WO2016147791A1 - 通信装置、利用可能帯域計算システム、利用可能帯域計算方法及びプログラム - Google Patents

通信装置、利用可能帯域計算システム、利用可能帯域計算方法及びプログラム Download PDF

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measurement
packets
received
unit
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基広 鈴木
加奈子 姉帯
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日本電気株式会社
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    • H04L43/16—Threshold monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a communication device, an available bandwidth calculation system, an available bandwidth calculation method, and a program.
  • Patent Document 1 a technique for estimating an available bandwidth at the IP (Internet Protocol) level using a packet train composed of a series of measurement packets.
  • IP Internet Protocol
  • Patent Document 1 a technique for estimating an available bandwidth at the IP (Internet Protocol) level using a packet train composed of a series of measurement packets.
  • the network device is a device that relays communication packets transmitted and received between the transmission device and the reception device.
  • the technique disclosed in Patent Document 1 transmits and receives measurement packets as follows in order to accurately control the transmission and reception intervals of measurement packets. That is, in the technique of Patent Document 1, for example, more than 100 measurement packets are transmitted / received using a protocol (UDP (User Datagram Protocol) / IP) without arrival guarantee.
  • UDP User Datagram Protocol
  • the packet storage area (input buffer) provided in the network device
  • the network device transmits the measurement packet stored in the packet storage area
  • an empty space is generated in the packet storage area.
  • the network apparatus can store the next measurement packet in the packet storage area. Therefore, the reception interval of the measurement packet when the buffer overflow occurs is shorter than the reception interval of the measurement packet when the buffer overflow does not occur because the transmission time of the discarded packet is not included.
  • the packet train that has lost the measurement packet cannot accurately grasp the change in the transmission / reception interval of the measurement packet, and the estimation accuracy of the usable bandwidth deteriorates.
  • An example of the object of the present invention is to provide a communication device, an available bandwidth calculation system, an available bandwidth calculation method, and a program that solve the above-described problems.
  • a communication apparatus includes: a receiving unit that receives a plurality of measurement packets among a plurality of measurement packets scheduled to be received each having consecutive numbers; and a consecutive number among the plurality of received measurement packets And an extraction unit that extracts an effective packet group including a plurality of measurement packets, and a calculation unit that calculates an available bandwidth using the extracted effective packet group.
  • the available bandwidth calculation system includes a transmission device and a reception device.
  • the transmission device includes a generation unit that generates a plurality of measurement packets each having a consecutive number, and a transmission unit that transmits the generated plurality of measurement packets.
  • the receiving device includes: a receiving unit that receives a plurality of measurement packets among the plurality of transmitted measurement packets; and an effective packet group including a plurality of measurement packets having consecutive numbers among the plurality of received measurement packets And a calculation unit for calculating an available bandwidth using the extracted effective packet group.
  • the available bandwidth calculation method is configured to receive a plurality of measurement packets among a plurality of measurement packets scheduled to be received, each having a consecutive number, and consecutive numbers among the received plurality of measurement packets. And extracting an effective packet group including a plurality of measurement packets, and calculating an available bandwidth using the extracted effective packet group.
  • a program receives a plurality of measurement packets among a plurality of measurement packets scheduled to be received each having a consecutive number, and a plurality of consecutive measurement numbers among the plurality of received measurement packets.
  • An effective packet group including the measurement packet is extracted, and the computer is caused to calculate an available bandwidth using the extracted effective packet group.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an effective packet extraction unit illustrated in FIG. 1. It is explanatory drawing for demonstrating an example of the packet arrival information which the packet presence confirmation function part shown in FIG. 2 produces. It is explanatory drawing for demonstrating an example of the packet group information which the packet group information generation function part shown in FIG. 2 produces.
  • 3 is a flowchart illustrating an operation of an effective packet extraction unit illustrated in FIG. 2. It is a block diagram of the effective packet extraction part which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 7 is a flowchart illustrating an operation of an effective packet extraction unit illustrated in FIG. 6.
  • 1 is a schematic block diagram showing a basic configuration of an available bandwidth calculation system according to an embodiment of the present invention. It is explanatory drawing for demonstrating an example of the packet train in the 1st Embodiment of this invention. It is explanatory drawing for demonstrating an example of the packet train in the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an available bandwidth calculation system 100 according to the first embodiment.
  • the available bandwidth calculation system 100 includes a transmission device (transmission side device) 101 and a reception device (reception side device) 102.
  • the transmission device 101 and the reception device 102 are connected via a network 103.
  • the transmission device 101 and the reception device 102 are communication terminals such as a personal computer (PC), a portable information terminal, a mobile phone, and a smartphone, or a communication terminal built in or externally attached as a peripheral device of the information processing device. It may be.
  • the transmission device 101 and the reception device 102 are examples of communication devices.
  • the transmission device 101 and the reception device 102 include a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and hardware such as a main storage device, an auxiliary storage device, and an input device.
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit)
  • hardware such as a main storage device, an auxiliary storage device, and an input device.
  • the transmission apparatus 101 illustrated in FIG. 1 includes a measurement packet generation unit 110, a measurement packet transmission unit 111, a transmission / reception unit 112, and a parameter storage unit 113.
  • the receiving apparatus 102 includes a transmission / reception unit 120, a reception interval measurement unit 121, an available bandwidth calculation unit 122, a measurement data storage unit 123, and an effective packet extraction unit 201.
  • the measurement packet generator 110 may be simply referred to as a generator 110.
  • the measurement packet transmitter 111 may be simply referred to as a transmitter 111.
  • the reception interval measurement unit 121 may be simply referred to as a measurement unit 121.
  • the available bandwidth calculation unit 122 may be simply referred to as the calculation unit 122.
  • the effective packet extraction unit 201 may be simply referred to as the extraction unit 201.
  • the transmission apparatus 101 and the reception apparatus 102 implement the functions of the units illustrated in FIG. 1 by executing predetermined programs using the above-described processor and other hardware.
  • the generation unit 110 of the transmission device 101 generates a plurality of measurement packets to be transmitted to the reception device 102.
  • the measurement packet generated by the generation unit 110 is transmitted to the reception device 102 as a packet train.
  • the generation unit 110 generates a measurement packet in which the packet size sequentially increases or decreases from the first packet to the last packet in the packet train.
  • the transmission / reception unit 112 transmits a communication signal such as a measurement packet to the network 103, and receives a communication signal such as a communication packet transmitted from the network 103 by the receiving device 102.
  • the transmission unit 111 transmits a plurality of measurement packets whose packet sizes sequentially increase or decrease via the transmission / reception unit 112 at a predetermined transmission interval.
  • the parameter storage unit 113 stores the minimum packet size or the maximum packet size, the packet increase size or the packet decrease size, and the measurement packet transmission interval.
  • the generation unit 110 may generate a measurement packet in which the packet size is increased by the packet increase size from the minimum packet size with reference to the parameter storage unit 113.
  • the generation unit 110 may generate a measurement packet in which the packet size is decreased by the packet decrease size from the maximum packet size with reference to the parameter storage unit 113.
  • the transmission unit 111 sequentially transmits measurement packets having different packet sizes at the transmission intervals stored in the parameter storage unit 113.
  • the transmission / reception unit 120 of the reception apparatus 102 receives a plurality of measurement packets whose packet sizes transmitted from the transmission apparatus 101 sequentially increase or decrease via one or a plurality of network apparatuses (not shown) installed in the network 103. To do.
  • the measurement unit 121 stores information (referred to as measurement data) regarding the received measurement packet in the measurement data storage unit 123.
  • the measurement data stored in the measurement data storage unit 123 includes the packet number (number) of each measurement packet received by the transmission / reception unit 120, the packet size, the transmission interval, and the reception interval.
  • the measurement unit 121 acquires a packet number, a packet size, and a transmission interval included in the received measurement packet.
  • the measurement unit 121 stores the packet number, the packet size, and the transmission interval in the measurement data storage unit 123 together with the reception time.
  • the measurement unit 121 obtains a measurement packet reception interval from the difference between the previous measurement packet reception time and the current measurement packet reception time, and stores the obtained reception interval in the measurement data storage unit 123.
  • the measurement unit 121 performs a calculation process for obtaining a reception interval by limiting a target to measurement packets included in the effective packet group extracted by the extraction unit 201.
  • the extraction unit 201 extracts a valid packet group including consecutive measurement packets that have been successfully received from the plurality of received measurement packets.
  • the packet group means a group of packets composed of a plurality of packets.
  • the effective packet group is a packet group including measurement packets that are effective for the estimation process of the available bandwidth.
  • the extraction unit 201 notifies the measurement unit 121 and the calculation unit 122 of information indicating the position or range of the measurement packet that is effective for the usable bandwidth estimation process. Details of the extraction unit 201 will be described later.
  • FIG. 9A is a diagram showing a packet train 150 at the time of transmission.
  • FIG. 9B is a diagram showing a reception packet train 160.
  • the transmission packet train 150 is a measurement packet train transmitted by the transmission apparatus 101.
  • the transmission packet train 150 is composed of a plurality of measurement packets 151 in which the packet size PS is sequentially increased.
  • the packet size PS is indicated by the shaded portion.
  • the number of measurement packets 151 generated by the generation unit 110 is N (N is an integer of 3 or more).
  • the packet number PN is a number for identifying the measurement packet 151.
  • the transmission packet train 150 is composed of measurement packets 151 with packet numbers PN arranged in time series from No. 1 to No. N.
  • the measurement packet 151 for example, an IP packet, a UDP packet, an RTP (Real-time Transport Protocol) packet, or the like can be used.
  • the transmission interval Ts of each measurement packet 151 is equal to the transmission interval stored in the parameter storage unit 113. That is, the time interval between adjacent measurement packets 151 is equal.
  • the packet size PS of the measurement packet 151 with the packet number 1 is equal to the minimum packet size stored in the parameter storage unit 113.
  • the packet size PS of the measurement packet with the packet number 2 is larger than the size of the measurement packet with the packet number 1 by the increased packet size stored in the parameter storage unit 113.
  • the packet size of the measurement packet 151 increases by the packet increase size every time the packet number increases by one.
  • the generation unit 110 includes the packet number PN, the packet size PS, and the transmission interval Ts in each measurement packet 151.
  • the reception packet train 160 shown in FIG. 9B indicates a measurement packet train received by the reception apparatus 102.
  • the transmission time packet train 150 is transmitted through the network 103 and is received by the receiving apparatus 102 as a reception time packet train 160.
  • the reception interval Tr of the measurement packet 161 is substantially equal to the transmission interval Ts at the time of measurement packet transmission.
  • the reception interval Tr of the measurement packet 161 becomes larger than the transmission interval Ts at the time of transmission at a certain time.
  • the calculation unit 122 calculates an available bandwidth using the measurement packet immediately before the measurement packet.
  • the reception interval Tr of the measurement packet 161 is obtained by the measurement unit 121 using the effective packet group extracted by the extraction unit 201. Since the packet size of the measurement packet increases, the measurement packet transmitted immediately before the measurement packet whose reception interval is larger than the transmission interval is among the measurement packets whose reception interval and transmission interval are substantially equal. It corresponds to the measurement packet with the largest packet size.
  • the calculation unit 122 calculates the available bandwidth according to the following procedure based on the packet size and transmission interval of the measurement packet transmitted immediately before the measurement packet whose reception interval is larger than the transmission interval.
  • the calculation unit 122 first checks the packet number of the measurement packet 161 in which the reception interval Tr is larger than the transmission interval Ts.
  • Let j be the packet number of the measurement packet 161 when the reception interval Tr is larger than the transmission interval Ts.
  • the reception interval between the measurement packet 161 with the packet number j and the measurement packet 161 with the packet number j ⁇ 1 is larger than the transmission interval between the measurement packet 161 with the packet number j and the measurement packet 161 with the packet number j ⁇ 1.
  • the reception interval between the measurement packet 161 with the packet number j-1 and the measurement packet 161 with the packet number j-2 is the transmission interval between the measurement packet 161 with the packet number j-1 and the measurement packet 161 with the packet number j-2.
  • the measurement packets 161 with packet numbers j-2, j-1, and j are all measurement packets included in the valid packet group.
  • the calculation unit 122 sends the packet size of the measurement packet 161 with the packet number j ⁇ 1 and the transmission interval Ts (measurement of the measurement packet 161 with the packet number j ⁇ 1 and the packet number j ⁇ 2 from the measurement data storage unit 123. (Transmission interval with the packet 161).
  • the calculation unit 122 stores the calculated available bandwidth in the measurement data storage unit 123.
  • the calculation unit 122 transmits the calculated available bandwidth to the transmission device 101 via the transmission / reception unit 120.
  • the transmission / reception unit 112 of the transmission device 101 receives the measurement result of the available bandwidth transmitted by the reception device 102.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the extraction unit 201. 2, the same components as those illustrated in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description of the components is omitted.
  • the extraction unit 201 includes a packet presence / absence confirmation function unit 210, a packet group information generation function unit 211, a packet information storage unit 212, and a valid packet number detection function unit 213.
  • the packet presence / absence confirmation function unit 210 may be simply referred to as a confirmation function unit 210.
  • the packet group information generation function unit 211 may be simply referred to as a generation function unit 211.
  • the packet information storage unit 212 may be simply referred to as the storage unit 212.
  • the valid packet number detection function unit 213 may be simply referred to as a detection function unit 213.
  • the confirmation function unit 210 confirms whether each measurement packet included in the packet train has arrived.
  • the generation function unit 211 divides the received packet train into packet groups using measurement packets lost in the network as a delimiter, and generates information on each packet group (each packet group).
  • the storage unit 212 stores information indicating the arrival result of each measurement packet generated by the confirmation function unit 210 and information regarding each packet group generated by the generation function unit 211.
  • the detection function unit 213 detects the number of the measurement packet used by the measurement unit 121 and the calculation unit 122 for the estimation process of the available bandwidth from the information stored in the storage unit 212.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the packet arrival information 2101.
  • the packet arrival information 2101 has an array structure having the arrival results of all measurement packets scheduled to arrive (scheduled to be received) as elements.
  • the packet arrival information 2101 indicates the arrival result of the measurement packet that the first element is scheduled to arrive first.
  • the packet arrival information 2101 includes elements indicating the arrival result of the measurement packet scheduled to arrive 115th in order from the element indicating the arrival result of the measurement packet scheduled to arrive second. Each element stores “1” when a packet arrives, and “0” when a packet does not arrive.
  • FIG. 4 shows a configuration example of the packet group information 2111.
  • the contents of the packet group information 2111 shown in FIG. 4 correspond to the contents of the packet arrival information 2101 shown in FIG.
  • the packet group information 2111 is configured as a table including a plurality of records. Each record includes a plurality of fields for storing a packet group number, a start packet number, an end packet number, the number of packets, the number of lost packets, and a loss start packet number.
  • the packet group number is a number for identifying each divided packet group when a packet train received using a measurement packet lost in the network as a delimiter is divided into a plurality of packet groups.
  • the start packet number is the number of the measurement packet at which the packet group identified by the packet group number of the same record is started.
  • the end packet number is the number of the measurement packet at which the packet group ends.
  • the number of packets is the number of measurement packets included in the packet group.
  • the number of lost packets is the number of measurement packets indicated as “0” in the packet arrival information 2101.
  • the loss start packet number is the number of the first measurement packet written as “0” in the packet arrival information 2101 in the packet group.
  • the packet group separation method can be realized, for example, by regarding a portion where “1” is written immediately after “0” in the packet arrival information 2101 as a separation. For example, in the packet arrival information 2101 shown in FIG. 3, packet number 4 and packet number 9 are separated. Further, the measurement packets with the packet numbers 1 to 4 are regarded as the packet group 1, and the measurement packets with the packet numbers 5 to 9 are regarded as the packet group 2. In this case, for packet group 1, the packet group number is 1, the start packet number is 1, the end packet number is 4, the number of packets is 4, the number of lost packets is 1, and the number of lost start packets is 4. Regarding the packet group 2, the packet group number is 2, the start packet number is 5, the end packet number is 9, the number of packets is 5, the number of lost packets is 1, and the number of lost start packets is 9.
  • the transmission / reception unit 120 of the receiving apparatus 102 receives the packet train. Based on the received packet train, the confirmation function unit 210 creates packet arrival information 2101 (step S1). This process can be realized, for example, by a process as shown in FIG. That is, the confirmation function unit 210 creates an array for storing information indicating whether each measurement packet has arrived. Further, “1” is inserted when the confirmation function unit 210 arrives at each element constituting the array, and “0” is inserted when the measurement packet does not arrive.
  • the generation function unit 211 generates packet group information (step S2).
  • the generation function unit 211 can generate, for example, the packet group information 2111 shown in FIG. 4 as follows. First, the generation function unit 211 determines, in the packet arrival information 2101, a location where “0” and “1” are successively stored in this order as a packet group delimiter. Next, the generation function unit 211 sets the packet number in which “0” is stored as the end packet number of the “previous” packet group, and the packet number in which the next “1” is stored in the “after” packet group. Set as start packet number. Next, the generation function unit 211 calculates the number of packets using a calculation formula of ““ end packet number ” ⁇ “ start packet number ”+1”.
  • the generation function unit 211 sets the number of measurement packets in which “0” is stored in the packet arrival information 2101 as the number of lost packets. Next, the generation function unit 211 inserts the number of the measurement packet in which “0” is first stored in the packet arrival information 2101 into the “loss start packet number”. Through the above processing, the generation function unit 211 can generate the packet group information 2111.
  • the detection function unit 213 calculates a packet loss rate in the packet train (step S3). That is, the detection function unit 213 calculates a packet loss rate for all measurement packets included in the received packet train. In this process, for example, the detection function unit 213 calculates the number of “1” and “0” from the packet arrival information 2101 stored in the storage unit 212, and calculates “number of“ 0 ”/ (number of“ 0 ””). The packet loss rate is calculated using the formula of “number of“ 1 ”+)”.
  • the detection function unit 213 calculates the packet loss rate of each packet group (step S4).
  • the detection function unit 213 extracts the number of lost packets and the number of packets in one packet group from the packet group information 2111 stored in the storage unit 212, for example. Then, the detection function unit 213 calculates the packet loss rate of the packet group using the formula “number of lost packets / number of packets”.
  • the detection function unit 213 compares the packet loss rate of the packet train calculated in step S3 with the packet loss rate in the packet group calculated in step S4 (step S5). As a result of step S5, the case where the detection function unit 213 determines that “the packet loss rate of the packet train”> “the packet loss rate of the packet group” will be described. In this case, the detection function unit 213 extracts information on the next packet group (packet group having one larger packet number) from the storage unit 212, and repeats from step S4.
  • the detection function unit 213 determines that “the packet loss rate of the packet train” ⁇ “the packet loss rate of the packet group” as a result of step S3 will be described.
  • the detection function unit 213 can use measurement packets having numbers up to “loss start packet number-1” in the packet group immediately before the packet group (a packet group having one smaller packet number).
  • the measurement unit 121 is notified that it is effective for the band estimation process (step S7).
  • a packet group including a measurement packet having numbers from the first measurement packet to “loss start packet number-1” is an effective packet group.
  • a packet group including a measurement packet having the number “loss start packet number-1” may be a valid packet group.
  • the packet loss rate of the packet train that is, the packet loss rate of the entire measurement packet
  • the packet loss rate of the packet group it is possible to identify the location where the measurement packet has started to be discarded.
  • the reason will be described using an example in which the packet size increases in order.
  • the loss rate for each packet group greatly changes before and after packet loss due to buffer overflow.
  • the loss rate changes as follows. That is, the packet loss rate of the packet group before the packet loss due to the buffer overflow occurs is sufficiently smaller than the packet loss rate of the packet train. This is because the probability of accidental packet loss (for example, packet loss caused by physical interference during packet transfer) is sufficiently smaller than the packet loss rate of the entire packet train including packet loss due to buffer overflow. is there.
  • the packet loss rate of the packet group becomes larger than the packet loss rate of the packet train. This is because a packet group before the buffer overflow occurs in the entire packet train is included.
  • the reference value can be appropriately set according to the communication environment changing by setting the packet loss rate of the packet train as a reference for comparison, that is, dynamically setting the reference.
  • the first embodiment there is an effect that it is possible to prevent the estimation accuracy from deteriorating even in an environment in which the network device causes packet loss due to buffer overflow. This is because in the packet train transmitted by the transmission apparatus 101, the measurement packet before the packet loss due to the buffer overflow starts to be generated in the network apparatus is extracted, and the estimation process is performed using the measurement packet.
  • the case where the packet size of the measurement packet is sequentially increased has been described.
  • the case of sequentially decreasing the packet size can be dealt with by changing the configuration as follows.
  • the configuration of the transmission device and the reception device when the packet size is sequentially reduced is the same as the configuration of the transmission device 101 and the reception device 102 shown in FIG.
  • the operation of the generation unit 110 is different.
  • the parameter storage unit 113 stores the maximum packet size and the packet decrease size.
  • the generation unit 110 generates a measurement packet having a packet size that decreases from the maximum packet size by a packet decrease size. This is different from the case of increasing the packet size sequentially.
  • the packet train transmitted by the transmission apparatus 101 corresponds to a configuration in which the arrangement order of the measurement packets 151 in the transmission packet train 150 shown in FIG. 9A is reversed. That is, the packet size of the measurement packet whose packet number is 1 is the largest. Each time the packet number increases by one, the size of the measurement packet decreases by the packet decrease size. The packet size of the measurement packet with the packet number N is the smallest. A case where a packet train constituted by such measurement packets is used as a transmission packet train will be described.
  • the reception interval of the measurement packet is larger than the transmission interval at the time of transmission of the measurement packet until a certain point in time, and after that, the reception interval is almost equal to the transmission interval. Will be equal.
  • the calculation unit 122 calculates the available bandwidth based on the packet size and the transmission interval of the measurement packet at that time. That is, the calculation unit 122 calculates the available bandwidth based on the packet size and the transmission interval of the first measurement packet whose reception interval is substantially equal to the transmission interval.
  • FIG. 6 is a configuration diagram illustrating a configuration of the extraction unit 201 according to the second embodiment.
  • the configuration of the available bandwidth calculation system 100 shown in FIG. 1 is the same between the first embodiment and the second embodiment.
  • the configuration of the extraction unit 201 is different between the first embodiment and the second embodiment.
  • a valid packet extraction process determination function unit 701 is added to the extraction unit 201 in the first embodiment.
  • the valid packet extraction process determination function unit 701 may be simply referred to as a determination function unit 701.
  • the determination function unit 701 has a function of determining whether to call the generation function unit 211 by comparing a packet loss rate in the packet train with a predetermined threshold (for example, 10%). The determination function unit 701 performs the following processing when only packet loss due to buffer overflow does not occur and only accidental packet loss occurs. The determination function unit 701 determines whether or not a packet loss has occurred accidentally by comparing the packet loss rate in the packet train with a predetermined threshold value (for example, 10%). If the determination function unit 701 determines that a packet loss has occurred accidentally, the determination function unit 701 instructs the measurement unit 121 to use the packet train received by the transmission / reception unit 120 as it is to obtain the reception interval for estimating the available bandwidth. Put out. That is, when only an accidental packet loss occurs, the determination function unit 701 performs the usable bandwidth estimation process using the packet train received by the transmission / reception unit 120 as it is for the measurement unit 121 and the calculation unit 122. Let
  • step S801 is added to the flowchart of the first embodiment shown in FIG.
  • the determination function unit 701 calculates the packet loss rate of the packet train from the packet arrival information 2101 created by the confirmation function unit 210 in step S1, and then calculates the calculated packet loss rate and a prespecified threshold value. Compare This threshold indicates the probability that an accidental packet loss will occur, and is a value lower than the packet loss rate in the packet train in which a packet loss due to buffer overflow has occurred, such as 10%.
  • step S801 when the “packet train packet loss rate” is smaller than the “threshold value”, it is estimated that a packet loss has occurred accidentally, so the determination function unit 701 ends the processing.
  • step S801 when the “packet train packet loss rate” is equal to or greater than the “threshold value”, it is estimated that a packet loss due to buffer overflow is included. To start.
  • the calculation unit 122 can calculate the available bandwidth as follows. . In other words, the calculation unit 122 can calculate the available bandwidth using the measurement packet that has been successfully received last among the plurality of measurement packets.
  • the effect of the second embodiment is that in addition to the effect of the first embodiment, there is an effect of preventing deterioration of the estimation accuracy of the usable bandwidth even when only an accidental packet loss occurs. .
  • the reason is as follows. That is, when the packet loss rate of the packet train is compared with the threshold and it can be determined that the packet loss has occurred accidentally, the processing by the generation function unit 211 is not performed. By not performing the processing by the generation function unit 211, the packet train is prevented from being divided into unintended packet groups. As a result, the measurement unit 121 can use the received packet train as it is.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram showing the basic configuration of the available bandwidth calculation system.
  • the configuration shown in FIGS. 1, 2, and 6 has been described as an embodiment of the available bandwidth calculation system.
  • the basic configuration of the available bandwidth calculation system is as shown in FIG. That is, the basic configuration of the available bandwidth calculation system 10 includes a transmission device (transmission side device) 1 and a reception device (reception side device) 2.
  • the basic configuration of the receiving device 2 includes a receiving unit 21, an effective packet extracting unit 22, and an available bandwidth calculating unit 23.
  • the receiving unit 21 receives a plurality of measurement packets whose packet sizes sequentially increase or decrease.
  • the valid packet extraction unit 22 extracts a valid packet group including consecutive measurement packets that have been successfully received from the plurality of received measurement packets.
  • the available bandwidth calculation unit 23 calculates the available bandwidth using the extracted effective packet group.
  • the basic configuration of the transmission device 1 is a configuration including a transmission unit 11 and a measurement packet generation unit 12.
  • the measurement packet generation unit 12 generates a plurality of measurement packets whose packet size sequentially increases or decreases.
  • the transmission unit 11 transmits the measurement packet generated by the measurement packet generation unit 12 to the reception unit 21.
  • the transmission device 1 and the reception device 2 are connected via a network (not shown).
  • the available bandwidth calculation system 10 identifies a part where the discard of the measurement packet has started, and uses the measurement packet that has arrived at the reception device 2 before the discard is started for the estimation process of the available bandwidth. it can. Therefore, it is possible to prevent deterioration in estimation accuracy even in an environment where measurement packets are discarded in the network device.
  • the correspondence relationship between the configuration shown in FIG. 8 and the configuration shown in FIGS. 1, 2, and 6 is as follows.
  • the available bandwidth calculation system 10 in FIG. 8 corresponds to the available bandwidth calculation system 100 in FIG.
  • the transmission apparatus 1 in FIG. 8 corresponds to the transmission apparatus 101 in FIG.
  • the receiving apparatus 2 in FIG. 8 corresponds to the receiving apparatus 102 in FIG.
  • the reception unit 21 in FIG. 8 corresponds to the transmission / reception unit 120 in FIG.
  • the effective packet extraction unit (extraction unit) 22 in FIG. 8 corresponds to the effective packet extraction unit 201 in FIG.
  • the available bandwidth calculator (calculator) 23 in FIG. 8 corresponds to the available bandwidth calculator 122 in FIG.
  • the transmission unit 11 in FIG. 8 corresponds to the transmission / reception unit 112 in FIG.
  • the measurement packet generator (generator) 12 in FIG. 8 corresponds to the measurement packet generator 110 in FIG.
  • An example of the first measurement packet is the measurement packet scheduled to arrive fourth as described with reference to FIG.
  • An example of the second measurement packet is the measurement packet scheduled to arrive fifth as described with reference to FIG.
  • An example of the third measurement packet is the measurement packet scheduled to arrive at the ninth position described with reference to FIG.
  • An example of the fourth measurement packet is the measurement packet scheduled to arrive at the tenth described with reference to FIG.
  • An example of the fifth measurement packet is the measurement packet scheduled to arrive third as described with reference to FIG.
  • An example of the sixth measurement packet is the measurement packet scheduled to arrive second as described with reference to FIG.
  • An example of the seventh measurement packet is the measurement packet scheduled to arrive at the eighth position described with reference to FIG.
  • An example of the calculation unit is a function for executing the process of step S4 shown in FIGS. 5 and 7 by the valid packet number detection function unit 213.
  • An example of the first threshold is the “packet train loss rate” described with reference to FIG. 5 (steps S3 and S5).
  • An example of the second threshold is the “threshold” described with reference to FIG. 7 (step S801).
  • FIGS. 1, 2, and 6 can be appropriately integrated or divided.
  • a program executed by a processor included in each component can be distributed in part or in whole via a computer-readable recording medium or a communication line.
  • the following scenes are examples of scenes to which the embodiment of the present invention is applied. That is, the embodiment of the present invention can be incorporated into an application distributed to general users, and can be used as a solution that is utilized for area improvement by periodically analyzing quality information (available bandwidth).
  • quality information available bandwidth
  • a company provides a service, it can be used to isolate the deterioration factor of the service experience by acquiring communication quality information (available bandwidth) for the black box section of the network existing in the service. .
  • the present invention may be applied to a communication device, an available bandwidth calculation system, an available bandwidth calculation method, and a program.

Landscapes

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Abstract

　通信装置は、連続する番号をそれぞれ有する受信予定の複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信する受信部と、前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出する抽出部と、前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する計算部とを備える。

Description

通信装置、利用可能帯域計算システム、利用可能帯域計算方法及びプログラム
　本発明は、通信装置、利用可能帯域計算システム、利用可能帯域計算方法及びプログラムに関する。
　近年ネットワークを利用したサービスが普及している。ネットワークの品質状況を確認し、サービス利用者が快適にサービスを利用できるようにネットワークの設備改善を実施する要求が高まっている。そのため、ネットワーク品質状況を確認する技術として、一連の計測パケットから構成されるパケットトレインを使用してＩＰ（Internet Protocol）レベルでの可用帯域を推定する技術がある（特許文献１）。特許文献１の技術では、送信装置から、単調に増加または減少する複数の計測パケットを所定の送信間隔で順番に送信する。そして、受信装置で受信間隔の変化から使用可能な帯域を推定している。
日本国特開２０１１－１４２６２２号公報
　しかし、特許文献１の技術では、例えば低帯域領域のように、ネットワーク装置のバッファあふれによるパケットロスが生じる場合では、推定精度が劣化する可能性がある。ここで、ネットワーク装置は、送信装置と受信装置との間で送受信される通信パケットを中継する装置である。これは、特許文献１の技術では、計測パケットの送受信間隔を正確に制御するために、次のように計測パケットを送受信することに起因している。すなわち、特許文献１の技術では、到達保障のないプロトコル（ＵＤＰ（User Datagram Protocol）／ＩＰ）を使用して例えば１００個を超える計測パケットを送受信する。例えば、低帯域領域では、ネットワーク装置が具備しているパケット格納領域（入力バッファ）を全て使い切りバッファあふれが生じると、計測パケットを受信装置に送信せず、破棄してしまう。他方、ネットワーク装置は、パケット格納領域に格納された計測パケットを送信すると、パケット格納領域に空きが生じる。このため、ネットワーク装置は、次の計測パケットをパケット格納領域に格納できるようになる。このため、バッファあふれが生じた場合の計測パケットの受信間隔は、破棄されたパケットの伝送時間が含まれないため、バッファあふれが生じない場合の計測パケットの受信間隔より短くなる。この結果、計測パケットを損失したパケットトレインでは計測パケットの送受信間隔の変化を正確に把握できず、可用帯域の推定精度が劣化する。
　本発明の目的の一例は、上述した課題を解決する通信装置、利用可能帯域計算システム、利用可能帯域計算方法及びプログラムを提供することにある。
　本発明の一態様に係る通信装置は、連続する番号をそれぞれ有する受信予定の複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信する受信部と、前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出する抽出部と、前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する計算部とを備える。
　本発明の一態様に係る利用可能帯域計算システムは、送信装置と受信装置とを備える。前記送信装置は、連続する番号をそれぞれ有する複数の計測パケットを生成する生成部と、前記生成された複数の計測パケットを送信する送信部とを備える。前記受信装置は、前記送信された複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信する受信部と、前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出する抽出部と、前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する計算部とを備える。
　本発明の一態様に係る利用可能帯域計算方法は、連続する番号をそれぞれ有する受信予定の複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信し、前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出し、前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算することを含む。
　本発明の一態様に係るプログラムは、連続する番号をそれぞれ有する受信予定の複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信し、前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出し、前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算することをコンピュータに実行させる。
　上述した少なくとも１つの態様によれば、送信装置と受信装置との間に介在するネットワーク装置で計測パケットが破棄される環境下でも推定精度の劣化を防止することができる。
本発明の第１の実施形態に係る利用可能帯域計算システムを説明するための構成図である。 図１に示した有効パケット抽出部の構成図である。 図２に示したパケット有無確認機能部が作成するパケット到着情報の一例を説明するための説明図である。 図２に示したパケット群情報生成機能部が作成するパケット群情報の一例を説明するための説明図である。 図２に示した有効パケット抽出部の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る有効パケット抽出部の構成図である。 図６に示した有効パケット抽出部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る利用可能帯域計算システムの基本構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるパケットトレインの一例を説明するための説明図である。 本発明の第１の実施形態におけるパケットトレインの一例を説明するための説明図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
《第１の実施形態》
　図１は、第１の実施形態に係る利用可能帯域計算システム１００の概略構成を示す構成図である。利用可能帯域計算システム１００は、送信装置（送信側装置）１０１と受信装置（受信側装置）１０２とを備える。送信装置１０１と受信装置１０２とは、ネットワーク１０３を介して接続されている。
　送信装置１０１及び受信装置１０２は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯型情報端末、携帯電話機、スマートフォン等の通信機能を有する情報処理装置、あるいは情報処理装置の周辺装置として内蔵あるいは外付けされる通信端末であってもよい。送信装置１０１及び受信装置１０２は、通信装置の一例である。送信装置１０１及び受信装置１０２は、内部にＣＰＵ（中央処理装置）等のプロセッサと、主記憶装置、補助記憶装置、入力装置等のハードウェアを備える。
　図１に示した送信装置１０１は、計測パケット生成部１１０、計測パケット送信部１１１、送受信部１１２及びパラメータ記憶部１１３を備える。受信装置１０２は、送受信部１２０、受信間隔計測部１２１、利用可能帯域計算部１２２、計測データ記憶部１２３及び有効パケット抽出部２０１を備える。計測パケット生成部１１０は、単に生成部１１０と称することもある。計測パケット送信部１１１は、単に送信部１１１と称することもある。受信間隔計測部１２１は、単に計測部１２１と称することもある。利用可能帯域計算部１２２は、単に計算部１２２と称することもある。有効パケット抽出部２０１は、単に抽出部２０１と称することもある。送信装置１０１及び受信装置１０２は、上述したプロセッサ及び他のハードウェアを利用して所定のプログラムを実行することで図１に示した各部の機能を実現する。
　送信装置１０１の生成部１１０は、受信装置１０２に送信する複数の計測パケットを生成する。生成部１１０が生成する計測パケットは、パケットトレインとして、受信装置１０２に送信される。生成部１１０は、パケットトレインの最初のパケットから最後のパケットに向けて、パケットサイズが順次に増加または減少する計測パケットを生成する。送受信部１１２は、ネットワーク１０３へ計測パケット等の通信信号を送信し、また、ネットワーク１０３から受信装置１０２が送信した通信パケット等の通信信号を受信する。送信部１１１は、送受信部１１２を介して、パケットサイズが順次に増加または減少する複数の計測パケットを、所定の送信間隔で送信する。
　パラメータ記憶部１１３は、最小パケットサイズ又は最大パケットサイズと、パケット増加サイズ又はパケット減少サイズと、計測パケットの送信間隔とを記憶する。生成部１１０は、パラメータ記憶部１１３を参照し、最小パケットサイズから、パケット増加サイズずつパケットサイズを増加させた計測パケットを生成してもよい。別法として、生成部１１０は、パラメータ記憶部１１３を参照し、最大パケットサイズから、パケット減少サイズずつパケットサイズを減少させた計測パケットを生成してもよい。送信部１１１は、パラメータ記憶部１１３に記憶された送信間隔でパケットサイズが異なる計測パケットを順次、送信する。
　受信装置１０２の送受信部１２０は、送信装置１０１が送信したパケットサイズが順次に増加または減少する複数の計測パケットを、ネットワーク１０３に設置された１又は複数のネットワーク装置（不図示）を介して受信する。計測部１２１は、受信した計測パケットに関する情報（計測データと称する）を、計測データ記憶部１２３に記憶する。
　計測データ記憶部１２３が記憶する計測データは、送受信部１２０が受信した各計測パケットのパケット番号（番号）、パケットサイズ、送信間隔及び受信間隔を含む。計測部１２１は、送受信部１２０が計測パケットを受信すると、受信された計測パケットに含まれるパケット番号、パケットサイズ及び送信間隔を取得する。計測部１２１は、パケット番号、パケットサイズ及び送信間隔を、受信時刻とともに、計測データ記憶部１２３に格納する。また、計測部１２１は、前回の計測パケット受信時刻と、今回の計測パケット受信時刻との差から計測パケットの受信間隔を求め、求めた受信間隔を、計測データ記憶部１２３に格納する。その際、計測部１２１は、抽出部２０１が抽出した有効パケット群に含まれる計測パケットに対象を限定して受信間隔を求める計算処理を行う。抽出部２０１は、受信した複数の計測パケットの中から、受信に成功した連続する計測パケットを含む有効パケット群を抽出する。ここで、パケット群とは、複数のパケットからなるパケットのかたまりを意味する。また、有効パケット群は、可用帯域の推定処理に有効である計測パケットを含むパケット群である。抽出部２０１は、可用帯域の推定処理に有効である計測パケットの位置又は範囲を示す情報を計測部１２１や計算部１２２に対して通知する。この抽出部２０１の詳細については後述する。
　図９Ａは、送信時パケットトレイン１５０を示す図である。図９Ｂは、受信時パケットトレイン１６０を示す図である。送信時パケットトレイン１５０は、送信装置１０１で送信される計測パケットトレインである。送信時パケットトレイン１５０は、パケットサイズＰＳを順次に増加させた複数の計測パケット１５１から構成されている。以下の説明では主に、パケットトレインを、パケットサイズＰＳを順次に増加させた複数の計測パケットから構成する場合について説明する。図９Ａおよび９Ｂでは、パケットサイズＰＳを網掛けした部分の大きさで示した。ここでは、生成部１１０が生成する計測パケット１５１の個数をＮ個（Ｎは３以上の整数）としている。パケット番号ＰＮは、計測パケット１５１を識別するための番号である。送信時パケットトレイン１５０は、時系列に並んだパケット番号ＰＮが１番からＮ番までの計測パケット１５１で構成される。計測パケット１５１として、例えば、ＩＰパケット、ＵＤＰパケットやＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）パケットなどを用いることができる。
　送信時パケットトレイン１５０にて、各計測パケット１５１の送信間隔Ｔｓは、パラメータ記憶部１１３が記憶する送信間隔に等しい。つまり、隣接する計測パケット１５１間の時間間隔は、等間隔である。パケット番号が１番の計測パケット１５１のパケットサイズＰＳは、パラメータ記憶部１１３に記憶された最小パケットサイズに等しい。パケット番号が２番の計測パケットのパケットサイズＰＳは、パケット番号１が番の計測パケットのサイズよりも、パラメータ記憶部１１３が記憶するパケット増加サイズ分だけ大きい。以降、計測パケット１５１のパケットサイズは、パケット番号が１つ増えるたびに、パケット増加サイズ分ずつ増加していく。生成部１１０は、各計測パケット１５１に、パケット番号ＰＮ、パケットサイズＰＳ及び送信間隔Ｔｓを含める。
　図９Ｂに示した受信時パケットトレイン１６０は、受信装置１０２が受信する計測パケットトレインを示す。送信時パケットトレイン１５０は、ネットワーク１０３を伝送され、受信時パケットトレイン１６０として、受信装置１０２で受信される。受信時パケットトレイン１６０では、ある時点までは、計測パケット１６１の受信間隔Ｔｒは、計測パケット送信時の送信間隔Ｔｓにほぼ等しい。しかし、計測パケット１６１のパケットサイズＰＳが大きくなっていくと、ある時点で、計測パケット１６１の受信間隔Ｔｒが、送信時の送信間隔Ｔｓよりも大きくなる。
　計算部１２２は、計測パケット１６１の受信間隔Ｔｒが、送信間隔Ｔｓよりも大きくなったとき、その計測パケットの１つ前の計測パケットを用いて利用可能帯域を計算する。計測パケット１６１の受信間隔Ｔｒは、抽出部２０１が抽出した有効パケット群を用いて計測部１２１によって求められる。
　計測パケットのパケットサイズは増加していくので、受信間隔が送信間隔よりも大きくなる計測パケットの１つ前に送信された計測パケットは、受信間隔と送信間隔とがほぼ等しい計測パケットのうちで、パケットサイズが最大の計測パケットに相当する。計算部１２２は、受信間隔が送信間隔よりも大きくなる計測パケットの１つ前に送信された計測パケットのパケットサイズと送信間隔とに基づいて、下記の手順で利用可能帯域を計算する。
　すなわち、計算部１２２は、まず、受信間隔Ｔｒが送信間隔Ｔｓよりも大きくなった計測パケット１６１のパケット番号を調べる。受信間隔Ｔｒが送信間隔Ｔｓよりも大きくなるときの計測パケット１６１のパケット番号をｊとする。この場合、パケット番号ｊの計測パケット１６１とパケット番号ｊ－１の計測パケット１６１との受信間隔が、パケット番号ｊの計測パケット１６１とパケット番号ｊ－１の計測パケット１６１との送信間隔よりも大きい。さらに、パケット番号ｊ－１の計測パケット１６１とパケット番号ｊ－２の計測パケット１６１との受信間隔が、パケット番号ｊ－１の計測パケット１６１とパケット番号ｊ－２の計測パケット１６１との送信間隔にほぼ等しい。ただし、パケット番号ｊ－２，ｊ－１，ｊの計測パケット１６１は、いずれも有効パケット群に含まれる計測パケットである。
　次いで、計算部１２２は、計測データ記憶部１２３から、パケット番号がｊ－１番の計測パケット１６１のパケットサイズと送信間隔Ｔｓ（パケット番号ｊ－１の計測パケット１６１とパケット番号ｊ－２の計測パケット１６１との送信間隔）とを取得する。その後、計算部１２２は、「利用可能帯域＝（ｊ－１番目の計測パケットのパケットサイズ）／送信間隔Ｔｓ」の計算式を用いて、利用可能帯域を計算する。計算部１２２は、計算した利用可能帯域を、計測データ記憶部１２３に記憶する。また、計算部１２２は、計算した利用可能帯域を、送受信部１２０を介して、送信装置１０１に送信する。送信装置１０１の送受信部１１２は、受信装置１０２が送信した利用可能帯域の測定結果を受信する。
　次に、図２から図５を参照して、図１に示した抽出部２０１の詳細について説明する。図２は、抽出部２０１の構成例を示したブロック図である。図２に示す構成のうち、図１に示した構成と同一の構成には同一の符号を付しその構成の説明を省略する。
　図２に示した構成例において、抽出部２０１は、パケット有無確認機能部２１０と、パケット群情報生成機能部２１１と、パケット情報格納部２１２と、有効パケット番号検出機能部２１３とを備える。パケット有無確認機能部２１０は、単に確認機能部２１０と称することもある。パケット群情報生成機能部２１１は、単に生成機能部２１１と称することもある。パケット情報格納部２１２は、単に格納部２１２と称することもある。有効パケット番号検出機能部２１３は、単に検出機能部２１３と称することもある。確認機能部２１０は、パケットトレインに含まれる各計測パケットが到着したか否かを確認する。生成機能部２１１は、ネットワークで損失した計測パケットを区切りとして、受信したパケットトレインをパケット群に分割し、各パケット群の情報（各パケット群）を生成する。格納部２１２は、確認機能部２１０が生成した各計測パケットの到着結果を示す情報と、生成機能部２１１が生成した各パケット群に関する情報とを格納する。検出機能部２１３は、格納部２１２に格納された情報から計測部１２１及び計算部１２２が利用可能帯域の推定処理に使用する計測パケットの番号を検出する。
　次に、図３を参照して、確認機能部２１０が生成する、計測パケットが到着したか否かを示す情報（パケット到着情報２１０１と称する）について説明する。図３は、パケット到着情報２１０１の構成例を示す。図３に示した例では、パケット到着情報２１０１が、到着する予定（受信予定）の全計測パケットの各到着結果を要素とする配列構造を有している。パケット到着情報２１０１は、先頭の要素が１番目に到着する予定の計測パケットの到着結果を示している。そして、パケット到着情報２１０１は、２番目に到着する予定の計測パケットの到着結果を示す要素から順に１１５番目に到着する予定の計測パケットの到着結果を示す要素まで含んでいる。なお、各要素には、パケットが到着した場合に「１」が、パケットが到着しなかった場合に「０」が格納されている。
　次に、図４を参照して、生成機能部２１１が作成するパケット群の情報（パケット群情報と称する）について説明する。図４は、パケット群情報２１１１の構成例を示す。図４に示したパケット群情報２１１１の内容は、図３に示したパケット到着情報２１０１の内容に対応している。図４に示した例では、パケット群情報２１１１が、複数のレコードを含むテーブルとして構成されている。各レコードは、パケット群番号と、開始パケット番号と、終了パケット番号と、パケット個数と、損失パケット数と、損失開始パケット番号とをそれぞれ格納する複数のフィールドを含む。
　パケット群番号は、ネットワークで損失した計測パケットを区切りとして受信したパケットトレインを複数のパケット群に分割した場合に分割した各パケット群を識別する番号である。開始パケット番号は、同じレコードのパケット群番号で識別されるパケット群が開始される計測パケットの番号である。終了パケット番号はそのパケット群が終了する計測パケットの番号である。パケット個数は、そのパケット群に含まれる計測パケットの個数である。損失パケット数は、パケット到着情報２１０１で「０」と表記された計測パケットの個数である。損失開始パケット番号は、そのパケット群においてパケット到着情報２１０１に「０」と表記された最初の計測パケットの番号である。パケット群の区切り方としては、例えば、パケット到着情報２１０１において、「０」の直後に「１」が記載された箇所を区切りと見なすことで実現できる。例えば、図３に示したパケット到着情報２１０１では、パケット番号４、パケット番号９が区切りになっている。また、パケット番号１から４までの計測パケットをパケット群１、パケット番号５から９までの計測パケットをパケット群２とみなしている。この場合、パケット群１に関して、パケット群番号は１、開始パケット番号は１、終了パケット番号は４、パケット個数は４、損失パケット数は１、そして、損失開始パケット数は４である。また、パケット群２に関して、パケット群番号は２、開始パケット番号は５、終了パケット番号は９、パケット個数は５、損失パケット数は１、そして、損失開始パケット数は９である。
　次に、図５に示したフローチャートを参照して、図２に示した抽出部２０１の動作について説明する。
　まず、パケットトレインを受信装置１０２の送受信部１２０が受信する。受信したパケットトレインに基づいて、確認機能部２１０がパケット到着情報２１０１を作成する（ステップＳ１）。この処理は例えば、図３に示したような処理により実現できる。すなわち、確認機能部２１０が各計測パケットが到着したか否かを示す情報を格納する配列を作成する。さらに、確認機能部２１０がその配列を構成する各要素に計測パケットが到着した場合には「１」を、計測パケットが到着しなかった場合には「０」を挿入する。
　次に、生成機能部２１１がパケット群情報を生成する（ステップＳ２）。この処理において、生成機能部２１１は、例えば、図４で示すパケット群情報２１１１を次のようにして生成することができる。生成機能部２１１は、まず、パケット到着情報２１０１において、「０」と「１」がこの順に連続して格納された箇所をパケット群の区切りと判定する。次に、生成機能部２１１は、その「０」が格納されたパケット番号を『前の』パケット群の終了パケット番号、次の「１」が格納されたパケット番号を『後の』パケット群の開始パケット番号と設定する。次に、生成機能部２１１は、『「終了パケット番号」－「開始パケット番号」＋１』の計算式を用いてパケット個数を算出する。次に、生成機能部２１１は、パケット到着情報２１０１で「０」が格納された計測パケットの個数を損失パケット数に設定する。次に、生成機能部２１１は、パケット到着情報２１０１で「０」が最初に格納された計測パケットの番号を「損失開始パケット番号」に挿入する。以上の処理で生成機能部２１１は、パケット群情報２１１１を生成することができる。
　次に、検出機能部２１３がパケットトレインでのパケット損失率を算出する（ステップＳ３）。すなわち、検出機能部２１３が、受信したパケットトレインに含まれるすべての計測パケットを対象としてパケット損失率を算出する。この処理において、検出機能部２１３は、例えば、格納部２１２に格納されたパケット到着情報２１０１から「１」と「０」の個数を算出し、『「０」の個数／（「０」の個数＋「１」の個数）』の計算式を用いてパケット損失率を算出する。
　次に、検出機能部２１３が各パケット群のパケット損失率を算出する（ステップＳ４）。この処理において検出機能部２１３は、例えば、格納部２１２に格納されているパケット群情報２１１１から、一つパケット群での損失パケット数とパケット個数を抽出する。そして、検出機能部２１３は、「損失パケット数／パケット個数」の計算式でパケット群のパケット損失率を算出する。
　次に、検出機能部２１３が、ステップＳ３で算出したパケットトレインのパケット損失率とステップＳ４で算出したパケット群でのパケット損失率を比較する（ステップＳ５）。ステップＳ５の結果、検出機能部２１３が、『「パケットトレインのパケット損失率」＞「パケット群のパケット損失率」』と判断した場合について説明する。この場合には、検出機能部２１３は、格納部２１２から次のパケット群（一つ大きいパケット番号を有するパケット群）の情報を抽出し、ステップＳ４から繰り返す。
　一方、ステップＳ３の結果、検出機能部２１３が、『「パケットトレインのパケット損失率」≦「パケット群のパケット損失率」』と判断した場合について説明する。この場合には、検出機能部２１３は、そのパケット群のひとつ前のパケット群（一つ小さいパケット番号を有するパケット群）における『「損失開始パケット番号－１」までの番号を有する計測パケットが可用帯域の推定処理に有効である旨を計測部１２１に通知する（ステップＳ７）。この場合、先頭の計測パケットから「損失開始パケット番号－１」までの番号を有する計測パケットを含むパケット群が有効パケット群である。別法として、「損失開始パケット番号－１」の番号を有する計測パケットを含むパケット群が有効パケット群であるとしてもよい。
　上記の動作において、パケットトレインのパケット損失率（すなわち計測パケット全体でのパケット損失率）とパケット群のパケット損失率とを比較することで、計測パケットが破棄され始めた箇所を特定することができる理由を、パケットサイズが順に増加する場合を例に説明する。パケットサイズが順に増加する状況でネットワーク装置がバッファあふれにより計測パケットを破棄する場合、パケットの破棄が始まると、パケット格納領域に格納されたパケットが送信されるまで、パケットが連続的に破棄されることになる。パケット群でパケット損失が発生すると、それ以降のパケット群ではパケットサイズがより大きくなるためパケットが益々伝送されにくくなる。よって、それ以降のパケット群では、より多くのパケットが破棄されることになる。このような、一旦パケット損失が発生すると、連続してパケット損失が発生する状況では、バッファあふれによるパケットロスの前と後とでパケット群毎の損失率が大きく変化する。この損失率の変化は、多くの場合、次のような状況となる。すなわち、バッファあふれによるパケットロスが生じる前のパケット群のパケット損失率は、パケットトレインのパケット損失率より十分に小さい。これは、偶発的なパケットロス（例えば、パケット転送時の物理的な干渉によって起こるパケットロスなど）が生じる確率が、バッファあふれによるパケットロスを含むパケットトレイン全体のパケット損失率より十分に小さいためである。一方、バッファあふれが生じた後はパケット群のパケット損失率は、パケットトレインのパケット損失率より大きくなる。これは、パケットトレイン全体にバッファあふれが生じる前のパケット群が含まれるためである。したがって、パケットトレインのパケット損失率と、パケット群のパケット損失率とを比較することで、バッファあふれが生じ始めた箇所を特定することができる。また、比較の基準をパケットトレインのパケット損失率とすること、すなわち動的に基準を設定することで変化する通信環境に応じて、基準値を適切に設定することができる。
　このように、第１の実施形態によれば、ネットワーク装置がバッファあふれによるパケットロスが生じる環境下でも推定精度が劣化することを防止できるという効果がある。これは、送信装置１０１が送信したパケットトレインにおいて、ネットワーク装置でバッファあふれによるパケットロスが生じ始める前までの計測パケットを抽出し、その計測パケットを使用して推定処理を実施させるためである。
　上記の説明では、計測パケットのパケットサイズを順次、増加させる場合について説明した。パケットサイズを順次、減少させる場合については次のように構成を変更することで対応できる。パケットサイズを順次、減少させる場合の送信装置及び受信装置の構成は、図１に示す送信装置１０１及び受信装置１０２の構成と同一である。
　ただし、生成部１１０の動作が異なる。パケットサイズを順次、減少させる場合、パラメータ記憶部１１３に、最大パケットサイズとパケット減少サイズとを記憶しておく。そして、生成部１１０は、最大パケットサイズから、パケット減少サイズずつ減少するパケットサイズの計測パケットを生成する。この点が、パケットサイズを順次、増加させる場合と異なる。
　また、送信装置１０１が送信するパケットトレインは、図９Ａに示す送信時パケットトレイン１５０における計測パケット１５１の並び順を逆にした構成に相当する。すなわち、パケット番号が１番の計測パケットのパケットサイズが最も大きい。パケット番号が１つ増加するごとに、計測パケットのサイズがパケット減少サイズ分ずつ減少していく。パケット番号がＮ番の計測パケットのパケットサイズが最も小さくなる。送信時パケットトレインとしてそのような計測パケットによって構成されるパケットトレインを用いた場合について説明する。この場合、受信装置１０２で受信される受信時パケットトレインでは、ある時点までは、計測パケットの受信間隔は、計測パケット送信時の送信間隔より大きく、ある時点以降は、受信間隔が送信間隔にほぼ等しくなる。そして、計算部１２２は、計測パケットの受信間隔が送信間隔とほぼ等しくなったとき、そのときの計測パケットのパケットサイズと送信間隔とに基づいて、利用可能帯域を計算する。つまり、計算部１２２は、受信間隔が送信間隔とほぼ等しくなる最初の計測パケットのパケットサイズと送信間隔とに基づいて、利用可能帯域を計算する。
《第２の実施形態》
　図６は、第２の実施形態に係る抽出部２０１の構成を示す構成図である。
　図１に示した利用可能帯域計算システム１００の構成は、第１の実施形態と第２の実施形態とで同一である。抽出部２０１の構成が、第１の実施形態と第２の実施形態とで異なる。図６に示すように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態における抽出部２０１に対して、有効パケット抽出処理判定機能部７０１が追加されている。有効パケット抽出処理判定機能部７０１は、単に判定機能部７０１と称することもある。
　判定機能部７０１は、パケットトレインでのパケット損失率と予め指定した閾値（例えば、１０％）とを比較して、生成機能部２１１を呼び出すかを判断する機能を有する。この判定機能部７０１は、バッファあふれによるパケットロスが生じず偶発的なパケットロスのみが生じた場合に、次の処理を行う。判定機能部７０１は、パケットトレインでのパケット損失率と予め指定した閾値（例えば、１０％）とを比較することで、パケットロスが偶発的に生じたか否かを判定する。判定機能部７０１は、パケットロスが偶発的に生じたと判定した場合、計測部１２１に対して、送受信部１２０が受信したパケットトレインをそのまま使用して可用帯域の推定用に受信間隔を求めるよう指示を出す。すなわち、判定機能部７０１は、偶発的なパケットロスのみが生じた場合、計測部１２１及び計算部１２２に対して、送受信部１２０が受信したパケットトレインをそのまま使用して可用帯域の推定処理を実施させる。
　次に、図７を参照して、第２の実施の形態の動作について説明する。図７に示したフローチャートは、図５に示した第１の実施の形態のフローチャートにステップＳ８０１を追加したフローチャートである。このステップＳ８０１では、判定機能部７０１が、ステップＳ１で確認機能部２１０が作成したパケット到着情報２１０１からパケットトレインのパケット損失率を算出した後、算出されたパケット損失率と予め指定された閾値とを比較する。この閾値は、偶発的なパケットロスが生じる確率を示しており、例えば１０％など、バッファあふれによるパケットロスが生じたパケットトレインにおけるパケット損失率よりも低い値となる。
　ステップＳ８０１の結果、「パケットトレインのパケット損失率」が「閾値」より小さい場合には、パケットロスが偶発的に生じたと推定されるため、判定機能部７０１は、処理を終了する。
　一方、ステップＳ８０１の結果、「パケットトレインのパケット損失率」が「閾値」以上である場合には、バッファあふれによるパケットロスが含まれると推定されるため、判定機能部７０１は、ステップＳ２の処理を開始する。
　第２の実施形態において、複数の計測パケットのパケット損失率（すなわちパケットトレインのパケット損失率）が所定の閾値未満である場合、計算部１２２は次のように利用可能帯域を計算することができる。すなわち、計算部１２２は、複数の計測パケットのうち最後に受信に成功した計測パケットを用いて利用可能帯域を計算することができる。
　この第２の実施の形態での効果は、第１の実施の形態での効果に加えて、偶発的なパケットロスのみが生じた場合でも可用帯域の推定精度の劣化を防止するという効果がある。その理由は以下のとおりである。すなわち、パケットトレインのパケット損失率と閾値を比較し、パケットロスが偶発的に生じたと判断できる場合に、生成機能部２１１による処理が行われなくなる。生成機能部２１１による処理を行わないことで、パケットトレインが意図しないパケット群に分割されてしまうことが防がれる。その結果、受信したパケットトレインを計測部１２１がそのまま使用できる。
《基本構成》
　図８は、利用可能帯域計算システムの基本構成を示す概略ブロック図である。上述した実施形態では、利用可能帯域計算システムの実施形態として図１、図２及び図６に示す構成について説明した。利用可能帯域計算システムの基本構成は、図８に示すとおりである。すなわち、利用可能帯域計算システム１０の基本構成は、送信装置（送信側装置）１及び受信装置（受信側装置）２を備える構成である。
　受信装置２の基本構成は、受信部２１と、有効パケット抽出部２２と、利用可能帯域計算部２３とを備える構成である。受信部２１は、パケットサイズが順次に増加または減少する複数の計測パケットを受信する。有効パケット抽出部２２は、受信した複数の計測パケットの中から、受信に成功した連続する計測パケットを含む有効パケット群を抽出する。利用可能帯域計算部２３は、抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する。
　送信装置１の基本構成は、送信部１１と、計測パケット生成部１２とを備える構成である。計測パケット生成部１２は、パケットサイズが順次に増加または減少する複数の計測パケットを生成する。送信部１１は、計測パケット生成部１２が生成した計測パケットを受信部２１に対して送信する。
　送信装置１と受信装置２とは、図示してないネットワークを介して接続されている。
　利用可能帯域計算システム１０は、パケットトレインにおいて、計測パケットの破棄が始まった箇所を特定し、破棄が開始される前に受信装置２に到達した計測パケットを可用帯域の推定処理に使用することができる。したがって、ネットワーク装置で計測パケットが破棄される環境下でも推定精度の劣化を防止することができる。
　図８に示した構成と、図１、図２及び図６に示した構成との対応関係は次の通りである。図８の利用可能帯域計算システム１０は図１の利用可能帯域計算システム１００に対応する。図８の送信装置１は図１の送信装置１０１に対応する。図８の受信装置２は図１の受信装置１０２に対応する。図８の受信部２１は、図１の送受信部１２０に対応する。図８の有効パケット抽出部（抽出部）２２は、図１の有効パケット抽出部２０１に対応する。図８の利用可能帯域計算部（計算部）２３は、図１の利用可能帯域計算部１２２に対応する。図８の送信部１１は、図１の送受信部１１２に対応する。図８の計測パケット生成部（生成部）１２は、図１の計測パケット生成部１１０に対応する。
　また、第１計測パケットの一例が図３を参照して説明した４番目に到着する予定の計測パケットである。第２計測パケットの一例が図３を参照して説明した５番目に到着する予定の計測パケットである。第３計測パケットの一例が図３を参照して説明した９番目に到着する予定の計測パケットである。第４計測パケットの一例が図３を参照して説明した１０番目に到着する予定の計測パケットである。第５計測パケットの一例が図３を参照して説明した３番目に到着する予定の計測パケットである。第６計測パケットの一例が図３を参照して説明した２番目に到着する予定の計測パケットである。第７計測パケットの一例が図３を参照して説明した８番目に到着する予定の計測パケットである。また、算出部（パケット群損失率算出部）の一例が、有効パケット番号検出機能部２１３による図５及び図７に示したステップＳ４の処理の実行機能である。第１閾値の一例が図５（ステップＳ３及びステップＳ５）を参照して説明した「パケットトレインの損失率」である。また、第２閾値の一例が図７（ステップＳ８０１）を参照して説明した「閾値」である。
　本発明の実施形態は上記に限定されない。例えば図１、図２及び図６に示した各構成要素を、適宜、統合したり、分割したりすることができる。また、各構成要素が有するプロセッサが実行するプログラムは、一部又は全部をコンピュータ読取可能な記録媒体や通信回線を介して頒布することができる。
　本発明の実施形態が適用されるシーンとして例えば次のようなシーンがあげられる。すなわち、本発明の実施形態を一般ユーザに配布するアプリケーションに組み込み、定期的に品質情報（可用帯域）を分析することでエリア改善へと活用するソリューションとして利用することができる。また、企業がサービスを提供する際、サービス内に存在するネットワークのブラックボックス区間に対して、通信品質情報（可用帯域）を取得することによるサービス使用体感の劣化要因の切り分けに活用することができる。
　この出願は、２０１５年３月１８日に出願された日本国特願２０１５－０５４２０９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、通信装置、利用可能帯域計算システム、利用可能帯域計算方法及びプログラムに適用してもよい。
１０、１００　利用可能帯域計算システム
１、１０１　送信装置
２、１０２　受信装置
１１　送信部
２１　受信部
１０３　ネットワーク
１２、１１０　計測パケット生成部（生成部）
１１１　計測パケット送信部（送信部）
１１２　送受信部
１１３　パラメータ記憶部
１２０　送受信部
１２１　受信間隔計測部（計測部）
２３、１２２　利用可能帯域計算部（計算部）
１２３　計測データ記憶部
１５０　送信時パケットトレイン
１６０　受信時パケットトレイン
２２、２０１　有効パケット抽出部（抽出部）
２１０　パケット有無確認機能部（確認機能部）
２１１　パケット群情報生成機能部（生成機能部）
２１２　パケット情報格納部（格納部）
２１３　有効パケット番号検出機能部（検出機能部）
７０１　有効パケット抽出処理判定機能部（判定機能部）

Claims (10)

  1. 　連続する番号をそれぞれ有する受信予定の複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信する受信部と、
    　前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出する抽出部と、
    　前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する計算部と
    　を備える通信装置。
  2. 　前記受信予定の複数の計測パケットは、第１計測パケットと、前記第１計測パケットの番号よりも大きくかつ連続する番号を有する第２計測パケットと、前記第２計測パケットの番号よりも大きい番号を有する第３計測パケットと、前記第３計測パケットの番号よりも大きくかつ連続する番号を有する第４計測パケットとを含み、
    　前記受信された複数の計測パケットは、前記受信予定の複数の計測パケットのうち受信に成功した複数の計測パケットであり、
    　前記受信予定の複数の計測パケットのうち前記受信に成功した複数の計測パケット以外の複数の計測パケットが、受信に失敗した複数の計測パケットであり、
    　前記受信に成功した複数の計測パケットは、前記第２計測パケットおよび前記第４計測パケットを含み、
    　前記受信に失敗した複数の計測パケットは、前記第１計測パケットおよび前記第３計測パケットを含み、
    　前記抽出部は、前記第１計測パケットと前記第２計測パケットとの間を区切りと判定し、前記第３計測パケットと前記第４計測パケットとの間を区切りと判定し、
    　前記抽出部は、前記判定された区切りに基づいて、前記第１計測パケットを有する第１パケット群と前記第２計測パケットおよび前記第３計測パケットを有する第２パケット群とを生成し、
    　前記抽出部は、前記第２パケット群のパケット損失率を算出し、
    　前記抽出部は、前記算出された第２パケット群のパケット損失率が第１閾値以上である場合、前記有効パケット群として、前記第１の計測パケットの番号よりも小さい番号を有する複数の計測パケットを抽出する
    　請求項１に記載の通信装置。
  3. 　前記抽出部は、前記第１パケット群のパケット損失率を算出し、
    　前記抽出部は、前記算出された第１パケット群のパケット損失率が前記第１閾値未満でありかつ前記算出された第２パケット群のパケット損失率が前記第１閾値以上である場合、前記有効パケット群として、前記第１の計測パケットの番号よりも小さい番号を有する複数の計測パケットを抽出する
    　請求項２に記載の通信装置。
  4. 　前記抽出部は、前記算出された第１パケット群のパケット損失率が前記第１閾値未満でありかつ前記算出された第２パケット群のパケット損失率が前記第１閾値以上である場合、前記有効パケット群として、前記第１の計測パケットの番号よりも小さい番号を有する計測パケットのみを抽出する
    　請求項３に記載の通信装置。
  5. 　前記第１パケット群は、第５計測パケットおよび第６計測パケットをさらに有し、
    　前記第２パケット群は、第７計測パケットをさらに有し、
    　前記第５計測パケットは、前記受信に成功した複数の計測パケットに含まれ、前記第１計測パケットの番号よりも小さい番号を有し、
    　前記第６計測パケットは、前記受信に成功した複数の計測パケットに含まれ、前記第５計測パケットの番号よりも小さくかつ連続する番号を有し、
    　第７計測パケットは、前記受信に成功した複数の計測パケット含まれ、前記第４測パケットの番号よりも小さくかつ連続する番号を有する
    　請求項２から４のいずれか一項に記載の通信装置。
  6. 　前記計算部は、前記有効パケット群に含まれる複数の計測パケットのうち前記受信部によって最後に受信された計測パケットを用いて前記利用可能帯域を計算する
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の通信装置。
  7. 　前記抽出部は、前記受信予定の複数の計測パケットのパケット損失率を算出し、
    　前記計算部は、前記受信予定の複数の計測パケットのパケット損失率が第２閾値未満である場合に、前記有効パケット群に含まれる複数の計測パケットのうち前記受信部によって最後に受信された計測パケットを用いて利用可能帯域を計算する
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の通信装置。
  8. 　送信装置と受信装置とを備える利用可能帯域計算システムであって、
    　前記送信装置は、
    　連続する番号をそれぞれ有する複数の計測パケットを生成する生成部と、
    　前記生成された複数の計測パケットを送信する送信部とを備え、
    　前記受信装置は、
    　前記送信された複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信する受信部と、
    　前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出する抽出部と、
    　前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する計算部とを備える
    　利用可能帯域計算システム。
  9. 　連続する番号をそれぞれ有する受信予定の複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信し、
    　前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出し、
    　前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する
    　ことを含む利用可能帯域計算方法。
  10. 　連続する番号をそれぞれ有する受信予定の複数の計測パケットのうち、複数の計測パケットを受信し、
    　前記受信された複数の計測パケットうち連続する番号を有する複数の計測パケットを含む有効パケット群を抽出し、
    　前記抽出した有効パケット群を用いて利用可能帯域を計算する
    　ことをコンピュータに実行させるプログラム。
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