JP2004312725A - Method and apparatus for determining quality of service - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for estimating the band capacity, the available bandwidth and the utilization along a path in an IP network. <P>SOLUTION: ICMP time-stamp requests are sent from a transmission source host on the edge or inside the network to all routers on the end-to-end path to a desired destination. Differences between time-stamp values are used as indicators of QoS services at each router. The collected measurements are then processed at the sending source host to infer QoS parameters in term of path capacity in bit/sec, available bandwidth in bits/sec, individual link utilization and congestion at each router. These parameters can be combined to infer the QoS service in terms of bandwidth on the end-to-end path. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ＩＰ通信ネットワークに関するものである。より詳細には、ＩＰネットワーク上の通信経路に対するサービスの品質（ＱｏＳ）の推定方法に関するものである。   The present invention relates to an IP communication network. More specifically, the present invention relates to a method for estimating the quality of service (QoS) for a communication path on an IP network.

インターネットの「ベストエフォート」特性は、エンドユーザが認識するＱｏＳ（サービスの品質）を予想不能にし、また時には大きく変化させる。そのため、ＩＰネットワークのＱｏＳ性能を推定するための、早く、正確で、有効なツールは、ネットワーク通信において重要性を増している。これは、パケットネットワーク、特にインターネットに固有の時々刻々変化する条件下で予想されるユーザおよびプロバイダに対するサービスを維持するために、ＱｏＳに関する情報が使用されるためである。具体例としては、輻輳制御、リアルタイムストリーミングと双方向通信、ＱｏＳ検証、サーバの選択、およびネットワークの管理等が挙げられる。   The "best effort" characteristics of the Internet make the QoS (quality of service) perceived by end users unpredictable and sometimes vary significantly. Therefore, fast, accurate and effective tools for estimating the QoS performance of IP networks are gaining importance in network communications. This is because information about QoS is used to maintain expected services to users and providers under ever-changing conditions inherent in packet networks, and particularly the Internet. Specific examples include congestion control, real-time streaming and two-way communication, QoS verification, server selection, and network management.

ＱｏＳ推定方法は、大きく２つのカテゴリに分類することができる。それは、受動的推定方法と能動的推定方法である。受動的推定方法は、ネットワークに測定用の新たなトラフィックを必要としないという利点がある。受動的測定方法は、ネットワークをありのまま測定する。すなわち、測定のための測定トラフィックにより現在のネットワークが乱されることがないので、真のネットワーク挙動が測定される。   QoS estimation methods can be roughly classified into two categories. It is a passive estimation method and an active estimation method. The passive estimation method has the advantage that the network does not require new traffic for measurement. Passive measurement methods measure the network as it is. That is, true network behavior is measured because the current network is not disturbed by measurement traffic for measurement.

測定は、処理能力、記憶容量、および利用可能なリソースの程度により種々のレベルの細分性をもって行うことができる。パケット測定は、例えば、パケット遅延変化、パケットサイズ分布、およびホスト間のスループットのようなパケット毎の情報の測定を可能にする。より高レベルの、オーバーヘッドの少ない測定は、送信された総バイト数、フローの開始／終了時刻を記録するフローレベル測定により実現できる。   Measurements can be made with varying levels of granularity depending on processing power, storage capacity, and the amount of available resources. Packet measurement allows measurement of per-packet information such as packet delay changes, packet size distribution, and throughput between hosts. A higher level, less overhead measurement can be realized by a flow level measurement that records the total number of bytes transmitted and the start / end times of the flows.

受動的測定技術の主な利点は、測定しようとするネットワークに負荷をかけない点である。これはまた、ネットワークのトラフィックを歪ませないため、実際のネットワーク状態に近い推定を可能にすることを意味する。しかしながら、受動的測定技術の欠点は、実際に存在するトラフィックに依存するので、そのトラフィックが、ある測定に必要とされる特性を有することが保証されないことである。ボトルネック帯域幅の測定技術は、例えば、一定のパケットサイズ分布、パケット間の出発速度を必要とする。トラフィック測定は、ネットワークの性能を推定する目的で受動的に測定トラフィックの特性を測定するものである。   The main advantage of the passive measurement technique is that it does not load the network to be measured. This also means that it does not distort the traffic of the network and allows an estimation close to the actual network conditions. However, a disadvantage of the passive measurement technique is that it does not guarantee that the traffic has the properties required for certain measurements, since it depends on the traffic that actually exists. Bottleneck bandwidth measurement techniques require, for example, a constant packet size distribution and a departure rate between packets. Traffic measurement passively measures the characteristics of measured traffic for the purpose of estimating network performance.

ＳＮＭＰ（Ｓｉｍｐｌｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃａｌ）およびＲＭＯＮ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）は、受動的測定に最も広く採用されている標準的なものであり、様々なネットワーク要素（ホスト、ルータ、交換機）にインストールされた管理エージェントあるいは測定用のデータ、エージェントから収集されたデータを含むＭＩＢ（Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂａｓｅ）、測定用のデータから情報を収集する管理局／コンソール、および管理局／測定用のデータ間での情報交換のためのプロトコルから構成される。ＭＩＢは、物理層あるいはＩＰ層で収集されたパケットサイズの統計、ＣＲＣ（巡回冗長検査）による誤り等の様々なグループを有する。管理制御を利用したトラフィック測定は、収集された情報をエージェントからコンソールに転送することを必要とする。測定対象であるネットワークへの負荷はこの程度である。時には、交換されるトラフィックの量を減少させるためにデータのサンプリングを使用することができる。   Simple Network Management Protocol (SNMP) and Remote Monitoring (RMON) are the most widely adopted standard for passive measurement, and include management agents installed on various network elements (hosts, routers, exchanges) or the like. Data for measurement, MIB (Management Information Base) including data collected from agents, management station / console for collecting information from data for measurement, and information exchange between management station / data for measurement Consists of a protocol. The MIB has various groups such as packet size statistics collected at the physical layer or the IP layer, and errors due to CRC (Cyclic Redundancy Check). Traffic measurement using administrative controls requires that the collected information be transferred from the agent to the console. This is the load on the network to be measured. At times, sampling of data can be used to reduce the amount of traffic exchanged.

一方、能動的測定方法は、測定用のデータをネットワークに送信し、通信相手に送信されるまでの遅延、遅延の変化量、および損失の観点から測定用のデータが受ける処理を測定することによりネットワークのＱｏＳを推定する方法である。遅延、ジッタ、パケット損失、帯域幅といった観点から性能を推定するために、多様なツールが存在する。これらのツールは通常、インターネット制御メッセージプロトコル（ＩＣＭＰ）の誤り通報能力、あるいはパケット分散技術のいずれかを用いる。   On the other hand, the active measurement method transmits the measurement data to the network and measures the delay before the data is transmitted to the communication partner, the amount of change in the delay, and the processing received by the measurement data in terms of loss. This is a method for estimating the QoS of the network. Various tools exist for estimating performance in terms of delay, jitter, packet loss, and bandwidth. These tools typically use either the Internet Control Message Protocol (ICMP) error reporting capabilities or packet distribution techniques.

ビット／秒単位でのリンクの情報路容量の推定は、伝統的にパケット分散技術を用いて行われてきた。パケット分散技術とは、２つ以上のパケットグループを継続的に送信することにある。それは、同一のグループからのパケットは、経路のボトルネックリンクにおいて次々に待たされる（キューイングする）という概念に基づいている。他の競合トラフィック（すなわち、他の発呼端末からのトラフィック）からの干渉がなければ、その分散（すなわち、受信先におけるパケット到着時間の差異）は、ボトルネックの帯域幅に反比例する。この方法を用いたツールの例としては、Ｎｅｔｔｉｍｅｒ、Ｐａｔｈｒａｔｅ、およびＰａｃｋｅｔ Ｂｕｎｃｈ Ｍｏｄｅ（ＰＢＭ）がある。   Estimation of the link information path capacity in bits / second has traditionally been performed using packet distribution techniques. Packet distribution technology consists in continuously transmitting two or more packet groups. It is based on the concept that packets from the same group are successively queued at the bottleneck link of the path. In the absence of interference from other competing traffic (ie, traffic from other calling terminals), its variance (ie, the difference in packet arrival time at the destination) is inversely proportional to the bottleneck bandwidth. Examples of tools using this method include Nettimer, Pathrate, and Packet Bunch Mode (PBM).

情報路容量推定の別の方法は、ＩＣＭＰの時間超過メッセージ（Ｔｉｍｅ Ｅｘｃｅｅｄｅｄ ｍｅｓｓａｇｅ）のオプションに基づくものである。この技術のはしりであるＰａｔｈｃｈａｒというツールは、ＩＰ寿命（ＴＴＬ）値を増加させながらパケットを送信することにより測定を行う。これにより、経路にあるルータは、ＩＣＭＰエラーメッセージを返信し、そのルータ自身を明らかにするのである。エンド・ツー・エンド（ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ）の経路上の連続するホップに対する往復遅延の測定により、ホップ毎の遅延の測定が可能になる。Ｐａｔｈｃｈａｒはまた、各ＴＴＬ値に対してパケットのサイズを変化させる機能を有する。これにより、リンクの情報路容量を、各パケットサイズに対して測定された遅延の最小値を結ぶ線の傾きの逆数として推測するのである。ＰｃｈａｒやＣｌｉｎｋといった他のツールも存在するが、それらもＰａｔｈｃｈａｒと同一の概念に基づいている。   Another method of channel capacity estimation is based on the ICMP Time Exceeded Message option. A tool called Pathchar, the tip of this technique, measures by transmitting packets while increasing the IP lifetime (TTL) value. As a result, the router on the route returns an ICMP error message and identifies itself. Measuring round trip delay for successive hops on an end-to-end path allows measurement of hop-by-hop delay. Pathchar also has the function of changing the size of the packet for each TTL value. Thus, the information path capacity of the link is estimated as the reciprocal of the slope of the line connecting the minimum values of the delays measured for each packet size. There are other tools, such as Pchar and Link, but they are based on the same concept as Pathchar.

ＣｐｒｏｂｅおよびＰｉｐｅｃｈａｒは、経路上の利用可能な帯域幅を推定するために提案された最初のツールである。これらのツールは、長いパケットトレイン（複数のパケット）の分散を使用している。そのようなパケットトレインの分散は、ボトルネックのホップにおいて、送信に利用可能な速度、すなわち利用可能な帯域幅に反比例すると仮定している。しかしながら、最近の研究では、そのような分散の逆数では実際は利用可能な帯域幅を測定できず、ＡＤＲ（非対称データ速度）と呼ばれる別のパラメータを測定することになることが示されている。   Cprobe and Pipechar are the first tools proposed to estimate the available bandwidth on a path. These tools use the distribution of a long packet train (multiple packets). It is assumed that such packet train variance is inversely proportional to the speed available for transmission, ie, the available bandwidth, at the bottleneck hop. However, recent studies have shown that such a reciprocal of the variance does not actually measure the available bandwidth, but instead measures another parameter called ADR (Asymmetric Data Rate).

Ｄｅｌｐｈｉという別のツールは、インターネット経路は単一のキューによりモデル化されると仮定している。その仮定によると、経路上のいくつかのリンクにおいて大きなキューイング遅延が存在する場合に、あるいは、ボトルネックの情報路容量とボトルネックの利用可能帯域幅リンクが異なるリンクに位置する場合は、Ｄｅｌｐｈｉの性能は悪化する。   Another tool, Delphi, assumes that the Internet path is modeled by a single queue. According to that assumption, if there is a large queuing delay on some links on the path, or if the bottleneck information path capacity and the bottleneck available bandwidth link are located on different links, Delphi Performance is degraded.

現在において、利用可能帯域幅を推定できるツールは、Ｐａｔｈｌｏａｄと呼ばれるツールしか知られていない。Ｐａｔｈｌｏａｄは、各々における送信速度を変化させ、受信先における遅延変化を測定する種々の反復処理を行う。その目的は、遅延増加を起こさない最大速度を発見することである。Ｐａｔｈｌｏａｄは、受信先で測定されるエンド・ツー・エンドの遅延は、発呼端末の送信速度が経路の利用可能帯域幅を超えたときに増加するという単純な原理に基づいている。現実的な測定では、ボトルネックが処理できる速度よりも高速で経路に注入されたトラフィックがそのホップでキューを起こし、それによりキューイング遅延および全体の遅延が増加することが知られている。   At present, the only tool that can estimate the available bandwidth is a tool called Pathload. Pathload performs various iterative processes that change the transmission speed at each and measure the delay change at the destination. The goal is to find the maximum speed that does not cause any delay increase. Pathload is based on the simple principle that the end-to-end delay measured at the destination increases when the transmission rate of the calling terminal exceeds the available bandwidth of the path. In practical measurements, it is known that traffic injected into the path faster than the bottleneck can handle will queue at that hop, thereby increasing queuing delay and overall delay.

本発明は、ネットワークにおいてＱｏＳを推定する方法および装置に関するものである。一実施形態において、本発明の方法は、エンド・ツー・エンドの経路上のすべてのホップのアドレスを特定するためにエンド・ツー・エンドの経路を測定するステップと、少なくとも１つのタイムスタンプ要求パケットを生成するステップと、前記少なくとも１つのタイムスタンプ要求パケットをエンド・ツー・エンドの経路上の少なくとも１つのホップに送信するステップと、前記ホップにおいて前記タイムスタンプ要求パケットに応じてタイムスタンプを生成するステップと、少なくとも１つのＱｏＳ推定値を得るために前記タイムスタンプを処理するステップとを有する。   The present invention relates to a method and apparatus for estimating QoS in a network. In one embodiment, the method comprises measuring an end-to-end path to identify addresses of all hops on the end-to-end path; and at least one timestamp request packet Generating the at least one timestamp request packet to at least one hop on an end-to-end path, and generating a timestamp at the hop in response to the timestamp request packet And processing the time stamp to obtain at least one QoS estimate.

ＩＰネットワークにおける通信経路に対するＱｏＳ推定値を提供するための方法および装置を開示する。通信経路は、ＩＰネットワークにおける２つのルータあるいはホスト間の経路を指す。ＱｏＳ推定技術は、要求される通信経路にポーリングする通常の原理に基づいて使用される。好適な方法は、次のように構成される。まず、対象となるエンド・ツー・エンドの経路上の全てのルータ／ホストのネットワークアドレスを特定する。次に、複数組のタイムスタンプ要求を経路上の各ルータ／ホストに送信する。最後に、ＱｏＳ推定値を算出するために、ルータ／ホストから返信されたタイムスタンプ要求が処理される。本発明において、「ホップ」という語は、各ノード間のエンド・ツー・エンドの経路上にあるルータ／ホストを総称するために使用される。   A method and apparatus for providing a QoS estimate for a communication path in an IP network is disclosed. The communication path indicates a path between two routers or hosts in an IP network. QoS estimation techniques are used based on the usual principle of polling the required communication path. A preferred method is configured as follows. First, the network addresses of all routers / hosts on the target end-to-end path are specified. Next, a plurality of sets of time stamp requests are transmitted to each router / host on the route. Finally, the timestamp request returned from the router / host is processed to calculate the QoS estimate. In the present invention, the term "hop" is used to generically refer to routers / hosts on an end-to-end path between each node.

一実施形態において、経路上のホップのアドレスを得るための技術は、Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅアプリケーションを使用する。加えて、一実施形態において、タイムスタンプ要求は、ＩＣＭＰタイムスタンプ要求／返信機能を使用して得られる。本発明は、要求される経路上の全てのホップのアドレスを決定するためにＴｒａｃｅｒｏｕｔｅを使用することから開始する。次に、１群のＩＣＭＰタイムスタンプ要求が、経路の一端の発呼端末から測定対象の経路上の各ルータに送信される。一実施形態において、１群のＩＣＭＰタイムスタンプ要求は、５つのＩＣＭＰタイムスタンプ要求から構成される。各グループの最初の３つのパケットは、対応するホスト／ルータ（すなわち、経路上のホップ）に対する測定の初期条件を決定するために使用される。５つのパケットからなるグループのうち残りの２つの測定パケットは、対応するホップにおいて、ＩＣＭＰ要求パケットにより費やされた時間の総和の推定値を得るために使用される。   In one embodiment, the technique for obtaining the address of a hop on a path uses a Traceroute application. Additionally, in one embodiment, the timestamp request is obtained using an ICMP timestamp request / reply function. The present invention starts by using Traceroute to determine the address of every hop on the required path. Next, a group of ICMP time stamp requests are transmitted from the calling terminal at one end of the route to each router on the route to be measured. In one embodiment, the group of ICMP timestamp requests consists of five ICMP timestamp requests. The first three packets of each group are used to determine the initial condition of the measurement for the corresponding host / router (ie, hop on the path). The remaining two measurement packets of the group of five packets are used to obtain an estimate of the total time spent by the ICMP request packet at the corresponding hop.

さらに、もう１対の同様なＩＣＭＰタイムスタンプ要求パケットが、同様に各ホップでＩＣＭＰ要求により費やされた時間の合計を推定するために規則的な間隔で各ホップに送信される。そのような継続的測定は、各ホップにおけるキューイング遅延変化の推定のために使用される。本発明の好適な実施形態において、推定値は測定を開始した発呼元あるいはノードで算出される。さらに別の実施形態において、そのような推定値は受信先あるいは宛先ノードで算出される。   In addition, another pair of similar ICMP timestamp request packets are also sent to each hop at regular intervals to estimate the total time spent by the ICMP request at each hop as well. Such continuous measurements are used for estimating the queuing delay change at each hop. In a preferred embodiment of the invention, the estimate is calculated at the caller or node that initiated the measurement. In yet another embodiment, such estimates are calculated at the destination or destination node.

一実施形態において、各ホップにおけるサービス時間の合計およびキューイング遅延の変化は、各ホップにおいて経路方向の利用率の推定のために使用される。それは、リンクにおいて競合トラフィックに使用されていない、空いている送信リソースの部分を指す。算出される推定値はまた、経路方向の各リンクの利用可能な帯域幅の推定のために使用される。利用可能な帯域幅は、リンクが輻輳およびキューの発生なしにさらに維持することができる速度を指す。加えて、推定値は、競合する発呼端末からリンクに導入されるトラフィックの速度を推定するために使用される。   In one embodiment, the change in total service time and queuing delay at each hop is used for estimating path-direction utilization at each hop. It refers to the portion of the free transmission resource that is not used for competing traffic on the link. The calculated estimate is also used for estimating the available bandwidth of each link in the path direction. Available bandwidth refers to the speed at which a link can be further maintained without congestion and queuing. In addition, the estimates are used to estimate the rate of traffic introduced on the link from competing calling terminals.

一実施形態において、ここで説明される技術は、ＱｏＳ測定を開始する、１つのノードにのみ存在するアプリケーションにより実行される。このノードは、ホップから収集されたタイムスタンプ値に基づいてＱｏＳ推定のために必要な処理を行う。別の実施形態において、このアプリケーションは、測定対象となる経路の発呼元および受信先の両方に存在してもよい。その場合、受信先は、収集されたタイムスタンプ値を処理する役割をもつ。その違いは、ルータに送信されたＩＣＭＰパケットは宛先に対しスプーフィングするアドレスを有し、したがって応答はＩＣＭＰ要求をした発呼元ではなく受信先に送信されることである。   In one embodiment, the techniques described herein are performed by an application that exists at only one node that initiates QoS measurements. This node performs necessary processing for QoS estimation based on the time stamp value collected from the hop. In another embodiment, the application may be present at both the caller and receiver of the path being measured. In that case, the recipient is responsible for processing the collected timestamp values. The difference is that the ICMP packet sent to the router has an address to spoof the destination, and therefore the response is sent to the destination rather than the caller who made the ICMP request.

本発明のさらなる目的および利点は、本発明の好適な実施形態を示した図面を参照しながら以下の説明で明らかになる。   Further objects and advantages of the present invention will become apparent in the following description with reference to the drawings, which show preferred embodiments of the invention.

以下の説明において、細部についての多くの説明が、本発明の説明を介してより多くの説明を提供するために行われる。しかし、当業者にとって、本発明はこれらの特定の細部がなくても実施可能であることは明らかである。他の場合において、本発明を不明瞭にするのを避けるため、周知の構造および装置は詳細にではなく、ブロック図の形式で示される。   In the following description, numerous details are set forth to provide further explanation through the present description. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form, rather than in detail, to avoid obscuring the present invention.

以下の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビット上の動作のアルゴリズムあるいは記号的表現で表される。これらのアルゴリズム的説明および表現は、データ処理の技術分野に係る当業者により、最も効率的に彼らのワークを他の陶業者に伝えるために使用される方法である。ここで、および一般的に、アルゴリズムとは、所望の結果を得るための自己矛盾のないステップのシーケンスである。これらのステップは、物理量を物理的に操作することを必要とする。通常（必須ではないが）、これらの量は、電気的あるいは磁気的信号の形態をとり、保存、送信、結合、比較、およびその他の操作が可能である。便宜上、また、慣用上、これらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、語、数字等で表す。   Some portions of the detailed description that follows are presented in terms of algorithms or symbolic representations of operations on data bits within a computer memory. These algorithmic descriptions and representations are the methods used by those skilled in the data processing arts to most efficiently convey their work to other potters. Here, and generally, an algorithm is a self-consistent sequence of steps to achieve a desired result. These steps require physically manipulating physical quantities. Usually (but not necessarily), these quantities take the form of electrical or magnetic signals that can be stored, transmitted, combined, compared, and otherwise manipulated. For convenience and convention, these signals are represented by bits, values, elements, symbols, characters, words, numbers, and the like.

しかし、これらの、およびこれらに類似する語は、適切な物理量に関連し、これらの量に適用された単に便利なラベルにすぎない点を心に留めるべきである。以下の議論では特に指定がない限り、「処理」、「計算」、「算出」、「判断」、「表示」等の表現を使用した議論は、コンピュータシステムあるいはそれと同様の電子計算機の動作および処理を指す。コンピュータシステムは、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリ内で物理（電子的）量として表現されるデータを操作し、コンピュータシステムのメモリ、レジスタ、あるいは他の情報記録、送信、表示装置内において同様に物理量として表現された他のデータに変換する。   However, it should be kept in mind that these and similar terms relate to the appropriate physical quantities and are merely convenient labels applied to these quantities. In the following discussion, unless otherwise specified, discussions using expressions such as "processing," "calculation," "calculation," "judgment," and "display" refer to the operation and processing of computer systems or similar electronic computers. Point to. Computer systems manipulate data expressed as physical (electronic) quantities in computer system registers and memories, and also as physical quantities in computer system memories, registers, or other information recording, transmission, and display devices. Convert to other represented data.

本発明はまた、この中の処理を行う装置に関する。この装置は、特に、必要な目的のために構成されるものであって、そのコンピュータ内に記憶されるコンピュータプログラムにより選択的に活性化あるいは再構築される一般的な目的のコンピュータを含んでもよい。このようなコンピュータプログラムは、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気あるいは光学カード、その他電子的指示の保存に適し、コンピュータのシステムバスに接続されるあらゆる形態の媒体に記録されてもよい。
コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。 The present invention also relates to an apparatus for performing the above processing. The apparatus may include a general purpose computer specifically configured for the required purpose and selectively activated or reconfigured by a computer program stored in the computer. . Such computer programs include, for example, floppy (registered trademark) disks, optical disks, CD-ROMs, MO disks, read-only memories (ROMs), random access memories (RAMs), EPROMs, EEPROMs, magnetic or optical cards, and others. It is suitable for storing electronic instructions, and may be recorded on any form of medium connected to the computer system bus.
It may be recorded on a computer-readable recording medium.

ここで示されるアルゴリズムおよび表示は、本来的に特定のコンピュータ等の装置に関連するものではない。種々の一般目的のシステムを、本発明の教示によるプログラムを用いて使用してもよいし、必要なステップを実行する専用の装置を構成してもよい。これらのシステムに必要な構成は以下の説明で明らかになる。さらに、本発明は、特定のプログラム言語を用いて説明するものではない。本発明の教示を実行するために、種々のプログラム言語が使用されてもよいことがわかる。   The algorithms and representations presented herein are not inherently related to any particular computer or other device. Various general purpose systems may be used with programs in accordance with the teachings of the present invention, or may be dedicated to performing the necessary steps. The required structure for these systems will appear from the description below. In addition, the present invention is not described using a particular programming language. It is understood that various programming languages may be used to implement the teachings of the present invention.

機械読み取り可能な媒体は、機械（例えばコンピュータ）で読み取り可能な形式で情報を保存、送信するための、いかなるメカニズムを含むものであってもよい。例えば、機械読み取り可能な媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、磁気記録媒体、光記録媒体、フラッシュメモリ、電気的、光学的、音響的、あるいは他の形式の伝播信号（搬送波、赤外線信号、デジタル信号等）でもよい。   A machine-readable medium may include any mechanism for storing and transmitting information in a form readable by a machine (eg, a computer). For example, a machine-readable medium may be a ROM, a RAM, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a flash memory, an electric, optical, acoustic, or other type of propagated signal (carrier, infrared signal, digital signal, etc.). May be.

＜概説＞
図１はＩＰネットワークの一実施形態を示す図である。図１を参照すると、ＩＰネットワーク１０は、少なくとも２つの端末（ノード）を有すると概ね図示されている。その少なくとも２つの端末（ノード）は、複数のルータ（ホスト）１２、およびＩＰネットワーク１０上のルータ（ホスト）１２を介して互いに通信する。情報は、パケットあるいはデータグラムとしてＩＰネットワークを介して通信される。 <Outline>
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of an IP network. Referring to FIG. 1, an IP network 10 is generally illustrated as having at least two terminals (nodes). The at least two terminals (nodes) communicate with each other via a plurality of routers (hosts) 12 and a router (host) 12 on the IP network 10. Information is communicated over the IP network as packets or datagrams.

ルータ（ホスト）１２の集合、各エンドの端末（ノード）、およびそれらを接続するリンクにより、経路が構成される。送信時、データグラムは、宛先端末に到達するためにいくつかのホップを通過する。これらのホップは、ルータ（ホスト）１２全体を指してもよい。このように本願において「ホップ」という単語は、ホストおよびルータの両方を含むと解釈される。送信するノード（端末）は、経路の発呼元という（あるいは単に「発呼元」という）ことができ、また受信するノード（端末）は、経路の宛先という（あるいは単に「宛先」という）できる。図示した通り、発呼端末は、リモート端末１４でも固定端末１６でもよい。同様に、宛先端末もリモート端末１８でも固定端末２０でもよい。   A route is configured by a set of routers (hosts) 12, terminals (nodes) at each end, and links connecting them. Upon transmission, the datagram goes through several hops to reach the destination terminal. These hops may refer to the entire router (host) 12. Thus, in this application the word "hop" is taken to include both hosts and routers. The transmitting node (terminal) can be referred to as the caller of the route (or simply referred to as “caller”), and the receiving node (terminal) can be referred to as the destination of the route (or simply referred to as “destination”). . As shown, the calling terminal may be the remote terminal 14 or the fixed terminal 16. Similarly, the destination terminal may be the remote terminal 18 or the fixed terminal 20.

一実施形態において、固定端末１６および２０は、固定リンクを介してルータ１２の各々に直接接続されている。リモート端末１４および１８は、無線ホップ２２を介してアクセスポイント２４に接続されている。アクセスポイント２４は、通常、通信塔２６およびルータ１２を有する。なお、アクセスポイント２４は、ＩＥＥＥ８０２．１１のアクセスポイント（関連するルータ１２を伴っても伴わなくてもよい）のような無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）準拠のアクセスポイント２６を含んでもよい。   In one embodiment, fixed terminals 16 and 20 are directly connected to each of routers 12 via fixed links. Remote terminals 14 and 18 are connected to access point 24 via wireless hop 22. Access point 24 typically has a communication tower 26 and a router 12. Note that the access point 24 may include a wireless LAN (WLAN) compliant access point 26 such as an IEEE 802.11 access point (with or without an associated router 12).

リモート端末１４および１８は無線電話として描かれている。しかし、無線ＩＰネットワーク１０で使用されるリモート端末としては、無線電話に限られず、個人情報端末（ＰＤＡ）、携帯型コンピュータ等であってもよいことは当業者にとって自明である。したがって、図１における無線電話の描写は例示であり本発明を限定するものではない。さらに図１に示されるように、ルータ１２の各々は少なくとも１つの他のルータに接続されており、これにより端末間でＩＰネットワーク１０を介したパケット送信が可能になっている。   Remote terminals 14 and 18 are depicted as wireless telephones. However, it is obvious to those skilled in the art that the remote terminal used in the wireless IP network 10 is not limited to a wireless telephone, but may be a personal digital assistant (PDA), a portable computer, or the like. Accordingly, the depiction of the wireless telephone in FIG. 1 is illustrative and not limiting. Further, as shown in FIG. 1, each of the routers 12 is connected to at least one other router, thereby enabling packet transmission between the terminals via the IP network 10.

＜有線ＣＡＴ＞
図２は、ルータ１２におけるＩＰパケット処理の一実施形態を示すブロック図である。図２を参照すると、ＩＰパケットは、複数の入力ラインカード（Ｉｎｇｒｅｓｓ Ｌｉｎｅ Ｃａｒｄ）３０に到着し、ＩＰ処理段階３２に入る。次にパケットは、典型的にはルータ１２の特定の実行状況に依存して入力キュー３４あるいは出力キュー３６に置かれる。スイッチファブリック３８は、パケットを適切な出力ラインカード（Ｅｇｒｅｓｓ Ｌｉｎｅ Ｃａｒｄ）４０に誘導する。キューイングは、スイッチファブリック３８への入力および出力のどちらでも起こる可能性がある（もっとも最近のルータは入力キューイングを実行している）。しかし、キューイングは通常ＩＰ処理３２の後に起こる。後で詳細に説明するとおり、ＩＣＭＰタイムスタンプのオプションを使用する場合、ＩＣＭＰタイムスタンプ要求により引き出されたタイムスタンプは、入力キュー３４／出力キュー３６にエントリーする前の時刻を記録する。パケットは通常通信線の速度で取り扱われ、ＩＰ処理段階３２に対する待ち時間および実際の処理時間は、スイッチファブリック３８におけるキューイングおよび出口線カード４０における送信時間と比較して無視することができるので、ＩＰ処理の時間は短くてすむ。ＩＰ処理３２後のパケットのキューイングは、他のパケットが送信されるまでの待ち時間によるものである。キューイング遅延は、測定対象となるパケットの到達時におけるキューのサイズおよびリンクの転送速度と直接的に関連している。パケットは、キューが空くのを待って、送信される。 <Wired CAT>
FIG. 2 is a block diagram showing one embodiment of the IP packet processing in the router 12. Referring to FIG. 2, the IP packet arrives at a plurality of input line cards (Ingress Line Card) 30 and enters an IP processing stage 32. The packets are then typically placed in an input queue 34 or an output queue 36, depending on the particular implementation of the router 12. The switch fabric 38 directs the packet to an appropriate egress line card (Egress Line Card) 40. Queuing can occur at both ingress and egress to switch fabric 38 (most recent routers perform ingress queuing). However, queuing usually occurs after IP processing 32. As will be described in detail later, when the ICMP time stamp option is used, the time stamp derived by the ICMP time stamp request records the time before entry into the input queue 34 / output queue 36. Since packets are normally handled at the speed of the communication line and the latency and actual processing time for the IP processing stage 32 can be neglected compared to the queuing time at the switch fabric 38 and the transmission time at the egress line card 40, The IP processing time is short. The queuing of the packet after the IP processing 32 is based on the waiting time until another packet is transmitted. Queuing delay is directly related to the size of the queue and the transfer rate of the link when the packet to be measured arrives. Packets are sent waiting for the queue to be free.

以降の議論においては、以下の項目を表すために次のような記号が使用される。ｔ_nすなわちｎは、イベントが記録される時刻を表す。Ｑ_i（ｎ）は、時刻ｎ、リンクｉにおけるキューのサイズ（ビット）を表す。Ｂ_iは、リンクｉの情報路容量（ビット／秒）を表す。Ｒ_i（ｎ）は、時刻ｎにキューに入ってくるフローの速度の総和（ビット／秒）を表す。ｑ_i（ｎ）は、時刻ｎにおいて、ルータｉにおけるキューイング遅延を表す。ｍは、パケットのサイズ（ビット）を表す。 In the following discussion, the following symbols are used to represent the following items. t _n, that is, n, represents the time at which the event is recorded. Q _i (n) represents the size (bit) of the queue at time n, link i. B _i represents the information path capacity (bits / second) of link i. R _i (n) represents the total speed (bits / second) of the flows entering the queue at time n. q _i (n) represents the queuing delay at router i at time n. m represents the size (bit) of the packet.

時刻ｎにキューに入ったパケットに対して、既にキューに入っているデータのサイズはＱ_i（ｎ）である。そのパケットのキューイング遅延ｑ_i（ｎ）は、速度Ｂ_i（すなわち、パケットのキューイング遅延）において、リンクｉ中のキューを空けるのに必要な時間であり、以下のように表せる。

速度Ｂ_iは、情報路容量、つまりリンクがデータを送信する速度を指す。すなわち、リンクの転送速度のことである。したがってこの値は、ルータとネットワークの接続配置に固有の値である。 The size of the data already queued for the packet queued at time n is Q _i (n). The queuing delay q _i (n) of the packet is the time required to empty the queue in the link i at the speed B _i (ie, the queuing delay of the packet), and can be expressed as follows.

The speed B _i refers to the information path capacity, that is, the speed at which the link transmits data. That is, the transfer speed of the link. Therefore, this value is unique to the connection arrangement between the router and the network.

図３は、入ってくるフロー速度の変化に対する空いているキューのサイズ（つまり、キューイング時間）の変化を示す。Ｒ_iが速度Ｂ_iより小さい限り、キューサイズは増えない（Ｒ_iが速度Ｂ_iと等しい場合、リンクは出力ラインカード上でビットを直列化することができる）。しかし、インターネットトラフィックは爆発的に増加する性質のものであるため、Ｒ_iが情報路容量Ｂ_iを超え、キューイングが起こる可能性がある。本発明の目的に対して、時刻ｎにおけるリンクｉの利用率は以下のように定義される。

図３を参照すると、次の式が得られる。

あるいは、

ここで、簡略化のため、時刻ゼロにおけるネットワーク初期化の際には、全てのリンクにおけるキューは空いている、すなわち、全てのｉに対しＱ_i（０）＝０であると仮定している。 FIG. 3 shows the change in the size of the free queue (ie, the queuing time) with respect to the change in the incoming flow rate. As long as R _i is less than rate B _i , the queue size does not increase (if R _i is equal to rate B _i , the link can serialize bits on the output line card). However, since Internet traffic is of an exponentially increasing nature, R _i may exceed information path capacity B _i and queuing may occur. For the purposes of the present invention, the utilization of link i at time n is defined as:

Referring to FIG. 3, the following equation is obtained.

Or

Here, for the sake of simplicity, it is assumed that at the time of network initialization at time zero, queues on all links are empty, that is, Q _i (0) = 0 for all i. .

後で変化させるため、ｔ_r-1、ｔ_r間の時間間隔は、一定に設定されない。数１および数３から、次式が得られる。

また、数１および数４から

数２を数６に代入すると、

したがって利用率は次式のように表される。

For varying later, the time interval between t _r-1, t r is not set to a constant. From Equations 1 and 3, the following equation is obtained.

Also, from Equations 1 and 4

Substituting Equation 2 into Equation 6 gives

Therefore, the utilization rate is expressed by the following equation.

通過時間Ｔ_i（ｎ）は、時刻ｎにおいて、ある連続したｍビットのデータがリンクをトラバースするのに必要な時間である。すなわち、通過時間は次式で表される。

ｍ／Ｂはまた、リンクの転送時間も指している。ここで定義される通過時間は、送信遅延およびキューイング遅延の総和であるが、伝播遅延および処理遅延は無視している。数７および数９から、次式が得られる。

したがって、Ｂ_iは次式のように表される。

次に、数２を数１１に代入すると、Ｒ_iは次式のように表される。

The transit time T _i (n) is the time required for certain continuous m-bit data to traverse the link at time n. That is, the passing time is represented by the following equation.

m / B also refers to the transfer time of the link. The transit time defined here is the sum of the transmission delay and the queuing delay, but ignores the propagation delay and the processing delay. From Equations 7 and 9, the following equation is obtained.

Therefore, _Bi is represented by the following equation.

Next, when Equation 2 is substituted into Equation 11, R _i is expressed as the following equation.

新たなフローに対する利用可能な帯域幅は、あるリンクがサポートできる速度である。つまり、キューのサイズ（すなわち、キューイング遅延）が増えないような速度である。すなわち、利用可能な帯域幅は、リンクの情報路容量Ｂのうち、速度の総和がＲである競合するフローに使用されない部分であり、次式のように表される。

数２を数１３に代入すると、次式が得られる。

ここで、ＡｖＢｗ_i（ｎ）は、時刻ｎ、リンクｉにおける利用可能な帯域幅である。
The available bandwidth for the new flow is the speed that a link can support. That is, the speed is such that the size of the queue (that is, the queuing delay) does not increase. That is, the available bandwidth is a portion of the information path capacity B of the link that is not used for competing flows whose sum of speeds is R, and is expressed by the following equation.

By substituting Equation 2 into Equation 13, the following equation is obtained.

Here, AvBw _i (n) is the time n, the available bandwidth in the link i.

利用可能な帯域幅の測定値は、その経路が輻輳が始まることにより、遅延およびジッタの発生なしで付加できる入力フローのマージンの評価に使用することができる。例えば、音声符号機に対する帯域幅要求は、利用可能帯域幅の観点からのものである。   The available bandwidth measurement can be used to evaluate the margin of the input flow that can be added without the occurrence of delay and jitter due to the onset of congestion for that path. For example, a bandwidth request for a speech coder is in terms of available bandwidth.

スループットは、通常、リンクあるいは経路を介して一定量のビットのデータを得るのに必要な時間を測ることにより測定される。したがって、受信先において測定されるリンクｉのスループットは、次式のように表される。

ここで、ＴｈｒＢｗ_i（ｎ，ｋ）は、時刻ｎ，ｋにおけるリンクｉのスループット（ビット／秒）である。データパケットのサイズはビット単位で測定され、それは「データチャンク（ｄａｔａ ｃｈｕｎｋ）」と呼ばれる。データチャンクは、種々のサイズのパケットで構成されることが可能である。Ｂ_iはリンク情報路容量、ｑ_iはリンクのｋビットチャンクのキューイング遅延である。 Throughput is typically measured by measuring the time required to obtain a certain amount of bits of data over a link or path. Therefore, the throughput of the link i measured at the destination is represented by the following equation.

Here, ThrBw _i (n, k) is the time n, the link in the k i throughput (bits / sec). The size of a data packet is measured in bits and is called a "data chunk". Data chunks can be composed of packets of various sizes. B _i is the link information path capacity, and q _i is the queuing delay of the k-bit chunk of the link.

複数のリンクにより構成される経路全体に対して、数１５を使用すると、スループットは次式のように表される。

数１６の右辺の分母は、実際にリンクおよび経路それぞれをトラバースするのに必要な遅延に対応している。したがって、スループットは、ネットワークにおける遅延状態を示す良い指標である。このように、スループットは、それ自体ではここで定義されるリンクあるいは経路の情報路容量、あるいは利用可能な帯域幅を表すものではない。しかしながら、次のような方法でリンクあるいは経路の情報路容量、あるいは利用可能な帯域幅の測定に関連する。 When the equation 15 is used for the entire route constituted by a plurality of links, the throughput is expressed by the following equation.

The denominator on the right side of Equation 16 corresponds to the delay required to actually traverse each of the link and the path. Thus, throughput is a good indicator of the state of delay in a network. Thus, throughput by itself does not represent the information path capacity or available bandwidth of a link or path as defined herein. However, it relates to the measurement of the information capacity or available bandwidth of a link or route in the following manner.

数２および数５を連続した領域に拡張すると、次式が得られる。

次に、数１４を用いると、次式が得られる。

最後に、この結果を数１５に代入すると、スループットは次式のように表される。

When Equations 2 and 5 are extended to a continuous area, the following equation is obtained.

Next, using Equation 14, the following equation is obtained.

Finally, by substituting this result into Equation 15, the throughput is expressed by the following equation.

図４は、ＱｏＳ推定値を生成する処理の一実施形態の方法の全体的なフローを示す図である。この処理は、ハードウェア（回路素子、専用ロジック回路等）、ソフトウェア（多目的コンピュータシステムあるいは専用機上で動作するもの）、あるいはそれらの組み合わせを含む処理ロジックにより実行される。この方法の本質は、連続するホップにおけるキューイング遅延の変化を推定することである。したがって、前述の数２、数１１〜数１３は、情報路容量Ｂ、利用可能帯域幅ＡｖＢｗ、入ってくる競合フローＲの総和、および利用率ｕの推定に使用される。   FIG. 4 is a diagram illustrating an overall flow of a method of an embodiment for generating a QoS estimate. This processing is executed by processing logic including hardware (circuit elements, dedicated logic circuits, etc.), software (operating on a multipurpose computer system or dedicated machine), or a combination thereof. The essence of this method is to estimate the change in queuing delay at successive hops. Therefore, the above-described equations (2) and (11) to (13) are used for estimating the information path capacity B, the available bandwidth AvBw, the sum of the incoming competing flows R, and the utilization rate u.

図４に示されるように、本実施形態の方法は、処理ロジックが、その経路の発呼端末１４および１６からその経路の宛先端末１８および２０までに存在するルータ（ホップ）１２全部のネットワークアドレスを特定することから始まる（処理ブロック４０）。一実施形態において、これは、Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅアプリケーションを使用して実現される。次に、処理ロジックは、経路上の各ホップにおけるキューイング遅延の第１の推定値を得る（処理ブロック４２）。処理ブロック４０と処理ブロック４２を合わせて、プロセッサの初期化（ブートストラップ）段階４４と呼ぶ。続いて、複数組のＩＣＭＰタイムスタンプ要求は、各ルータ１２に規則的な間隔で送信される。これにより、前述の数式群を用いてルータ１２におけるキューイング遅延変化４６の測定が可能になる（処理ブロック４８）。一実施形態において、ＩＣＭＰタイムスタンプ要求の各々は、図４で５０と示される、ルータ１２の各々に対するＱｏＳパラメータ（情報路容量、利用可能な帯域幅、スループット）について１つの推定値を生成する。さらに、リンクの利用率および競合トラフィックのサイズが推定される。図４で示されている処理ブロック４６、４８、５０を合わせて、測定段階５２と呼ぶ。   As shown in FIG. 4, the method of the present embodiment is such that the processing logic is such that the network addresses of all routers (hops) 12 existing from the calling terminals 14 and 16 of the route to the destination terminals 18 and 20 of the route. Begins (processing block 40). In one embodiment, this is achieved using a Traceroute application. Next, processing logic obtains a first estimate of the queuing delay at each hop on the path (processing block 42). Processing block 40 and processing block 42 together are referred to as a processor initialization (bootstrap) stage 44. Subsequently, a plurality of sets of ICMP time stamp requests are transmitted to each router 12 at regular intervals. This allows the measurement of the queuing delay change 46 in the router 12 using the formulas described above (processing block 48). In one embodiment, each of the ICMP timestamp requests generates one estimate of the QoS parameters (path capacity, available bandwidth, throughput) for each of the routers 12, indicated at 50 in FIG. In addition, link utilization and competing traffic size are estimated. The processing blocks 46, 48, 50 shown in FIG.

一実施形態において、測定は、エンド・ツー・エンドの経路上の全てのホップを特定するために、Ｔｒａｃｅｒｏｕｔｅアプリケーションを宛先端末１８および２０に呼び出すことにより開始される。いったんホップのリストが得られると、複数組のＩＣＭＰタイムスタンプ要求が、各ホップにおける遅延の変化量を得るために使用される。以下は、あるホップに対しこれを実現する方法の説明である。その手順は、経路上の全てのホップに対し共通である。   In one embodiment, the measurement is initiated by calling the Traceroute application to destination terminals 18 and 20 to identify all hops on the end-to-end path. Once a list of hops is obtained, multiple sets of ICMP timestamp requests are used to obtain the amount of delay change at each hop. The following is a description of how to achieve this for a hop. The procedure is common to all hops on the route.

図５は、連続したルータ１２における１組のＩＣＭＰタイムスタンプ要求６０および６２の処理の一実施形態を示す図である。ルータ６４に到着後、パケット６０は、ＩＰ処理部６６からタイムスタンプを受け取る。次に、一実施形態において、パケット６０は、ルータ６４の返信キュー６８を介してその発信元に戻る。パケット６２は、送信キュー７０、リンク７２を通って、ルータ７４のＩＰ処理部６６に到達しタイムスタンプを受け取る。次に、一実施形態において、パケット６２は、ルータ７４の返信キュー６８を介してその発信元に戻る。   FIG. 5 is a diagram illustrating one embodiment of the processing of a set of ICMP timestamp requests 60 and 62 in successive routers 12. After arriving at the router 64, the packet 60 receives a time stamp from the IP processing unit 66. Next, in one embodiment, packet 60 returns to its source via reply queue 68 of router 64. The packet 62 reaches the IP processing unit 66 of the router 74 via the transmission queue 70 and the link 72, and receives the time stamp. Next, in one embodiment, packet 62 returns to its source via reply queue 68 of router 74.

図５に示されるルータ６４からルータ７４までのリンクにおけるキューイング遅延の変化を得るために、２つのＩＣＭＰタイムスタンプ要求が、第１のパケットの最終ビットの送信と第２のパケットの最初のビットの送信の時間差が生じないように次々に送信される。第１のパケットのＩＣＭＰ要求は、第１のルータ６４に向かい、第２のパケットのＩＣＭＰ要求は、第２のルータ７４に送信される。同一のペアに属するパケットは、識別子あるいはＩＣＭＰパケットのシークエンス番号フィールドを用いて特定される。   To obtain the change in queuing delay on the link from router 64 to router 74 shown in FIG. 5, two ICMP timestamp requests are sent for the transmission of the last bit of the first packet and the first bit of the second packet. Are transmitted one after the other so as not to cause a transmission time difference. The ICMP request for the first packet is sent to the first router 64, and the ICMP request for the second packet is sent to the second router 74. Packets belonging to the same pair are specified using an identifier or a sequence number field of an ICMP packet.

そのパケットペアの第１のパケットの、第１のルータ６４におけるタイムスタンプは、Θ_i ¹で表され、そのペアの第２のパケットの、第２のルータ７４におけるタイムスタンプは、Θ_i+1 ²で表される。異なる時間軸上での測定を一般性を損なうことなく特定するため、ＩＣＭＰタイムスタンプ要求により報告される、同一のパケットペアのタイムスタンプは、第２のパケットがタイムスタンプを受け取ったときに記録されると仮定する。これは、記号Θ_i ¹（ｊ）とΘ_i+1 ²（ｊ）に等しく、両方のタイムスタンプは、同時刻ｊに集積されることを意味する。次の関係は、これらのタイムスタンプの差を表す。

ここで、ｍはＩＣＭＰタイムスタンプ要求パケットのサイズ（すなわち、ＩＣＭＰに対しては４０バイト、ＩＰに対しては２０バイト）である。ｑ_i（ｊ）は、第１のルータ６４から第２のルータ７４まで送信されるのを待っているパケットペアｊのキューイング遅延である。そして、ｄ_i→_i+1（ｊ）は、２つのルータ間の伝播遅延である。 The time stamp of the first packet of the packet pair at the first router 64 is denoted by Θ _i ¹ , and the time stamp of the second packet of the pair at the second router 74 is Θ _{i + 1} Represented by ² . To identify measurements on different time bases without loss of generality, the time stamp of the same packet pair, reported by the ICMP time stamp request, is recorded when the second packet receives the time stamp. Suppose that This is equal to the symbols Θ _i ¹ (j) and Θ _{i + 1} ² (j), meaning that both timestamps are accumulated at the same time j. The following relationship represents the difference between these timestamps.

Here, m is the size of the ICMP time stamp request packet (that is, 40 bytes for ICMP and 20 bytes for IP). q _i (j) is the queuing delay of packet pair j waiting to be transmitted from first router 64 to second router 74. D _i → _{i + 1} (j) is the propagation delay between the two routers.

重要なことは、第１のパケットのタイムスタンプは、パケットが第１のルータ６４のＩＰ処理段階を出発した時刻を示すだけでなく、第２のパケットが同一の段階を出発した時刻も示すと仮定している点である。この仮定が成り立つためには、２つのＩＣＭＰパケットが、他のパケットの後で到達することが必要である。すなわち、これら２つのパケットがキューのため第１のルータ６４に到達するまで、２つのパケット間に干渉トラフィックは存在しないということである。   Importantly, the time stamp of the first packet indicates not only the time at which the packet left the IP processing stage of the first router 64, but also the time at which the second packet left the same stage. It is a point that is assumed. For this assumption to hold, two ICMP packets need to arrive after the other packets. That is, there is no interfering traffic between the two packets until these two packets reach the first router 64 because of the queue.

伝播遅延、処理遅延を無視すると、次式が得られる。

数２１は、前述の数９と同一である。すなわち、数２１は、リンク７２経由でルータ６４からルータ７４までのトラバース時間を定義する。数２１は、リンクにおける送信時間およびキューイング時間は考慮しているが、伝播遅延および処理遅延は無視している。 When the propagation delay and the processing delay are ignored, the following equation is obtained.

Equation 21 is the same as Equation 9 described above. That is, Equation 21 defines the traversal time from router 64 to router 74 via link 72. Equation 21 takes into account the transmission and queuing times on the link, but ignores the propagation and processing delays.

第１のパケットペアの送信後、送信機は次のパケットペアを送信する前に、ユーザが定義した遅延αだけ待機する。今度は、集積される測定は、Θ_i ¹（ｊ＋１）とΘ_i+1 ²（ｊ＋１）である。したがって、キューイング遅延変化は次式のように推定される。

ここで数８を用いて、

ここでｕ_i（ｊ＋１）は、ルータ６４とルータ７４の間のリンクｉ７２における利用率であり、時刻ｔ_jにおいて、２つの測定の組ｊおよびｊ＋１間で測定されたものである。さらに、

である。 After transmitting the first packet pair, the transmitter waits for a user-defined delay α before transmitting the next packet pair. This time, the integrated measurements are Θ _i ¹ (j + 1) and Θ _{i + 1} ² (j + 1). Therefore, the queuing delay change is estimated as follows:

Here, using Equation 8,

Here, u _i (j + 1) is the utilization rate on the link i72 between the router 64 and the router 74, and is measured between the two measurement sets j and j + 1 at the time t _j . further,

It is.

次に、ｋ≦Ｎを満たすすべてのノードに対してΔｑ_k（ｊ）が既知であると仮定すると、Δｑ_N+1（ｊ）は、以下の式により計算される。

ここで、容量Ｂ_iは数２１を用いて以下のように決定される。

数２７において未知の変数は、ルータ６４における、時刻ｔ_jにおけるキューイング遅延である。しかし、それは以下の式によって求められる。

ここで、Δｑ_i（ｊ−１，ｊ）は、パケットペアｊ−１およびｊにより測定される、ルータ６４におけるキューイング遅延の変化である。ここで、

である。 Next, assuming that Δq _k (j) is known for all nodes that satisfy k ≦ N, Δq _{N + 1} (j) is calculated by the following equation.

Here, the capacity _Bi is determined as follows using Expression 21.

The variable unknown in Equation 27 is the queuing delay in the router 64 at the time t _j . However, it is determined by the following equation.

Here, Δq _i (j−1, j) is a change in the queuing delay in the router 64 measured by the packet pair j−1 and j. here,

It is.

数２９において、ｑ_i（０）は、測定開始時に送信された第１のパケットペアのパケットが体験したキューイング遅延の推定値である。ルータ６４における第１のキューイング遅延ｑ_i（０）の推定値は、測定プロセスのまさに最初に、まず３つの連続したＩＣＭＰタイムスタンプ要求を送信することにより得られる（最初の１つはルータ６４へ、次の２つはルータ７４へ送信される）。これにより次式が導かれる。

したがって、第１のルータ６４から第２のルータ７４までのリンクの時刻０における容量Ｂ_iの推定値は、次式のように得られる。

In Equation 29, q _i (0) is an estimated value of the queuing delay experienced by the packets of the first packet pair transmitted at the start of the measurement. An estimate of the first queuing delay q _i (0) at router 64 is obtained at the very beginning of the measurement process by first sending three consecutive ICMP timestamp requests (the first one being router 64). And the next two are sent to the router 74). This leads to the following equation.

Therefore, the estimated value of the capacitance B _i at time 0 of the link from the first router 64 to the second router 74 is obtained as follows.

容量Ｂ_iの推定値は、以下で説明するように、測定の進行により、後ほど更新される。しかし、時刻０において、数２１は次式のように書き換えることができる。

これを数３１に代入すると、

が得られる。リンクｉにおけるキューイング遅延の推定値の初期値は、測定プロセスを通じて、数２９において用いられることができる。キューイング遅延の推定値はまた、数２９で用いるためによりよい推定値を得るため、３つの連続したＩＣＭＰパケットを送信するという同じ手順により、すべての測定イベントにおいて繰り返し求められる。 Capacity estimation B _i, as described below, the progress of measurement, are later updated. However, at time 0, Equation 21 can be rewritten as:

Substituting this into Equation 31 gives

Is obtained. The initial value of the estimate of the queuing delay on link i can be used in Equation 29 through the measurement process. Estimates of the queuing delay are also iteratively determined for all measurement events by the same procedure of transmitting three consecutive ICMP packets to obtain a better estimate for use in Eq.

ｑ_i（ｊ）の推定値が得られると、それはリンクの情報路容量Ｂ_iを推定するために数２７で使用される。したがって、Ｂ_iは、数２７、数２９、数３３を用いて推定することができる。ここで入ってくる競合フローＲ_iの総和は、数２、数２３、数２７、数２９、および数３３を用いて推定することができる。これはまず、情報路容量Ｂ_iの推定により実行される。次に数２３を使用して利用率を推定する。そして数２を使用してＲ_iを得る。さらに、利用可能な帯域幅ＡｖＢｗ_iは、数２、数１３、数２３、数２７、数２９、および数３３を用いて、同一のプロセスにより推定することができる。 Once an estimate of q _i (j) is obtained, it is used in Eq. 27 to estimate the information path capacity B _i of the link. Therefore, B _i can be estimated using Equations 27, 29, and 33. Sum of competing flows R _i incoming here, number 2, number 23, number 27, can be estimated using equation 29 and number 33,. This is first performed by the estimation information channel capacity B _i. Next, the utilization rate is estimated using Expression 23. Then, R _i is obtained using equation (2). Furthermore, the bandwidth AvBw _i available, number 2, number 13, number 23, number 27, with the number 29 and number 33, it can be estimated by the same process.

一実施形態において、ルータ１２の全ては、規則的に、そして同一の頻度で測定される。さらに別の実施形態では、特定のルータ１２は、そのルータ自身のキューイング遅延の変化率に基づいて、測定頻度が変更されてもよい。   In one embodiment, all of the routers 12 are measured regularly and at the same frequency. In yet another embodiment, a particular router 12 may have its measurement frequency changed based on the rate of change of its own queuing delay.

本発明の実施形態において、経路のホップのアドレスは、まずＩＣＭＰペアの送信が始まった後に特定される。さらに別の実施形態において、各ホップに対するＩＣＭＰペアの送信は、そのホップが特定されるとすぐに始まる。   In an embodiment of the present invention, the address of the hop of the path is first specified after the transmission of the ICMP pair has started. In yet another embodiment, transmission of the ICMP pair for each hop begins as soon as that hop is identified.

一実施形態において、ＩＣＭＰタイムスタンプ要求は、ＩＣＭＰプロトコルで定められた標準サイズの大きさである。さらに別の実施形態においては、ＩＰペイロードフィールドにダミーデータが付加されてもよい。これにより、ルータにおける転送時間が増加するが、非常に高速なリンクに対しては有用な機能である。   In one embodiment, the ICMP timestamp request is of a standard size as defined by the ICMP protocol. In yet another embodiment, dummy data may be added to the IP payload field. This increases the transfer time at the router, but is a useful feature for very high speed links.

一実施形態において、経路の特定とタイムスタンプ要求は、発呼ホストあるいは宛先ホストのどちらからも送信される。さらに別の実施形態では、種々のタイムスタンプ要求および経路の特定は、発呼端末、受信先、あるいはネットワークの他のホストから同時に送信されてもよい。さらに、測定の処理は、ネットワーク上のホストの任意の１つ、一部、あるいは発呼元ホストおよび通信先ホストを含む全てのホストにおいて実行されてもよい。   In one embodiment, the route specification and timestamp request is sent from either the calling host or the destination host. In yet another embodiment, the various timestamp requests and route specifications may be sent simultaneously from the calling terminal, the recipient, or another host on the network. Further, the measurement process may be performed on any one or a portion of the hosts on the network, or on all hosts including the calling host and the destination host.

この方法は、タイムスタンプ要求パケットのペアが経路上の最も遅いリンクを介した送信を回避するように改良できる。これは、タイムスタンプ要求パケットのペアがそのリンクに到達したときのタイムスタンプ間の分散を回避するということである。これを実現するために、測定は、ボトルネックリンクを回避するために、発呼端末あるいは宛先ノードのどちらからも行われる。本発明の好適な実施形態において、種々のリンクの変化率の測定により、ボトルネックが特定される。この方法はまた、リンクの伝播遅延を考慮して測定の精度をさらに向上させることにより更に改良される。これは、伝播遅延の推定により実現される。   This method can be improved so that pairs of timestamp request packets avoid transmitting over the slowest link on the path. This is to avoid divergence between timestamps when a pair of timestamp request packets arrives on that link. To achieve this, measurements are taken from either the calling terminal or the destination node to avoid bottleneck links. In a preferred embodiment of the invention, bottlenecks are identified by measuring the rate of change of various links. The method is also further improved by further improving the accuracy of the measurement taking into account the propagation delay of the link. This is achieved by estimating the propagation delay.

＜無線リンクの実施形態（無線ＣＡＴ）＞
ネットワークにおけるエンド・ツー・エンドの経路のパケット損失率を推定するための方法および装置について説明する。一実施形態において、その方法は、エンド・ツー・エンドの経路上のすべてのルータのキュー容量を特定するためにそのエンド・ツー・エンドの経路を測定するステップと、その経路上のホップにｐｉｎｇ要求パケットを送信するステップと、ＱｏＳ推定値を生成するためにｐｉｎｇ応答を処理するステップとを有する。別の実施形態において、、エンド・ツー・エンドのネットワーク経路の無線リンクに対するＱｏＳ値を計算するための方法および動作は、そのネットワークの有線部分における平均パケット損失の値を測定するステップと、無線リンクに対するパケット損失値をネットワークの有線部分における平均パケット損失の値の関数として計算するステップとを有する。以下の本発明の説明においては、無線リンク２２を用いた実施例（ここでは、「無線ＣＡＴ」という）について説明する。 <Embodiment of Wireless Link (Wireless CAT)>
A method and apparatus for estimating the packet loss rate of an end-to-end path in a network is described. In one embodiment, the method comprises measuring the end-to-end path to determine the queue capacity of all routers on the end-to-end path, and pinging hops on the path. Sending a request packet and processing the ping response to generate a QoS estimate. In another embodiment, a method and operation for calculating a QoS value for a wireless link of an end-to-end network path comprises: measuring a value of average packet loss in a wired portion of the network; And calculating the packet loss value for as a function of the value of the average packet loss in the wired portion of the network. In the following description of the present invention, an embodiment using a wireless link 22 (herein referred to as “wireless CAT”) will be described.

図１を参照すると、ＩＰネットワーク１０におけるネットワークの輻輳を評価する方法（所望の経路に沿ったルータ１２においてキューイング遅延の変化を測定する等の方法）は、利用可能帯域幅ＡｖＢｗの推定を可能にする。これらの技術は、有線ネットワーク（ここで、輻輳が単に無線リンク２２におけるルータ１２におけるキューによって起こる）で用いられているが、パケット輻輳は、キューイング輻輳に加え他の種々の要因で起こる可能性がある。これらは、ＩＥＥＥ８０２．１１、ＧＳＭ、ＰＣＳ等、共有型媒体技術における媒体に対するコンテンション（回線争奪）を含む。さらに、無線ネットワークにおけるパケット輻輳は、無線リンク上のランダムなパケット損失による再送信遅延によっても起こる可能性がある。   Referring to FIG. 1, a method for evaluating network congestion in an IP network 10 (such as measuring a change in queuing delay at a router 12 along a desired path) enables estimation of the available bandwidth AvBw. To Although these techniques are used in wired networks (where congestion is simply caused by queues in router 12 on wireless link 22), packet congestion can occur due to various other factors in addition to queuing congestion. There is. These include contention for media in shared media technologies such as IEEE 802.11, GSM, PCS, etc. In addition, packet congestion in wireless networks can also be caused by retransmission delays due to random packet loss on the wireless link.

利用可能な無線帯域幅を測定する方法が、例示的な無線ホップであるＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線ＬＡＮを用いて説明される。この方法は、他の技術を用いてもよく、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）は、本発明を限定することを意図したものではない。ＩＥＥＥ８０２．１１ｂにおいて物理層における粗送信速度は、動的に４段階（１Ｍｂｐｓ、２Ｍｂｐｓ、５．５Ｍｂｐｓ、１１Ｍｂｐｓ）で変化する。選択された速度は、知覚されるフレーム誤り率（Ｆｒａｍｅ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ、ＦＥＲ）によって変化する。速度を切り替えるためのＦＥＲのしきい値は、実装依存である。   A method of measuring available wireless bandwidth is described using an exemplary wireless hop, an IEEE 802.11b wireless LAN. This method may use other technologies, and IEEE 802.11b wireless LAN (WLAN) is not intended to limit the invention. In IEEE 802.11b, the rough transmission speed in the physical layer dynamically changes in four stages (1 Mbps, 2 Mbps, 5.5 Mbps, and 11 Mbps). The selected speed depends on the perceived frame error rate (FER). The FER threshold for switching speeds is implementation dependent.

一実施形態において、利用可能な無線帯域幅を推定する第１のステップは、無線リンクの現在の全体の粗容量を得るステップである。無線リンクの現在の全体の粗容量を得た後、次のステップは、リンクの粗容量のうち利用可能な量を評価するためにパケット輻輳を推定するステップである。   In one embodiment, the first step in estimating the available radio bandwidth is to obtain the current overall gross capacity of the radio link. After obtaining the current overall gross capacity of the wireless link, the next step is to estimate packet congestion to assess the available amount of gross capacity of the link.

物理層における無線リンクの粗容量ＢＰＨＹは、ＷＬＡＮ装置のメーカによりユーザに一般的に提供されるソフトウェアにより決定されてもよい。例えば、シスコシステムズ（Ｃｉｓｃｏ Ｓｙｓｔｅｍｓ）は、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＣＥ ２．１１に対してＡｉｒｏｎｅｔ“３５０”のクライアントユーティリティソフトウェアを提供している。Ａｉｒｏｎｅｔ“３５０”クライアントユーティリティソフトウェアは、サイト調査機能を含む。ここで、サイト調査機能により、クライアントアダプタは無線リンクのステイタスを２５０ミリ秒ごとに読み出してもよい。Ａｉｒｏｎｅｔ“３５０”クライアントユーティリティソフトウェアは、２つの動作モード（能動モードおよび受動モード）を有する。受動モードにおいては、そのユーティリティにより追加のＲＦトラフィックは生成されず、実際のトラフィックのみが測定され、粗容量ＢＰＨＹが推定される。能動モードにおいては、そのソフトウェアは、推定動作のために送信される能動的測定ストリームの特性の設定を可能にする。このような特性は、送信されるパケットの数、パケットサイズ、パケット間到着遅延、および粗送信速度（一実施形態において、この値は、１、２、５．５、１１Ｍｂｐｓである）を含む。   The coarse capacity BPHY of the wireless link at the physical layer may be determined by software generally provided to the user by the manufacturer of the WLAN device. For example, Cisco Systems provides Aironet "350" client utility software for Windows CE 2.11. The Aironet "350" client utility software includes a site survey function. Here, with the site survey function, the client adapter may read the status of the wireless link every 250 milliseconds. The Aironet "350" client utility software has two modes of operation (active and passive). In the passive mode, no additional RF traffic is generated by the utility, only the actual traffic is measured and the gross capacity BPHY is estimated. In the active mode, the software allows the setting of the characteristics of the active measurement stream sent for the estimation operation. Such properties include the number of packets transmitted, packet size, inter-packet arrival delay, and coarse transmission rate (in one embodiment, the values are 1, 2, 5.5, 11 Mbps).

パケットトラバース無線リンクは、パケットトラバース有線リンクと比較して、さらなる遅延による損害を受ける。有線リンクにおいて、パケットは典型的には、処理、送信、輻輳および伝播遅延をうける。無線リンクにおいては、パケットはさらに、コンテンションおよび再送信遅延をうける可能性がある。ここで用いられるように、「コンテンション遅延」は、媒体の共有特性に起因する、パケットが無線チャンネルを「つかむ」のに必要な時間を指す。また、「再送信遅延」は、損失のある無線リンクに対してパケットを継続的に送信するのに必要な時間を指す（再送信を何回も試みる必要がある）。無線リンクにおけるパケット再送信は、以下で説明するようにモデル化できる。   Packet traversed wireless links suffer from additional delay as compared to packet traversed wired links. On a wired link, packets typically experience processing, transmission, congestion, and propagation delays. On a wireless link, packets can also experience contention and retransmission delays. As used herein, "contention delay" refers to the time required for a packet to "grab" a wireless channel due to the shared nature of the medium. Also, “retransmission delay” refers to the time required to continuously transmit a packet over a lost radio link (retransmissions must be attempted many times). Packet retransmission on the wireless link can be modeled as described below.

図６および図７は、アクセスルータ（ＡＲ）１２に到達し、対応するアクセスポイント（ＡＰ）２４を通過し、無線リンク２２をトラバースし、リモート端末１８に到達するパケットの振る舞いを表すモデルを示す。   FIGS. 6 and 7 show a model representing the behavior of a packet arriving at an access router (AR) 12, passing through a corresponding access point (AP) 24, traversing a wireless link 22 and arriving at a remote terminal 18. .

リモート端末１８宛てのあるパケット１２６は、まずアクセスルータ１２に到達する。ここで、あるパケット１２６は、他のルータからの到着に先立って、輻輳キュー１２２において、その他のパケット１２６を待つためキューイング遅延ｑ_congestionをうける。パケット１２６の各々は、輻輳キュー１２２から１つずつ抜け出し、コンテンションキュー１２４に入る。パケット１２６のあるパケットが輻輳キューの先頭に来た場合、そのパケットは、無線リンク２２に対して送信可能となるの待つコンテンション遅延をうける。コンテンション遅延は、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ等の技術における伝送媒体の共有特性に起因する。 A packet 126 addressed to the remote terminal 18 first reaches the access router 12. Here, a certain packet 126 undergoes a queuing delay q _congestion in the congestion queue 122 to wait for another packet 126 before arriving from another router. Each of the packets 126 exits one by one from the congestion queue 122 and enters the contention queue 124. When a packet of packets 126 comes to the top of the congestion queue, the packet experiences a contention delay waiting to be able to transmit to wireless link 22. The contention delay is caused by the sharing characteristic of the transmission medium in a technology such as IEEE802.11b.

パケット１２６の各々は、コンテンションキュー１２４の先頭になり、無線リンク２２に対して送信される。障害が発生した場合、パケット１２６は、最後尾からコンテンションキュー１２４に再度入る。これは、リモート端末１８において無事に受信されるまで繰り返される。しかし、パケット１２６の再送信回数には制限回数ｎがあり、これを超えるとパケットは破棄される。結果において、アクセスルータ１２の輻輳キュー１２２の最後尾に入るパケット１２６は、リモート端末１８に到達するまで全体としてキューイング遅延ｑ^kをうける。この遅延は以下の式で与えられる。

ここで、Ａ^kはアクセスルータ１２のコンテンションキュー１２４の先頭におけるあるパケットｋの総送信回数を、Ｂ_i ^kはアクセスルータ１２のコンテンションキュー１２４の先頭におけるパケットｋのｉ番目の再送信に対するコンテンション時間を、τは先行するパケットの再送が決定する前のタイムアウト遅延（これは、往復伝播遅延、受け取り確認（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）パケットの送信を含む）、およびリモート端末における処理を含む）を、ｔ_x ^kはパケットｋの無線リンク２２に対する送信遅延を、ｔ_propagation ^kは無線リンク２２に対するパケットｋの伝播遅延を、ｑ_propagation ^kはアクセスルータ１２４の輻輳キュー１２２およびコンテンションキュー１２４の両方においてパケットｋに先行するパケットにより消費される時間を示す。 Each of the packets 126 becomes the head of the contention queue 124 and is transmitted to the wireless link 22. If a failure occurs, the packet 126 re-enters the contention queue 124 from the end. This is repeated until it is successfully received at the remote terminal 18. However, the number of retransmissions of the packet 126 has a limit number n, and when it exceeds this, the packet is discarded. As a result, the packet 126 entering the tail of the congestion queue 122 of the access router 12 experiences an overall queuing delay q ^k before reaching the remote terminal 18. This delay is given by:

Here, A ^k is the total number of transmissions of a packet k at the head of the contention queue 124 of the access router 12, and B _i ^k is the number of transmissions of the packet k at the head of the contention queue 124 of the access router The contention time, τ is the timeout delay before retransmission of the preceding packet is determined (this includes round-trip propagation delay, acknowledgment packet transmission, and processing at the remote terminal), t _x ^k is the transmission delay of packet k on radio link 22, t _propagation ^k is the propagation delay of packet k on radio link 22, and q _propagation ^k is the packet k in both congestion queue 122 and contention queue 124 of access router 124. Consumed by preceding packets Indicates the time to be performed.

数３４は、平均値を用い、伝播遅延（典型的な１００メートルの無線リンク２２に対して約０．５マイクロ秒）を無視することにより、以下のように書き換えられる。

すべてのパケットは破棄されるまでｎ回再送信されるので、

ここで、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの実装において典型的にはｎは７である。 Equation 34 can be rewritten as follows by using the average value and ignoring the propagation delay (about 0.5 microseconds for a typical 100 meter wireless link 22).

All packets are retransmitted n times until discarded,

Here, typically, n is 7 in the implementation of IEEE802.11b.

ここで、送信回数Ａ^kを推定する方法として、２つの実施形態を説明する。第１の実施形態は、アクセスポイントのクライアントユーティリティにより提供される情報に基づいており、一方、第２の実施形態はパケット損失の推定値を用いる。 Here, two embodiments will be described as a method of estimating the number of transmissions A ^k . The first embodiment is based on information provided by the access point's client utility, while the second embodiment uses packet loss estimates.

まず第１の実施形態について説明すると、リモート端末１８あるいはアクセスポイント２４に存在するユーティリティは、アクセスポイントのクライアントユーティリティのドライバが読み込まれた時、あるいはドライバが読み込まれない場合または無線リンク２２が終了している場合に無線リンク２２が確立された時、典型的に表１から情報を収集する。例えば、シスコのＡｉｒｏｎｅｔ“３５０”ＷＬＡＮカードのクライアントユーティリティは、以下の情報をリアルタイムに収集する。

First, the first embodiment will be described. The utility existing in the remote terminal 18 or the access point 24 is used when the driver of the client utility of the access point is loaded, when the driver is not loaded, or when the wireless link 22 is terminated. When the wireless link 22 is established, the information is typically collected from Table 1. For example, Cisco's Aironet "350" WLAN card client utility collects the following information in real time:

これらの変数間の特定の関係は図８に示されている。
この収集されたデータは、テキストファイルに書き込まれてもよい。また、このテキストファイルは、各変数の変化Δａ、Δｂ、Δｃを計算するために特定の時間間隔Ｔで測定されてもよい。時間間隔Ｔの間に扱われるパケットの総数はａ＋ｃである。総送信回数は、以下のように表される。

あるパケットｋについての平均に対して、

である。また、

である。数３５を用いると、以下の式が得られる。

ここで、

The specific relationships between these variables are shown in FIG.
This collected data may be written to a text file. Also, this text file may be measured at specific time intervals T to calculate the changes Δa, Δb, Δc of each variable. The total number of packets handled during time interval T is a + c. The total number of transmissions is represented as follows.

For the average for a packet k,

It is. Also,

It is. Using equation 35, the following equation is obtained.

here,

続いて、送信回数Ａを推定する第２の実施形態について説明する。ｐは無線リンク２２におけるパケット損失の確率である。パケットｋの送信回数は、ランダムな変数Ａ^kである。ここで、Ａ^kの値の各々について、発生する確率が表２に示されている。

Next, a second embodiment for estimating the number of transmissions A will be described. p is the probability of packet loss on the wireless link 22. The number of transmissions of the packet k is a random variable A ^k . Here, the probability of occurrence for each value of A ^k is shown in Table 2.

平均すると、無線リンク２２に対してパケットｋを無事送信するのに必要な送信回数は次式で与えられる。

再び数３５を参照すると、

である。 On average, the number of transmissions required to successfully transmit packet k to wireless link 22 is given by:

Referring again to Equation 35,

It is.

ＩＰネットワーク１０の固定端末１６は、リモート端末１８に、パケット１２６を有線および無線ホップの双方を介して送信する。したがって、エンド・ツー・エンドのパケット損失の測定は、無線パケットの損失を推定するには十分ではない。このシナリオにおいて、終点で観測されるパケット損失は、輻輳による有線リンク上の損失と、輻輳あるいはランダム損失による無線リンク上の損失と、二者のうちどちらも可能であり、無線リンク上のパケット損失に対応していない。   The fixed terminal 16 of the IP network 10 sends the packet 126 to the remote terminal 18 via both wired and wireless hops. Thus, measuring end-to-end packet loss is not sufficient to estimate wireless packet loss. In this scenario, the packet loss observed at the end point can be either of two types: loss on the wired link due to congestion, and loss on the wireless link due to congestion or random loss. Does not support.

ネットワーク層において無線パケット損失を推定するためには、いくつかの実装方法が可能である。このような２つの実施形態は、有線ホップ上の損失を推定し、そして、ＲＴＣＰおよび以下で説明するパケット損失モデルを介してエンド・ツー・エンドのパケット損失の知識から無線リンク上の振る舞いを推定する。これらの実施形態のどちらも、経路の終点（この場合、固定端末１６およびリモート端末１８）における機能性実装を介して有線パケット損失を推定する。これらの実施形態は、処理ロジックにより実行される。処理ロジックは、ハードウェア（例えば、回路、専用ロジック回路）、ソフトウェア（多目的コンピュータ上で動作するもの、あるいは専用機で動作するもの）、あるいはこれらの組み合わせにより構成されてもよい。   Several implementations are possible for estimating wireless packet loss at the network layer. Two such embodiments estimate the loss on the wired hop and the behavior on the wireless link from end-to-end packet loss knowledge via RTCP and the packet loss model described below. I do. Both of these embodiments estimate wireline packet loss via a functional implementation at the end of the path (in this case, fixed terminal 16 and remote terminal 18). These embodiments are performed by processing logic. The processing logic may be configured by hardware (for example, a circuit or a dedicated logic circuit), software (one that operates on a general-purpose computer, or one that operates on a special-purpose machine), or a combination thereof.

一実施形態において、処理ロジックは、システムに対し有線リンク上のみの損失を推定することにより開始する。ここで、ＱｏＳ推定のためのハードウェアおよびソフトウェアは、経路の端部に配置される。専用ソフトウェアをアクセスポイント２４のルータ１２に配置することによりＱｏＳを推定するという提案がある。しかし、本発明の少なくとも１の実施形態は、専用ソフトウェアをアクセスポイント２４のルータ１２に配置するよいう要求を排除する。   In one embodiment, processing logic begins by estimating the loss to the system only on the wired link. Here, hardware and software for QoS estimation are arranged at the end of the path. There is a proposal to estimate QoS by locating dedicated software on the router 12 of the access point 24. However, at least one embodiment of the present invention eliminates the requirement that dedicated software be located at router 12 of access point 24.

別の実施形態において、処理ロジックは、ｐｉｎｇパケットを用いてネットワーク層における有線パケット損失を推定する。この実施形態の本質は、アクセスポイント２４のルータ１２からの応答をトリガし、実質的にルータ１２に特化されたソフトウェアを配置することなく有線ホップのパケット損失を推定することである。この目的のため、ｐｉｎｇパケットは、音声パケットストリーム内にインターリーブされる。これらのｐｉｎｇは、経路上のＴｒａｃｅｒｏｕｔｅ処理により明らかにされたルータ１２を目的とする。ｐｉｎｇパケットをインターリーブする割合は、パケット損失の振る舞いを捕捉するように、かつトラフィックに対し所定のオーバーヘッドを超えないように設定される。   In another embodiment, processing logic uses ping packets to estimate wired packet loss at the network layer. The essence of this embodiment is to trigger a response from the router 12 of the access point 24 and estimate the packet loss of the wired hop substantially without deploying specialized software on the router 12. For this purpose, the ping packets are interleaved in the voice packet stream. These pings are intended for the router 12 identified by the Traceroute process on the route. The rate at which ping packets are interleaved is set to capture packet loss behavior and not to exceed predetermined overhead for traffic.

例えば、２０音声パケットごとに１ｐｉｎｇパケットを送信すると、パケット換算で５パーセントのオーバーヘッドという結果になる。有線ネットワークにおいてパケット損失はバーストで起こるので、ｐｉｎｇパケットの損失の測定は、音声パケットの全体の損失割合のよい近似値を提供する。ｐｉｎｇ値間の時間間隔は、パケット損失のバースト性を捕捉するために設定あるいは変更される（したがって一定の間隔ではない）。その時間間隔は、有線ネットワークのパケット損失モデルの振る舞いを捕捉するために変化する。パケット損失モデルの例は、以下の「パケット損失モデル」の項で説明する。   For example, sending 1 ping packet for every 20 voice packets results in 5% overhead in packet terms. Since packet loss occurs in bursts in wired networks, measuring the loss of a ping packet provides a good approximation of the overall loss rate of voice packets. The time interval between ping values is set or changed to capture the burstiness of packet loss (and therefore is not a fixed interval). The time interval changes to capture the behavior of the packet loss model of the wired network. An example of a packet loss model will be described in the section “Packet loss model” below.

第２の実施形態は、経路の終点における付加的な機能を介して有線パケット損失を推定するものである。この付加的な機能は、前述の有線リンクの実施形態（初期化段階、測定段階）に付加される第３段階として実行されてもよい。この新しい段階を、「ルータバッファ推定段階」という。一実施形態において、この新しい段階は以下のように動作する。有線リンク上の利用可能帯域幅の知識を用いて、送信機は、前述のようにＩＣＭＰタイムスタンプの組のストリームを、推定される利用可能帯域幅より高い速度で、固定端末１６からアクセスポイント２４までの有線ホップ上のルータ１２の各々に送信する。各ルータにおけるキューイング遅延は、目的のルータ１２におけるキューのオーバーフローによりＩＣＭＰパケットが損失し始めるまで推定され、測定される。ｉ番目のルータ１２の各々に対して、最後に観測されるキューイング遅延の値ｑ_maxiが記録される。続いて、ｉ番目のルータ１２の各々におけるキュー容量が以下のように推定される。

ここで、Ｂ_iの値は有線リンクｉの粗容量の測定値である。このルータバッファ推定段階は、測定プロセスの開始時に１回だけ行われてもよい。その後、有線ＣＡＴはリアルタイムの測定が終了するまで測定段階を繰り返す。その経路はＴ秒ごとに測定される。有線測定間隔Ｔの間のパケット損失ｐ_dの推定値は、測定間隔Ｔの間一定条件であるという仮定を用いて次式のように導出される。
Ｒ_i（Ｔ）＜Ｂ_iの場合、

Ｒ_i（Ｔ）＞Ｂ_iの場合、

である。したがって、

である。ここで、

である。 The second embodiment estimates wireline packet loss via an additional function at the end of the path. This additional function may be performed as a third step added to the wired link embodiment (initialization step, measurement step) described above. This new stage is called the “router buffer estimation stage”. In one embodiment, this new phase operates as follows. With knowledge of the available bandwidth on the wired link, the transmitter can stream the set of ICMP timestamps from the fixed terminal 16 to the access point 24 at a rate higher than the estimated available bandwidth as described above. To each of the routers 12 on the wired hop. The queuing delay at each router is estimated and measured until ICMP packets begin to be lost due to queue overflow at the destination router 12. For each of the i-th routers 12, the last observed queuing delay value q _maxi is recorded. Subsequently, the queue capacity in each of the i-th routers 12 is estimated as follows.

Here, the value of B _i is a measure of the coarse capacity wired link i. This router buffer estimation step may be performed only once at the start of the measurement process. Thereafter, the wired CAT repeats the measurement steps until the real-time measurement is completed. The path is measured every T seconds. An estimate of the packet loss p _d during the wired measurement interval T is derived as follows using the assumption that conditions are constant during the measurement interval T:
If R _i (T) <B _i ,

If R _i (T)> B _i ,

It is. Therefore,

It is. here,

It is.

＜パケット損失モデル＞
経路のパケット損失ｐ_tを生成するために有線パケット損失ｐ_dと無線パケット損失ｐ_wとを組み合わせる方法について説明する。この説明は、ｐ_dを計算し、前述の方法でｐ_tの知識が与えられた後ｐ_wを推定する方法を提供する。ＩＰネットワークにおけるパケット損失のよいモデルは、ベルヌイのランダム損失モデル、２状態のマルコフチェーンモデル（あるいはギルバートモデル）、あるいはより複雑なｋ次のマルコフチェーンモデルを含む。本発明の実施形態は、前２つのモデルを用いており、以下でそれについて説明する。 <Packet loss model>
It describes a method of combining the wired packet loss p _d and the wireless packet loss p _w to generate the packet loss p _t of the path. This description provides a way to calculate p _d and to estimate p _w after knowledge of p _t in the manner described above. Good models for packet loss in IP networks include the Bernoulli random loss model, the two-state Markov chain model (or Gilbert model), or the more complex k-th order Markov chain model. The embodiment of the present invention uses the above two models, which will be described below.

ベルヌイモデルは、ランダムかつ独立したパケット損失のモデル化に使用可能な２状態のマルコフチェーンモデルである。図９は、ベルヌイモデルを示す。ここで、「０」はパケット送信が成功した状態を表し、「１」は損失を表す。状態「０」から状態「１」への遷移確率はｐで表され、状態「１」から状態「０」への遷移確率はｑで表される。ｑとｐの関係は次の通りである。

The Bernoulli model is a two-state Markov chain model that can be used to model random and independent packet losses. FIG. 9 shows a Bernoulli model. Here, “0” indicates a state in which the packet transmission is successful, and “1” indicates a loss. The transition probability from the state “0” to the state “1” is represented by p, and the transition probability from the state “1” to the state “0” is represented by q. The relationship between q and p is as follows.

一方、ギルバートモデルは、ＩＰネットワークにおける輻輳によるパケット損失のバースト性を表す２状態のマルコフチェーンモデルである。図１０は、ギルバートモデルを表す。ここで、「０」はパケット送信が成功した状態を表し、「１」は損失を表す。状態「０」から状態「１」への遷移確率はｐで表され、状態「１」から状態「０」への遷移確率はｑで表される。バースト性の効果を組み込むため、ベルヌイモデルのようにｑとｐの和は１とならない。その代わり、以下の関係が維持される。

ここで、ｒは全体の平均パケット損失である。 On the other hand, the Gilbert model is a two-state Markov chain model representing the burstiness of packet loss due to congestion in an IP network. FIG. 10 shows a Gilbert model. Here, “0” indicates a state in which the packet transmission is successful, and “1” indicates a loss. The transition probability from the state “0” to the state “1” is represented by p, and the transition probability from the state “1” to the state “0” is represented by q. In order to incorporate the effect of burstiness, the sum of q and p does not become 1 as in the Bernoulli model. Instead, the following relationship is maintained:

Where r is the overall average packet loss.

ギルバートモデルに対するバースト長の平均値および標準偏差を図１１に示す。パケット損失のバースト性Ｂｌは、以下の式のようにこのモデルのパラメータと関連する。

FIG. 11 shows the average value and the standard deviation of the burst length for the Gilbert model. The burstiness Bl of packet loss is related to the parameters of this model as follows:

次に、有線ホップ上および無線ホップ上で測定されたパケット損失と、経路全体を特徴付けるエンド・ツー・エンドの損失との関係を得るために、経路のパケット損失について説明する。このモデルの導出は２つのステップに分けられる。まず、パケット損失モデルは、有線ホップおよび無線ホップについて別々に導出される。次に、これらの２つのモデルを組み合わせて単一のモデルとする。   Next, the packet loss of the path will be described in order to obtain the relationship between the packet loss measured on the wired and wireless hops and the end-to-end loss that characterizes the entire path. The derivation of this model can be divided into two steps. First, a packet loss model is derived separately for wired and wireless hops. Next, these two models are combined into a single model.

経路の有線ホップに対しては、ギルバートのパケット損失モデルが用いられる。無線ホップ上の損失は、アクセスポイント２４における輻輳および無線リンク２２上のランダム損失の両方に起因すると仮定される。アクセスポイント２４における輻輳を取り扱う際にも、ギルバートモデルが用いられる。一方、無線リンク２２上のランダムなパケット損失を説明するためには、ベルヌイモデルが用いられる。終点１および２間の経路上のエンド・ツー・エンドのパケット損失ｐ_tを有線ホップの損失情報に関連付ける説明が導出される。 Gilbert's packet loss model is used for wired hops in the path. The loss on the radio hop is assumed to be due to both congestion at the access point 24 and random loss on the radio link 22. The Gilbert model is also used when handling congestion at the access point 24. On the other hand, a Bernoulli model is used to account for random packet loss on the wireless link 22. End point 1 and relate the end-to-end packet loss p _t on the path between the two loss information wired hop description is derived.

無線ホップ上のパケット損失は、アクセスポイント２４における輻輳に起因するものと、無線リンク２２におけるビットエラーに起因するものと、どちらも可能である。これらの２つの段階は、それぞれ別個にａおよびｂとしてモデル化される。図１２は、アクセスポイント２４における輻輳と、無線リンク２２におけるランダム損失との両方をうける単一のパケットに対する無線ホップ上の損失を表す３状態のマルコフモデルを示す。   Packet loss on the wireless hop can be either due to congestion at the access point 24 or due to bit errors on the wireless link 22. These two stages are modeled separately as a and b, respectively. FIG. 12 shows a three-state Markov model that represents the loss on the radio hop for a single packet that experiences both congestion at the access point 24 and random loss on the wireless link 22.

図１２において、ｐ_a,sは、輻輳に起因する条件付きパケット損失であり、ｐ_b,sは、ランダム効果に起因する条件無しパケット損失であり、ｑ_a,sは、輻輳に起因する条件無しパケット損失を反映している。輻輳に関連するパラメータは添字ａを用いて示され、ランダム損失に関連するパラメータは添字ｂを用いて示される。すべてのパラメータは添字ｓを有するが、これは無線リンク２２に関連することを示している。 In FIG. 12, p _{a, s} is the conditional packet loss due to congestion, p _{b, s} is the unconditional packet loss due to random effects, and q _{a, s} is the condition due to congestion. None reflects packet loss. Parameters related to congestion are indicated using a suffix a, and parameters related to random loss are indicated using a suffix b. All parameters have the subscript s, indicating that they are relevant to the radio link 22.

図１２は、３状態を示している。「０」は損失がないことを、「１」は損失があることを示す。状態（ａ，ｂ）は、それぞれ輻輳段階あるいは無線リンク２２の段階における送信条件（損失、あるいは成功）を反映している。状態（１，１）は、有線ホップ上で損失したパケットは無線ホップへ行くことはないので、事実上、状態（１，０）と同一である。この３状態モデルは、以下の遷移確率行列で完全に表される。

FIG. 12 shows three states. “0” indicates no loss, and “1” indicates loss. The states (a, b) reflect transmission conditions (loss or success) in the congestion stage or the wireless link 22 stage, respectively. State (1,1) is effectively the same as state (1,0) since packets lost on the wired hop will not go to the wireless hop. This three-state model is completely represented by the following transition probability matrix.

Ｐ_0,0、Ｐ_0,1、Ｐ_1,1を得るために、次の条件を満足するように解かれる

_Solving to satisfy P _0,0 , P _0,1 , P _1,1

エンド・ツー・エンドの経路の平均パケット損失ｐ_t、無線リンクの平均パケット損失ｒ_sは次式のように与えられる。

Average packet loss p _t of end-to-end path, the average packet loss r _s of the radio link is given by the following equation.

数５４は、別個のホップ上のパケット損失は独立していると仮定している。しかし、このモデルは、同一リンク上のパケット同士のパケット損失の関係は考慮している。
有線および無線ホップを含む経路全体に対するパケット損失モデルは、図１２に示す３状態モデルと図１３に示すギルバートモデルとを組み合わせることにより得られる。図１３において、ｐ_dは有線ホップ上の条件付きパケット損失であり、ｑ_dは有線ホップ上の条件無しパケット損失である。添字ｄを有するパラメータは有線ホップに関連するものであり、添字ｓを有するパラメータは無線ホップに関連するものである。さらに、

である。 Equation 54 assumes that packet losses on separate hops are independent. However, this model takes into account the packet loss relationship between packets on the same link.
A packet loss model for the entire route including wired and wireless hops is obtained by combining the three-state model shown in FIG. 12 and the Gilbert model shown in FIG. In FIG. 13, p _d is the conditional packet loss on the wired hop and q _d is the unconditional packet loss on the wired hop. The parameters with subscript d relate to wired hops and the parameters with subscript s relate to wireless hops. further,

It is.

図１３に示されるモデルは、４状態を用いている。ここで、各状態は、有線および無線ホップの条件を表している。「０」は損失がないことを、「１」は損失があることを示す。状態（ｄ，ａ，ｂ）は、それぞれ、有線ホップ、無線ホップの輻輳段階、無線ホップ段階における損失あるいは成功としての送信の条件を示す。有線ホップでパケット損失が起きた場合には無線ホップまで行かないので、状態（０，１，１）は、実態的には状態（０，１，０）と同一である。同様に、状態（１，１，１）、（１，０，０）、（１，１，０）、および（１，０，１）は同一のものである。   The model shown in FIG. 13 uses four states. Here, each state represents the condition of the wired and wireless hops. “0” indicates no loss, and “1” indicates loss. The states (d, a, b) indicate the condition of loss or success transmission at the wire hop, wireless hop congestion stage, and wireless hop stage, respectively. If a packet loss occurs in the wired hop, the state does not go to the wireless hop, so the state (0, 1, 1) is actually the same as the state (0, 1, 0). Similarly, the states (1,1,1), (1,0,0), (1,1,0), and (1,0,1) are the same.

図１３に示される４状態モデルは、以下の遷移確率行列により表すことができる。

Ｐ_0,0,0、Ｐ_0,0,1、Ｐ_0,1,1、Ｐ_1,1,1を得るために、この行列は以下の条件を用いて解かれる。

ここで、エンド・ツー・エンドの経路の平均パケット損失ｐ_tは次式のように与えられる。

The four-state model shown in FIG. 13 can be represented by the following transition probability matrix.

To obtain P _0,0,0 , P _0,0,1 , P _0,1,1 , P _1,1,1 , this matrix is solved using the following conditions:

Here, the average packet loss p _t of end-to-end path is given by the following equation.

数５８は、別個のホップのパケット損失は独立していると仮定している。しかし、このモデルは、同一のリンク上のパケット間のパケット損失の関係は考慮している。   Equation 58 assumes that the packet losses of the separate hops are independent. However, this model takes into account the packet loss relationship between packets on the same link.

図１３に示す４状態のマルコフチェーンモデルは、測定された有線ホップ上の平均パケット損失ｒ_dおよび無線ホップ上の平均パケット損失ｒ_sからｐ_tを算出するために用いられてもよい。このモデルを用いてｐ_tを算出するための第１のステップは、ｐ_d、ｑ_d、ｐ_a,s、ｐ_b,s、およびｑ_a,sを算出するステップである。ｑ_dおよびｑ_a,sの値は、前述のように、平均パケットバースト長の測定を維持し、数５１および図１１に示すグラフを利用することにより得られる。ｑ_dおよびｑ_a,sの初期値としては、０．９を用いることができる。この値は、平均損失１．１１パケット／バーストおよび標準偏差０．３５パケット／バーストに対応している（図１１参照）。これらの値は、現在のインターネットに対してもっともらしい値である。インターネットが進化した場合は、初期値として他の値を用いることが好ましい。 Markov Chain Model 4 state shown in FIG. 13 may be used to calculate the p _t from the average packet loss r _d and average packet loss r _s on the radio hop on the measured wire hops. The first step for calculating _pt using this model is to calculate p _d , q _d , p _{a, s} , p _{b, s} , and q _{a, s} . The values of q _d and q _{a, s} are obtained by maintaining the average packet burst length measurement and utilizing Equation 51 and the graph shown in FIG. 11 as described above. 0.9 can be used as an initial value of q _d and q _{a, s} . This value corresponds to an average loss of 1.11 packets / burst and a standard deviation of 0.35 packets / burst (see FIG. 11). These values are likely values for the current Internet. When the Internet evolves, it is preferable to use another value as the initial value.

数５０から、ｐ_dは次式のように得られる。

From Equation 50, p _d is obtained as follows.

ｐ_a,sの値は、以下の３つの式と２つの未知数からなる方程式を解くことにより得られる。

ここで、ｒ_sは無線リンク上で測定された平均パケット損失であり、ｑ_a,sは前述のように計算される。ｐ_d、ｑ_d、ｐ_a,s、ｐ_b,s、およびｑ_a,sの値が既知となると、数５７をＰ_0,0,0、Ｐ_0,0,1、Ｐ_0,1,1、Ｐ_1,1,1について解くことができる。最後に、Ｐ_0,0,0、Ｐ_0,0,1、Ｐ_0,1,1、Ｐ_1,1,1の値を数５８に代入することにより、エンド・ツー・エンドの経路平均パケット損失ｐ_tを得ることができる。
The value of p _{a, s} is obtained by solving an equation consisting of the following three equations and two unknowns.

Where r _s is the average packet loss measured on the radio link and q _{a, s} is calculated as described above. When the values of p _d , q _d , p _{a, s} , p _{b, s} , and q _{a, s} are known, _Equation 57 is _converted to P _0,0,0 , P _0,0,1 , P _{0,1, 1} , P _1,1,1 can be solved. Finally, by substituting the values of P _0,0,0 , P _0,0,1 , P _0,1,1 and P _1,1,1 into Equation 58, the end-to-end path average packet it can be obtained loss p _t.

本発明に対する種々の改変、変更が可能であることは、以上の詳細な説明を読んだ当業者にとって明らかである。以上で説明した実施形態は例示であり、これに限定する意図はない。したがって、実施形態の細部については本発明に必須の特徴を限定するものではない。   Various modifications and alterations to the present invention will be apparent to those skilled in the art after reading the above detailed description. The embodiment described above is an exemplification, and is not intended to limit the present invention. Therefore, details of the embodiments do not limit essential features of the present invention.

ＩＰネットワークを例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an IP network. ルータのパケット処理を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating packet processing of a router. 入力速度に対するキューサイズの変化を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a change in queue size with respect to an input speed. ＱｏＳ推定値を生成するプロセスの一実施形態を示すフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram illustrating one embodiment of a process for generating a QoS estimate. 所望のホップの組において処理するＩＣＭＰタイムスタンプ要求を例示する図である。FIG. 4 illustrates an example of an ICMP timestamp request to be processed in a desired hop set. アクセスルータ（ＡＲ）に到達し、対応するアクセスポイント（ＡＰ）を通過し、無線リンクをトラバースし、リモート端末に到達するパケットの振る舞いのモデルを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a model of a behavior of a packet reaching an access router (AR), passing through a corresponding access point (AP), traversing a wireless link, and reaching a remote terminal. アクセスルータ（ＡＲ）に到達し、対応するアクセスポイント（ＡＰ）を通過し、無線リンクをトラバースし、リモート端末に到達するパケットの振る舞いのモデルを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a model of a behavior of a packet reaching an access router (AR), passing through a corresponding access point (AP), traversing a wireless link, and reaching a remote terminal. アクセスポイントからリモート端末までの通信に関する変数の間の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between variables related to communication from an access point to a remote terminal. ベルヌイモデルを示す図である。It is a figure showing a Bernoulli model. ギルバートモデルを示す図である。It is a figure showing a Gilbert model. バースト長の平均および標準偏差を示すグラフである。It is a graph which shows the average and standard deviation of burst length. ３状態のマルコフモデルを示す図である。It is a figure which shows the Markov model of three states. ４状態のマルコフモデルを示す図である。It is a figure which shows the Markov model of four states.

Claims (18)

無線リンク全体の粗容量を得るステップと、
パケット輻輳を推定するステップと、
利用可能な粗リンク容量の量を決定するステップと、
前記利用可能な粗リンク容量の量に基づいてＱｏＳ値を算出するステップと
を有する方法。 Obtaining the gross capacity of the entire radio link;
Estimating packet congestion;
Determining the amount of available coarse link capacity;
Calculating a QoS value based on the amount of available coarse link capacity. リモート端末に到達する第１のパケットに対するキューイング遅延を決定するステップをさらに有する請求項４５に記載の方法。   The method of claim 45, further comprising determining a queuing delay for the first packet arriving at the remote terminal. 前記キューイング遅延を決定するステップが、
アクセスルータの輻輳キューにおいて前記第１のパケットに先行する第２のパケットに対する総送信回数と、
前記第２のパケットの１回以上の再送信に対するコンテンション時間と、
再送信を決定するまでのタイムアウト遅延と、
前記無線リンクを通じた前記第１のパケットに対する送信遅延と、
前記無線リンクを通じた前記第１のパケットに対する伝播遅延と、
前記第２のパケットがコンテンションキューの先頭に到達するまでに消費する時間と
に基づいてキューイング遅延を決定することを特徴とする請求項４６に記載の方法。 Determining the queuing delay comprises:
A total number of transmissions for a second packet preceding the first packet in the congestion queue of the access router;
A contention time for one or more retransmissions of the second packet;
A timeout delay before deciding to resend,
A transmission delay for the first packet over the wireless link;
A propagation delay for the first packet over the wireless link;
47. The method of claim 46, wherein the queuing delay is determined based on the time consumed by the second packet to reach the head of the contention queue. 前記キューイング遅延を決定するステップが、少なくとも１部、
アクセスルータの輻輳キューにおいて前記第１のパケットに先行する前記第２のパケットに対する総送信回数と、
再送信されたフレームの数と、
リトライの最大値を超えたフレームの数と、
平均コンテンション時間と
に基づいてキューイング遅延を決定し、
前記総送信回数が無事送信されたフレームの数に基づいたものであることを特徴とする請求項４６に記載の方法。 Determining the queuing delay comprises at least part of:
The total number of transmissions for the second packet preceding the first packet in the congestion queue of the access router;
The number of retransmitted frames,
The number of frames that exceed the maximum number of retries,
Determine the queuing delay based on the average contention time and
The method of claim 46, wherein the total number of transmissions is based on a number of successfully transmitted frames. 前記キューイング遅延を決定するステップが、少なくとも１部、
アクセスルータの輻輳キューにおいて前記第１のパケットに先行する第２のパケットに対する総送信回数に基づいてキューイング遅延を決定し、前記総送信回数が無事送信されたフレームの数に基づいたものであることを特徴とする請求項４６に記載の方法。 Determining the queuing delay comprises at least part of:
A queuing delay is determined based on the total number of transmissions for the second packet preceding the first packet in the congestion queue of the access router, and the total number of transmissions is based on the number of successfully transmitted frames. 47. The method of claim 46, wherein: ネットワークの有線部分に対する平均パケット損失の値を測定するステップと、
エンド・ツー・エンドのネットワーク経路における無線リンクに対するパケット損失の値を、前記ネットワークの有線部分のパケット損失の値の関数として算出するステップと
をさらに有する請求項４９に記載の方法。 Measuring an average packet loss value for the wired portion of the network;
50. The method of claim 49, further comprising: calculating a value of packet loss for a wireless link in an end-to-end network path as a function of a value of packet loss for a wired portion of the network. 前記経路上のホップに対しｐｉｎｇ要求を送信するステップと、
ｐｉｎｇ応答を受信するステップと、
ＱｏＳ推定値を生成するために前記ｐｉｎｇ応答を処理するステップと
をさらに有する方法。 Sending a ping request to a hop on the route;
receiving a ping response;
Processing the ping response to generate a QoS estimate. 送出するパケットを蓄積するキューと、
現在の無線リンクの全体の粗容量を得、パケット輻輳を推定し、利用可能な粗リンク容量の量を決定し、前記利用可能な粗リンク容量の量に基づいてＱｏＳ値を算出するために前記キューに接続されるＩＰ処理部と
を有するルータ。 A queue for storing packets to be sent,
Obtaining the overall coarse capacity of the current radio link, estimating packet congestion, determining the amount of available coarse link capacity, and calculating a QoS value based on the amount of available coarse link capacity; And an IP processing unit connected to the queue. 前記ＩＰ処理部が、リモート端末に到達する第１のパケットのキューイング遅延を決定することを特徴とする請求項５２に記載のルータ。   53. The router according to claim 52, wherein the IP processing unit determines a queuing delay of a first packet reaching a remote terminal. 前記ＩＰ処理部が、ネットワークの有線部分に対する平均パケット損失を測定し、エンド・ツー・エンドのネットワーク経路における無線リンクに対するパケット損失の値を、前記ネットワークの有線部分に対する前記パケット損失の値の関数として算出する
ことを特徴とする請求項５２に記載の方法。 The IP processing unit measures an average packet loss for a wired part of a network, and calculates a value of a packet loss for a wireless link in an end-to-end network path as a function of the value of the packet loss for a wired part of the network. 53. The method of claim 52, wherein calculating. 前記ＩＰ処理部が、
前記経路上のホップにｐｉｎｇ要求を送信し、
ｐｉｎｇ応答を受信し、
ＱｏＳ推定値を生成するために前記ｐｉｎｇ応答を処理する
ことを特徴とする請求項５２に記載の方法。 The IP processing unit includes:
Sending a ping request to a hop on the route,
receiving a ping response,
53. The method of claim 52, wherein the ping response is processed to generate a QoS estimate. システムに、
現在の無線リンクの全体の粗容量を取得させ、
パケット輻輳を推定させ、
利用可能な粗リンク容量の量を決定させ、
前記利用可能な粗リンク容量の量に基づいてＱｏＳ値を算出させる
命令を記憶する１以上の記録可能な媒体を有する製品。 To the system
Get the overall gross capacity of the current radio link,
Estimate packet congestion,
Determine the amount of available coarse link capacity,
A product having one or more recordable media storing instructions for causing a QoS value to be calculated based on the amount of available coarse link capacity. エンド・ツー・エンドの経路上のルータの容量を特定するために当該エンド・ツー・エンドの経路を測定するステップと、
ｐｉｎｇ要求を前記経路上のホップに送信するステップと、
ｐｉｎｇ応答を受信するステップと、
ＱｏＳ推定値を生成するために前記ｐｉｎｇ応答を処理するステップと
を有する方法。 Measuring the end-to-end path to determine the capacity of the router on the end-to-end path;
sending a ping request to a hop on the path;
receiving a ping response;
Processing the ping response to generate a QoS estimate. 前記ホップが、ＩＥＥＥ８０２．１１無線ＬＡＮ上のホップを有することを特徴とする請求項５７に記載の方法。   The method of claim 57, wherein the hop comprises a hop on an IEEE 802.11 wireless LAN. システムに、
エンド・ツー・エンドの経路上のルータの容量を特定するために当該エンド・ツー・エンドを測定させ、
前記経路上のホップにｐｉｎｇ要求を送信させ、
ｐｉｎｇ応答を受信させ、
ＱｏＳ推定値を生成するために前記ｐｉｎｇ応答を処理させる
命令を記憶する１以上の記録可能な媒体を有する製品。 To the system
Measuring the end-to-end to determine the capacity of the router on the end-to-end path,
Causing a hop on the route to send a ping request,
ping response received,
An article of manufacture having one or more recordable media that stores instructions that cause the ping response to be processed to generate a QoS estimate. ネットワークの有線部分に対する平均パケット損失の値を測定するステップと、
エンド・ツー・エンドのネットワーク経路における無線リンクに対するパケット損失の値を、前記ネットワークの有線部分に対する前記パケット損失の関数として算出するステップと、
前記パケット損失の値に基づいてＱｏＳ値を算出するステップと
を有する方法。 Measuring an average packet loss value for the wired portion of the network;
Calculating a value of packet loss for a wireless link in an end-to-end network path as a function of the packet loss for a wired portion of the network;
Calculating a QoS value based on the packet loss value. システムに、
ネットワークの有線部分に対する平均パケット損失の値を測定させ、
エンド・ツー・エンドのネットワーク経路の無線リンクに対するパケット損失の値を、前記ネットワークの有線部分に対する前記パケット損失の値の関数として算出させ、
前記パケット損失の値に基づいてＱｏＳ値を算出させる
命令を記憶する１以上の記録可能な媒体を有する製品。 To the system
Have the average packet loss value measured for the wired part of the network,
Calculating a packet loss value for a wireless link of an end-to-end network path as a function of the packet loss value for a wired portion of the network;
A product comprising one or more recordable media storing instructions for causing a QoS value to be calculated based on the packet loss value. エンド・ツー・エンドの経路上の第１のホップにおいてｐｉｎｇ要求パケットを生成するステップと、
前記ｐｉｎｇ要求パケットを前記エンド・ツー・エンドの経路上の第２のホップに送信するステップと、
前記第１のホップにおいて、前記ｐｉｎｇ要求パケットに応じて前記第２のホップからｐｉｎｇ応答を受信するステップと、
前記ｐｉｎｇ応答の関数としてＱｏＳ値を算出するステップと
を有するネットワークのエンド・ツー・エンドの経路に対するＱｏＳの推定方法。 Generating a ping request packet at a first hop on an end-to-end path;
Sending the ping request packet to a second hop on the end-to-end path;
Receiving, at the first hop, a ping response from the second hop in response to the ping request packet;
Calculating a QoS value as a function of the ping response. A method for estimating QoS for an end-to-end path in a network.

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