備える。

本発明によれば、ネットワーク装置のそれぞれで取得されるデータのタイムスタンプのずれを補正することができる。

図１は、通信事業者のネットワーク構成の一例を示す図である。 図２は、タイムスタンプ補正装置の構成の一例を示す図である。 図３は、タイムスタンプ補正装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、ネットワーク装置間に印加するトラヒックの一例を説明するための図である。 図５は、特徴点が複数のサンプル点に分かれた一例を示す図である。 図６は、複数の特徴点を１つの特徴点に変換した一例を示す図である。 図７は、波形の類似度に基づくＩＦペアの判定を説明するための図である。 図８は、ＩＦで観測された時系列データをクラスタリングした一例を示す図である。 図９は、ＩＦペアの時系列データのタイムスタンプを補正する様子を示す図である。 図１０は、タイムスタンプ補正装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１を参照し、本実施形態のタイムスタンプ補正装置を用いる通信事業者のネットワーク構成の一例について説明する。図１のネットワークは、ネットワーク装置にＩＰアドレスを割り当ててパケットを中継するＩＰネットワーク＃１，＃２と光速伝送技術を用いて大容量通信を実施する伝送ネットワークで構成されている。ＩＰネットワーク＃１はネットワーク装置Ｒ１～Ｒ３で構成されている。ＩＰネットワーク＃２はネットワーク装置Ｒ４～Ｒ６で構成されている。伝送ネットワークはネットワーク装置Ｎ１～Ｎ１２で構成されている。ＩＰネットワーク＃１，＃２はＩＰレイヤであり、伝送ネットワークは伝送レイヤである。なお、図示したＩＰレイヤおよび伝送レイヤ以外のレイヤのネットワークが含まれてもよい。ＩＰネットワーク＃１，＃２のネットワーク装置Ｒ１～Ｒ６のそれぞれは、伝送ネットワークのネットワーク装置Ｎ１～Ｎ１２に物理的に接続される。ＩＰネットワーク＃１，＃２のネットワーク装置間を流れるトラヒックは、伝送ネットワークを介して中継される。例えば、ネットワーク装置Ｒ１，Ｒ３間を流れるトラヒックは、伝送ネットワークのネットワーク装置Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ７，Ｎ１２，Ｎ１１，Ｎ１０を介して流れる。

ＩＰネットワーク＃１は管理システムＡによって管理され、ＩＰネットワーク＃２は管理システムＢによって管理され、伝送ネットワークは管理システムＣによって管理される。管理システムＡ～Ｃで取得されたデータを組み合わせたデータ解析においては、管理システムＡ～Ｃごとにデータ取得の概念が異なる場合にタイムスタンプのずれが生じる可能性がある。例えば、５分間隔で取得される１０：００のタイムスタンプが付与されるトラヒック量のデータについて、管理システムＡでは、９：５５：０１から１０：００：００までのトラヒック量を取得し、管理システムＢでは、１０：００：００から１０：０４：５９までのトラヒック量を取得し、管理システムＣでは、９：５７：３１から１０：０２：２９までのトラヒック量を取得した場合、各データのタイムスタンプの表記は１０：００で揃っているが、データ的にはずれが生じている。例えば、図１において、ＩＰネットワーク＃１のネットワーク装置Ｒ１の各ＩＦと伝送ネットワークのネットワーク装置Ｎ２の各ＩＦとは物理的に接続されており、ネットワーク装置Ｒ１から送出されたトラヒックはほぼ遅延なくネットワーク装置Ｎ２に入力される。ネットワーク装置Ｒ１のトラヒック量は管理システムＡが取得し、ネットワーク装置Ｎ２のトラヒック量は管理システムＣが取得する。上記のように管理システムＡと管理システムＣとでタイムスタンプの付与の仕方が異なると、ネットワーク装置Ｒ１とネットワーク装置Ｎ２のそれぞれから取得したデータのタイムスタンプにずれが生じてしまう。

本実施形態のタイムスタンプ補正装置は、ネットワーク装置間で物理的に接続されたＩＦの組（以下、ＩＦペアと称する）を判定したうえで、ＩＦペアのタイムスタンプのずれを補正するための補正情報を出力する。データ解析者は、この補正情報に基づいて管理システムＡ～Ｃから取得したデータのタイムスタンプを補正することで、正しいデータ解析を行うことができる。タイムスタンプの補正対象のデータは、例えば、トラヒックデータおよびＳＮＭＢで取得可能なＣＰＵ使用率などの性能情報である。つまり、本実施形態は、トラヒックデータのタイムスタンプずれを把握することで、その他の性能情報のタイムスタンプも補正する手法である。

図２を参照し、本実施形態のタイムスタンプ補正装置１について説明する。

図２に示すタイムスタンプ補正装置１は、トラヒック印加量演算部１１、ピーク点補正部１２、波形類似度演算部１３、タイムスタンプ補正部１４、トラヒック情報保存部１５、およびタイムスタンプ補正情報保存部１６を備える。

トラヒック印加量演算部１１は、ＩＦペアごとにトラヒック量の時間変化に異なる特徴量が現れるように、トラヒックの印加量、印加時間、および印加間隔を決定し、決定した印加情報をトラヒック生成装置２へ通知する。印加量とは、例えば、印加する試験パケットのサイズである。

トラヒック生成装置２は、印加情報に基づいて試験パケットを生成し、ネットワーク（ＮＷ）装置５０Ａの各ＩＦからＮＷ装置５０Ｂへ試験パケットを送出する。ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂは物理的に接続されている。ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂのそれぞれは、互いに異なるレイヤで動作する装置であってもよい。例えば、ＮＷ装置５０Ａが図１のＩＰネットワーク＃１のネットワーク装置Ｒ１であり、ＮＷ装置５０Ｂが伝送ネットワークのネットワーク装置Ｎ２である。

トラヒック印加量演算部１１の機能をトラヒック生成装置２が備えてもよいし、タイムスタンプ補正装置１がトラヒック生成装置２の機能を備えてもよい。

トラヒック収集装置３は、所定のサンプリング間隔で、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂの各ＩＦにおけるトラヒックの時系列データ（例えばトラヒック量の時間変化データ）を収集する。トラヒック収集装置３は、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂを管理する管理システムのそれぞれからＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂのトラヒックの時系列データを取得する。例えば、ＮＷ装置５０Ａが図１のネットワーク装置Ｒ１であり、ＮＷ装置５０Ｂがネットワーク装置Ｎ２の場合、トラヒック収集装置３は、ネットワーク装置Ｒ１の時系列データを管理システムＡから取得し、ネットワーク装置Ｎ２の時系列データを管理システムＣから取得する。

ピーク点補正部１２は、印加時間＋印加間隔よりもサンプル点が多い場合に、サンプル点をマージする。サンプリング間隔と同じタイミングでトラヒックを印加するＩＦをずらしたときに、印加したトラヒックが複数のサンプル点に分かれると、時系列データの波形の類似度に基づくクラスタリングができなくなる可能性があり、また、次にトラヒックを印加したＩＦとの区別が困難になる可能性がある。ピーク点補正部１２が、トラヒックの時系列データに現れた複数の特徴点を１つの特徴点にまとめることで、時系列データの波形の類似度に基づくクラスタリングおよび特徴点の出現タイミングによるＩＦペアの判定精度を向上できる。

波形類似度演算部１３は、ＮＷ装置５０Ａ，５０ＢそれぞれのＩＦで観測されるトラヒックの時系列データの波形の類似度を解析し、類似度が近いＩＦ同士をＩＦペアとして判定する。

タイムスタンプ補正部１４は、ＩＦペアの各ＩＦで観測されるトラヒックの時系列データの特徴点に基づき、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂで取得されるデータのタイムスタンプを合わせるためのタイムスタンプの補正情報を生成する。

トラヒック情報保存部１５は、トラヒック収集装置３の取得したトラヒックの時系列データを保持する。

タイムスタンプ補正情報保存部１６は、タイムスタンプ補正部１４の生成したタイムスタンプの補正情報を保持し、求めに応じて補正情報を出力する。

図３のフローチャートを参照し、タイムスタンプ補正装置１の動作について説明する。

ステップＳ１１にて、トラヒック印加量演算部１１は、トラヒックの印加量、印加時間、および印加間隔を決定する。トラヒック印加量演算部１１は、ＮＷ装置５０ＡのＩＦごとに異なる印加量のトラヒックが送出されるように、各ＩＦへのトラヒックの印加量を求めるとよい。トラヒック印加量演算部１１は、ＩＦ数およびサンプリング間隔に基づき、印加時間と印加間隔を合わせた時間がデータのサンプリング間隔より長くなるように印加時間と印加間隔を決定する。トラヒックを印加するタイミングは、ＩＦごとに異ならせるとよい。例えば、トラヒック印加量演算部１１は、図４に示すように、隣接するＩＦ間で差が大きくなるように送出する試験パケット数を決定し、ＩＦ番号の昇順に、タイミングをずらして試験パケットを送出するように印加タイミングを決定する。なお、各ＩＦに印加するトラヒックの印加量に十分な差が与えられる場合であれば、全てのＩＦに同時にトラヒックを印加してもよいし、ＩＦをいくつかのグループに分けてグループごとにトラヒックを印加してもよい。

ステップＳ１２にて、トラヒック生成装置２は、トラヒック印加量演算部１１の決定した印加情報に基づいて、ＮＷ装置５０Ａの各ＩＦから試験パケットを送出する。例えば、トラヒック生成装置２からＮＷ装置５０Ａにログインし、ＮＷ装置５０ＡのＩＦからＮＷ装置５０ＢのＩＦに対して試験パケットを送出する。あるいは、トラヒック生成装置２からＮＷ装置５０Ａを介してＮＷ装置５０ＢのＩＦに対して試験パケットを送出する。

なお、トラヒックを印加しなくてもＩＦペアごとに異なる特徴量が現れている場合は、ステップＳ１１，Ｓ１２の処理は不要である。例えば、インターネットトラヒックが流れるネットワーク装置のＩＦには、地域ごとに異なるトラヒックが流れるため、トラヒックを印加して特徴を与えなくても波形の類似度からＩＦペアの判定が可能なこともある。

ステップＳ１３にて、トラヒック収集装置３は、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂの各ＩＦを流れるトラヒックの時系列データを収集する。

ステップＳ１４にて、波形類似度演算部１３は、ＮＷ装置５０Ａの対象ＩＦと、トラヒック量およびタイミングが一致するＮＷ装置５０ＢのＩＦが存在するか否か判定する。例えば、波形類似度演算部１３は、ＮＷ装置５０Ａの対象ＩＦの時系列データの特徴点のデータのトラヒック量およびタイムスタンプとＮＷ装置５０Ｂの各ＩＦの時系列データそれぞれの特徴点のトラヒック量およびタイムスタンプを比較し、トラヒック量およびタイムスタンプが一致する時系列データが存在するか否か判定する。トラヒック量およびタイムスタンプが一致する時系列データが存在する場合、対象ＩＦとその時系列データのＩＦはＩＦペアであって、タイムスタンプのずれが無いので処理を終了する。

ステップＳ１５にて、ピーク点補正部１２は、トラヒック収集装置３の収集した時系列データにおいて、印加時間＋印加間隔よりもサンプル点が多いか否か判定する。トラヒック生成装置２がトラヒックを印加する際、１サンプリング間隔内でトラヒックの印加が完了せずに、図５に示すように、特徴量が隣接する複数のサンプル点に分かれる可能性がある。図５の例では、横軸に時間を取り、縦軸にトラヒック量を取った。

特徴点が複数存在する場合、ステップＳ１６にて、ピーク点補正部１２は、特徴点の立ち上がりの時間に合わせて、特徴量分を加算して１つの特徴点に変換する。具体的には、ピーク点補正部１２は、特徴点の立ち上がりの時間におけるトラヒック量を、複数の特徴点の合計から特徴点部分を除く平均トラヒック量を引いた値、つまり、特徴量合計－（平均トラヒック量×特徴点の数）で求めるとともに、他の特徴点のトラヒック量を平均トラヒック量で補間する。図６に示すように、図５の複数の特徴点は、図５の特徴点の立ち上がりのタイミングの１つの特徴点に変換される。後述のステップＳ１７，Ｓ１８では、特徴点を１つにまとめた時系列データを用いて処理する。

ステップＳ１７にて、波形類似度演算部１３は、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂの各ＩＦから取得した時系列データの波形の類似度に基づいてＩＦペアを判定する。図７に示すように、ＮＷ装置５０Ａの各ＩＦから送出したユニークな特徴を付与したトラヒックと類似するトラヒックを入力したＮＷ装置５０ＢのＩＦの組み合わせをＩＦペアと判定する。

具体的には、波形類似度演算部１３は、ＮＷ装置５０Ａの対象ＩＦから送出したトラヒックの時系列データとＮＷ装置５０Ｂの各ＩＦに入力されたトラヒックの時系列データに対して動的時間伸縮法（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｔｉｍｅ Ｗａｒｐｉｎｇ：ＤＴＷ）を適用して距離を算出する。波形類似度演算部１３は、図８に示すように、算出されたＤＴＷ距離が近い時系列データをクラスタリングし、そのクラスタの中で最も特徴点の時間差が小さい時系列データのＩＦ同士をＩＦペアと判定する。

ＤＴＷは、２つの時系列データの各時点の値の距離を総当りで比較し、時系列データ同士の距離の値が最も小さくなる関係を見つける手法である。ＤＴＷは、時系列データのデータ長がそろっていなくても計算可能である。ＤＴＷでは、時系列データの時間軸（位相）がずれていても形状が似ていれば類似度が高くなる。

ステップＳ１８にて、タイムスタンプ補正部１４は、ＩＦペアのタイムスタンプを補正するための補正情報を生成し、タイムスタンプ補正情報保存部１６に保存する。具体的には、タイムスタンプ補正部１４は、図９に示すように、ＩＦペアそれぞれの時系列データの特徴点が同じタイミングとなるように、いずれか一方の時系列データのタイムスタンプを補正する。基準とする時系列データは事前に決めておく。例えば、タイムスタンプ補正部１４は、管理システムＡで取得された時系列データのタイムスタンプを基準とすると決めておき、ほかの時系列データを基準の時系列データのタイムスタンプに合わせるような補正情報を生成する。

なお、ステップＳ１４ないしステップＳ１８の処理は、ＮＷ装置５０Ａの各ＩＦについて実施してもよい。

以上説明したように、本実施形態のタイムスタンプ補正装置１は、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂの各ＩＦで観測されるトラヒックの時系列データの波形の類似度に基づいてＩＦペアを判定する波形類似度演算部１３と、ＩＦペアの各ＩＦで観測されるトラヒックの時系列データの特徴点に基づいてトラヒックデータ間のタイムスタンプのずれを補正するための補正情報を生成するタイムスタンプ補正部１４を備える。これにより、管理システムＡ～Ｃごとにデータ取得の概念が異なる場合であっても、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂ間のＩＦペアを特定し、ＮＷ装置５０Ａ，５０Ｂから取得されるデータのタイムスタンプを補正するための補正情報を得ることができるので、正しいデータ解析が可能となる。

上記説明したタイムスタンプ補正装置１には、例えば、図１０に示すような、中央演算処理装置（ＣＰＵ）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６とを備える汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。このコンピュータシステムにおいて、ＣＰＵ９０１がメモリ９０２上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、タイムスタンプ補正装置１が実現される。このプログラムは磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することも、ネットワークを介して配信することもできる。

１…タイムスタンプ補正装置
１１…トラヒック印加量演算部
１２…ピーク点補正部
１３…波形類似度演算部
１４…タイムスタンプ補正部
１５…トラヒック情報保存部
１６…タイムスタンプ補正情報保存部
２…トラヒック生成装置
３…トラヒック収集装置

Claims (6)

1. 物理的に接続されたネットワーク装置のそれぞれで取得されるデータ間のタイムスタンプのずれを補正するタイムスタンプ補正装置であって、
   前記ネットワーク装置のそれぞれのインタフェースで観測されるトラヒックの時系列データの波形の類似度に基づいて物理的に接続されたインタフェースの組を判定する類似度判定部と、
   前記インタフェースの組のそれぞれで観測されるトラヒックの時系列データの波形に現れる特徴点が一致するように前記データ間のタイムスタンプのずれを補正するための補正情報を生成するタイムスタンプ補正部を備える
   タイムスタンプ補正装置。
2. 請求項１に記載のタイムスタンプ補正装置であって、
   前記類似度判定部は、前記トラヒックの時系列データの波形を類似度でクラスタリングし、クラスタの中から前記トラヒックの時系列データの特徴点の時間差が最も小さい組を前記インタフェースの組と判定する
   タイムスタンプ補正装置。
3. 請求項１または２に記載のタイムスタンプ補正装置であって、
   物理的に接続されたインタフェースの組ごとに異なる特徴量が現れるトラヒックが前記ネットワーク装置間に印加されるものであり、
   前記トラヒックの時系列データに複数の特徴点が存在する場合、当該特徴点を１つの特徴点にまとめる特徴点補正部を備える
   タイムスタンプ補正装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のタイムスタンプ補正装置であって、
   前記ネットワーク装置のそれぞれは動作するレイヤが異なる
   タイムスタンプ補正装置。
5. 物理的に接続されたネットワーク装置のそれぞれで取得されるデータ間のタイムスタンプのずれを補正するタイムスタンプ補正方法であって、
   コンピュータが、
   前記ネットワーク装置のそれぞれのインタフェースで観測されるトラヒックの時系列データの波形の類似度に基づいて物理的に接続されたインタフェースの組を判定し、
   前記インタフェースの組のそれぞれで観測されるトラヒックの時系列データの波形に現れる特徴点が一致するように前記データ間のタイムスタンプのずれを補正するための補正情報を生成する
   タイムスタンプ補正方法。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載のタイムスタンプ補正装置の各部としてコンピュータを動作させるプログラム。

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