JP7388535B2

JP7388535B2 - 遅延測定装置、遅延測定方法及びプログラム

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Publication number: JP7388535B2
Application number: JP2022501595A
Authority: JP
Inventors: 弘樹森; 崇佳平澤; 諭士中務; 賢高橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2023-11-29
Anticipated expiration: 2040-02-21
Also published as: WO2021166266A1; US20230108791A1; JPWO2021166266A1

Description

本発明は、通信ネットワーク内の遅延時間を高精度に測定する遅延測定装置、遅延測定方法及びプログラムに関する。

５Ｇ（５th Generation）に代表されるように低遅延が要求される通信ネットワーク（ＮＷ）においては、ＮＷ内の遅延量に応じて適切な制御及び運用を行う必要がある。このために、ＮＷ内の遅延状態を高精度に測定して把握する必要がある。ＮＷ内の遅延量は、測定したい区間の両端に測定装置を配備し、ＩＰネットワークにおいて、通信装置としてのノードの到達性を確認するためのソフトウェアであるｐｉｎｇを用いて測定されている。

例えば、ｐｉｎｇ等のＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）パケットの応答時間（Round Trip Time：ＲＴＴ）やＮＷ状態を把握するプロトコルであるＴＷＡＭＰ（Two-Way Active Measurement Protocol）（非特許文献１）を用いて測定されている。

この測定処理は、ＣＰＵで行われるため、各測定装置の性能や他処理との競合等により測定結果が変動したり、ミリ秒以下での正確な測定が困難である。また、各測定装置が独立に保有する異なる時刻情報を基に測定を行うため、時刻情報の誤差による影響もある。そこで、非特許文献２に記載のように、往路と復路のＩＣＭＰパケットを分離することで測定結果の変動を抑える手法が提案されている。

RFC3557 A Two-Way Active Measurement Protocol (TWAMP) ，［online］，［令和２年２月７日検索］，インターネット〈https://tools.ietf.org/html/rfc5357〉 C.Pelsser et al., "From Paris to Tokyo: On the Suitability of ping to Measure Latency," Proceedings of the 2013 conference on Internet measurement conference. ACM, 2013.

しかし、上記特許文献２の技術では、ＩＣＭＰパケットの伝送経路がルーティングプロトコルに基づいて規定されるので、必要なノード区間の遅延を測定できない。このため、ＮＷ全体の各ノード区間の遅延状態を把握することが困難である。更に、大規模ＮＷでは、測定装置の台数が増加するため、測定に必要なコストが高くなるという課題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、通信ネットワークの必要なノード区間の遅延を測定でき、ネットワーク全体の各ノード区間の遅延を低コストで把握することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の遅延測定装置は、複数のノードが互いにネットワーク接続されて構成される通信ネットワークから、ノード間の接続状態を示すルーティング情報を収集してトポロジ情報を検知する検知部と、前記検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定する経路決定部と、前記決定された経路情報に基づく経路に伝送させるパケットを生成する生成部と、時刻を計時すると共にパケットの送受信を行い、前記生成部で生成されたパケットに、前記ノード間の経路情報に応じた経路へのパケット送信時に計時による送信時刻情報を押下し、当該経路からのパケット受信時に計時による受信時刻情報を押下する押下部と、前記パケットに押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出し、算出された遅延時間情報を、当該遅延時間情報に係るノード間の経路情報に対応付けてＤＢ（Data Base）に格納する計算部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、通信ネットワークの必要なノード区間の遅延を測定でき、ネットワーク全体の各ノード区間の遅延を低コストで把握することができる。

本発明の実施形態に係る遅延測定装置の構成を示すブロック図である。トポロジ検知部が接続されたＮＷの各ノード間のパケット伝送方向を示すブロック図である。ＮＷのノード経路におけるパケットのループ経路と往復経路を示すブロック図である。ＮＷのノード経路におけるパケットの全往復経路を示すブロック図である。検査パケットＰＲ１～ＰＲ３のペイロード、ヘッダ及びラベル配列を示す図である。検査パケットＰＲ１の末尾ラベル取外し後のラベル配列を示す図である。検査パケットＰＲ１の末尾から２番目のラベル取外し後のラベル配列を示す図である。検査パケットＰＲ１の全ラベル取外し後のペイロード、ヘッダを示す図である。検査パケット生成装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。本実施形態に係る遅延測定装置を用いた遅延測定動作を説明するためのフローチャートである。遅延測定装置からＮＷへの検査パケットの送受信の例を示すブロック図である。ＤＢに格納された遅延時間情報のテーブル図である。結果判定部での判定様態の例を示すテーブル図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書の全図において機能が対応する構成部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略する。
＜実施形態の構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る遅延測定装置の構成を示すブロック図である。
図１に示す遅延測定装置１０は、遅延の測定対象ネットワーク（ＮＷ、又は通信ネットワーク）３０に接続されており、検査パケット生成装置１１及びタイムスタンプ押下装置１２を備えて構成されている。但し、検査パケット生成装置１１及びタイムスタンプ押下装置１２は、遅延測定装置１０に組み込まれているが、各々独立した装置で実現してもよい。

検査パケット生成装置１１は、トポロジ検知部１３と、経路決定部１４と、検査パケット生成部１５と、ＤＢ（Data Base）１６と、遅延計算部１７と、結果判定部１８とを備える。なお、トポロジ検知部１３は請求項記載の検知部を構成し、検査パケット生成部１５は生成部を、遅延計算部１７は計算部を、結果判定部１８は判定部を構成する。

タイムスタンプ押下装置１２は、計時部１９及びタイムスタンプ押下部２０を備え、各々がハードウェアで構成されている。計時部１９及びタイムスタンプ押下部２０の双方によって、請求項記載の押下部を構成する。

トポロジ検知部１３は、ＮＷ３０で動作するルーティングプロトコルの情報を収集することにより、ＮＷ３０の接続形態であるトポロジ情報を検知する。ルーティングプロトコルの情報としては、ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）－ＬＳ（Link State）又はＢＧＰ（Border Gateway Protocol）－ＬＳ（Link State）等がある。

ここで、図２に示すように、ＮＷ３０が、各々が通信装置としての第１ノード１ｎ、第２ノード２ｎ、第３ノード３ｎ、第４ノード４ｎ、第５ノード５ｎを備えて構成されているとする。この構成要素において、第１ノード１ｎと、第２ノード２ｎ及び第３ノード３ｎとが接続され、第２ノード２ｎと、第３ノード３ｎ及び第５ノード５ｎとが接続され、第３ノード３ｎと、第４ノード４ｎ及び第５ノード５ｎとが接続されてＮＷ３０を構成しているとする。また、各ノード１ｎ～５ｎ間の接続経路に双方向矢印で示すように、検査パケットが各経路を双方向に伝送可能となっている。検査パケットは、請求項記載のパケットを構成する。

このような構成のＮＷ３０の第１ノード１ｎに遅延測定装置１０が接続されているとする。つまり、遅延測定装置１０が検査パケット伝送の始終点となる。ＮＷ３０においては第１ノード１ｎが始終点である。ここで、遅延測定装置１０から第１ノード１ｎへ送信された検査パケットは、第２～第５ノード１ｎ～５ｎを任意に経由した後、第１ノード１ｎを介して矢印Ｙ１で示すように遅延測定装置１０に戻り受信されるようになっている。

トポロジ検知部１３は、矢印Ｙ１で示すように、ＯＳＰＦ－ＬＳ／ＢＧＰ－ＬＳ等のルーティングプロトコル情報（ルーティング情報）を収集し、このルーティング情報に基づいてＮＷ３０のトポロジ情報を生成する。言い換えれば、トポロジ情報を検知する。なお、トポロジ情報は手動でも入力可能である。このトポロジ情報は、第１～第５ノード１ｎ～５ｎを図２に示す通り接続したネットワーク接続形態（又はノード接続形態）を示す情報となる。

経路決定部１４は、上記検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定のために検査パケットが伝送（又は転送）されるＮＷ３０の経路の情報を計算する。つまり、その計算により経路情報が決定される。経路情報の計算として、ＮＷ３０のループ経路の経路情報の計算方法１と、往復経路の経路情報の計算方法２とがある。

＜計算方法１＞
計算方法１は、ＮＷ３０の第１ノード１ｎを始終点とし同一リンクを経由せずループとなる、言い換えれば、異なるループを経由する経路情報を全て計算するものであり、例えば、図３に示す第１～第５ノード１ｎ～５ｎの経路情報Ｒ１，Ｒ２を算出する。また、その始終点のノードから所望ノード間を往復する経路情報Ｒ３を算出する。

計算方法１では、経路がノード間の右向き又は左向きを考慮し、一度経由したリンクは逆方向であっても経由できないこととする。例えば、ノード１ｎと３ｎ間のリンクをノード１ｎから３ｎへ向かって経由した場合、この逆のノード３ｎから１ｎに向かう方向では経由できない。つまり、接続情報を生成できないとする。更に他の例として、ノード１ｎから３ｎを介して４ｎに達し、ノード４ｎから３ｎを介して１ｎに達する経路は経由できず、経路情報を生成できないとする。

但し、同一リンクを経由しないと始点に戻ってこられない場合、例えばノードが第４ノード４ｎのようにリンクを一本しか持たない場合等では、同一リンクを経由してもよいとする。この内容は下記の経路情報Ｒ３が該当する。

この計算方法１によって、経路決定部１４は、図３に示したノード接続形態を表すトポロジ情報に基づき、遅延測定に必要な経路情報Ｒ１～Ｒ３を算出する。この経路情報Ｒ１～Ｒ３を、第１～第５ノード１ｎ～５ｎの符号１ｎ～５ｎを用いて、次の例のように表す。

経路情報Ｒ１は、例えば「１ｎ－２ｎ－３ｎ－１ｎ」であり、この符号列の左（先頭）から右（末尾）に向かって順番にノードを経由する経路を表している。即ち、ノード１ｎ、２ｎ、３ｎ、１ｎの反時計回り（左回り）に回るループ経路を表している。

経路情報Ｒ２は、例えば「１ｎ－３ｎ－５ｎ－２ｎ－１ｎ」であり、ノード１ｎ、３ｎ、５ｎ、２ｎ、１ｎと右回りに伝わるループ経路を表す。

経路情報Ｒ３は、例えば「１ｎ－３ｎ－４ｎ－３ｎ－１ｎ」であり、ノード１ｎ、３ｎ、４ｎ、３ｎ、１ｎを往復する往復経路を表す。

このような経路情報Ｒ１～Ｒ３は、利用者がトポロジ情報を基に手動で計算し、この結果を経路情報として後述の検査パケット生成部１５に入力することも可能である。

＜計算方法２＞
計算方法２は、経路決定部１４が、ＮＷ３０の第１ノード１ｎを始終点とし往復経路の経路情報を全て計算するものである。例えば、経路決定部１４が、図４に示す第１～第５ノード１ｎ～５ｎの往復経路の経路情報Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４，Ｒ１５，Ｒ１６を計算する場合について説明する。

経路情報Ｒ１１は、例えば「１ｎ－３ｎ－１ｎ」であり、この符号列の先頭「１ｎ」から末尾「３ｎ」間を往復する往復経路を表している。つまり、第１ノード１ｎから第３ノード３ｎ間を往復する往復経路を表している。

経路情報Ｒ１２は、例えば「１ｎ－２ｎ－１ｎ」であり、第１ノード１ｎから第２ノード２ｎ間の往復経路を表している。

経路情報Ｒ１３は、例えば「１ｎ－３ｎ－２ｎ－３ｎ－１ｎ」であり、第１ノード１ｎから第３ノード３ｎを介した第２ノード２ｎ間の往復経路を表している。

経路情報Ｒ１４は、例えば「１ｎ－３ｎ－５ｎ－３ｎ－１ｎ」であり、第１ノード１ｎから第３ノード３ｎを介した第５ノード５ｎ間の往復経路を表している。

経路情報Ｒ１５は、例えば「１ｎ－３ｎ－４ｎ－３ｎ－１ｎ」であり、第１ノード１ｎから第３ノード３ｎを介した第４ノード４ｎ間の往復経路を表している。

経路情報Ｒ１６は、例えば「１ｎ－２ｎ－５ｎ－２ｎ－１ｎ」であり、第１ノード１ｎから第２ノード２ｎを介した第５ノード５ｎ間の往復経路を表している。

この計算方法２では、ＮＷ３０において、始終点のノードから、始終点以外のノードまで検査パケットが伝送可能な往復経路の経路情報を計算する。この計算された２つの異なる往復経路の経路情報の比較により、必要なノード区間のリンクを抽出可能となる。

例えば、ＮＷ３０において、第３ノード３ｎと第４ノード４ｎ間の遅延時間を求めたい場合、第３ノード３ｎと第４ノード４ｎ間のみに検査パケットは伝送できない。そこで、経路情報Ｒ１１「１ｎ－３ｎ－１ｎ」と、経路情報Ｒ１５「１ｎ－３ｎ－４ｎ－３ｎ－１ｎ」との差分を計算すると「３ｎ－４ｎ」が求まる。つまり、ノード３ｎと４ｎ間の接続情報「３ｎ－４ｎ」を求めることができる。このため、経路情報Ｒ１１の遅延時間と、Ｒ１５の遅延時間との差分から、ノード３ｎと４ｎ間の往復遅延時間を求めることが可能となる。これと同様に、検査パケットがこの区間のみに伝送不可能なノード区間の往復遅延時間（又は片道の遅延時間）を求めることが可能となる。

なお、ＮＷ３０では、夜間等の非混雑時に遅延測定を行うことで、輻輳の影響を無視した伝送距離に応じた遅延の絶対量を測定したり、周期的に計測することで遅延の変化有無や、変化量を検出したりすることが可能となる。

この他、経路決定部１４は、計算した経路情報からＮＷ３０内の伝送方向込みの全リンクが必ず含まれるような組合せを抽出する。この抽出によりＮＷ３０内の全リンクの各方向を経由する検査パケットが必ず一つ以上は存在することになる。例えば、図３に示す経路情報Ｒ１に係るリンクでは左回りに検査パケットが伝送されるが、この逆の右回りでも伝送される。この双方向の伝送は、経路情報Ｒ３に係るリンクにおいても同様である。

また、全てのノード１ｎ～５ｎが必ず２ノード以上接続されている場合（図３では第４ノード４ｎと第５ノード５ｎとが接続されているとした場合）、計算方法１と計算方法２を組み合わせることで、遅延が発生したリンクと、向き（右又は左向き）、変化量を特定することが、次のように可能となる。

（１Ａ）例えば、図４に示すノード１ｎと３ｎを介した５ｎとの往復で、前回「１０」と今回「１８」の遅延の差分「８」を計算する。

（２Ａ）一方、図３のノード１ｎと３ｎを介した５ｎとのループを経由する右回りで、例えば、遅延が前回「１０」から今回「１８」に増加しているとする。一方、このループで左回りでは、遅延が前回「８」から今回「８」と変わらないとする。この場合、右回り又は左回り方向において前回と今回の遅延の差分から、右回りで増加、左回りで未変化を算出できる。

従って、上記（１Ａ）及び（２Ａ）の結果から、第１ノード１ｎから３ｎを介した５ｎの方向の伝送ループ（右回りのループ）で遅延が「８」増加していることが分かる。

図１に戻って、検査パケット生成部（生成部ともいう）１５は、上記決定された経路情報Ｒ１～Ｒ３を通る検査パケットを生成する。この際、ＮＷ３０内での検査パケットの転送を、後述のラベルスイッチング方式やフロー制御が可能なもので実現することで、任意の経路区間における検査パケットの転送が可能となる。

ラベルスイッチング方式には、ラベルと呼ばれるタグを使用したパケット転送技術であるＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）及びSegment Routing（セグメントルーティング）等がある。セグメントルーティングでは、ＮＷ３０の入り口で検査パケットのペイロード及びヘッダに付加する情報に基づき、通信経路の指定や優先付けが可能となる。このように生成部１５で生成された検査パケットはタイムスタンプ押下部２０へ出力される。

フロー制御には、通信ネットワークを構成する通信機器を１つの制御装置で集中管理し、複雑な転送制御を行ったり、柔軟にネットワーク構成を変更したりできる技術としてのOpenflow（オープンフロー）等がある。

但し、検査パケットの宛先は必ず遅延測定装置１０とする。検査パケットの宛先が、遅延測定装置１０となるように経路を決定することで、遅延測定装置１０から送信した検査パケットを同一装置（遅延測定装置１０）で受信できる。このため、１つの遅延測定装置１０のみで遅延測定を可能としている。

この他、生成部１５で、転送経路以外にパケットの優先度（COS/DSCP等）を合わせて設定することで同一経路上の異なる優先度の遅延時間を測定することも可能である。なお、検査パケットの優先度には、通信の優先度を表す値であるＣｏＳ（Class of Service）やＤＳＣＰ（Differentiated Services Code Point）、Ｅｘｐ(Experimental)等が用いられる。

上述した経路の接続情報以外に、検査パケットのヘッダに優先度として、例えば優先度１、優先度７を設定する。この設定により、同一経路において通信サービス毎の遅延測定が可能となる。電話サービス等の優先度７の検査パケットと、インターネットサービス等の優先度１の検査パケットとが同一ノードに入ってきた場合、優先度７の検査パケットが優先的に伝送される。

計時部１９は、正確な時刻情報を発信するＮＴＰ（Network Time Protocol）サーバやＧＰＳ（Global Positioning System）等から時刻情報を受信して計時動作を行ったり、内部に正確な時刻の計時機能を備えて計時動作を行ったりして、計時情報を押下部２０へ出力する。

タイムスタンプ押下部（押下部ともいう）２０は、上記生成された検査パケットに、上記時刻情報を挿入（押下ともいう）し、ＮＷ３０へ送信する。つまり、検査パケットには、ＮＷ３０への送信時の時刻情報（送信時刻情報Ｔｉｎ又はタイムスタンプＴｉｎ）が押下される。

また、押下部２０は、ＮＷ３０から戻って受信された検査パケットに、上記時刻情報を押下する。つまり、検査パケットには、ＮＷ３０から受信時の時刻情報（受信時刻情報Ｔｏｕｔ又はタイムスタンプＴｏｕｔ）が押下される。この押下後の検査パケットは、遅延計算部１７へ出力される。なお、送信時刻情報Ｔｉｎを送信時刻Ｔｉｎとも称し、受信時刻情報Ｔｏｕｔを受信時刻Ｔｏｕｔとも称す。

遅延計算部１７は、検査パケットに押下された送信時刻Ｔｉｎと受信時刻Ｔｏｕｔとの差分から遅延時間を算出し、この遅延時間の情報に、当該検査パケットが経由した経路情報を対応付けてＤＢ１６に記憶して格納する。この格納された遅延時間情報及び経由経路情報を格納情報とも称す。

結果判定部１８は、ＤＢ１６の格納情報を基にＮＷ３０の状態を判定する。この判定は、ＮＷ３０に一定周期で検査パケットを送受信した際の、前回測定周期と今回測定周期との差分が一定割合を超えているか否かを判定する。また、所定周期で送受信した検査パケットの格納情報を一定期間学習した結果から、遅延が平均値より著しく乖離しているか、又は、乖離がどの程度継続しているか、又は、遅延時間が増加傾向或いは減少傾向にあるか等を判定する。これらの判定結果を基に、ＮＷ３０の状態としての、故障によるトポロジの変化、輻輳によるキューイング遅延の増加、遅延量が変動した区間や伝送方向等を推定可能となる。

次に、図５に検査パケット生成部１５で生成される検査パケットＰＲ１～ＰＲ３の一例を示す。検査パケットＰＲ１～ＰＲ３は、経路決定部１４で決定された経路情報Ｒ１～Ｒ３に基づいて生成されている。

検査パケットＰＲ１は、ペイロード、ヘッダ、上述したラベルとしての１ｎＬ，３ｎＬ，２ｎＬが挿入されている。ペイロードには、送信時には送信時刻情報Ｔｉｎが押下され、受信時には更に受信時刻情報Ｔｏｕｔが押下される。ヘッダには、始終点の遅延測定装置１０の固有情報を示す宛先情報１０ｋと、優先度（COS、DSCP等）が挿入されている。

同様に、検査パケットＰＲ２は、ペイロード、ヘッダ、ラベル１ｎＬ，２ｎＬ，５ｎＬ，３ｎＬが挿入されている。検査パケットＰＲ３は、ペイロード、ヘッダ、ラベル１ｎＬ，３ｎＬ，４ｎＬ，３ｎＬ，１ｎＬが挿入されている。

検査パケットＰＲ１～Ｒ３のラベルの読み取りについて、左回りに伝送される検査パケットＰＲ１と、往復で伝送される検査パケットＰＲ３とを代表して説明する。

まず、検査パケットＰＲ１のラベル１ｎＬ，３ｎＬ，２ｎＬは、この末尾から先頭に向かって、２ｎＬ、３ｎＬ、１ｎＬの順にノードで読み取られる。但し、ＮＷ３０では、第１ノード１ｎが始終点であるため、検査パケットＰＲ１には、終点を示すラベル１ｎＬはヘッダの次に挿入されているが、始点を示すラベル１ｎＬは挿入されていない。

検査パケットＰＲ１が、図３に矢印Ｙ２で示すように、生成部１５から第１ノード１ｎへ送信されたとする。この場合、第１ノード１ｎは、図５に示す末尾のラベル２ｎＬを読み取り、図６に示すように、ラベル２ｎＬを検査パケットＰＲ１から外した後、第２ノード２ｎに転送する。つまり、転送される検査パケットＰＲ１は、末尾が３ｎＬとなっている。

次に、第２ノード２ｎが、検査パケットＰＲ１を受信すると、末尾のラベル３ｎＬを読み取り、図７に示すように、ラベル３ｎＬを検査パケットＰＲ１から外した後、第３ノード３ｎに転送する。この時点で末尾が１ｎＬとなっている。

次に、第３ノード３ｎが、検査パケットＰＲ１を受信すると、末尾のラベル１ｎＬを読み取り、図８に示すように、ラベル１ｎＬを検査パケットＰＲ１から外した後、第１ノード１ｎに転送する。この時点で検査パケットＰＲには、ラベルが無い状態となる。この検査パケットＰＲ１を第１ノード１ｎが受信すると、ヘッダの宛先情報１０ｋを読み取って、図３の矢印Ｙ３で示すようにタイムスタンプ押下部２０へ送信する。

次に、図５に示す検査パケットＰＲ３は、ラベル１ｎＬ，３ｎＬ，４ｎＬ，３ｎＬの末尾から先頭に向かって順に読み取られる。即ち、検査パケットＰＲ３「ラベル１ｎＬ，３ｎＬ，４ｎＬ，３ｎＬ」が、図３に矢印Ｙ２で示すように、生成部１５から第１ノード１ｎへ送信された場合、第１ノード１ｎは、末尾のラベル３ｎＬを読み取り、このラベル３ｎＬを検査パケットＰＲ３から外した後、第３ノード３ｎに転送する。この転送される検査パケットＰＲ３は、末尾が４ｎＬとなっている。

次に、第３ノード３ｎが、検査パケットＰＲ３を受信すると、末尾のラベル４ｎＬを読み取って外した後、第４ノード４ｎに転送する。この時点で末尾が３ｎＬとなっている。

次に、第４ノード４ｎが、検査パケットＰＲ３を受信すると、末尾のラベル３ｎＬを読み取って外した後、第３ノード３ｎに転送する。この時点で末尾が１ｎＬとなっている。

次に、ノード３ｎＬが、検査パケットＰＲ３を受信すると、末尾のラベル１ｎＬを読み取って外した後、第１ノード１ｎに転送する。この時点で検査パケットＰＲには、ラベルが無い状態となる。この検査パケットＰＲ３を第１ノード１ｎが受信すると、ヘッダの宛先情報１０ｋを読み取って、図３の矢印Ｙ３で示すように押下部２０へ送信する。

＜ハードウェア構成＞
上述した検査パケット生成装置１１は、例えば図９に示すような構成のコンピュータ１００によって実現される。以下、検査パケット生成装置１１を例に挙げて説明する。図９は、検査パケット生成装置１１の機能を実現するコンピュータ１００の一例を示すハードウェア構成図である。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０４、入出力Ｉ／Ｆ（Inter Face）１０５、通信Ｉ／Ｆ（Inter Face）１０６、及びメディアＩ／Ｆ１０７を有する。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２又はＨＤＤ１０４に記憶されたプログラムに基づき作動し、各機能部の制御を行う。ＲＯＭ１０２は、コンピュータ１００の起動時にＣＰＵ１０１により実行されるブートプログラムや、コンピュータ１００のハードウェアに係るプログラム等を記憶する。

ＣＰＵ１０１は、入出力Ｉ／Ｆ１０５を介して、プリンタやディスプレイ等の出力装置１１１及び、マウスやキーボード等の入力装置１１０を制御する。ＣＰＵ１０１は、入出力Ｉ／Ｆ１０５を介して、入力装置１１０からデータを取得し、又は、生成したデータを出力装置１１１へ出力する。

ＨＤＤ１０４は、ＣＰＵ１０１により実行されるプログラム及び当該プログラムによって使用されるデータ等を記憶する。通信Ｉ／Ｆ１０６は、通信網１１２を介して図示せぬ他の装置からデータを受信してＣＰＵ１０１へ出力し、また、ＣＰＵ１０１が生成したデータを、通信網１１２を介して他の装置へ送信する。

メディアＩ／Ｆ１０７は、記録媒体１１３に格納されたプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ１０３を介してＣＰＵ１０１へ出力する。ＣＰＵ１０１は、目的の処理に係るプログラムを、メディアＩ／Ｆ１０７を介して記録媒体１１３からＲＡＭ１０３上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体１１３は、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto Optical disk）等の光磁気記録媒体、磁気記録媒体、導体メモリテープ媒体又は半導体メモリ等である。

例えば、コンピュータ１００が実施形態に係る検査パケット生成装置１１として機能する場合、コンピュータ１００のＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３上にロードされたプログラムを実行することにより、検査パケット生成装置１１の機能を実現する。また、ＨＤＤ１０４には、ＲＡＭ１０３内のデータが記憶される。ＣＰＵ１０１は、目的の処理に係るプログラムを記録媒体１１３から読み取って実行する。この他、ＣＰＵ１０１は、他の装置から通信網１１２を介して目的の処理に係るプログラムを読み込んでもよい。

＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態に係る遅延測定装置１０を用いた遅延測定動作を、図１０のフローチャートを参照して説明する。
図１０に示すステップＳ１において、トポロジ検知部１３が、図２に矢印Ｙ１で示すように、ＮＷ３０からＯＳＰＦ－ＬＳ／ＢＧＰ－ＬＳ等のルーティング情報を収集し、ＮＷ３０のトポロジ情報を検知し、経路決定部１４へ出力する。

次に、ステップＳ２において、経路決定部１４がトポロジ情報に基づきＮＷ３０の経路情報を計算する。例えば、前述の図３に示した経路情報Ｒ１が計算されたとする。

次に、ステップＳ３において、図１１に示す検査パケット生成部１５が、上記ステップＳ２で決定された経路情報Ｒ１に基づき検査パケットＰＲ１を生成し、タイムスタンプ押下部（押下部ともいう）２０に出力する。この生成時に、検査パケットＰＲ１のヘッダには、遅延測定装置１０の宛先情報１０ｋが記載される。

ステップＳ４において、押下部２０は、入力された検査パケットＰＲ１を送信時に、計時部１９で計時中の計時情報を送信時刻情報Ｔｉｎ１として、検査パケットＰＲ１のペイロードに押下する。この押下後の検査パケットＰＲ１が、矢印Ｙ２で示すように、第１ノード１ｎへ送信される。

ステップＳ５において、第１ノード１ｎで受信された検査パケットＰＲ１が、当該検査パケットＰＲに記載のラベル１ｎＬ，３ｎＬ，２ｎＬに応じた各ノード２ｎ，３ｎ，１ｎに次のように転送された後に、矢印Ｙ３で示すように押下部２０へ戻って受信される。

即ち、第１ノード１ｎが、末尾のラベル２ｎＬを読み取り、ラベル２ｎＬを検査パケットＰＲ１から外した後、第２ノード２ｎに転送する。この転送される検査パケットＰＲ１は、末尾が３ｎＬとなっている。

次に、第２ノード２ｎが、検査パケットＰＲ１の末尾のラベル３ｎＬを読み取ってラベル３ｎＬを外した後、第３ノード３ｎに転送する。次に、第３ノード３ｎが、検査パケットＰＲ１の末尾のラベル１ｎＬを読み取ってラベル１ｎＬを外した後、第１ノード１ｎに転送する。第１ノード１ｎは、検査パケットＰＲ１のヘッダの宛先情報１０ｋを読み取って、矢印Ｙ３で示すように押下部２０へ送信する。

次に、ステップＳ６において、押下部２０は、検査パケットＰＲ１の受信時に、計時部１９で計時中の計時情報を受信時刻情報Ｔｏｕｔ１として、ペイロードに押下する。このペイロードにＴｉｎ１、Ｔｏｕｔ１が押下された検査パケットＰＲ１が、遅延計算部１７へ出力される。

ステップＳ７において、遅延計算部１７は、検査パケットＰＲ１に押下された送信時刻情報Ｔｉｎ１と受信時刻情報Ｔｏｕｔ１との差分から遅延時間Ｔ１－１（図１２）を算出し、この遅延時間情報Ｔ１－１を経路情報Ｒ１と対応付けて図１２に示すＤＢ１６に格納する。

ＤＢ１６には、各検査パケットＰＲ１～ＰＲ３を定期的にＮＷ３０に送受信して得られる遅延時間情報Ｔが格納されている。即ち、検査パケットＰＲ１を１回目に送受信して測定した際の１周期目（周期１）の遅延時間情報Ｔ１－１と、２回目に送受信して測定した際の２周期目（周期２）の遅延時間情報Ｔ１－２と、…、ｎ回目に送受信して測定した際のｎ周期目（周期ｎ）の遅延時間情報Ｔ１－ｎとが格納されている。同様に、検査パケットＰＲ２を１回目に送受信した際の遅延時間情報Ｔ２－１と、２回目に送受信した際の遅延時間情報Ｔ２－２と、…、ｎ回目に送受信した際の遅延時間情報Ｔ２－ｎとが格納されている。同様に、検査パケットＰＲ３を１回目に送受信した際の遅延時間情報Ｔ３－１と、２回目に送受信した際の遅延時間情報Ｔ３－２と、…、ｎ回目に送受信した際の遅延時間情報Ｔ３－ｎとが格納されている。

次に、ステップＳ８において、結果判定部１８は、ＤＢ１６の格納情報を基にＮＷ３０の所定経路における遅延状態を判定する。例えば、図１３に示すように、経路情報Ｒ１に係る経路において、周期１の遅延時間情報Ｔ１－１を周期２の遅延時間情報Ｔ１－２で除算することにより、遅延時間の変動値１．５３が得られる。この変動値１．５３は、前回の周期１よりも今回の周期２において遅延時間が５３％増加したことを示す。従って、結果判定部１８は、遅延時間の変動有りと判定する。

また、経路情報Ｒ２に係る経路において、周期１の遅延時間情報Ｔ２－１が周期２の遅延時間情報Ｔ２－２で除算され、遅延時間の変動値０．９７が得られる。この変動値０．９７は、前回の周期１よりも今回の周期２において遅延時間が３％減少したことを示す。従って、遅延時間の変動無しと判定される。

また、経路情報Ｒ３に係る経路において、周期１の遅延時間情報Ｔ３－１が周期２の遅延時間情報Ｔ３－２で除算され、遅延時間の変動値１．０１が得られる。この変動値１．０１は、前回の周期１よりも今回の周期２において遅延時間が１％増加したことを示す。従って、遅延時間の変動無しと判定される。

このように結果判定部１８で、前周期と今周期との差分が一定割合を超え遅延時間が変動しているか否かが判定できる。つまり、遅延時間が増加傾向又は減少傾向にあるかが判定できる。この他、周期毎の遅延時間を一定期間学習したデータから、ある周期で著しく遅延時間が乖離しているか否か、また、乖離がどの程度継続しているか等が判定可能である。

＜実施形態の効果＞
次に、本実施形態に係る遅延測定装置１０の効果を説明する。
（１）遅延測定装置１０は、トポロジ検知部１３、経路決定部１４、検査パケット生成部１５、遅延計算部１７及びＤＢ１６を備える。

トポロジ検知部１３は、複数のノードがネットワーク接続されたＮＷ３０から、ルーティング情報（ルーティングプロトコル情報）を収集してトポロジ情報を検知する。経路決定部１４は、その検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定する。検査パケット生成部１５は、その決定された経路情報に基づく経路に伝送させる検査パケットを生成する。

タイムスタンプ押下部２０は、時刻を計時すると共にパケットの送受信を行い、検査パケット生成部１５で生成された検査パケットに、ノード間の経路情報に応じた経路への検査パケット送信時に計時による送信時刻情報を押下し、当該経路からの検査パケット受信時に計時による受信時刻情報を押下する。遅延計算部１７は、検査パケットに押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出し、算出された遅延時間情報を、当該遅延時間情報に係るノード間の経路情報に対応付けてＤＢ１６に格納する構成とした。

この構成によれば、経路決定部１４によってトポロジ検知部１３で検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定する。この経路情報の経路への検査パケット送信時に送信時刻情報を押下し、当該経路からの検査パケット受信時に受信時刻情報を押下する。この押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出できる。

このような遅延測定の構成を、生成した検査パケットを遅延測定対象の経路へ伝送させ、この伝送時に送受信時刻を検査パケットに押下（タイムスタンプ処理）し、この送受信時刻の差分を求める簡単な装置構成で実現できる。従って、ＮＷ３０の必要なノード区間の遅延を測定でき、ネットワークのノード区間の遅延を把握できる遅延測定装置１０を低コストで実現できる。

また、押下部２０による検査パケットへの送信時刻情報及び受信時刻情報のタイムスタンプ処理を、同一のハードウェアで処理できるので高精度な遅延測定を実現できる。このため、遅延測定の基準となるタイムスタンプをハードウェア処理で押下することでマイクロ秒オーダー、且つ処理競合による揺らぎの影響を最低限に抑制できる遅延測定を実現できる。また、ハードウェア構成によって、計時部１９による同一計時の時刻でタイムスタンプの挿入を行うことができるので、装置間の時刻同期が不要となり、高精度な時刻情報の挿入が可能になる。

（２）経路決定部１４は、ＮＷ３０において、タイムスタンプ押下部２０に直接接続されたノードを始終点として、検査パケットが経由する異なるループに対応した複数のループ経路情報を決定する構成とした。

この構成によれば、検査パケットがループ経路情報に応じて、始終点ノードからループ経路を右回りで回って始終点ノードに戻る際に、遅延が前回の例えば「１０」から今回の例えば「１８」に増加していることが測定されたとする。一方、このループの左回りでは、遅延が前回「８」から今回「８」と変わらないとする。この場合、右回り又は左回り方向において前回と今回の遅延の差分から、右回りで増加、左回りで未変化を導出できる。従って、その導出結果から、右回りのループ経路で遅延が「８」増加していることが分かる。このように同一ループ経路において右回りと左回りとの遅延の増減を容易に導出できる。

（３）経路決定部１４は、始終点のノードと、始終点ノード以外のノード間における複数の往復経路情報を決定し、往復経路情報の内、終始点から共通経路を有し且つ長さが異なる経路同士の差分から、始終点ノード以外のノード区間の往復経路を決定する構成とした。

この構成によれば、始終点ノード以外のノード区間の往復経路情報、言い換えれば、検査パケットがこの区間のみに伝送不可能なノード区間の往復の遅延情報を求めることができる。このため、検査パケットがこの区間のみに伝送不可能なノード区間の往復遅延を求めることができる。

（４）検査パケット生成部１５は、検査パケットのヘッダに各種の通信サービスに応じた優先度を設定する構成とした。

この構成によれば、検査パケットのヘッダに各種の通信サービスに応じた優先度として、例えば重要度の高い電話サービス用の優先度７、インターネットサービス用の優先度１を設定する。この設定により、優先度７の検査パケットと、優先度１の検査パケットとが、同一ノードに入ってきた場合、電話サービス用の優先度７の検査パケットを優先的に伝送できる。

（５）ＮＷ３０のノードは、ラベルスイッチング方式で検査パケット転送を行う構成とした。

この構成によれば、遅延測定対象の経路情報に応じた転送先ノードを示すラベルを検査パケットに挿入し、この検査パケットをループ経路又は往復経路で転送（伝送）できる。このため、測定したい経路に適正に検査パケットを転送できる。

（６）ＤＢ１６に格納された経路情報毎の遅延時間情報を基に、同一ノード区間の経路における前回測定周期と今回測定周期との遅延時間の差分を判定する結果判定部１８を更に備える構成とした。

この構成によれば、前回測定周期と今回測定周期との遅延時間の差分が一定割合を超えているか否かが判定できる。このため、遅延時間が増加傾向又は減少傾向にあるかが判定できる。

次に、本実施形態のコンピュータで実行されるプログラムについて説明する。コンピュータは、通信ネットワークのノード間の遅延時間を測定する遅延測定装置１０であるとする。

プログラムは、上記コンピュータを、複数のノード１ｎ～５ｎがネットワーク接続された通信ＮＷ３０から、ルーティング情報を収集してトポロジ情報を検知する手段、上記検知されたトポロジ情報に基づき、測定対象となるノード間の経路情報を決定する手段、上記決定された経路情報に基づく経路に伝送させる検査パケットを生成する手段、時刻を計時すると共にパケットの送受信を行い、上記生成されたパケットに、上記ノード間の経路情報に応じた経路へのパケット送信時に上記計時による送信時刻情報を押下し、当該経路からのパケット受信時に上記計時による受信時刻情報を押下する手段、上記パケットに押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出し、算出された遅延時間情報を、当該遅延時間情報に係るノード間の経路情報に対応付けてＤＢ１６に格納する手段として機能させる。

このプログラムによれば、上述した遅延測定装置１０と同様の効果を得ることができる。

＜効果＞
（１ａ）複数のノードが互いにネットワーク接続されて構成される通信ネットワークから、ルーティングプロトコル情報を収集してトポロジ情報を検知する検知部と、前記検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定する経路決定部と、前記決定された経路情報に基づく経路に伝送させるパケットを生成する生成部と、時刻を計時すると共にパケットの送受信を行い、前記生成部で生成されたパケットに、前記ノード間の経路情報に応じた経路へのパケット送信時に計時による送信時刻情報を押下し、当該経路からのパケット受信時に計時による受信時刻情報を押下する押下部と、前記パケットに押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出し、算出された遅延時間情報を、当該遅延時間情報に係るノード間の経路情報に対応付けてＤＢ（Data Base）に格納する計算部とを備えることを特徴とする遅延測定装置である。

この構成によれば、経路決定部によって検知部で検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定する。この経路情報の経路へのパケット送信時に送信時刻情報を押下し、当該経路からのパケット受信時に受信時刻情報を押下する。この押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出できる。この遅延測定の構成を、生成したパケットを遅延測定対象の経路へ伝送させ、この伝送時に送受信時刻をパケットに押下（タイムスタンプ処理）し、この送受信時刻の差分を求める簡単な装置構成で実現できる。従って、通信ネットワークの必要なノード区間の遅延を測定でき、ネットワークのノード区間の遅延を低コストで把握できる。

（２ａ）前記経路決定部は、前記通信ネットワークにおいて、前記押下部に直接接続されたノードを始終点として、前記パケットが経由する異なるループに対応した複数のループ経路情報を決定することを特徴とする上記（１ａ）に記載の遅延測定装置である。

この構成によれば、パケットがループ経路情報に応じて、始終点ノードからループ経路を右回りで回って始終点ノードに戻る際に、遅延が前回の例えば「１０」から今回の例えば「１８」に増加していることが測定されたとする。一方、このループの左回りでは、遅延が前回「８」から今回「８」と変わらないとする。この場合、右回り又は左回り方向において前回と今回の遅延の差分から、右回りで増加、左回りで未変化を導出できる。従って、その導出結果から、右回りのループ経路で遅延が「８」増加していることが分かる。このように同一ループ経路において右回りと左回りとの遅延の増減を容易に導出できる。

（３ａ）前記経路決定部は、前記始終点のノードと、始終点ノード以外のノード間における複数の往復経路情報を決定し、往復経路情報の内、終始点から共通経路を有し且つ長さが異なる経路同士の差分から、始終点ノード以外のノード区間の往復経路を決定することを特徴とする上記（２ａ）に記載の遅延測定装置である。

この構成によれば、始終点ノード以外のノード区間の往復経路情報、言い換えれば、パケットがこの区間のみに伝送不可能なノード区間の往復の遅延情報を求めることができる。このため、パケットがこの区間のみに伝送不可能なノード区間の往復遅延を求めることができる。

（４ａ）前記生成部は、前記パケットのヘッダに各種の通信サービスに応じた優先度を設定する構成とした。

（５ａ）前記通信ネットワークのノードは、ラベルスイッチング方式でパケット転送を行うことを特徴とする上記（１ａ）～（４３ａ）の何れか１つに記載の遅延測定装置である。

この構成によれば、遅延測定対象の経路情報に応じた転送先ノードを示すラベルをパケットに挿入し、このパケットをループ経路又は往復経路で転送（伝送）できる。このため、測定したい経路に適正にパケットを転送できる。

（６ａ）前記ＤＢに格納された経路情報毎の遅延時間情報を基に、同一ノード区間の経路における前回測定周期と今回測定周期との遅延時間の差分を判定する判定部を更に備えることを特徴とする上記（１ａ）～（５ａ）の何れか１つに記載の遅延測定装置である。

この構成によれば、前回測定周期と今回測定周期との遅延時間の差分が一定割合を超えているか否かが判定できる。また、遅延時間が増加傾向又は減少傾向にあるかが判定できる。

（７ａ）通信ネットワークのノード間の遅延時間を測定する遅延測定装置による遅延測定方法であって、前記遅延測定装置は、複数のノードが互いにネットワーク接続されて構成される通信ネットワークから、ルーティングプロトコル情報を収集してトポロジ情報を検知するステップと、前記検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定するステップと、前記決定された経路情報に基づく経路に伝送させるパケットを生成するステップと、時刻を計時すると共にパケットの送受信を行い、前記生成されたパケットに、前記ノード間の経路情報に応じた経路へのパケット送信時に計時による送信時刻情報を押下し、当該経路からのパケット受信時に計時による受信時刻情報を押下するステップと、前記パケットに押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出し、算出された遅延時間情報を、当該遅延時間情報に係るノード間の経路情報に対応付けてＤＢに格納するステップとを実行することを特徴とする遅延測定方法である。

この方法によれば、上記（１ａ）と同様の作用効果を得ることができる。

（８ａ）コンピュータを、上記（１ａ）～（６ａ）の何れか１つに記載の遅延測定装置として機能させるためのプログラムである。

このプログラムによれば、上記（１ａ）～（６ａ）の何れか１つと同様の作用効果を得ることができる。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１０遅延測定装置
１１タイムスタンプ押下装置
１２検査パケット生成装置
１３トポロジ検知部
１４経路決定部
１５検査パケット生成部
１６ＤＢ
１７遅延計算部
１８結果判定部
１９計時部
２０タイムスタンプ押下部
３０測定対象の通信ネットワーク（ＮＷ）
１ｎ～５ｎノード

Claims

複数のノードが互いにネットワーク接続されて構成される通信ネットワークから、ノード間の接続状態を示すルーティング情報を収集してトポロジ情報を検知する検知部と、
前記検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定する経路決定部と、
前記決定された経路情報に基づく経路に伝送させるパケットを生成する生成部と、
時刻を計時すると共にパケットの送受信を行い、前記生成部で生成されたパケットに、前記ノード間の経路情報に応じた経路へのパケット送信時に計時による送信時刻情報を押下し、当該経路からのパケット受信時に計時による受信時刻情報を押下する押下部と、
前記パケットに押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出し、算出された遅延時間情報を、当該遅延時間情報に係るノード間の経路情報に対応付けてＤＢ（Data Base）に格納する計算部と
を備えることを特徴とする遅延測定装置。
前記経路決定部は、前記通信ネットワークにおいて、前記押下部に直接接続されたノードを始終点として、前記パケットが経由する異なるループに対応した複数のループ経路情報を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の遅延測定装置。
前記経路決定部は、前記始終点のノードと、始終点ノード以外のノード間における複数の往復経路情報を決定し、往復経路情報の内、終始点から共通経路を有し且つ長さが異なる経路同士の差分から、始終点ノード以外のノード区間の往復経路を決定する
ことを特徴とする請求項２に記載の遅延測定装置。
前記生成部は、前記パケットのヘッダに各種の通信サービスに応じた優先度を設定する
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の遅延測定装置。
前記通信ネットワークのノードは、ラベルスイッチング方式でパケット転送を行う
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の遅延測定装置。
前記ＤＢに格納された経路情報毎の遅延時間情報を基に、同一ノード区間の経路における前回測定周期と今回測定周期との遅延時間の差分を判定する判定部
を更に備えることを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の遅延測定装置。
通信ネットワークのノード間の遅延時間を測定する遅延測定装置による遅延測定方法であって、
前記遅延測定装置は、
複数のノードが互いにネットワーク接続されて構成される通信ネットワークから、ノード間の接続状態を示すルーティング情報を収集してトポロジ情報を検知するステップと、
前記検知されたトポロジ情報に基づき、遅延測定対象となるノード間の経路情報を決定するステップと、
前記決定された経路情報に基づく経路に伝送させるパケットを生成するステップと、
時刻を計時すると共にパケットの送受信を行い、前記生成されたパケットに、前記ノード間の経路情報に応じた経路へのパケット送信時に計時による送信時刻情報を押下し、当該経路からのパケット受信時に計時による受信時刻情報を押下するステップと、
前記パケットに押下された送信時刻情報と受信時刻情報との差分から遅延時間を算出し、算出された遅延時間情報を、当該遅延時間情報に係るノード間の経路情報に対応付けてＤＢに格納するステップと
を実行することを特徴とする遅延測定方法。
コンピュータを、請求項１～６の何れか１項に記載の遅延測定装置として機能させるためのプログラム。