JP4536026B2 - ネットワーク品質測定方法、測定装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ネットワーク品質測定方法、測定装置及びプログラムに関する。

従来、ネットワークに接続されるユーザ端末と同等の位置に測定装置を配置し、その測定装置間で測定パケットを送受信することによって、ネットワーク品質をアクティブ測定する技術がある（例えば非特許文献１参照）。測定パケットを受信した測定装置は、その受信結果情報を、特定の測定サーバへ送信する。測定サーバは、測定装置間におけるパケットの受信結果情報を収集し、品質統計解析処理の結果から、そのネットワークの品質劣化区間を特定する。

従来技術によれば、測定サーバが測定装置から受信結果情報を収集するために、２つの方法がある。

第１の方法によれば、第１の測定装置から第２の測定装置へ複数の測定パケットを送信し、第２の測定装置がその受信結果情報を測定サーバへ送信する。第２の方法によれば、測定サーバから測定装置へ複数の測定パケットを送信し、測定端末がその受信結果情報を含む応答パケットを、測定サーバへ返信する。測定サーバは、ネットワーク全体に配置された測定装置から受信結果情報を収集し、品質統計解析処理によって、ネットワーク品質情報を導出する。

A Tachibana、S. Ano、T. Hasegawa、M. Tsuru、Y. Oe.g.,、「EmpiricalStudy on Locating Congested Segments over the Internet Based on MultipleEnd-to-End Path Measurements」、In Proc. E.G.,EE/IPSJ SAINT, 2005

従来技術によれば、全ての測定パケットにおける受信結果情報のトラヒックが、測定サーバに集中する。正確なネットワーク品質情報を導出するために、ネットワークには、多数の測定装置が配置される必要がある。その結果、ネットワークを流れるデータパケットと比較して、測定パケット及び受信結果情報の転送割合が多くなり、測定対象となるネットワーク品質自体にも影響を及ぼす場合がある。特に、測定サーバに、測定のためのトラヒックが集中するために、正確なネットワーク品質情報が得られない場合もある。尚、第２の方法によれば、測定可能となる区間が、測定サーバ−測定装置間に限られ、任意の測定装置−測定装置間における測定パケットの受信結果情報を測定することができない。

そこで、本発明は、ネットワークを流れるデータパケットに対して、測定のためのトラヒックが与える影響を最小限に抑えることができるネットワーク品質測定方法、測定装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明によれば、測定サーバと、ネットワークに分散配置された複数の測定装置とを有するシステムにおけるネットワーク品質測定方法であって、
第１の測定装置が、第２の測定装置へ、送信時刻を含む複数の測定パケットを送信する第１のステップと、
第２の測定装置が、測定パケットを受信し、該測定パケットの遅延時間を含む受信結果情報を取得する第２のステップと、
受信結果情報を記録部に記録する第３のステップと、
受信結果情報の遅延時間に基づくパーセンタイル値の品質統計指標情報を算出する第４ステップと、
品質統計指標情報を含む測定結果パケットを測定サーバへ送信する第５のステップと
を有し、
第４のステップについて、パーセンタイル値は、複数の遅延時間の小さい順に累積ｐ％における最大遅延時間を導出するものであって、予め設定された複数のパーセンタイル値について最大遅延時間を導出し、最小パーセンタイル値から当該パーセンタイル値までの差が、所定時間を越えないパーセンタイル値を導出し、導出されたパーセンタイル値の中で最大のパーセンタイル値について品質統計指標情報を算出することを特徴とする。

本発明のネットワーク品質測定方法における他の実施形態によれば、品質統計指標情報は、測定パケットの遅延時間についての平均、最大、標準偏差、平均偏差及び／又はジッタ平均であることも好ましい。

本発明によれば、受信した測定パケットの測定結果情報を含む測定結果パケットを測定サーバへ送信する測定装置であって、
送信時刻を含む複数の測定パケットを、他の測定装置へ送信する測定パケット送信手段と、
他の測定装置から測定パケットを受信し、該測定パケットの遅延時間を含む受信結果情報を取得する測定パケット受信手段と、
受信結果情報を記録する受信結果記録手段と、
受信結果情報の遅延時間に基づくパーセンタイル値の品質統計指標情報を算出する品質統計指標算出手段と、
品質統計指標情報を含む測定結果パケットを測定サーバへ送信する測定結果送信手段と、
パーセンタイル値は、複数の遅延時間の小さい順に累積ｐ％における最大遅延時間を導出するものであって、予め設定された複数のパーセンタイル値について最大遅延時間を導出し、最小パーセンタイル値から当該パーセンタイル値までの差が、所定時間を越えないパーセンタイル値を導出し、導出されたパーセンタイル値の中で最大のパーセンタイル値を品質統計指標算出手段へ通知するパーセンタイル値算出手段と
を有することを特徴とする。

本発明における測定装置によれば、品質統計指標情報は、測定パケットの遅延時間についての平均、最大、標準偏差、平均偏差及び／又はジッタ平均であることも好ましい。

本発明によれば、受信した測定パケットの測定結果情報を含む測定結果パケットを測定サーバへ送信する測定装置に搭載されたコンピュータを実行させるプログラムであって、
送信時刻を含む複数の測定パケットを、他の測定装置へ送信する測定パケット送信手段と、
他の測定装置から測定パケットを受信し、該測定パケットの遅延時間を含む受信結果情報を取得する測定パケット受信手段と、
受信結果情報を記録する受信結果記録手段と、
受信結果情報の遅延時間に基づくパーセンタイル値の品質統計指標情報を算出する品質統計指標算出手段と、
品質統計指標情報を含む測定結果パケットを測定サーバへ送信する測定結果送信手段と、
パーセンタイル値は、複数の遅延時間の小さい順に累積ｐ％における最大遅延時間を導出するものであって、予め設定された複数のパーセンタイル値について最大遅延時間を導出し、最小パーセンタイル値から当該パーセンタイル値までの差が、所定時間を越えないパーセンタイル値を導出し、導出されたパーセンタイル値の中で最大のパーセンタイル値を品質統計指標算出手段へ通知するパーセンタイル値算出手段と
してコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明のプログラムにおける他の実施形態によれば、
品質統計指標情報は、測定パケットの遅延時間についての平均、最大、標準偏差、平均偏差及び／又はジッタ平均であるようにコンピュータを機能させることも好ましい。

本発明のネットワーク品質測定方法、測定装置及びプログラムによれば、測定装置から測定サーバへ送信される受信結果情報を含む測定結果パケットの数を減らすことができるので、ネットワークを流れるデータパケットに対して、測定のためのトラヒックが与える影響を最小限に抑えることができる。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明におけるシステム構成図である。

少なくとも１つの基幹ネットワーク（例えばインターネット）３に、複数の地域ネットワーク（例えばアクセスネットワーク）４が接続されている。複数のアクセスネットワーク４は、インターネットを介して相互に接続している。図１によれば、インターネットには、１つの測定サーバ２が接続されており、アクセスネットワークには、４つの測定装置が相互に接続されている。

図１によれば、測定装置１は、測定指示受信部１０１と、測定パケット送信部１０２と、測定パケット受信部１０３と、タイマ１０４と、受信結果記録部１０５と、パーセンタイル値算出部１０６と、品質統計指標算出部１０７と、測定結果送信部１０８とを有する。これら機能部は、測定装置に搭載されたコンピュータによって実行されるプログラムによっても実現できる。測定装置は、ユーザが使用するパーソナルコンピュータであってもよく、本発明に基づくプログラムを実行させることによって実現することができる。

測定指示受信部１０１は、測定サーバ２から、測定対象となる相手方測定装置のアドレスを受信する。測定サーバ２は、ネットワークトポロジを予め把握しており、ネットワーク品質を測定するために必要となる測定装置−測定装置間を設定している。尚、測定装置−測定装置間だけでなく、測定装置−測定サーバ間であってもよい。測定指示受信部１０１は、相手方測定装置のアドレスを測定パケット送信部１０２へ通知する。

測定パケット送信部１０２は、送信時刻Ｔｓを含む複数の測定パケットを、他の測定装置へ送信する。他の測定装置の宛先アドレスは、測定指示受信部１０１から取得する。測定パケットは、測定用のテストパケットであってもよいし、通常のデータパケットであってもよい。例えば、ＲＴＰ(Realtime Transfer Protocol)によれば、ヘッダにタイムスタンプが含められている。

送信時刻Ｔｓは、１秒単位の情報３２ビットと、１秒未満の情報３２ビットとの合計６４ビットによって表される。従って、μ秒単位の時刻を表現することができる。

測定パケット受信部１０３は、他の測定装置から測定パケットを受信し、受信結果情報を取得する。受信結果情報としては、例えば以下の情報があり、単位時間当たりで測定される。これら受信結果情報は、ネットワークの品質測定のために指標となる集計値である。
（受信結果情報）
（１）送信パケット数（４バイト）：Ｎs
（２）受信パケット数（４バイト）：Ｎr
（３）有効パケット数（４バイト）：Ｎ
（４）損失パケット数（４バイト）：Ｎloss＝Ｎs−Ｎ
（５）順序逆転パケット数（４バイト）：Ｎro
（６）パケット損失率（８バイト）：Ｒloss＝Ｎs−Ｎ／Ｎs
（７）順序逆転率（８バイト）：Ｒreorder＝Ｎro／Ｎｓ

また、測定パケット受信部１０３は、受信した測定パケットから送信時刻Ｔｓを取得する。更に、測定パケット受信部１０３は、タイマ１０４から、その測定パケットの受信時刻Ｔｒを取得する。タイマ１０４は、他の測定装置のタイマと同期している。受信時刻Ｔｄも、送信時刻Ｔｓと同じ形式で表現される。

受信結果記録部１０５は、送信元アドレス及び宛先アドレスのペアに対応付けて受信結果情報を記録する。受信結果情報としては、前述した送信パケット数Ｎs、受信パケット数Ｎr、有効パケット数Ｎ、損失パケット数Ｎloss、順序逆転パケット数Ｎro、パケット損失率Ｒloss及び順序逆転率Ｒreorderに加えて、送信時刻Ｔｓ、受信時刻Ｔｒ及び遅延時間Ｄも含まれる。

パーセンタイル値算出部１０６は、予め設定された複数のパーセンタイル値ｐについて最大遅延時間を導出し、最小パーセンタイル値ｐから当該パーセンタイル値までの差が、所定時間を越えないパーセンタイル値ｐを導出する。パーセンタイル(percentile)とは、平均値の概念を拡張したものであって、分位点とも称される。データを小さいものから順に並べ、小さい方からｐ％の位置にある値を「ｐパーセンタイル」という。即ち、小さい方から９９％の位置にある値は、「９９％パーセンタイル」と称され、大きい方から１％の値を除く。従って、パーセンタイル値ｐは、複数の遅延時間の小さい順に累積ｐ％における最大遅延時間を導出するものである。パーセンタイル値算出部１０６は、導出されたパーセンタイル値ｐの中で最大のパーセンタイル値ｐを、品質統計指標算出部１０７へ通知する。

本発明によれば、遅延時間（受信時刻−送信時刻）Ｄ'nの小さい測定パケットから順に並べて、ｐパーセンタイルを算出する。代表的な値の例として、９９％パーセンタイル値がある。

品質統計指標算出部１０７は、受信結果情報の遅延時間に基づくパーセンタイル値ｐの品質統計指標情報を算出する。

品質統計指標算出部１０７は、測定パケットの遅延時間Ｄ及び有効パケット数Ｎを用いて、以下の品質統計指標情報を算出することができる。

ＭＡＸ（）は遅延時間の最大値を意味し、ＭＩＮ（）は遅延時間の最小値を意味し、ＳＱＲＴ（）は平方根を意味する。

本発明によれば、品質統計指標算出部１０７は、遅延時間Ｄnのｐパーセンタイルについて、以下の品質統計指標情報を算出することができる。

測定結果送信部１０８は、品質統計指標情報を含む測定結果パケットを測定サーバ２へ送信する。測定結果パケットには、前述した（１）〜（１８）の受信結果情報及び品質統計指標情報（合計１２４バイト）を含む。

測定装置１は、他の測定装置から受信した測定パケットについての測定結果を一定時間（例えば１分間）毎に統計処理する。一方、測定サーバ２は、ネットワーク全体に配置された測定装置１から、一定時間（例えば１分間）毎に、受信結果情報及び品質統計指標情報を含む測定結果パケットを受信する。測定サーバは，各測定端末間の測定結果を組み合わせて、ネットワーク全体の品質統計解析処理をすることができる。

本発明によれば、測定サーバ２へ集中する多量の測定結果パケットのトラヒックの発生を抑えることができる。また、測定サーバ２は、品質統計指標情報を算出する必要がなく、サーバの処理負荷が軽減される。

例えば単位時間を１分間とする。１分間に受信した測定パケットについて、遅延時間Ｄを算出する。例えば５０パケット／秒で測定パケットを送受信した場合、全データ量は、以下のようになる。
８バイト×５０パケット×６０秒＝２４０００バイト／分

一方で、１分間毎に１組の品質統計指標情報を算出する。本発明における測定結果パケットのデータ量は、１２４バイト／分となる。そうすると、本発明によれば、従来技術による２４０００バイト／分に対して、０．５％（≒１２４／２４０００）に削減する。

図２は、パーセンタイル値を決定するためのグラフである。

例えば、測定装置は、予め設定されたパーセンタイル値９０％、９５％、９８％、９９％、１００％について最大遅延時間を導出する。図２によれば、測定回線１〜５について、パーセンタイル値毎の最大遅延時間が表されている。通常、１００％最大値が最も大きく、９９％->９８％->９５％->９０％の順に、その差が収束していく。ここで、１００％では偶発的な長い遅延時間も含まれるために、平均値を計算すると、実態にそぐわない値となる場合がある。

ここで、測定者が必要とする測定精度として、所定時間０．５ミリ秒を設定する。そして、９０％最大値に対して所定時間０．５ミリ秒を越えないパーセンタイル値の中で、最大のパーセンタイル値を導出する。

図２によれば、回線１及び２は、１００％最大値であっても、９０％最大値に対して０．５ミリ秒を超えないので、そのままパーセンタイル値１００％で品質統計指標情報を算出する。回線３及び５は、１００％最大値が、９０％最大値よりも０．５ミリ秒を越えるので、９９％最大値を、所定時間を超えない最大値とみなし、パーセンタイル値９９％で品質統計指標情報を算出する。回線４は、９９％最大値であっても、９０％最大値よりも０．５ミリ秒を越えるので、９８％最大値を、所定時間を超えない最大値とみなし、パーセンタイル値９８％で品質統計指標情報を算出する。

以上、詳細に説明したように、本発明のネットワーク品質測定方法、測定装置及びプログラムによれば、ネットワークを流れるデータパケットに対して、測定のためのトラヒックが与える影響を最小限に抑えることができる。

前述した本発明における種々の実施形態によれば、当業者は、本発明の技術思想及び見地の範囲における種々の変更、修正及び省略を容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

本発明におけるシステム構成図である。 パーセンタイル値を決定するためのグラフである。

符号の説明

１ 測定装置
１０１ 測定指示受信部
１０２ 測定パケット送信部
１０３ 測定パケット受信部
１０４ タイマ
１０５ 受信結果記録部
１０６ パーセンタイル値算出部
１０７ 品質統計指標算出部
１０８ 測定結果送信部

Claims (6)

1. 測定サーバと、ネットワークに分散配置された複数の測定装置とを有するシステムにおけるネットワーク品質測定方法であって、
   第１の測定装置が、第２の測定装置へ、送信時刻を含む複数の測定パケットを送信する第１のステップと、
   第２の測定装置が、前記測定パケットを受信し、該測定パケットの遅延時間を含む受信結果情報を取得する第２のステップと、
   前記受信結果情報を記録部に記録する第３のステップと、
   前記受信結果情報の遅延時間に基づくパーセンタイル値の品質統計指標情報を算出する第４ステップと、
   前記品質統計指標情報を含む測定結果パケットを前記測定サーバへ送信する第５のステップとを有し、
   第４のステップについて、前記パーセンタイル値は、複数の遅延時間の小さい順に累積ｐ％における最大遅延時間を導出するものであって、予め設定された複数のパーセンタイル値について最大遅延時間を導出し、最小パーセンタイル値から当該パーセンタイル値までの差が、所定時間を越えないパーセンタイル値を導出し、導出された前記パーセンタイル値の中で最大のパーセンタイル値について前記品質統計指標情報を算出する
   ことを特徴とするネットワーク品質測定方法。
2. 前記品質統計指標情報は、前記測定パケットの遅延時間についての平均、最大、標準偏差、平均偏差及び／又はジッタ平均であることを特徴とする請求項１に記載のネットワーク品質測定方法。
3. 受信した測定パケットの測定結果情報を含む測定結果パケットを測定サーバへ送信する測定装置であって、
   送信時刻を含む複数の測定パケットを、他の測定装置へ送信する測定パケット送信手段と、
   他の測定装置から前記測定パケットを受信し、該測定パケットの遅延時間を含む受信結果情報を取得する測定パケット受信手段と、
   前記受信結果情報を記録する受信結果記録手段と、
   前記受信結果情報の遅延時間に基づくパーセンタイル値の品質統計指標情報を算出する品質統計指標算出手段と、
   前記品質統計指標情報を含む測定結果パケットを前記測定サーバへ送信する測定結果送信手段と、
   前記パーセンタイル値は、複数の遅延時間の小さい順に累積ｐ％における最大遅延時間を導出するものであって、予め設定された複数のパーセンタイル値について最大遅延時間を導出し、最小パーセンタイル値から当該パーセンタイル値までの差が、所定時間を越えないパーセンタイル値を導出し、導出された前記パーセンタイル値の中で最大のパーセンタイル値を前記品質統計指標算出手段へ通知するパーセンタイル値算出手段と
   を有することを特徴とする測定装置。
4. 前記品質統計指標情報は、前記測定パケットの遅延時間についての平均、最大、標準偏差、平均偏差及び／又はジッタ平均であることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 受信した測定パケットの測定結果情報を含む測定結果パケットを測定サーバへ送信する測定装置に搭載されたコンピュータを実行させるプログラムであって、
   送信時刻を含む複数の測定パケットを、他の測定装置へ送信する測定パケット送信手段と、
   他の測定装置から前記測定パケットを受信し、該測定パケットの遅延時間を含む受信結果情報を取得する測定パケット受信手段と、
   前記受信結果情報を記録する受信結果記録手段と、
   前記受信結果情報の遅延時間に基づくパーセンタイル値の品質統計指標情報を算出する品質統計指標算出手段と、
   前記品質統計指標情報を含む測定結果パケットを前記測定サーバへ送信する測定結果送信手段と、
   前記パーセンタイル値は、複数の遅延時間の小さい順に累積ｐ％における最大遅延時間を導出するものであって、予め設定された複数のパーセンタイル値について最大遅延時間を導出し、最小パーセンタイル値から当該パーセンタイル値までの差が、所定時間を越えないパーセンタイル値を導出し、導出された前記パーセンタイル値の中で最大のパーセンタイル値を前記品質統計指標算出手段へ通知するパーセンタイル値算出手段と
   してコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
6. 前記品質統計指標情報は、前記測定パケットの遅延時間についての平均、最大、標準偏差、平均偏差及び／又はジッタ平均であるようにコンピュータを機能させることを特徴とする請求項５に記載のプログラム。

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