JP7466809B1 - ストリーム監視方式、中継装置、ネットワークシステム、ストリーム監視プログラム、および監視端末 - Google Patents

Abstract

ストリーム監視方式（１１）は、ストリームにより識別されるフレームを監視する。フレーム監視部（１０６）は、フレーム受信数記憶部（１０５）を用いて、複数のストリームグループの各ストリームグループを監視時間の周期で監視し、監視時間に受信した受信フレーム数と期待値とに基づいて監視時間に受信した受信フレーム数の正常異常を判定する。フレーム受信数記憶部（１０５）は、各々に単一または複数のストリームが属する単一または複数のストリームグループ毎に受信フレームの受信数を記憶する。フレーム監視部（１０６）は、監視時間に受信した受信フレーム数の過去の履歴に基づいて期待値の下限値と上限値を補正する。

Description

本開示は、ストリーム監視方式、中継装置、ネットワークシステム、ストリーム監視方法、ストリーム監視プログラム、および監視端末に関する。

ＣＡＮあるいはイーサネットのネットワークにおいて、各端末から周期的に送信されるフレームを周期的に監視することで、端末の故障あるいは不正なフレームの侵入を検知する監視方法がある。ＣＡＮは、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋの略語である。

例えば、特許文献１には、時間情報を用いずに、ＣＡＮフレームの異常を判定する通信監視方法が開示されている。特許文献１では、送信周期が同一のＣＡＮフレームを一つのグループとしてグルーピングする。そして、グループ毎に、判定期間内に、各ＣＡＮフレームが１個ずつ受信された場合は正常、それ以外を異常と判定する。ここで、判定期間は、例えば、あるグループにＣＡＮフレームＡ、Ｂ、Ｃの３種類が属していた場合、受信３回が行われる期間である。

特開２０２０－１０２７７１号公報

従来技術では、複数種類のストリームを一つのグループとしてグルーピングし、そのグループ内でストリームを識別し、ストリーム毎に通信の異常検知を実現している。なお、ストリームとは、ある送信元ノードからある宛先ノードに向けて送信される、Ｌ２ヘッダ・Ｌ３ヘッダ・転送経路・送信周期等のパラメータで識別される一連のフレームである。以降、ＣＡＮのネットワークで扱われるＣＡＮ ＩＤに相当するフレームの識別子を「ストリーム」として一般化して記載する。ＩＤは、ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒの略語である。

従来技術では、各ストリームを識別し、周期的にストリーム毎の通信量を監視するため、ストリーム数の増加に比例して、プロセッサの処理負荷が増加するという課題がある。

本開示は、ストリーム単位の通信監視と同程度の精度でグループ単位の通信監視を実現し、プロセッサの処理負荷を軽減した通信監視を行うことを目的とする。

本開示に係るストリーム監視方式は、ストリームにより識別されるフレームを監視するストリーム監視方式において、
各々に単一または複数のストリームが属する単一または複数のストリームグループ毎に受信フレームを識別するフレーム識別部と、
前記単一または複数のストリームグループのストリームグループ毎に受信フレームの受信数を記憶するフレーム受信数記憶部を用いて、前記単一または複数のストリームグループの各ストリームグループを監視時間の周期で監視し、前記監視時間に受信した受信フレーム数と期待値とに基づいて前記監視時間に受信した受信フレーム数の正常異常を判定するとともに、前記監視時間に受信した受信フレーム数の過去の履歴に基づいて前記期待値の下限値と上限値を補正するフレーム監視部とを備える。

本開示に係るストリーム監視方式によれば、単一または複数のストリームが集約されるストリームグループ単位の通信監視を可能にする。ストリーム単位で監視する場合と比較し、本開示に係るストリーム監視方式によれば、メモリ量、プロセッサの処理負荷、または演算回路規模を軽減することができる。また、本開示に係るストリーム監視方式を備えた中継装置を複数備えるネットワークシステムを構築することにより、複数の中継装置の各ストリームグループの異常を収集する。これにより、ネットワークシステムにおける異常箇所の特定、または異常箇所の範囲の絞り込みが容易になる。

実施の形態１に係る中継装置の機能構成例を示す図。 実施の形態１に係る中継装置のハードウェア構成例を示す図。 実施の形態１に係る中継装置の動作例を示すフロー図。 実施の形態１に係るグルーピングルールの例を示す図。 実施の形態１において過去の監視時間内の受信フレーム数から現在の監視時間内の受信フレーム数の期待値を補正する手順を説明する図。 実施の形態１において監視時間を適切に計算する方法を説明する図。 実施の形態２に係るネットワークシステムの構成例を示す図。

以下、本実施の形態について、図を用いて説明する。各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。図中の矢印はデータの流れまたは処理の流れを主に示している。また、以下の図では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、上、下、左、右、前、後、表、裏といった向きあるいは位置が示されている場合がある。これらの表記は、説明の便宜上の記載であり、装置、器具、あるいは部品等の配置、方向および向きを限定するものではない。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係る中継装置１０の機能構成例を示す図である。
中継装置１０は、フレームを中継するノードである。中継装置１０は、受信するフレームを監視するストリーム監視方式１１を備えている。
ストリームとは、ある送信元ノードからある宛先ノードに向けて送信される、Ｌ２ヘッダ・Ｌ３以上のヘッダやペイロード情報・転送経路・送信周期・フレーム長・バーストサイズ・優先度・許容される転送遅延や転送遅延揺らぎの時間等のパラメータを持つ一連のフレームである。
本実施の形態ではイーサネットのネットワークを想定して記載する。例えばＣＡＮのネットワークであればフレームにＣＡＮ ＩＤの情報を格納するデータ領域が設けられている。そのため、そのＣＡＮ ＩＤ情報を読み取ることでフレームの識別が可能である。しかし、イーサネットのフレームにはそのような識別子のデータ領域は設けられていない。そこで、中継装置１０がフレームを受信した際、フレームのＬ２ヘッダ・Ｌ３以上のヘッダやペイロード情報・転送経路・送信周期・フレーム長・バーストサイズ・優先度・許容される転送遅延や転送遅延揺らぎの時間等を元にそのフレームが属するストリームを識別する。

中継装置１０は、ポート１００、フレーム受信部１０１、フレーム識別部１０２、フレーム多重分離部１０３、フレーム送信部１０４、フレーム受信数記憶部１０５、およびフレーム監視部１０６を備える。
フレーム識別部１０２は、入力インタフェース１２１とグルーピングルール１２２を備える。
フレーム監視部１０６は、入力インタフェース１６１と出力インタフェース１６２を備える。

フレーム受信部１０１は、ポート１００に入力されたフレームに対して、ＦＣＳのチェックあるいはフレームレングスのチェックを行う。ＦＣＳは、Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅの略語である。また、中継装置にＡＣＬが設定されていた場合、ＡＣＬのエントリに合致しているか否かのチェックを行う。ＡＣＬは、Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｌｉｓｔの略語である。そして、ＡＣＬのエントリに合致していた場合にそのエントリに紐づけられたアクション、すなわちフレーム転送または廃棄を実行する。

フレーム識別部１０２は、フレームを受信すると、グルーピングルール１２２に基づいて、そのフレームが複数のストリームグループのいずれに識別されるかを判定する。
複数のストリームグループの各々には、単一または複数のストリームが集約されている。言い換えると、複数のストリームグループの各々には、単一または複数のストリームが属している。
フレーム識別部１０２は、グルーピングルール１２２を用いて、各ストリームグループＩＤに紐づけられたフレームのヘッダ情報の各エントリのいずれに合致しているかをチェックする。
例えば、ストリームグループＩＤ＝０に振り分けるルールが、ＭＡＣ ＤＡ＝１２：３４：５６：７８：９Ａ：ＢＣ、かつ、ＶＬＡＮタグのＶＬＡＮ ＩＤ＝１００であるとする。受信フレームのＭＡＣ ＤＡとＶＬＡＮタグのＶＬＡＮ ＩＤの値が、それらの値に合致している場合、そのフレームはストリームグループＩＤ＝０として識別される。
前記ではＬ２のヘッダを例として説明したが、グルーピングルールにはＬ３以上のヘッダやペイロードの情報が用いられていてもよく、Ｌ２のヘッダに限定されない。グルーピングルールは、ネットワークの管理者がコンソールポートを使用して設定しても、ネットワークを経由して入力インタフェース１２１を使用して設定してもよい。また、グルーピングルールは、予め起動プログラムに含まれていてもよい。

フレーム識別部１０２が受信フレームをいずれかのストリームグループに識別した場合、フレーム受信数記憶部１０５に格納されているストリームグループ毎のカウンタをカウントアップする。すなわち、フレーム受信数記憶部１０５には、各々に複数のストリームが属する複数のストリームグループ毎に受信フレームの受信数が記憶されている。
フレーム識別部１０２は、その後、フレームをフレーム多重分離部１０３に転送する。

フレーム多重分離部１０３は、フレームの転送ルールに従い、所定のポート１００にフレームを転送する。

フレーム送信部１０４は、ポート１００毎に複数のクラスキューを保持し、フレームの優先度に応じて該当するクラスキューに振り分けた後、例えばＳｔｒｉｃｔ Ｐｒｉｏｒｉｔｙ等のスケジューリングアルゴリズムに基づいてフレームを送信する。なお、本実施の形態では、スケジューリングアルゴリズムは特に限定しない。

ストリーム監視方式１１は、フレーム監視部１０６を備える。
フレーム監視部１０６は、フレーム受信数記憶部１０５を用いて、複数のストリームグループの各ストリームグループを監視時間の周期で監視する。フレーム監視部１０６は、監視時間に受信した受信フレーム数と期待値とに基づいて監視時間に受信した受信フレーム数の正常異常を判定する。例えば、フレーム監視部１０６は、監視時間に受信した受信フレーム数が期待値の範囲内であれば正常と判定し、受信フレーム数が期待値の範囲内でなければ異常と判定する。
フレーム監視部１０６は、監視時間に受信した受信フレーム数の正常異常を判定した結果に基づいてストリームグループの異常の予兆を検知し通知する。または、フレーム監視部１０６は、ストリームグループの受信フレーム数の異常が一定回数継続した場合にストリームグループの異常と判断し通知する。また、フレーム監視部１０６は、監視時間に受信した受信フレーム数の過去の履歴に基づいて前記期待値の下限値と上限値を補正する。

フレーム監視部１０６は、監視時間に受信した受信フレーム数を異常と判定すると、異常と判定したストリームグループの異常判定結果を生成する。そして、フレーム監視部１０６は、異常判定結果をメモリに記憶する。あるいは、フレーム監視部１０６は、異常判定結果を外部に通知してもよい。なお、外部への通知は、コンソールポートを経由してコンソールに表示してもよい。あるいはフレーム送信部１０４を経由して別の装置に異常判定結果を通知するフレームを送信してもよい。あるいはそれら以外の方法で実現してもよい。

また、フレーム監視部１０６は、監視時間に受信した受信フレーム数の過去の履歴に基づいて、期待値の下限値と上限値を補正する。例えば、フレーム監視部１０６は、フレームの送信周期Ｔとフレームの受信周期のゆらぎαとに基づいて、監視時間をＴ－２α以下の値に設定するといった方法により、期待値の上限値を設定する。本実施の形態の例として、ストリーム監視を行う装置とストリームの送信元端末とのクロック偏差に起因する誤差が、前記２αに含まれる場合について説明する。クロック偏差に起因する誤差とは、ストリーム監視を行う装置が事前情報として認識しているフレームの送信周期Ｔと実際にストリームの送信元端末がフレームを送信する周期との誤差である。

具体的には、以下の通りである。
フレーム監視部１０６は、フレーム受信数記憶部１０５の各ストリームグループのカウンタを周期的に読み出し、各ストリームグループのフレーム受信数の期待値と比較し、期待値の範囲内であれば正常、そうでなければ異常と判定する。異常と判定した場合、異常判定結果をフレーム監視部１０６の内部で保持するか、または異常判定結果を通知するためのフレームを生成し、出力インタフェース１６２からそのフレームを送信する。
なお、ネットワークの管理者は、コンソールポート、あるいはネットワークを経由してフレーム受信部１０１から、フレーム監視部１０６の入力インタフェース１６１を介して、ストリーム監視に必要なパラメータを設定する。ストリーム監視に必要なパラメータとは、例えば、各ストリームにおけるフレームの送信周期、および許容される受信周期のゆらぎといったパラメータである。

図２は、本実施の形態に係る中継装置１０のハードウェア構成例を示す図である。
図２に示すように、中継装置１０は、フレーム送受信インタフェース２０１、演算回路２０２、プロセッサ２０３、およびメモリ２０４を備える。

図２では、フレーム送受信インタフェース２０１－１からフレーム送受信インタフェース２０１－ｍのｍ個のフレーム送受信インタフェース２０１を示している。図１の各ポート１００が図２の各フレーム送受信インタフェース２０１により構成される。フレーム送受信インタフェース２０１は、電気インタフェースのＰＨＹおよび光インタフェースのＳＦＰの機能を持つインタフェースが、含まれてもよい。また、フレーム送受信インタフェース２０１は、ＲＪ４５コネクタあるいはＭ１２コネクタが含まれてもよい。

演算回路２０２は、ＡＳＩＣ、あるいはＦＰＧＡの回路で実現される。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略語である。

プロセッサ２０３は、ＣＰＵ、あるいはシステムＬＳＩ等である。ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略語である。ＬＳＩは、Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの略語である。

メモリ２０４は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、あるいはＣＡＭ、ｔＣＡＭ等である。ＲＡＭは、Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略語である。ＲＯＭは、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙの略語である。ＣＡＭは、Ｃｏｎｔｅｎｔ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｍｅｍｏｒｙの略語である。ｔＣＡＭは、Ｔｅｒｎａｒｙ ＣＡＭの略語である。

図１のフレーム受信部１０１、フレーム多重分離部１０３、およびフレーム送信部１０４は、演算回路２０２で実現される。
フレーム識別部１０２は、演算回路２０２、プロセッサ２０３、およびメモリ２０４で実現される。
フレーム受信数記憶部１０５は、メモリ２０４で実現される。

フレーム監視部１０６は、演算回路２０２、プロセッサ２０３およびメモリ２０４で実現される。
フレーム監視部１０６の機能を実現するストリーム監視プログラムは、演算回路２０２またはプロセッサ２０３に読み込まれ、演算回路２０２またはプロセッサ２０３によって実行される。
フレーム識別部１０２およびフレーム監視部１０６の「部」を「回路」、「工程」、「手順」、「処理」、あるいは「サーキットリー」に読み替えてもよい。ストリーム監視プログラムは、ストリーム監視処理をコンピュータに実行させる。ストリーム監視処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」、「プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体」、または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」に読み替えてもよい。また、ストリーム監視方法は、中継装置１０がストリーム監視プログラムを実行することにより行われる方法である。
ストリーム監視プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、ストリーム監視プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。

プロセッサ２０３、演算回路２０２、およびメモリ２０４は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、図１の中継装置１０の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。なお、プロセッサ２０３および演算回路２０２をプロセッシングサーキットリと呼び、図１の中継装置１０の機能はプロセッシングサーキットリとメモリ２０４により実現されるとしてもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
次に、本実施の形態に係る中継装置１０の動作について説明する。中継装置１０の動作手順は、ストリーム監視方法に相当する。

図３は、本実施の形態に係る中継装置１０の動作例を示すフロー図である。
図３を用いて、中継装置１０において、ストリームグループを周期監視する手順について説明する。以下において、周期監視の対象とするストリームグループをストリームグループ＃ｘとする。

ステップＳ１０１において、各ストリームグループに振り分けるストリームが決定される。各ストリームグループにどのストリームを振り分けるかはグルーピングルール１２２により決定される。

図４は、本実施の形態に係るグルーピングルール１２２の例を示す図である。
図４のグルーピングルール１２２では、ストリームを識別するストリームＩＤと、当該ストリームにおけるフレームの送信周期と、ヘッダ情報と、振り分け先のストリームグループＩＤとが設定される。ヘッダ情報の例として、ＭＡＣ ＤＡ、ＭＡＣ ＳＡ、Ｅｔｈｅｒｔｙｐｅ、およびＶＬＡＮ ＩＤが設定される。なお、グルーピングルール１２２はこれに限らず、ストリーム識別にはＬ３以上のヘッダやペイロード、受信ポートの情報を含めてもよい。本ストリーム監視方式では、各ストリームグループに振り分けられるストリームの送信周期が同一である必要があり、グルーピングルール１２２は、その条件を満たす必要がある。また、送信周期の情報に加えて許容遅延や遅延揺らぎ時間等が同一または近いストリームを、同一のストリームグループに振り分ける基準を設けてもよい。
フレーム識別部１０２は、グルーピングルール１２２を参照して、各ストリームにおけるフレームをどのストリームグループに振り分けるかを決定する。具体的には、フレーム識別部１０２は、単一のストリームまたは、ストリームの送信周期が同一かあるいはフレームの受信周期のゆらぎをαとした際に送信周期の差分が２α以内の複数のストリームを、一つのストリームグループとして識別する。

ステップＳ１０２において、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘの監視時間および監視時間内の受信フレーム数の期待値を計算する。具体的な計算方法は後述する。

ステップＳ１０３において、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘの監視を開始する。
ステップＳ１０４において、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘの監視開始から監視時間が経過したかを判定する。
ストリームグループ＃ｘの監視開始から監視時間が経過すると、ステップＳ１０６に進む。
ストリームグループ＃ｘの監視開始から監視時間が経過していなければ、監視時間が経過するまでステップＳ１０４を繰り返す。

ステップＳ１０６において、フレーム監視部１０６は、監視時間内のストリームグループ＃ｘの受信フレーム数をリードする。
ステップＳ１０７において、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘの監視開始から一定時間が経過したか否かを判定する。
ストリームグループ＃ｘの監視開始から一定時間が経過していれば、ステップＳ１０８に進む。
ストリームグループ＃ｘの監視開始から一定時間が経過していなければ、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、フレーム監視部１０６は、前回の受信フレーム数リードから監視時間が経過したか否かを判定する。
前回の受信フレーム数リードから監視時間が経過すると、ステップＳ１０６に進む。
前回の受信フレーム数リードから監視時間が経過していなければ、監視時間が経過するまでステップＳ１０５を繰り返す。
すなわち、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘの監視開始から一定時間が経過するまで、前回の受信フレーム数リードから監視時間経過後に監視時間内のストリームグループ＃ｘの受信フレーム数のリードを繰り返す。
ここで、一定時間とは、各監視時間内のフレーム受信数の過去の履歴がたまりきる時間である。

ステップＳ１０８において、フレーム監視部１０６は、監視時間内の受信フレーム数が期待値の範囲か否かを判定する。
監視時間内の受信フレーム数が期待値の範囲であれば（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、ステップＳ１０９に進み、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘはその監視時間において正常と判定する。
そして、ステップＳ１１０において、フレーム監視部１０６は、監視時間内の受信フレーム数の過去の履歴に基づいて次回以降の監視時間内の受信フレーム数の期待値を補正する。その後、フレーム監視部１０６は、ステップＳ１０５に戻る。

監視時間内の受信フレーム数が期待値の範囲でなければ（ステップＳ１０８でＮＯ）、ステップＳ１１１に進み、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘはその監視時間において異常と判定する。
そして、ステップＳ１１２において、フレーム監視部１０６は、異常を通知するための異常通知のフレームを生成し、出力インタフェース１６２から異常通知フレームを送信する。あるいは、フレーム監視部１０６は、ストリームグループ＃ｘの異常判定結果をログとして内部で保持してもよい。
なお、異常判定結果の通知やログの保持は、各ストリームグループで異常を検知するたびに実施してもよい。あるいは、各ストリームグループにおいて、ある一定期間内に一定回数以上の異常を検知することを条件に異常通知を実施してもよい。上述したように、ストリームの異常検知から、ネットワークシステムの異常あるいは故障が発生したと判断する基準は、特に限定しない。
その後、フレーム監視部１０６は、ステップＳ１０３に戻り、これまでの各監視時間内のフレーム受信数の過去の履歴をリセットするために、ストリームグループ＃ｘの監視をリスタートする。

図５は、本実施の形態において過去の監視時間内の受信フレーム数から現在の監視時間内の受信フレーム数の期待値を補正する手順を説明する図である。

図５では、ストリームグループ＃０に、送信周期が同じストリーム＃０およびストリーム＃１が振り分けられている。なお、ストリームのパラメータとしては送信周期だが、フレーム監視部１０６にとっては受信周期となる。図５では、各ストリームの時間軸に沿ったフレーム受信タイミングと、各監視時間内のストリームグループ＃０の受信フレーム数を表している。

図５は、ストリーム＃０、＃１ともに監視時間毎に「１→１→１→０→（以降くりかえし）」のパターンで受信されるよう、ストリームの送信周期よりも監視時間が短く設定されている例を示している。ここで監視時間＃ｋに着目する。監視時間＃ｋでは、ストリームグループ＃０の受信フレーム数が「１」となっており、いずれか一方のストリームの受信数が「０」であることと、以降３回の監視時間で、いずれか一方のストリームの受信数が「１」であることが確定する。以降３回の監視時間は＃ｋ＋１、＃ｋ＋２、＃ｋ＋３である。つまり、以降３回の監視時間（＃ｋ＋１、＃ｋ＋２、＃ｋ＋３）で、ストリームグループ＃０の受信フレーム数は少なくとも「１」であり、ストリームグループ＃０の受信フレーム数の期待値の下限値を「１」に設定することができる。

過去の受信フレーム数の履歴を参照しない場合、各ストリームの受信フレーム数の期待値は「０または１」となり、２ストリームを集約する図５の例では、ストリームグループ＃０の受信フレーム数の期待値は「０または１または２」となる。よって、下限値は「０」である。上記のように過去の受信フレーム数の履歴を参照することで、期待値の幅を狭く、補正することができる。

上記は下限値を補正する例だが、ストリームの受信パターンの周期毎に１回だけ受信フレーム数が０となることを利用し、上限値を補正することも可能である。上述したように、図５では「１→１→１→０」の監視時間４回に１回、受信フレーム数が「０」となる。このように上限値を補正してもよい。
また、ストリームの受信フレーム数のパターンを「０→０→０→１」のように、基本的に受信フレーム数が「０」となるように監視時間をストリームの周期よりも長く設定することで、上記と同様の手順により、上限値を補正することができる。

図６は、本実施の形態において監視時間を適切に計算する方法を説明する図である。
ストリームグループに振り分けるストリームの送信周期Ｔとストリームの受信周期のゆらぎαを用いて、監視時間を「Ｔ－２α」か、またはそれ以下の時間に設定することで、受信フレーム数が必ず「１」となる監視時間を一定回数連続させることができる。
図６に、監視時間を「Ｔ－２α」に設定した結果、受信フレーム数が連続した監視時間で確定する例を示す。図６では、送信周期Ｔ＝１２ｍｓ、受信周期のゆらぎα＝１ｍｓとしているため、監視時間は１０ｍｓとなっている。「Ｔ－２α」以下の時間も設定可能だが、監視時間が短いとプロセッサの処理負荷が増加するデメリットがあるため、監視時間は「Ｔ－２α」に設定することが望ましい。また、「Ｔ－２α」以上の時間も設定可能だが、一定回数連続する監視時間で確定する受信フレーム数が「１」ではなく「２以上」となるため、ストリームの受信パターン（図５では「１→１→１→０」）が、監視時間が「Ｔ－２α」の場合と異なることを考慮する必要がある。なお、ストリーム正常時においては、図６のそれぞれの２αの時間帯にフレーム識別部１０２がフレームを受信することを前提としている。図６で、監視時間とＴの最小公倍数時間である６０ｍｓ内に、監視時間は６回（６０ｍｓ÷１０ｍｓ＝６）現れる。各監視時間に＃ｋ～＃ｋ＋５の識別子を設定している。図６では、監視時間＃ｋと、監視時間＃ｋ＋５のフレームの受信ゆらぎの幅２αが監視時間の境界に位置しており、受信フレーム数が０となるか１となるかは確定しない。一方で、監視時間＃ｋ＋１～＃ｋ＋４の４回の監視時間では、フレームの受信ゆらぎの幅２αが各監視時間内に収まっているため、受信フレーム数が１となることが確定する。監視時間＃ｋの開始時刻を基準時刻とし、基準時刻以降に最初に受信するフレームの受信時刻をオフセットとする。このとき、上記３つのパラメータ（監視時間、送信周期Ｔ、受信周期のゆらぎα）が確定すると、受信フレーム数が必ず「１」となる監視時間の一定連続回数（図６では、４回）は、オフセットによらない。

また、あるストリームグループに振り分けるストリームのフレーム長が異なる場合、上記のようなストリームグループ単位の受信フレーム数監視に加え、同一の監視時間周期で受信フレームのバイト数も併せて監視することで、ストリームグループ内の異常が発生したストリームを特定することができる。例えば、図５においてストリームＩＤ＝０と１のストリームのフレーム長がそれぞれ１００バイトと２００バイトとすると、監視時間＃ｋにおける受信バイト数は１００バイトとなる。図５に記載の通り監視時間＃ｋにおける受信フレーム数は１なので、監視時間＃ｋで受信しなかったストリームはストリーム＃１と判別できる。ここで、監視時間＃ｋ＋１におけるストリームグループ＃０の受信フレーム数が０だった場合、上述の通りストリーム＃１は正常ケースであれば監視時間＃ｋ＋１～＃ｋ＋３で受信フレーム数が必ず「１」となるため、ストリーム＃１に異常が発生したと判定することができる。前記のようにして異常が発生したストリームを特定した場合、異常と判定したストリームグループのＩＤとストリームのＩＤを合わせて異常判定結果を保持または通知する。
以上のように、フレーム監視部１０６は、監視時間の周期で行う、ストリームグループ単位の受信フレーム数監視に加え、同一の前記監視時間の周期で受信フレームのバイト数も併せて監視する。または、フレーム監視部１０６は、監視時間に受信した受信フレーム数を異常と判定した場合に、監視時間の受信フレームのバイト数を確認する。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態に係る中継装置は、単一または複数のストリームが集約されたストリームグループを一定の監視時間の周期で監視し、監視時間内の受信フレーム数が期待値の範囲内であれば正常、そうでなければ異常と判定するストリーム監視方式を備える。また、このストリーム監視方式は、過去の監視時間における受信フレーム数の履歴から、それ以降の一定回数の監視時間における受信フレーム数の期待値の下限値と上限値を補正する。よって、本実施の形態に係る中継装置によれば、単一または複数のストリームが集約されるストリームグループ単位の通信監視を可能にし、ストリーム単位で監視する場合と比較し、プロセッサの処理負荷を軽減することができる。
また、本実施の形態に係る中継装置は、過去の監視時間における受信フレーム数の履歴から期待値の下限値と上限値を補正する。よって、本実施の形態に係る中継装置によれば、異常検知精度を低下させることなく、ストリーム単位の通信監視と同程度の精度を保ちつつ、グループ単位の通信監視によるプロセッサの処理負荷の軽減を実現することができる。

以上の実施の形態１では、中継装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、中継装置の構成は一例であり、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。中継装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。
また、実施の形態１のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、この実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、この実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態１では、実施の形態の部分の自由な組み合わせ、あるいは実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点および実施の形態１に追加する点について説明する。
本実施の形態において、実施の形態１と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態１で説明した中継装置１０を複数備えるネットワークシステム５００について説明する。ネットワークシステム５００において、中継装置１０間でストリーム監視結果６１を共有するか、あるいはネットワークに接続された監視端末が各中継装置１０により送信されるストリーム監視結果６１を集約することで、ストリーム異常発生箇所を特定するシステムについて述べる。
本実施の形態では、フレーム監視部１０６は、受信フレーム数の正常異常の判定結果を各ストリームグループのストリーム監視結果６１として生成する。そして、フレーム監視部１０６は、ストリーム監視結果６１を複数の中継装置のうちの少なくとも１つの中継装置に送信する。すなわち、各ストリームグループのストリーム監視結果６１は１つの中継装置に集約される。

図７は、本実施の形態に係るネットワークシステム５００の構成例を示す図である。
ネットワークシステム５００は、複数の中継装置１０を備える。図７の例では、ネットワークシステム５００は、中継装置＃１、中継装置＃２、および中継装置＃３を備える。
各中継装置の構成は、実施の形態１で説明したものと同様である。

図７では、中継装置＃１が、中継装置＃２および中継装置＃３からストリーム監視結果６１を収集した例を示す。
ストリーム監視結果６１は、異常の場合のみ他の中継装置に通知してもよいし、正常か異常かにかかわらず通知してもよい。あるいは、正常から異常に変化した場合やあるいは異常から正常に変化した場合に通知してもよい。
図７は、中継装置＃１自身のストリーム監視結果６１には、ストリーム＃１が異常、ストリーム＃２が正常と設定されている。また、中継装置＃２のストリーム監視結果６１には、ストリーム＃１が正常と設定されている。中継装置＃３のストリーム監視結果６１には、ストリーム＃２が正常と設定されている。中継装置＃１は、これら３つのストリーム監視結果６１が収集されている。

中継装置＃１では、ストリーム＃１が中継装置＃２のフレーム識別部１０２までは正常だったが、中継装置＃２のフレーム多重分離部１０３から、中継装置＃１自身のフレーム識別部１０２までの区間でストリーム＃１に異常が発生したと判定することができる。この判定結果は、中継装置＃１内部で保持しても、フレーム監視部１０６の出力インタフェース１６２から外部に通知してもよい。なお、他の中継装置からのストリーム監視結果通知フレームは、フレーム多重分離部１０３から、フレーム監視部１０６に転送される。なお、上記で述べたストリーム監視結果の集約およびストリーム異常発生箇所の特定は、上述のように各中継装置が行っても、ネットワークに接続された他の監視端末が行ってもよい。

ストリーム異常の発生箇所を特定した後、中継装置は、その発生箇所を転送経路に含むストリームの転送経路を、その発生箇所を迂回する転送経路に変更してもよい。中継装置は、発生箇所を迂回する転送経路に変更するために、中継装置の各ストリームの転送処理設定を変更してもよい。または、中継装置は、異常と判定したストリームの帯域を制限してもよい。また、中継装置は、異常と判定したストリームを破棄するために、中継装置の各ストリームの転送処理設定を変更してもよい。また、上記のような、ストリーム異常発生への対応処理を、各中継装置が個別に実施しても、他の監視端末で対応処理を決定し、その決定内容を中継装置に通知し中継装置の設定を変更することで実施してもよい。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態に係るネットワークシステムは、実施の形態１の効果に加えて、ストリーム異常の発生箇所を特定することができる。また、ストリーム異常の発生箇所の情報に基づき、その発生箇所を転送経路に含むストリームの転送経路をその発生箇所を迂回する転送経路に変更したり、異常と判定したストリームの帯域を制限したり、異常と判定したストリームを破棄するための、ネットワークシステムの運用上必要な各中継装置の制御を実施できる。

なお、上述した実施の形態１および実施の形態２は、本質的に好ましい例示であって、本開示の範囲、本開示の適用物の範囲、および本開示の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、フロー図あるいはシーケンス図を用いて説明した手順は、適宜に変更してもよい。

１０ 中継装置、１１ ストリーム監視方式、６０ 異常通知、６１ ストリーム監視結果、１００ ポート、１０１ フレーム受信部、１０２ フレーム識別部、１０３ フレーム多重分離部、１０４ フレーム送信部、１０５ フレーム受信数記憶部、１０６ フレーム監視部、１２１，１６１ 入力インタフェース、１２２ グルーピングルール、１６２ 出力インタフェース、２０１ フレーム送受信インタフェース、２０２ 演算回路、２０３ プロセッサ、２０４ メモリ、５００ ネットワークシステム。

Claims (14)

1. 受信フレームを識別してどのストリームグループに振り分けるかを決定するフレーム識別部と、
   単一または複数のストリームグループ毎に受信フレームの受信数を記憶するフレーム受信数記憶部を用いて、前記単一または複数の各ストリームグループを、そのストリームグループに振り分けられるフレームの送信周期およびフレームの受信周期のゆらぎを元に計算した監視時間の周期で監視し、前記監視時間に受信した受信フレーム数と、フレームの送信周期および前記監視時間を元に計算した期待値とに基づいて前記監視時間に受信した受信フレーム数の正常異常を判定するとともに、前記監視時間に受信した受信フレーム数の過去の履歴に基づいて前記期待値の下限値と上限値を補正するフレーム監視部と
   を備えるストリーム監視方式。
2. 前記フレーム識別部は、
   単一のストリームまたは、ストリームの送信周期が同一かあるいはフレームの受信周期のゆらぎをαとした際に送信周期の差分が２α以内の複数のストリームを、一つのストリームグループとして識別する請求項１に記載のストリーム監視方式。
3. 前記フレーム監視部は、
   前記監視時間に受信した受信フレーム数が前記期待値の範囲内であれば正常と判定し、前記受信フレーム数が前記期待値の範囲内でなければ異常と判定する請求項１に記載のストリーム監視方式。
4. 前記フレーム監視部は、
   フレームの送信周期Ｔとフレームの受信周期のゆらぎαとに基づいて、前記監視時間をＴ－２α以下の値に設定する請求項１に記載のストリーム監視方式。
5. 前記フレーム監視部は、
   前記監視時間の周期で行う、ストリームグループ単位の受信フレーム数監視に加え、同一の前記監視時間の周期で受信フレームのバイト数も併せて監視するか、または、前記監視時間に受信した受信フレーム数を異常と判定した場合に、監視時間の受信フレームのバイト数を確認する請求項１に記載のストリーム監視方式。
6. 前記フレーム監視部は、
   前記監視時間に受信した受信フレーム数を異常と判定すると、各ストリームグループの異常判定結果を生成する請求項１に記載のストリーム監視方式。
7. 前記フレーム監視部は、前記異常判定結果をメモリに記憶する請求項６に記載のストリーム監視方式。
8. 前記フレーム監視部は、前記異常判定結果を外部に通知する請求項６に記載のストリーム監視方式。
9. ストリームにより識別されるフレームを中継する中継装置において、
   各々に単一または複数のストリームが属する単一または複数のストリームグループ毎に受信フレームの受信数を記憶するフレーム受信数記憶部と、
   請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のストリーム監視方式と
   を備える中継装置。
10. ストリームにより識別されるフレームを中継する中継装置を複数備えるネットワークシステムにおいて、
    複数の中継装置の各中継装置は、
    各々に単一または複数のストリームが属する単一または複数のストリームグループ毎に受信フレームの受信数を記憶するフレーム受信数記憶部と、
    請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のストリーム監視方式と
    を備えるネットワークシステム。
11. 前記フレーム監視部は、
    前記受信フレーム数の正常異常の判定結果を各ストリームグループのストリーム監視結果として生成し、前記ストリーム監視結果を前記複数の中継装置のうちの少なくとも１つの中継装置あるいは各中継装置のストリーム監視結果を集約する監視端末に送信する請求項１０に記載のネットワークシステム。
12. ストリームにより識別されるフレームを中継する中継装置に用いられるストリーム監視プログラムにおいて、
    各々に単一または複数のストリームが属する単一または複数のストリームグループ毎に受信フレームを識別するフレーム識別処理と、
    前記単一または複数のストリームグループのストリームグループ毎に受信フレームの受信数を記憶するフレーム受信数記憶部を用いて、前記単一または複数のストリームグループの各ストリームグループを監視時間の周期で監視し、前記監視時間に受信した受信フレーム数と期待値とに基づいて前記監視時間に受信した受信フレーム数の正常異常を判定するとともに、前記監視時間に受信した受信フレーム数の過去の履歴に基づいて前記期待値の下限値と上限値を補正するフレーム監視処理と
    をコンピュータに実行させるストリーム監視プログラム。
13. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のストリーム監視方式を備えた複数の中継装置のそれぞれが送信したストリーム監視結果を集約し、ネットワークの異常発生箇所を特定する中継装置。
14. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のストリーム監視方式を備えた複数の中継装置のそれぞれが送信したストリーム監視結果を集約し、ネットワークの異常発生箇所を特定する監視端末。

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