WO2020261320A1

WO2020261320A1 - データ順序補正方法、パケット監視装置、データ順序補正装置、及びデータ順序補正プログラム

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Publication number: WO2020261320A1
Application number: PCT/JP2019/024898
Authority: WO
Inventors: 晶子大輝; 周平吉田; 祐太右近; 奈美子池田; 新田　高庸
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2020-12-30
Also published as: US11882061B2; JP7197010B2; JPWO2020261320A1; US20220247697A1

Abstract

本発明のデータ順序補正方法は、順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正するデータ順序補正方法であって、リングバッファは、順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、１個または連続する２個以上の順序番号からなる監視区間と、監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備え（Ｓ１）、受信したデータ（Ｓ２）の順序番号をリングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が受入区間内であった場合（Ｓ５）に、決定した値に対応する記憶領域の位置に、受信したデータを書き込むステップ（Ｓ６）と、監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、監視区間内の全てのデータを読み出すステップ（Ｓ７、Ｓ８）と、監視区間の順序番号数の範囲内で、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を後に更新するステップ（Ｓ９）とを含む。　リングバッファの記憶領域数に制約がある場合においても、受信したデータを順序番号順に正確に並べ替えることが可能なデータ順序補正方法を提供することができる。

Description

データ順序補正方法、パケット監視装置、データ順序補正装置、及びデータ順序補正プログラム

　本発明は、受信した順序番号付のデータを順序番号順に並べ替えるデータ順序補正方法に関する。

　音声や映像を一定周期で符号化しパケット化して送信する通信方式では、受信側で順不同に到着したパケットを順序補正用バッファに一時保存して、パケットのヘッダに格納されている順序情報（通常は順序番号）に基づいてパケットを正しい順序に並べ替えてから、元の音声や映像を再生する。

　ここで、伝送経路で加わる遅延の揺らぎ（ジッタ）があまりにも大きいと、遅延が大きいパケットの到着を待つために音声や映像の再生が一時的に止まったり、遅延が非常に大きいパケットが廃棄されて音声や映像にドロップアウトが発生する。通信事業者からは、ジッタの発生箇所を特定する目的で、通信経路に挿入したネットワークタップ等でネットワーク信号を分岐して取り出し、パケットのジッタを測定したいという要望がある。

　特許文献１に記載の遅延測定方法では、パケットを送信する端末は、送信パケットに送信時刻情報を付加して送信し、パケット監視装置は、ネットワークタップ等で取り出したパケットの受信時刻を記録するとともに、到着したパケットから送信時刻情報を読み出して、受信時刻と送信時刻の差分から各パケットの遅延を求め、遅延の揺らぎを観測する。

　一方、特許文献２では、送信時刻情報を用いずにパケットのジッタを観測する。特許文献２では、周期的に生成され順序番号を付与されたパケットを対象として、受け取ったパケットを順番に整理（順序補正）してパケットの到着間隔を算出した結果を集計することで、パケット間隔の揺らぎを観測する。

　特許文献３に記載の順序補正方法では、図２１に示すように、リングバッファを複数の記憶領域に区切っておき、連続する２つ以上の記憶領域を監視区間として定め、送られてきたデータを所定の記憶領域に格納し、再組立に必要なデータが監視区間に格納されているか否かを監視し、再組立に必要なデータが監視区間に揃ったらそれらを呼び出し、データを格納した記憶領域が監視区間よりも後ろである場合に、監視区間の最後尾がこのデータを格納した記憶領域になるように監視区間を移動させる。

特許第５４７９７９３号公報特許第５６２５９９２号公報特開２００９－１７１１５７号公報

　特許文献１では、パケットを送信する端末とパケット監視装置の間で、時刻情報の規格、例えば、時刻の単位を合せる必要がある。一方、特許文献２では、受信した複数のデータを連結して元の大きなデータを再組立することを想定しているため、全順序番号分の記憶領域を持つ十分大きなサイズのリングバッファを用いて、再組立に必要なデータが監視区間に揃ったらリングバッファから読み出す。

　ここで、リングバッファの記憶領域数に制約があって全順序番号分の記憶領域を実装できない時は、例えば、順序番号をリングバッファの記憶領域数で割った剰余に基づいてデータを書込む記憶領域を決定し、先頭付近のデータが揃ったらリングバッファから読み出して、空いた記憶領域を余剰が同じデータ用に使い回すことが考えられる。しかしながら、既にリングバッファに保存されているデータと余剰が同じで順序番号が異なるデータが到着すると、データを誤った順に並べてしまうという問題がある。

　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、リングバッファの記憶領域数に制約がある場合においても、受信したデータを順序番号順に正確に並べ替えることが可能なデータ順序補正方法を提供することを目的とする。

　上述したような課題を解決するために、本発明のデータ順序補正方法は、順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正するデータ順序補正方法であって、前記リングバッファは、順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、１個または連続する２個以上の順序番号からなる監視区間と、前記監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、前記監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備え、受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であった場合に、前記決定した値に対応する前記記憶領域の位置に、受信したデータを書き込むステップと、前記監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、前記監視区間内の全てのデータを読み出すステップと、前記監視区間の順序番号数の範囲内で、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を後に更新するステップとを含む。

　上述したような課題を解決するために、本発明のパケット監視装置は、ヘッダ内に順序情報が含まれる受信パケットに到着時刻情報を付与する到着時刻情報付与部と、前記パケットのヘッダ内の情報に基づいて、監視対象パケットを抽出する監視対象抽出部と、監視対象パケットのヘッダ内の前記順序情報に基づいて、上記データ順序補正方法で前記監視対象パケットの順序を補正し、前記順序情報が連続する２つのパケットの到着時刻情報を出力するパケット順序補正部と、前記順序情報が連続する２つのパケットの到着時刻の差からパケット間隔を求めるパケット間隔計算部と、統計情報記憶部に記憶されているパケット間隔の度数分布に基づいて、ヒストグラムとして表示する可視化部とを備える。

　上述したような課題を解決するために、本発明のデータ順序補正装置は、順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正するデータ順序補正装置であって、前記リングバッファは、順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、１個または連続する２個以上の順序番号からなる監視区間と、前記監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、前記監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備え、受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であるかを判断する受入可否判断部と受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であった場合に、前記決定した値に対応する前記記憶領域の位置に、受信したデータを書き込むリングバッファ書込部と、前記監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、前記監視区間内の全てのデータを読み出すリングバッファ読出部と、前記監視区間の順序番号数の範囲内で、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を後に更新する監視区間／受入区間管理部を備える。

　上述したような課題を解決するために、本発明のデータ順序補正プログラムは、順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正するデータ順序補正方法を実行するためのデータ順序補正プログラムであって、前記リングバッファは、順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、１個または連続する２個以上の順序番号からなる監視区間と、前記監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、前記監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備え、受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であった場合に、前記決定した値に対応する前記記憶領域の位置に、受信したデータを書き込むステップと、前記監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、前記監視区間内の全てのデータを読み出すステップと、前記監視区間の順序番号数の範囲内で、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を後に更新するステップとをコンピュータに実行させる。

　以上説明したように、本発明によれば、リングバッファの記憶領域数に制約がある場合においても、受信したデータを順序番号順に正確に並べ替えることが可能なデータ順序補正方法を提供することが可能となる。

図１は、本実施の形態に係るパケットフォーマットの構成例である。図２は、本実施の形態に係るパケット監視装置の構成例を示す図である。図３は、本実施の形態に係るリングバッファの構成例を示す図である。図４は、本実施の形態に係るデータ順序補正装置の構成例を示す図である。図５は、本実施の形態に係るデータ順序補正装置等を実現するためのコンピュータの構成例である。図６は、本実施の形態に係るデータ順序補正方法の動作フローチャートの例を示す図である。図７は、本実施の形態に係るリングリングバッファの初期状態を説明するための図である。図８は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図９は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１０は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１１は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１２は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１３は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１４は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１５は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１６は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１７は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１８は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図１９は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図２０は、本実施の形態に係るリングリングバッファの動作を説明するための図である。図２１は、従来のリングバッファの構成例である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。

＜第１の実施の形態＞
　本発明の実施の形態では、ＩＰ電話の通話において、Ｇ．７１１等の音声コーデック方式で音声データを等間隔で符号化してＲＴＰ（Real-time Transport Protocol）パケットに格納して送信されたパケットを順序補正の対象とする場合を例として説明する。なお、本発明の適用の対象は、以下に説明するパケットの構成に限定されるものではない。

　図１は、第１の実施の形態における順序補正の対象であるＲＴＰパケットのフォーマットの構成例である。ＲＴＰパケットのＲＴＰヘッダには、パケットの生成された順序を示すシーケンス番号（ＳｅｑｕｅｎｃｅＮｕｍｂｅｒ、１６ビット幅で範囲は、０～６５５３５）が格納されており、同一通話で送出される複数のＲＴＰパケットのシーケンス番号は、通話開始時にランダムな値から始まって通話終了まで１ずつ増加し、６５５３５の次は０に戻るように構成されている。そのため、生成直後のＲＴＰパケットは、時間的に等間隔で、シーケンス番号が連番である。

　一方、伝送後のＲＴＰパケットは、伝送路での遅延がパケット毎に一定ではないため、時間的に等間隔で到着せず、さらには、シーケンス番号の順番通りにパケットが到着しない場合もある。　通信経路に設置したネットワークタップ等でネットワーク信号を分岐して取り出して、パケット監視装置で連番ＲＴＰパケットの到着間隔を求めて、横軸がパケット到着間隔のヒストグラムに表示することで、パケット間のジッタを監視することができる。図２は、本実施の形態に係るパケット監視装置の構成例である。

＜パケット監視装置＞
　本実施の形態におけるパケット監視装置１は、受信したパケットに対して物理レイヤ（ＰＨＹ）とデータリンクレイヤ（ＭＡＣ）の処理を行うＰＨＹ部１０、ＭＡＣ部２０、受信パケットに到着時刻情報を付与する到着時刻情報付与部３０と、パケットのヘッダ内の情報に基づいて、ヘッダ内に順序情報が含まれる同一フローの監視対象パケットを抽出する監視対象抽出部４０と、監視対象パケットのヘッダ内の順序情報（図１のシーケンス番号）に基づいて、監視対象パケットの順序を補正し、順序情報が連続する２つのパケットの到着時刻情報を出力するパケット順序補正部５０と、順序情報が連続する２つのパケットの到着時刻の差からパケット間隔を求めるパケット間隔計算部６０と、パケット到着間隔を記憶する統計情報記憶部７０と、統計情報記憶部７０に記憶されているパケット到着間隔毎の度数分布に基づいて、ヒストグラムとして表示する可視化部８０とを備える。

＜到着時刻情報付与部＞
　到着時刻情報付与部３０は、受信したパケットに対して物理レイヤ（ＰＨＹ）とデータリンクレイヤ（ＭＡＣ）の処理を行うことにより取り出されたパケットに、到着時刻情報を付与する。時刻情報を付与する手段の例としては、ヘッダに挿入または上書する方法、あるいは、パケットと並走して後段ブロックへ転送する方法、等がある。

＜監視対象抽出部＞
　監視対象抽出部４０は、パケットの各ヘッダ内の情報に基づいて、監視対象とするパケットを抽出する。例えば、パケットのヘッダの送信元アドレスと宛先アドレス、および、ＵＤＰヘッダ内の宛先ポート番号を検査して、監視対象として登録されている値と一致するパケットを監視対象パケットとして抽出し、パケット順序補正部に送信する。

＜パケット順序補正部＞
　パケット順序補正部５０は、監視対象パケットのヘッダから抽出した順序番号に基づいて監視対象パケットの順序を補正し、順序番号が連続する２つ以上のパケットの到着時刻情報をパケット間隔計算部６０へ出力する。パケット順序補正部の構成とパケット順序補正方法については、後述のパケット順序補正部６０の構成と動作例において詳細に説明する。

＜パケット間隔計算部＞
　パケット間隔計算部６０は、パケット順序補正部５０から順序番号が連続する２つ以上のパケットの到着時刻情報が入力されると、２つの連続するパケットの到着時刻の差からパケットの時間間隔を求める。順序番号が後のパケットの到着時刻から、順序番号が前のパケットの到着時刻を減算すれば、パケットの時間間隔だけでなく、パケットの順序が逆転しているかどうかも判定することができる。

＜統計情報記憶部＞
　統計情報記憶部７０では、パケット間隔計算部６０で求めたパケット間隔の度数分布を記憶する。また、後述するリングバッファの監視区間の先頭から受入区間の末尾に記憶されているデータの個数が一定数に達した場合、受信したデータが受入区間外で破棄された場合、監視区間の先頭もしくは先頭に最も近いデータの到着時刻から一定時間が経過した場合のいずれかの理由で監視区間と受入区間を移動させた場合にその移動させた頻度を、その理由毎に、または、まとめて記憶するように構成してもよい。

＜可視化部＞
　可視化部８０では、統計情報記憶部７０に記憶されているパケット間隔の度数分布をヒストグラムとして表示する。

＜リングバッファの構成＞
　図３は、本実施の形態に係るリングバッファの構成例である。本構成例のリングバッファは、順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、１個または連続する２個以上の順序番号を監視区間とし、監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備える。監視区間の先頭の順序番号からリングバッファが一周した順序番号に対応する位置が受入区間の末尾となる。図２１の従来のリングバッファと異なり、本発明の実施の形態では、監視区間と受入区間の先頭と末尾を順序番号で表して管理する。なお、監視区間と受入区間の幅や間隔が一定の場合は、図３に記載の４種類の順序番号のいずれか１種類から他の３種類の順序番号を知ることができるので、少なくともいずれか１種類の順序番号を管理していればよい。

　本実施の形態に係るリングバッファでは、受信したデータの順序番号が受入区間内の順序番号であるか判断し、受入区間内の場合に、受信したデータの順序番号に対応する記憶領域に受信データが書き込まれる。一方、受信したデータの順序番号が受入区間外の場合は、受信データは廃棄される。

　上記動作を繰り返して行い、監視区間内に全てのデータが書き込まれている場合に、監視区間内の全てのデータを読み出すとともに、監視区間の順序番号数の範囲内で、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を増加させて、監視区間及び受入区間を移動させる。例えば、監視区間の順序番号数が２の場合には、監視区間及び受入区間を記憶領域の１つ分後ろに移動させ、あるいは、監視区間及び受入区間を記憶領域の２つ分後ろに移動させる。

＜パケット順序補正部の構成＞
　図４は、本実施の形態に係るパケット順序補正部５０の構成例である。パケット順序補正部５０は、順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正する機能部である。

　図４に示すように、パケット順序補正部５０は、受信したデータの順序情報が受入区間内であるかを判断する受入可否判断部５１と、受信したデータの順序情報が受入区間内であった場合に、受信したデータの順序情報に対応する記憶領域の位置に、受信したデータをリングバッファ５５に書き込むリングバッファ書込部５２と、監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、監視区間内の全てのデータをリングバッファ５５から読み出すリングバッファ読出部５３と、監視区間と受入区間を管理し、必要に応じて移動させる監視区間／受入区間管理部５４とから構成されている。

　本実施の形態におけるパケット監視装置１の一例として、ＰＨＹ部１０、ＭＡＣ部２０、到着時刻情報付与部３０、監視対象抽出部４０、パケット順序補正部５０、パケット間隔計算部６０、統計情報記憶部７０は、ＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｃａｒｄ）上にハードウェアとして実現することができる。可視化部８０は、コンピュータ、コンピュータにインストールした可視化ソフトウェア、および、コンピュータに接続したディスプレイによって実現することができる。

　本実施の形態におけるパケット監視装置１の別の例として、到着時刻情報付与部３０、監視対象抽出部４０、パケット順序補正部５０、パケット間隔計算部６０、統計情報記憶部７０、可視化部８０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、記憶装置及び外部インタフェース（以下、外部Ｉ／Ｆ）を備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。このようなコンピュータの構成例を図５に示す。

　コンピュータ１００は、ＣＰＵ２００と、記憶装置３００と、外部Ｉ／Ｆ４００とを備えており、それらがＩ／Ｏインタフェース５００を介して互いに接続されている。本実施の形態のパケット監視装置１の動作を実現するためのデータ順序補正プログラム等のプログラムや、受信データ、受信データの到着時刻情報、監視区間、受入区間等のデータは記憶装置３００に格納され、外部Ｉ／Ｆ４００には、互いに信号を送受信する他のコンピュータが接続される。ＣＰＵ２００は、記憶装置３００に格納されたデータ順序補正プログラム等に従って本実施の形態で説明した処理を実行する。また、この処理プログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録するように構成してもよい。

＜パケット順序補正部の動作例＞
　図６は、本実施の形態に係るデータ順序補正方法の動作フローチャートの一例である。本実施の形態に係るデータ順序補正方法では、監視区間および受入区間を初期設定してパケット保存数＝０にしておく（Ｓ１）。データを受信したら（Ｓ２）、保存パケット数が０より大きく（Ｓ３）、受信したデータの順序番号をリングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が受入区間内であった場合に（Ｓ５）、決定した値に対応する記憶領域の位置に、受信したデータを書き込み、保存パケット数を現行化するステップ（Ｓ６）と、監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に（Ｓ７）、監視区間内の全てのデータを読み出すステップ（Ｓ８）と、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を更新し、保存パケットを現行化するステップ（Ｓ９）とを含む。パケット保存数が閾値より小さい場合には、Ｓ２に遷移してデータを受信し、上記動作を繰り返す。ここで、順序番号の更新とは、順序番号を１つ後ろに移動することを意味する。

　パケット保存数が閾値に達した場合には、Ｓ９に遷移して監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を更新し、保存パケットを現行化する。Ｓ２でデータを受信しない場合はＳ７に遷移し、連番のデータが途切れるか新しいデータを受信するまでＳ２→Ｓ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ２を繰り返す。Ｓ３で保存パケット数が０の場合には、受信した順序番号を監視区間の先頭として、それに合わせて監視区間の末尾、受入区間の先頭と末尾を決定し、Ｓ６に遷移する（Ｓ４）。Ｓ５で受入区間外の場合にはＳ９に遷移し、Ｓ７で監視区間の全てにデータが書き込まれていない場合には、Ｓ１０に遷移する。

　尚、第１の実施の形態では、監視区間の順序番号数が２で、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を１つ後に更新して、監視区間及び受入区間を１つ分後ろに移動させる場合を例として説明する。

＜初期状態からの動作＞
　図７は、本実施の形態におけるリングバッファの初期状態を表す図である。図７のリングバッファは記憶領域数が１２８で、受信パケットの到着時刻情報と到着フラグを１２８パケット分記憶できるように構成されている。図７において、先頭パケットが格納される記憶領域が監視区間の先頭となり、そこから連続する２つの順序番号が監視区間となる。監視区間の２つ目の順序番号を受入区間の先頭とし、監視区間の先頭の順序番号から１２６（１２８－監視区間の幅）個後の順序番号を受入区間の末尾とする。この場合、監視区間の先頭の順序番号の一つ前の順序番号に対応する記憶領域が受入区間の末尾となる。

　順序補正の対象となるパケットは、図１で説明したＲＴＰパケットであり、ＲＴＰヘッダ内の０～６５５３５のシーケンス番号が順序番号に相当する。順序番号が６５５３５個あるのに対してリングバッファの記憶領域が１２８パケット分しかないので、各パケットの到着時刻情報と到着フラグの格納先の記憶領域のアドレスをｍｏｄ(順序番号，１２８)により決定し、リングバッファの保存パケット数の閾値を一例として１２０パケットとする。初期状態に受信したパケットが格納された記憶領域が監視区間の先頭となり、監視区間の先頭に対応させて、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号が決定される。

　パケット順序補正部５０は、監視区間および受入区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号、および、保存パケット数をレジスタ等に保持し、これらの情報は、到着時刻情報の書込や読出の際に必要に応じて随時更新される。

　図８は、図７に示した保存パケット数＝０の初期状態において順序番号＝２であるパケットが到着して、その到着時刻情報Ｔ＿２を書き込んだ後のリングバッファの状態である。順序番号２に対応する記憶領域のアドレス２（＝ｍｏｄ（２，１２８））にＴ＿２が書き込まれて、これにより順序番号「２」が監視区間の先頭となる。アドレス２にＴ＿２が書き込まれると、記憶領域のアドレス２の到着フラグが１となり、受入区間の先頭の順序番号は、監視区間の先頭の順序番号「２」の１つ後の「３」となり、受入区間の末尾の順序番号は、先頭の順序番号３から１２６（１２８－２）個後の「１２９」となる。到着フラグが１である記憶領域の数は１なので、保存パケット数は１となる。

　図９は、図８の状態において順序番号＝４であるパケットが到着して、その到着時刻情報Ｔ＿４を書き込んだ後のリングバッファの状態である。図８の受入区間の先頭順序番号３から末尾順序番号１２９に対して、受信パケットの順序番号４は受入区間内なので、順序番号４に対応する記憶領域のアドレス４（＝ｍｏｄ（４，１２８））にＴ＿４を格納するとともに、アドレス４の到着フラグを１とし、保存パケット数を１増やして２とする。図９の状態では、監視区間の全てにデータが書き込まれていないので、監視区間からの読み出し処理は実行されず、監視区間および受入区間の移動も行われない。

　図１０は、図９の状態において順序番号＝３であるパケットが到着して、その到着時刻情報Ｔ＿３を書き込んだ後のリングバッファの状態である。図９の受入区間の先頭順序番号３から末尾順序番号１２９に対して、受信パケットの順序番号３は受入区間内なので、順序番号３に対応するアドレス３（＝ｍｏｄ（３，１２８））にＴ＿３を格納するとともに、アドレス３の到着フラグを１とし、保存パケット数を１増やして３とする。

　図１１では、図１０の状態で監視区間内に全てのデータ（到着時刻情報Ｔ＿２、Ｔ＿３）が揃ったので、監視区間内の全てのデータをリングバッファから読み出す処理が実行される。監視区間からの読み出し処理が実行されたことに応じて、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を１つ後に更新して、監視区間と受入区間がそれぞれ後に１つ移動させた状態となる。本図では、次の順序番号４のパケットとの間隔を計算するため、到着時刻情報Ｔ＿２、Ｔ＿３を読み出した後も、監視区間の順序番号３のデータＴ＿３は残される。

　図１１では、監視区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、図１０の（２、３）から１つ後の番号である（３、４）に更新され、受入区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、１つ後の番号である（４、１３０）に更新され、監視区間および受入区間が移動している。監視区間から外れた記憶領域（アドレス２）の到着フラグは下され、保存パケット数は１減って２となる。リングバッファから読み出された到着時刻情報Ｔ＿２、Ｔ＿３は、パケット間隔計算部に転送され、パケット間隔計算部は、連番パケットのパケット間隔（Ｔ＿３－Ｔ＿２）を計算する。

　図１２は、図１１の状態で監視区間内に全てのデータ（到着時刻情報Ｔ＿３、Ｔ＿４）が揃ったので、監視区間内の全てのデータをリングバッファから読み出された状態である。図１１と同様に、監視区間からの読み出し処理が実行されたことに応じて、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を１つ後に更新して、監視区間と受入区間をそれぞれ後に１つ移動させた状態となる。本図では、次の順序番号５のパケットとの間隔を計算するため、到着時刻情報Ｔ＿３、Ｔ＿４を読み出した後も、監視区間の順序番号４のデータＴ＿４は残される。

　図１２では、監視区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、図１１の（３、４）から１つ後の番号である（４、５）に更新され、受入区間の先頭順序番号と末尾順序番号は、１つ後の番号（５、１３１）に更新され、監視区間および受入区間が移動している。監視区間から外れた記憶領域（アドレス＝３）の到着フラグは下ろされ、保存パケット数は１減って１となる。リングバッファから読み出された到着時刻情報Ｔ＿３、Ｔ＿４は、パケット間隔計算部に転送され、パケット間隔計算部は、連番パケットのパケット間隔（Ｔ＿４－Ｔ＿３）を計算する。

＜保存パケット数が閾値に達した時の動作＞
　図１３は、図１２の状態の後に順序番号＝５のパケットは到着せずに、順序番号＝６～１２４の１１９個のパケットが到着して、それらの到着時刻情報Ｔ＿６～Ｔ＿１２４を書き込んだ後のリングバッファの状態である。監視区間内のデータはＴ＿４のみであり、監視区間の全てにデータが書き込まれていないので、監視区間からのデータの読み出しは行われず、監視区間と受入区間の移動も行われず、監視区間と受入区間の先頭と末尾の順序番号は、図１２と同じである。一方、保存パケット数は、１１９増えて１２０となり、保存パケット数の閾値１２０に達している。

　図１４は、図１３において保存パケット数が閾値１２０に達したため、監視区間と受入区間をそれぞれ後に１つ移動させたリングバッファの状態である。監視区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、図１３の（４、５）から１つ後の番号である（５、６）に更新され、受入区間の先頭順序番号と末尾順序番号は、１つ後の番号（６、１３２）に更新され、監視区間および受入区間が移動した状態である。監視区間から外れた記憶領域（アドレス４）の到着フラグは、図１３では上がった状態であるので、アドレス４の到着フラグは下され、保存パケット数も１減らされて１１９となる。

　図１５は、図１４において順序番号＝１２５のパケットが到着して、その到着時刻情報Ｔ＿１２５を書き込んだ後のリングバッファの状態である。図１４の受入区間の先頭順序番号６から末尾順序番号１３２に対して、受信パケットの順序番号１２５は受入区間内なので、順序番号１２５に対応するアドレス１２５（ｍｏｄ（１２５，１２８））にＴ＿１２５を格納するとともに到着フラグを１とし、保存パケット数を１増やして１２０とする。図１５の状態では、監視区間の全てにデータが書き込まれていないので、監視区間からの読み出し処理は実行されず、監視区間および受入区間の移動も行われないが、図１３と同様に、保存パケット数の閾値１２０に達した場合の監視区間及び受入区間の移動が行われる。

　図１６は、図１５で保存パケット数が閾値１２０に達したため、監視区間と受入区間をそれぞれ後に１つ移動させたリングバッファの状態である。監視区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、図１５の（５、６）から１つ後の番号である（６、７）に更新され、受入区間の先頭順序番号と末尾順序番号は、１つ後の番号（７、１３３）に更新され、監視区間および受入区間が移動した状態である。監視区間から外れた記憶領域（アドレス５）の到着フラグは図１５の状態で下りていたので、この到着フラグは下りた状態で保持され、保存パケット数も変更されない。

　図１７は、図１６の状態で監視区間内に全てのデータ（到着時刻情報Ｔ＿６、Ｔ＿７）が揃ったので、監視区間内の全てのデータをリングバッファから読み出して、監視区間と受入区間をそれぞれ後に１つ移動させたリングバッファの状態である。監視区間からの読み出し処理が実行されたことに応じて、監視区間及び受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を１つ後に更新して、監視区間と受入区間をそれぞれ後に１つ移動させた状態となる。本図においても、次の順序番号８のパケットとの間隔を計算するため、到着時刻情報Ｔ＿６、Ｔ＿７を読み出した後も監視区間内の順序番号７のデータＴ＿７は残される。

　図１７では、監視区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、図１６の（６、７）から１つ後の番号である（７、８）に更新され、受入区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、１つ後の番号である（８、１３４）に更新され、監視区間および受入区間が移動している。監視区間から外れた記憶領域（アドレス６）の到着フラグを下ろし、保存パケット数を１減らして１１９とする。リングバッファから読み出されたＴ＿６、Ｔ＿７は、パケット間隔計算部に転送される。パケット間隔計算部は、連番パケットのパケット間隔（Ｔ＿７－Ｔ＿６）を計算する。以降、同様にして、監視区間からのデータの読み出しと監視区間および受入区間の移動が繰り返し実行される。

　図１８は、図１７の状態の後に、監視区間内のデータ（Ｔ＿ｉ、Ｔ＿ｉ＋１）をリングバッファから読み出して監視区間と受入区間をそれぞれ後に１つ移動させる動作を、監視区間内のデータが揃わなくなるまで繰り返した後のリングバッファの状態である（ｉ＝７，８，…，１２４）。最後にアドレス１２４、１２５のＴ＿１２４とＴ＿１２５がリングバッファから読み出されて、アドレス１２５のＴ＿１２５のみが残った状態となり、アドレス１２５の到着フラグのみが１となり、保存パケット数＝１になっている。監視区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、（１２５、１２６）であり、受入区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、（１２６、２５２）となっている。

＜受入区間外のパケットを受信した時の動作＞
　図１９は、受入区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号が、（１２６、２５２）である図１８の状態において、受入区間外の順序番号９００のパケットが到着した場合に、書込みや読出を行わずに監視区間と受入区間をそれぞれ後に１つ移動させたリングバッファの状態である。監視区間の先頭の順序番号と末尾の順序番号は、（１２５、１２６）から１つ後の番号である（１２６、１２７）に更新され、受入区間の先頭順序番号と末尾順序番号は、１つ後の番号（１２７、２５３）に更新され、監視区間および受入区間が移動した状態である。監視区間から外れた記憶領域（アドレス１２５）の到着フラグは下され、保存パケット数も１減らされて、０となる。すなわち、初期状態と同様になる。

　図２０は、図１９に示した保存パケット数＝０の状態において順序番号９０１であるパケットが到着して、その到着時刻情報Ｔ＿９０１を書き込んだ後のリングバッファの状態である。順序番号９０１に対応するアドレス５（ｍｏｄ（９０１，１２８））に到着時刻情報Ｔ＿９０１が書き込まれて、順序番号「９０１」が監視区間の先頭となる。アドレス５にＴ＿９０１が書き込まれると、記憶領域のアドレス５の到着フラグが１となり、受入区間の先頭の順序番号は、監視区間の先頭の順序番号「９０１」の１つ後の「９０２」となり、受入区間の末尾の順序番号は、先頭の順序番号９０２から１２６（１２８－２）個後の「１０２８」となり、保存パケット数は１となる。

＜先頭もしくは先頭に最も近いデータの到着時刻から一定時間が経過した時の動作＞
　リングバッファに書き込むデータがパケットの到着時刻情報を含む場合は、上記の動作に加えて、監視区間の先頭データの到着時刻情報を現在時刻と比較して、到着時刻から現在時刻が一定時間を超過していた場合に、監視区間と受入区間を１つ後に移動させてもよい。

　監視区間の先頭データが書き込まれていない場合は、監視区間の２つ目以降のデータで先頭に最も近いデータの到着時刻情報を用いてもよい。監視区間内のデータが失われていた場合でも、監視区間と受入区間を強制的に移動させることで、その後の監視区間内のデータが揃っていれば、リングバッファからデータを読み出すことができる。

＜第１の実施の形態の効果＞
　第１の実施の形態によれば、順序番号２個分の幅の監視区間にデータが揃ったら監視区間内のデータをすべて読み出し、監視区間と受入区間を１つ後に移動するように構成したので、順不同で到着したパケットの中から連番パケットを抽出してパケット間隔を算出する処理をリアルタイムに行うことが可能になる。順序番号をリングバッファの記憶領域数で割った剰余によりデータの書込先記憶領域を決定することで、リングバッファの記憶領域数に制約があって全順序番号分の記憶領域を実装できない場合でも順序補正が可能になる。

　第１の実施の形態では、従来と異なり、監視区間と受入区間の先頭と末尾を記憶領域の位置（アドレス）ではなく順序番号で管理するように構成したので、順序番号をリングバッファの記憶領域数で割った余剰が既にリングバッファに保存されているデータと同じだが順序番号が異なるデータが到着した場合でも、データを誤った順に並べてしまう誤動作を防ぐことができる。リングバッファがデータを格納可能な順序番号の幅の範囲内、すなわち、監視区間の先頭から受入区間の末尾の範囲内であれば、順序制御が可能である。

　また、監視区間の先頭から受入区間の末尾に記憶されているデータの個数が一定数に達した場合、受信したデータが受入区間外の場合に監視区間と受入区間を１つ後に移動させ、あるいは、先頭もしくは先頭に最も近いデータの到着時刻から一定時間が経過した時に監視区間と受入区間を当該先頭もしくは先頭に最も近いデータの１つ後まで移動させることにより、監視区間内のデータが失われていた場合でも、監視区間と受入区間を強制的に移動させて、その後の監視区間内のデータが揃っていれば、リングバッファからデータを読み出すことができる。

　さらに、監視区間内のデータを読み出さずに監視区間と受入区間を後に移動させた頻度を記憶することにより、パケットが破棄されたり失われたりしたことを把握することも可能である。

＜第２の実施の形態＞
　第１の実施の形態では、連続する２つの順序番号を監視区間としたが、パケットのペイロード部分を順序番号の順に連結して元のデータを復元する用途で本発明のデータ順序補正方法を用いる場合は、順序番号１個分を監視区間としてもよい。この場合、監視区間の先頭の順序番号を受入区間の先頭とし、監視区間の先頭の順序番号から１つ前の順序番号を受入区間の末尾として、第１の実施の形態と同様に書込先の記憶領域のアドレスを決定して、リングバッファにはペイロードと一部のヘッダ情報、または、パケット全体をデータとして書き込めばよい。第２の実施の形態では、監視区間に１個のパケットのデータが書き込まれていたら、パケット１個分のデータを読み出して、監視区間と受入区間を１つ後ろに移動させればよい。

　監視区間先頭～受入区間末尾に記憶されているデータの個数が一定数に達した場合、受信したデータが受入区間外の場合、あるいは、先頭もしくは先頭に最も近いデータの到着時刻から一定時間が経過した場合の処理は、第１の実施の形態と同様である。

＜第２の実施の形態の効果＞
　第１の実施の形態の効果に加えて、順序番号１個分を監視区間とすることでリングバッファから直前に読み出したパケットの次のパケットが到着したらすぐに読み出して、パケット間隔測定だけでなくデータ復元にも適用可能になる。

＜第３の実施の形態＞
　第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、パケットのペイロード部分を順序番号の順に連結して元のデータを復元する用途で本発明のデータ順序補正方法を用いる場合において、リングバッファから読み出したデータを後段の復元処理部へ転送するためのデータバス１本あたりのデータ転送速度が遅い場合に、データバス幅を広くして、１度に複数（Ｎ個）のパケット分のデータを後段の復元処理部へ転送するように構成される。

　この場合は、連続する順序番号Ｎ個分を監視区間とし、監視区間の先頭の順序番号を受入区間の先頭とし、監視区間の先頭の順序番号から１つ前の順序番号を受入区間の末尾として、第１の実施の形態と同様の方法で書込先アドレスを決定して、リングバッファにはペイロードと一部のヘッダ情報、または、パケット全体をデータとして書き込めばよい。第３の実施の形態では、監視区間にＮ個のパケットのデータが揃ったら、監視区間の全て（パケットＮ個分）のデータを読み出して、監視区間と受入区間を監視区間の順序番号の数Ｎ個分移動させればよい。リングバッファから読み出されたパケットＮ個分のデータは、Ｎ本のデータバスの各々を経由して後段の復元処理部へ並列に転送される。

＜第３の実施の形態の効果＞
　複数パケット分の連続データが揃ったらリングバッファからまとめて読み出してバス幅が大きなデータバスを経由して後段の復元処理部へ並列に転送することで、データバス１本あたりのデータ転送速度が遅い場合でもバス幅を広げてデータバス全体の合計の転送速度を向上でき、パケット入力速度に対してパケット出力速度が遅くなることを防ぐことができる。

＜実施の形態の拡張＞
　以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　１…パケット監視装置、１０…ＰＨＹ部、２０…ＭＡＣ部、３０…到着時刻情報付与部、４０…監視対象抽出部、５０…パケット順序補正部、５１…受入可否判断部、５２…リングバッファ書込部、５３…リングバッファ読み出し部、５４…監視区間／受入区間管理部、５５…リングバッファ、６０…パケット間隔計算部、７０…統計情報記憶部、８０…可視化部。

Claims

　順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正するデータ順序補正方法であって、
　前記リングバッファは、
　順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、
　１個または連続する２個以上の順序番号からなる監視区間と、
　前記監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、前記監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備え、
　受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であった場合に、
　前記決定した値に対応する前記記憶領域の位置に、受信したデータを書き込むステップと、
　前記監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、前記監視区間内の全てのデータを読み出すステップと、
　前記監視区間の順序番号数の範囲内で、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を後に更新するステップと
　を含むデータ順序補正方法。
　前記リングバッファに記憶されているデータの個数が０の場合に、
　受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値に対応する前記記憶領域の位置に、前記受信したデータを書き込み、
　前記受信したデータを書き込んだ記憶領域を前記監視区間の先頭とし、前記監視区間の先頭に対応させて、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を決定する
　請求項１に記載のデータ順序補正方法データ順序補正方法。
　前記監視区間の先頭から前記受入区間の末尾に記憶されているデータの個数が所定の数に達した場合に、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を１つ後に更新する
　請求項１または２に記載のデータ順序補正方法。
　受信したデータの順序情報を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内でなかった場合に、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を１つ後に更新する
　請求項１から３のいずれか１項に記載のデータ順序補正方法。
　前記受信したデータを前記リングバッファに書き込む際に、前記受信したデータの到着時刻の情報を書き込み、
　前記監視区間の先頭もしくは先頭に最も近いデータの到着時刻から所定の時間が経過した場合に、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を１つ後に更新する
　請求項１～４のいずれか１項に記載のデータ順序補正方法。
　ヘッダ内に順序情報が含まれる受信パケットに到着時刻情報を付与する到着時刻情報付与部と、
　前記受信パケットのヘッダ内の情報に基づいて、監視対象パケットを抽出する監視対象抽出部と、
　監視対象パケットのヘッダ内の前記順序情報に基づいて、請求項１～５のいずれかの方法で前記監視対象パケットの順序を補正し、前記順序情報が連続する２つのパケットの到着時刻情報を出力するパケット順序補正部と、
　前記順序情報が連続する２つのパケットの到着時刻の差からパケット間隔を求めるパケット間隔計算部と、
　統計情報記憶部に記憶されているパケット間隔の度数分布に基づいて、ヒストグラムとして表示する可視化部と
　を備えるパケット監視装置。
　前記監視区間の先頭から前記受入区間の末尾に記憶されているデータの個数が一定数に達した場合、または、受信したデータが前記受入区間外で破棄された場合、または、前記監視区間の先頭もしくは先頭に最も近いデータの到着時刻から一定時間が経過した場合のいずれかの理由で前記監視区間と前記受入区間を後に移動させた頻度を、理由毎に、または、まとめて記憶する
　請求項６に記載のパケット監視装置。
　順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正するデータ順序補正装置であって、
　前記リングバッファは、
　順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、
　１個または連続する２個以上の順序番号からなる監視区間と、
　前記監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、前記監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備え、
　受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であるかを判断する受入可否判断部と
　受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であった場合に、
　前記決定した値に対応する前記記憶領域の位置に、受信したデータを書き込むリングバッファ書込部と、
　前記監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、前記監視区間内の全てのデータを読み出すリングバッファ読出部と、
　前記監視区間の順序番号数の範囲内で、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を後に更新する監視区間／受入区間管理部と
　を備えるデータ順序補正装置。
　順序情報付のデータをリングバッファに一時保存して順序補正するデータ順序補正方法を実行するためのデータ順序補正プログラムであって、
　前記リングバッファは、
　順序情報に対応する所定の数の記憶領域を備え、
　１個または連続する２個以上の順序番号からなる監視区間と、
　前記監視区間の先頭または２つ目の順序番号を先頭の順序番号とし、前記監視区間の先頭の順序番号の１つ前の順序番号を末尾の順序番号とする受入区間を備え、
　受信したデータの順序番号を前記リングバッファの記憶領域数で割った余剰に基づいて決定した値が前記受入区間内であった場合に、
　前記決定した値に対応する前記記憶領域の位置に、受信したデータを書き込むステップと、
　前記監視区間の全てにデータが書き込まれている場合に、前記監視区間内の全てのデータを読み出すステップと、
　前記監視区間の順序番号数の範囲内で、前記監視区間及び前記受入区間のそれぞれの先頭の順序番号及び末尾の順序番号を後に更新するステップと
　をコンピュータに実行させるデータ順序補正プログラム。