JP5824347B2

JP5824347B2 - Time synchronization apparatus and method

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Publication number: JP5824347B2
Application number: JP2011267283A
Authority: JP
Inventors: 泰理本多; 林　孝典; 孝典林; 増田　征貴; 征貴増田; 富永　聡子; 聡子富永; 史弥小林; 憲子吉村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-12-06
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: JP2013121014A

Description

本発明は、時刻同期装置及び方法に係り、特に、複数のネットワーク装置において、IPパケットのキャプションログに基づき、到着間隔やジッタの増減を精緻に判断する際に要する時刻同期を行うための時刻同期装置及び方法に関する。 The present invention relates to a time synchronization device and method, in particular, in a plurality of network devices, based on the caption log IP packets, time for performing the time required when precisely determine the increase or decrease of the arrival interval and jitter Synchronization Synchronization The present invention relates to an apparatus and method.

RTP(Real Time Transfer Protocol) を利用して、ネットワーク上でリアルタイムに音声や映像を伝達するサービスが普及している。これらのサービスにおいてはネットワークもしくは宅内におけるパケットのロスが、FEC(Forward Error Correction)等による誤り回復機能の上限を超過した場合にサービス品質の劣化を招くが、ネットワーク遅延のゆらぎ(ジッタ)が過大になった場合においても、同様の品質劣化が発生することが知られている。遅延のゆらぎ発生箇所の切り分けのためには、当該サービスのパケットの経路上の各機器においてパケット到着間隔の計測を実施し、所定の閾値を超過する区間を特定することが必要である。これは現地で機器の上部側・下部側を流れるパケットを継続的にキャプチャすることにより可能であるが、一方で現地への人員派遣は通信事業者としてコスト面でも運用課題が存在する。 A service that uses RTP (Real Time Transfer Protocol) to transmit audio and video in real time on a network has become widespread. In these services, if the packet loss in the network or in the home exceeds the upper limit of the error recovery function by FEC (Forward Error Correction) etc., the service quality will be degraded, but the network delay fluctuation (jitter) is excessive. Even in such a case, it is known that similar quality degradation occurs. In order to isolate the location where the delay fluctuation occurs, it is necessary to measure the packet arrival interval in each device on the packet path of the service, and to specify a section exceeding a predetermined threshold. This is possible by continuously capturing packets that flow on the upper and lower sides of the equipment locally, but on the other hand, dispatching personnel to the local area also involves operational issues in terms of cost as a telecommunications carrier.

そこで、各ネットワーク機器においてパケットキャプチャを行い、到着間隔を継続的に計測することが求められるが、そのためには機器間の時刻同期が求められる。 Therefore, it is required to perform packet capture in each network device and continuously measure the arrival interval. To that end, time synchronization between devices is required.

接続された複数装置間の時刻同期を行う従来技術として、NTP(Network Time Protocol)が知られている（例えば、非特許文献1参照）。NTPは、IPネットワークを通信手段とし、時刻の基準を提供するサーバとサーバに時刻を一致させるクライアントの間で機能するプロトコルである。NTPでは、サーバとクライアント間のパケットの往復遅延2dと、サーバの示す時刻とクライアントのローカルな時刻との差Δｔとを用いて、時刻同期が実行される。 NTP (Network Time Protocol) is known as a conventional technique for performing time synchronization between a plurality of connected devices (for example, see Non-Patent Document 1). NTP is a protocol that functions between a server that uses an IP network as a communication means and that provides a time reference and a client that matches the time with the server. In NTP, time synchronization is performed using a round-trip delay 2d of a packet between a server and a client, and a difference Δt between the time indicated by the server and the local time of the client.

また、NTPとは別に近年、家庭内AV用LANなどで高精度の時刻同期を行うための技術の標準化が進められている。例えば、パケットネットワークにおいて、マイクロ秒未満の精度で時刻同期を行なうための技術としてIEEE1588がある。IEEE1588では、マスタ／スレーブノード間でのメッセージ交換によりタイムスタンプ情報が交換される。スレーブノードは、マスタ及びスレーブノードにおけるメッセージ送受信時刻から、マスタノードに対するスレーブノードの時刻のずれ（Offset）を計算する。そして、スレーブノードは、このOffsetに基づいてスレーブノードの時刻を補正し、スレーブノードの時刻をマスタノードに同期させる。 In addition to NTP, in recent years, standardization of technology for performing high-precision time synchronization in home AV LANs and the like has been promoted. For example, there is IEEE 1588 as a technique for performing time synchronization with accuracy of less than microseconds in a packet network. In IEEE1588, time stamp information is exchanged by exchanging messages between master / slave nodes. The slave node calculates a time lag (Offset) of the slave node with respect to the master node from the message transmission / reception times at the master and the slave node. Then, the slave node corrects the time of the slave node based on this Offset, and synchronizes the time of the slave node with the master node.

IEEE1588では、Offsetを求めるために、マスタノードからスレーブノードへの伝送遅延(MS_Delay)と、スレーブノードからマスタノードへの伝送遅延(SM_Delay)は等しいと仮定する。しかしながら、パケットネットワークではルータ、スイッチ等の中継ノードにおけるキューイング遅延等により、MS_DelayとSM_Delayとは異なる値となる可能性が高い。そのため、MS_DelayとSM_Delayとが等しいという仮定により、Offsetに誤差が生じてしまい、時刻同期精度が劣化する。 In IEEE1588, in order to obtain Offset, it is assumed that the transmission delay (MS_Delay) from the master node to the slave node is equal to the transmission delay (SM_Delay) from the slave node to the master node. However, in packet networks, MS_Delay and SM_Delay are likely to be different values due to queuing delays in relay nodes such as routers and switches. Therefore, assuming that MS_Delay and SM_Delay are equal, an error occurs in Offset, and the time synchronization accuracy deteriorates.

このような問題を解決するために、IEEE1588 version 2において、Transparent Clock(以下TC)機能が規定されている。なお、以降の説明では、このTC機能を利用したIEEE1588をIEEE1588v2 w/TCと記す。 In order to solve such a problem, IEEE 1588 version 2 defines a Transparent Clock (hereinafter referred to as TC) function. In the following description, IEEE 1588 using the TC function is referred to as IEEE 1588v2 w / TC.

しかしながら、IEEE1588v2 w/TCでは、経路上のノードがTC機能を有する必要がある。一方、既存ノードはTC機能を持たないものが大部分を占めるため、IEEE1588v2 w/TCを実現するためには、ノードの置き換えや機能追加が必要となる。したがって、IEEE1588v2 w/TCの実現は、コストや手間などの観点から困難であるという問題がある。 However, in IEEE1588v2 w / TC, a node on the path needs to have a TC function. On the other hand, most existing nodes do not have a TC function. Therefore, in order to realize IEEE 1588v2 w / TC, it is necessary to replace a node or add a function. Therefore, there is a problem that it is difficult to realize IEEE1588v2 w / TC from the viewpoint of cost and labor.

その他、RTCP(RTP Control Protocol)においては、SR(Sender Report)中に送信機器1が送出時刻を格納し、受信機器2が前記SRパケットの受信時刻および対応するRR(Receiver Report)中に、当該RRパケットの送出時刻を格納して送出する手段が規定されている。また前記受信機器2は、RRと同時にSRパケットを送出することも可能である。この場合には、前記送信機器1が前記SRパケットを受信後、同様のデータを格納して対応するRRパケットを送出する。これら既存技術を背景に、往復遅延時間をキューイング遅延とその他の遅延に分け、クロックスキューの推定手法が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。 In addition, in RTCP (RTP Control Protocol), the transmission device 1 stores the transmission time in the SR (Sender Report), and the reception device 2 receives the SR packet reception time and the corresponding RR (Receiver Report) A means for storing and transmitting the transmission time of the RR packet is defined. The receiving device 2 can also transmit an SR packet simultaneously with RR. In this case, after the transmitting device 1 receives the SR packet, it stores similar data and sends out the corresponding RR packet. Against the background of these existing technologies, a clock skew estimation method has been proposed in which the round-trip delay time is divided into a queuing delay and other delays (see, for example, Non-Patent Document 2).

また、マスター端末がスレーブ端末に対して送信するリクエスト中に周波数制御情報も含め、スレーブ側でクロック補正を行う手法が提案されている（例えば、特許文献1参照）。 In addition, a method has been proposed in which clock correction is performed on the slave side including frequency control information in a request transmitted from the master terminal to the slave terminal (see, for example, Patent Document 1).

特開2011-176768号公報JP 2011-176768

Network Time Protocol(Version 3)Specification, Implementation and Analysis，David L. Mills, IETF RFC-1305.Network Time Protocol (Version 3) Specification, Implementation and Analysis, David L. Mills, IETF RFC-1305. 町澤朗彦他：「毎正秒パケット到着間隔(PAI)に基づいた時刻同期方式」,電子情報通信学会論文誌 J89-B(2006), 1855-1866.Akihiko Machizawa et al .: “Time synchronization method based on packet arrival interval (PAI) every second”, IEICE Transactions J89-B (2006), 1855-1866.

しかしながら、特許文献１の技術は、複数のNW機器間の時刻同期を行うためには、往復遅延に課される条件の明確化と、その確認手段が必要であるが、これにつき明確化している文献は少ない。 However, the technique of Patent Document 1 requires clarification of conditions imposed on the round-trip delay and confirmation means in order to perform time synchronization between a plurality of NW devices. There is little literature.

例えば非特許文献２の技術では、キューイング遅延、その他の遅延ともに平均値が時間変動しないことを暗に前提としているが、その旨明記されていないのみならず、その確認手法については言及されていない。更に、往復遅延の分布の時間変動については勘案されていない。また前記RTCPの方法によれば、各機器のクロックスキューにより発生する誤差を解消することができない。これは、SRおよびRR中のタイムスタンプは、各機器のクロックにより記録されたものであることによる。 For example, the technique of Non-Patent Document 2 implicitly assumes that the average value of the queuing delay and other delays does not fluctuate over time. However, this is not clearly stated, and the confirmation method is mentioned. Absent. Furthermore, the time variation of the round-trip delay distribution is not taken into consideration. Further, according to the RTCP method, an error caused by clock skew of each device cannot be eliminated. This is because the time stamp in SR and RR is recorded by the clock of each device.

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、往復遅延が所定条件を満たす確率過程に従うと判断できる場合において、機器間のクロックスキューを推定することが可能な時刻同期装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a time synchronization apparatus and method capable of estimating a clock skew between devices when it can be determined that a round trip delay follows a probability process that satisfies a predetermined condition. For the purpose.

上記の課題を解決するため、本発明は、２台のネットワーク装置間でIPパケットの送受信により時刻同期を行う時刻同期装置であって、
対向装置に時刻情報要求であるSRパケットを送出するSRパケット送出手段と、
対向装置からのSRパケット受信を契機として対応するRRパケットを該対向装置に送出するRRパケット送出手段と、
前記RRパケットに、前記SRパケットの受信時刻から当該RRパケットの送出までの経過時間情報を記録するタイムスタンプ押下手段と、
前記RRパケット受信時に当該RRパケットに含まれる前記経過時間情報と、前記SRパケットの送出時刻と、前記RRパケットの受信時刻とに基づき往復遅延を推定し、往復遅延時間推定値の時系列をログとして記憶手段に格納する往復遅延推定手段と、
前記記憶手段に格納されている往復遅延推定値の時系列に基づき両装置間のクロックスキューを推定するクロックスキュー推定手段と、を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is a time synchronization apparatus that performs time synchronization by transmitting and receiving IP packets between two network apparatuses,
SR packet sending means for sending an SR packet that is a time information request to the opposite device;
RR packet sending means for sending a corresponding RR packet to the opposite device triggered by reception of the SR packet from the opposite device;
In the RR packet, time stamp pressing means for recording elapsed time information from the reception time of the SR packet to transmission of the RR packet ;
When the RR packet is received, a round trip delay is estimated based on the elapsed time information included in the RR packet, a transmission time of the SR packet, and a reception time of the RR packet, and a time series of round trip delay time estimated values is logged And a round-trip delay estimation means for storing in the storage means as
Clock skew estimation means for estimating a clock skew between both devices based on a time series of round-trip delay estimation values stored in the storage means.

本発明によれば、ネットワーク(以下NW)機器間のクロックスキュー推定により、パケットの到着間隔の増減を精緻に判断することができる。また本発明技術に併せてクロックスキューの補正機能が実装された場合、クロックスキューに起因して発生する各種の問題、例えば見かけ上の遅延増大によるパケットロス等が解消される。GPS等を用いることなく、パケットのデータからクロックスキューを推定し精緻なパケット到着間隔増減の判断が可能となる。 According to the present invention, increase / decrease in the arrival interval of packets can be accurately determined by estimating clock skew between network (hereinafter, NW) devices. When a clock skew correction function is implemented in conjunction with the technique of the present invention, various problems caused by the clock skew, such as packet loss due to an increase in apparent delay, are eliminated. Without using GPS or the like, it is possible to estimate the clock skew from the packet data and to determine the precise packet arrival interval increase / decrease.

これにより、本発明を、ネットワーク事業者とコンテンツプロバイダがIPTVサービス等の品質情報の測定を行う際に適用することで、IPパケットのキャプチャログに基づく到着間隔や、ジッタの増減の判断を精緻に行うことが可能となり、高精度な時刻同期を行うことができる。 As a result, the present invention is applied when network operators and content providers measure quality information for IPTV services, etc., so that arrival intervals based on IP packet capture logs and jitter increase / decrease are determined precisely. This makes it possible to perform time synchronization with high accuracy.

本発明の一実施の形態におけるシステム構成図である。1 is a system configuration diagram according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態における制御パケット送受信フローである。It is a control packet transmission / reception flow in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態における往復遅延時間測定フローである。It is a roundtrip delay time measurement flow in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施例の往復遅延時間推移である。It is a round trip delay time transition of one Example of this invention. 本発明の一実施例の往復遅延分布の推移である。It is transition of the round trip delay distribution of one Example of this invention. 本発明の一実施例の回帰直線と推定値である。It is the regression line and estimated value of one Example of this invention. 本発明を適用するシステム構成例である。1 is a system configuration example to which the present invention is applied.

以下図面と共に、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

上記課題を解決するために、本発明では各ネットワーク機器の間で専用のプロトコルを動作し、当該パケットに記載されたデータに基づきクロックスキューを推定する。以下、短時間内の機器間のクロックスキューは線形関係で与えられることを前提とする(例えば、文献１：北口善明他：「PCにおける時刻精度の精密計測とその評価」,電子情報通信学技報,NS2003-160(2003)参照)。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, a dedicated protocol is operated between network devices, and a clock skew is estimated based on data described in the packet. In the following, it is assumed that the clock skew between devices within a short time is given by a linear relationship (for example, Literature 1: Yoshiaki Kitaguchi et al .: “Precise measurement and evaluation of time accuracy in PC”, Electronic Information Communication Science (See NS 2003-160 (2003)).

本発明の実施形態を概説する。 Embodiments of the present invention will be outlined.

図１は、本発明の一実施の形態におけるシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram according to an embodiment of the present invention.

同図に示すシステムは、２つのネットワーク(NW)機器により構成される。各NW機器１，２は、SRパケット送出部１１、タイムスタンプ押下部１２、RRパケット送信部１３、往復遅延時間測定部１４、およびクロックスキュー推定部１５とから構成される。また、往復遅延測定部１４、クロックスキュー推定部１５には、往復遅延測定結果ログ記憶部３２が接続されている。往復遅延測定結果ログ記憶部３２は、メモリやハードディスク等の記憶媒体である。 The system shown in the figure is composed of two network (NW) devices. Each NW device 1 and 2 includes an SR packet transmission unit 11, a time stamp pressing unit 12, an RR packet transmission unit 13, a round-trip delay time measurement unit 14, and a clock skew estimation unit 15. The round trip delay measurement result log storage unit 32 is connected to the round trip delay measurement unit 14 and the clock skew estimation unit 15. The round trip delay measurement result log storage unit 32 is a storage medium such as a memory or a hard disk.

以下、図２のフローに従いNW機器1,2の間における本技術の動作概要を示す。 Hereinafter, the operation outline of the present technology between the NW devices 1 and 2 will be described according to the flow of FIG.

まずNW機器１は、SRパケットを対向するNW機器２から取得すると、タイムスタンプ押下部１２において、SRパケットに当該パケット送出時刻t0を記録し、SRパケット送出部１１よりNW機器２に送出する（ステップ１）。NW機器２は、前記SRパケット受信後、RRパケット送出部１３において任意の時間t1経過後にNW機器１に対して対応するRRパケットを送出する（ステップ２）。このとき、NW機器２のタイムスタンプ押下部１２において、RRパケットに、前記t0の値と、前記SRパケット受信時刻から当該RRパケット送出までの経過時間t1もしくはそれに該当する情報を記載する。ここでt1はNW機器２のクロックによる計測値であることに注意する。またこの時、SRパケット送出部１１から同時にNW機器１宛にSRパケットを送出することも可能である。 First, when the NW device 1 acquires the SR packet from the opposing NW device 2, the time stamp pressing unit 12 records the packet transmission time t0 in the SR packet, and transmits the SR packet transmission unit 11 to the NW device 2 ( Step 1). After receiving the SR packet, the NW device 2 sends a corresponding RR packet to the NW device 1 after an arbitrary time t1 elapses in the RR packet sending unit 13 (step 2). At this time, in the time stamp pressing unit 12 of the NW device 2, the value of t0 and the elapsed time t1 from the SR packet reception time to the transmission of the RR packet or information corresponding thereto are described in the RR packet. Note that t1 is a value measured by the clock of the NW device 2. At this time, it is also possible to simultaneously send an SR packet to the network device 1 from the SR packet sending unit 11.

NW機器１の往復遅延測定部１４は、前記RRパケット受信後、当該RRパケット受信時刻t2、前記SRパケット送出時刻t0、およびNW機器２における経過時間t1とから、NW機器１のクロックによる往復遅延推定値を
（t2−t1／χ−t0）
により算出する。ただし、χはクロックスキューを示す正の定数であり、NW機器1における1秒と、NW機器2におけるχ秒が等しいとする。上記手順を複数反復し、都度、往復遅延推定値を算出する。各算出結果は、往復遅延測定結果ログ記憶部３２に格納・蓄積する（ステップ３）。 After receiving the RR packet, the round trip delay measurement unit 14 of the NW device 1 uses the clock of the NW device 1 based on the RR packet reception time t2, the SR packet transmission time t0, and the elapsed time t1 in the NW device 2. Estimated value (t2−t1 / χ−t0)
Calculated by However, χ is a positive constant indicating the clock skew, and it is assumed that 1 second in the NW device 1 and χ seconds in the NW device 2 are equal. The above procedure is repeated a plurality of times, and a round trip delay estimated value is calculated each time. Each calculation result is stored and accumulated in the round-trip delay measurement result log storage unit 32 (step 3).

NW機器２において前記RRパケットと同時にSRパケットを送出する場合には、当該NW機器２のRRパケット送出部１３、SRパケット送出部１１それぞれにおいて、同様の処理を実施する。この場合、NW機器２のクロックによる往復遅延推定値は、NW機器２における前記RRパケット受信後、当該RRパケット受信時刻t5、前記SRパケット送出時刻t3、およびNW機器１における経過時間t4とから、次の式により算出する。 When the NW device 2 sends an SR packet simultaneously with the RR packet, the same processing is performed in each of the RR packet sending unit 13 and the SR packet sending unit 11 of the NW device 2. In this case, the estimated round-trip delay value based on the clock of the NW device 2 is obtained from the RR packet reception time t5, the SR packet transmission time t3, and the elapsed time t4 in the NW device 1 after receiving the RR packet in the NW device 2. Calculate with the following formula.

(t5−χt4−t3)
なお、NW機器１における1秒はNW機器２のクロックにおけるχ（＞0）秒に等しいとし、以下同様とする。 (t5−χt4−t3)
Note that 1 second in the NW device 1 is equal to χ (> 0) seconds in the clock of the NW device 2, and so on.

＜往復遅延時間に対する検定＞
クロックスキュー推定に先立ち、往復遅延時間の推移に対して、前記クロックスキュー推定部１５において、下記仮説に対する仮説検定を実施する。このために、図３に示すように、NW機器１の往復遅延推定部１４は任意の間隔で多数のpingを同時にNW機器２に送出し、それぞれの往復遅延時間の概算を計測する。また本技術では各時刻における往復遅延時間の確率密度関数を特定のものに限定しないため、例えばWilcoxonの符号順位検定等により実施することが望ましい。 <Test for round-trip delay time>
Prior to the clock skew estimation, the clock skew estimation unit 15 performs a hypothesis test on the following hypothesis with respect to the transition of the round-trip delay time. For this purpose, as shown in FIG. 3, the round trip delay estimation unit 14 of the NW device 1 simultaneously sends a large number of pings at arbitrary intervals to the NW device 2 and measures the approximate round trip delay time. In addition, in the present technology, the probability density function of the round-trip delay time at each time is not limited to a specific one. Therefore, it is desirable to carry out by, for example, Wilcoxon sign rank test.

仮説検定を、帰無仮説A「往復遅延時間の平均値が時間変動していない(計測開始から測定時刻までの計測結果の平均値に有意な差が無い)」とするとき、仮説A棄却時には、本技術を適用することができない。なお、上記仮定に該当する確率過程としては、各時刻における期待値が時刻に依存しない任意の確率過程、例えばブラウン運動、ブラウン橋などが該当する。 When hypothesis test is null hypothesis A `` average value of round-trip delay time has not fluctuated (no significant difference in average value of measurement results from measurement start to measurement time) '', when hypothesis A is rejected This technology cannot be applied. Note that the stochastic process corresponding to the above assumption is an arbitrary stochastic process in which the expected value at each time does not depend on the time, for example, Brownian motion, Brownian bridge, and the like.

仮説Aが棄却されない場合、前記ping結果に基づき往復遅延の分散の時間変動を確認し、下記の仮説Bについて仮説検定を実施する：
帰無仮説B 「計測開始から測定時刻までの往復遅延の分散が時間経過に伴い増加/減少しない」
次に、クロックスキュー推定部１５について説明する。 If hypothesis A is not rejected, check the time variation of round trip delay variance based on the ping result, and perform hypothesis testing for hypothesis B below:
Null hypothesis B `` Dispersion of round trip delay from measurement start to measurement time does not increase / decrease over time ''
Next, the clock skew estimation unit 15 will be described.

以下では、前記仮説Aが棄却されない場合の処理を述べる。この場合には、NW機器１の往復遅延時間ログの各時刻における期待値は、往復遅延時間の平均値μを用いて
μ＋si／χ（i=1,2,…） (1)
と表される。ここでiは測定試行の番号、siはNW機器２におけるSR受信からRR送出までの経過時間(図２におけるt1)を表す。これより、各試行におけるsiの値を横軸、NW機器１の往復遅延時間ログの値を縦軸に取り線形回帰を適用すれば、その傾きの逆数および y切片は、それぞれχ、μの推定値となる。 In the following, processing when the hypothesis A is not rejected will be described. In this case, the expected value at each time of the round trip delay time log of the NW device 1 uses the average value μ of the round trip delay time.
μ + si / χ (i = 1,2, ...) (1)
It is expressed. Here, i represents the number of measurement trials, and si represents the elapsed time from SR reception to RR transmission in the NW device 2 (t1 in FIG. 2). From this, if linear regression is applied by taking the value of si in each trial as the horizontal axis and the value of the round trip delay time log of NW device 1 as the vertical axis, the reciprocal of the slope and y-intercept are estimated χ and μ, respectively. Value.

本発明によれば、また、NW機器２で同様の処理を行う場合、当該機器で計測される往復遅延の平均値は、
μ＋χui (i=1,2,…) (2)
と表わされる。ここでuiはNW機器１におけるSR受信からRR送出までの経過時間である。 According to the present invention, when the same processing is performed by the NW device 2, the average value of the round-trip delay measured by the device is
μ + χui (i = 1,2,…) (2)
It is expressed as Here, ui is an elapsed time from SR reception to RR transmission in the NW device 1.

そこで、(1),(2)の両プロットに対する回帰分析を行い、χの推定値を算出することもできる。 Thus, regression analysis can be performed on both plots (1) and (2) to calculate an estimated value of χ.

なお前記仮説Bが棄却されない場合には、往復遅延の分散に時間変動が無いものとみなし、通常の線形回帰を適用できる。一方仮説Bが（増加/減少それぞれについて）棄却された場合には、往復遅延の分散の増減に伴い、SRパケット受信からRRパケット送出までの経過時間を調整したり、プロットに時間の重み付けを課した回帰を行うこともできる。例えば、SRパケット受信からRRパケット送出までの経過時間を時間経過に伴い短縮する方法や、回帰係数推定時の最小二乗法適用時に、時間経過に応じた重み付けを行う等の方法が挙げられる。またクロックスキューについて、si，tiが大きい場合には線形性が失われるため、これら値の大小について重み付けを課す、もしくは予め所定の値以下に設定しておくこともできる。 If the hypothesis B is not rejected, it is considered that there is no time variation in the round-trip delay variance, and normal linear regression can be applied. On the other hand, if hypothesis B is rejected (for each increase / decrease), the elapsed time from SR packet reception to RR packet transmission is adjusted or time weighting is imposed on the plot as the round-trip delay variance increases or decreases. It is also possible to perform regression. For example, there are a method of shortening the elapsed time from SR packet reception to RR packet transmission with the passage of time, and a method of performing weighting according to the passage of time when applying the least square method when estimating the regression coefficient. In addition, since the linearity is lost when si and ti are large with respect to the clock skew, the magnitude of these values can be weighted or set to a predetermined value or less in advance.

以下に、本発明を具体的に説明する。 The present invention will be specifically described below.

本実施例では、往復遅延時間は以下のWiener過程に従うものとする： In this example, the round trip delay time follows the following Wiener process:

但しN(μ,σ)は平均μ、標準偏差σの正規分布を表す。図4は以下で使用する往復遅延の標本経路を図示したものである。NW機器１のクロックスキュー推定部１５は、計測開始後それぞれ3，5，7秒においてNW機器２に対してping リクエスト100回を同時に送出する。各回までの応答時間の度数分布を図５に示す。またこの結果に対して、仮説Aに対する仮説検定を実施する。具体的には、Kruskal-Wallis検定を適用し下記手順により、各試行の差に対する仮説Aの検定を実施する。

N (μ, σ) represents a normal distribution with an average μ and a standard deviation σ. FIG. 4 illustrates a sample path of round-trip delay used in the following. The clock skew estimator 15 of the NW device 1 simultaneously sends 100 ping requests to the NW device 2 at 3, 5, and 7 seconds after the start of measurement. FIG. 5 shows the frequency distribution of response times up to each time. Further, a hypothesis test for hypothesis A is performed on this result. Specifically, the Kruskal-Wallis test is applied and the hypothesis A test is performed on the difference between trials by the following procedure.

この場合、3回の試行で得られた遅延を昇順に並べ、順位の各試行毎の和（R_j: j=1,2,3）を求める。これに基づき、統計量Hを下式により算出する： In this case, the delays obtained by the three trials are arranged in ascending order, and the sum (R _j : j = 1, 2, 3) of each rank is obtained. Based on this, the statistic H is calculated by the following formula:

上記Hの値に基づき、Kruskal-Wallis検定表により、仮説検定における結論（棄却の有無）の誤り率（の理論値）であるp値を算出する。

Based on the value of H, a p-value which is an error rate (theoretical value) of a conclusion (presence / absence of rejection) in a hypothesis test is calculated from a Kruskal-Wallis test table.

図５の例ではp値=0.55となり、仮説Aは棄却されない。従って平均の時間変動は認められないと判断する。 In the example of FIG. 5, the p value = 0.55, and Hypothesis A is not rejected. Therefore, it is judged that there is no average time fluctuation.

一方で、図５から分かるように、時間経過に伴い分散は増大している。次に、NW機器１からNW機器２に対してSRパケット送出を36回実施した。NW機器２における保持時間は、10.0秒から3.0秒まで0.2秒刻みで、時間に伴い減少する設定とした。 On the other hand, as can be seen from FIG. 5, the dispersion increases with time. Next, SR packet transmission from the NW device 1 to the NW device 2 was performed 36 times. The holding time in the NW device 2 is set to decrease with time in increments of 0.2 seconds from 10.0 seconds to 3.0 seconds.

この時、NW機器１の往復遅延測定ログ、およびこれに基づく線形回帰実施結果を図６に示す。これよりクロックスキュー推定値1.15および往復遅延平均値の推定値9.9msecが得られる。実際にはそれぞれ1.1，10.0であることから、高い精度で推定できていることが分かる。また時間の経過に伴い分散が大となることから、siの値を降順にしていることが効果的であると考えられる。 At this time, the round trip delay measurement log of the NW device 1 and the linear regression execution result based on this are shown in FIG. As a result, an estimated clock skew value of 1.15 and an estimated round-trip delay average value of 9.9 msec are obtained. Actually, the values are 1.1 and 10.0, respectively, so that it can be estimated with high accuracy. In addition, since dispersion increases with the passage of time, it is considered effective to set the si values in descending order.

上記のように、本発明では、パケットに記録するタイムスタンプ情報を利用し、クロックスキュー推定を行うことにより、各機器が蓄積する往復遅延時間測定ログに含まれるクロックスキューに起因する誤差を補正することが可能となる。 As described above, in the present invention, the error due to the clock skew included in the round trip time measurement log accumulated by each device is corrected by using the time stamp information recorded in the packet and performing the clock skew estimation. It becomes possible.

また、パケット通信を利用した機器間の遅延については、統計的仮説検定手法を導入することにより、所定条件が満足されることの確認処理を用いることにより、精度の高い結果を得ることができる。 As for the delay between devices using packet communication, a highly accurate result can be obtained by introducing a statistical hypothesis testing method and using a confirmation process that a predetermined condition is satisfied.

上記の実施の形態に示したＮＷ機器を、図７に示す情報通信サービス送信装置４が接続された広域通信網に、中継装置６を介して接続されるホームネットワーク７と、該ホームネットワーク７を介して接続される情報通信サービス受信端末３によって、情報通信サービスを実現するシステムを想定し、情報通信サービス送信装置４と情報通信サービス受信端末３との間のパケット通信による情報通信サービスに対するユーザ体感品質を監視する受信端末品質測定装置４００と、中継装置６に組み込まれたHGW（Home Gate Way）品質測定装置３００に適用することで、HGW品質測定装置３００（NW機器２）が受信端末品質測定装置４００（NW機器１）からの測定開始に関する同期をとることも可能である。 The NW device shown in the above embodiment is connected to a wide area communication network to which the information communication service transmitting device 4 shown in FIG. Assuming a system that realizes an information communication service by the information communication service receiving terminal 3 connected via the user, the user experience for the information communication service by the packet communication between the information communication service transmitting device 4 and the information communication service receiving terminal 3 By applying to the receiving terminal quality measuring device 400 that monitors quality and the HGW (Home Gate Way) quality measuring device 300 incorporated in the relay device 6, the HGW quality measuring device 300 (NW device 2) measures the receiving terminal quality. It is also possible to synchronize the start of measurement from the device 400 (NW device 1).

なお、上記のNW機器の構成要素の各動作をプログラムとして構築し、NW機器として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。 In addition, each operation | movement of the component of said NW apparatus can be constructed | assembled as a program, and it can install and run in the computer utilized as NW apparatus, or can distribute | circulate through a network.

本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples, and various modifications and applications can be made within the scope of the claims.

１，２ネットワーク（NW）機器
３情報通信サービス受信端末
４情報通信サービス送信装置
５ＩＰ網
６中継装置
７ホームネットワーク
１０情報通信サービス品質監視サーバ
２０ HGW品質監視サーバ
１１ SRパケット送出部
１２タイムスタンプ押下部
１３ RRパケット送出部
１４往復遅延測定部
１５クロックスキュー推定部
３１クロックスキュー推定値
３２往復遅延測定ログ記憶部
１００受信端末品質監視装置
２００ HGW品質監視装置
３００ HGW品質測定装置
４００受信端末品質測定装置 1, 2 Network (NW) device 3 Information communication service receiving terminal 4 Information communication service transmitting device 5 IP network 6 Relay device 7 Home network 10 Information communication service quality monitoring server 20 HGW quality monitoring server 11 SR packet sending unit 12 Time stamp pressing Unit 13 RR packet sending unit 14 round trip delay measurement unit 15 clock skew estimation unit 31 clock skew estimation value 32 round trip delay measurement log storage unit 100 receiving terminal quality monitoring device 200 HGW quality monitoring device 300 HGW quality measuring device 400 receiving terminal quality measuring device

Claims

２台のネットワーク装置間でIP(Internet Protocol)パケットの送受信により時刻同期を行う時刻同期装置であって、
対向装置に時刻情報要求であるSR (Sender Report)パケットを送出するSRパケット送出手段と、
対向装置からのSRパケット受信を契機として対応するRR(Receiver Report)パケットを該対向装置に送出するRRパケット送出手段と、
前記RRパケットに、前記SRパケットの受信時刻から当該RRパケットの送出までの経過時間情報を記録するタイムスタンプ押下手段と、
前記RRパケット受信時に当該RRパケットに含まれる前記経過時間情報と、前記SRパケットの送出時刻と、前記RRパケットの受信時刻とに基づき往復遅延を推定し、往復遅延時間推定値の時系列をログとして記憶手段に格納する往復遅延推定手段と、
前記記憶手段に格納されている往復遅延推定値の時系列に基づき両装置間のクロックスキューを推定するクロックスキュー推定手段と、
を有することを特徴とする時刻同期装置。 A time synchronization device that performs time synchronization by transmitting and receiving IP (Internet Protocol) packets between two network devices,
SR packet sending means for sending an SR (Sender Report) packet that is a time information request to the opposite device;
RR packet sending means for sending a corresponding RR (Receiver Report) packet to the opposite device upon receipt of an SR packet from the opposite device;
In the RR packet, time stamp pressing means for recording elapsed time information from the reception time of the SR packet to transmission of the RR packet ;
When the RR packet is received, a round trip delay is estimated based on the elapsed time information included in the RR packet, a transmission time of the SR packet, and a reception time of the RR packet, and a time series of round trip delay time estimated values is logged And a round-trip delay estimation means for storing in the storage means as
Clock skew estimation means for estimating a clock skew between the two devices based on a time series of round-trip delay estimation values stored in the storage means;
A time synchronizer characterized by comprising:

前記SRパケット送出手段に先立ち、
ネットワークの疎通を確認するための複数のコマンドを前記対向装置に送出し、往復遅延の平均・分散の増減有無について仮説検定により確認する手段を
更に有する請求項１記載の時刻同期装置。 Prior to the SR packet sending means,
2. The time synchronization apparatus according to claim 1, further comprising means for sending a plurality of commands for confirming network communication to the opposite apparatus, and confirming by means of a hypothesis test whether or not there is an increase / decrease in average / dispersion of round trip delay.

前記クロックスキュー推定手段は、
前記記憶手段に格納されている自身の往復遅延時間測定ログに基づき、線形回帰により両装置間のクロックスキュー推定を行う手段、
請求項１記載の時刻同期装置。 The clock skew estimation means includes
Means for estimating the clock skew between both devices by linear regression based on its own round trip delay time measurement log stored in the storage means;
The time synchronization apparatus according to claim 1.

前記クロックスキュー推定手段は、
対向装置の往復遅延時間測定ログも活用して線形回帰により両装置間のクロックスキュー推定を行う
請求項３記載の時刻同期装置。 The clock skew estimation means includes
The time synchronization apparatus according to claim 3, wherein the clock skew estimation between both apparatuses is performed by linear regression utilizing the round trip delay time measurement log of the opposite apparatus.

前記クロックスキュー推定手段は、
往復遅延時間の分散の時間変動を勘案し、SRパケット受信からRRパケット送出までの経過時間の調整や、線形回帰における重み付けを行う
請求項１記載の時刻同期装置。 The clock skew estimation means includes
The time synchronizer according to claim 1, wherein the time synchronization apparatus performs adjustment of elapsed time from SR packet reception to RR packet transmission and weighting in linear regression in consideration of time variation of round trip delay time dispersion.

２台のネットワーク装置間でIPパケットの送受信により時刻同期を行う時刻同期方法であって、
ネットワーク装置において、
SRパケット送出手段が、対向装置に時刻情報要求であるSRパケットを送出するSRパケット送出ステップと、
RRパケット送出手段が、対向装置からのSRパケット受信を契機として対応するRRパケットを該対向装置に送出するRRパケット送出ステップと、
タイムスタンプ押下手段が、前記RRパケットに、前記SRパケットの受信時刻から当該RRパケットの送出までの経過時間情報を記録するタイムスタンプ押下ステップと、
往復遅延推定手段が、前記RRパケット受信時に当該RRパケットに含まれる前記経過時間情報と、前記SRパケットの送出時刻と、前記RRパケットの受信時刻とに基づき往復遅延を推定し、往復遅延時間推定値の時系列をログとして記憶手段に格納する往復遅延推定ステップと、
クロックスキュー推定手段が、前記記憶手段に格納されている往復遅延推定値の時系列と対向装置の往復遅延時間測定ログに基づき、線形回帰により両装置間のクロックスキューを推定するクロックスキュー推定ステップと、
を有することを特徴とする時刻同期方法。 A time synchronization method for performing time synchronization by transmitting and receiving IP packets between two network devices,
In network equipment,
SR packet sending means for sending an SR packet that is a time information request to the opposite device, SR packet sending step;
RR packet sending means, RR packet sending step for sending the corresponding RR packet to the opposite device triggered by reception of the SR packet from the opposite device;
A time stamp pressing unit records, in the RR packet, time stamp pressing step for recording elapsed time information from the reception time of the SR packet to transmission of the RR packet ;
A round-trip delay estimation means estimates a round-trip delay based on the elapsed time information included in the RR packet when the RR packet is received, a transmission time of the SR packet, and a reception time of the RR packet , and round-trip delay time estimation A round-trip delay estimation step of storing a time series of values in a storage means as a log;
A clock skew estimating step in which the clock skew estimating means estimates the clock skew between the two apparatuses by linear regression based on the time series of round-trip delay estimated values stored in the storage means and the round-trip delay time measurement log of the opposite apparatus; ,
A time synchronization method characterized by comprising:

前記SRパケット送出ステップの前に、
ネットワークの疎通を確認するための複数のコマンドを前記対向装置に送出し、往復遅延の平均・分散の増減有無について仮説検定により確認するステップを
更に有する請求項６記載の時刻同期方法。 Before the SR packet sending step,
The time synchronization method according to claim 6, further comprising a step of sending a plurality of commands for confirming network communication to the opposite device and confirming by means of a hypothesis test whether or not there is an increase / decrease in average / dispersion of round trip delay.

前記クロックスキュー推定ステップにおいて、
往復遅延時間の分散の時間変動を勘案し、SRパケット受信からRRパケット送出までの経過時間の調整や、線形回帰における重み付けを行う
請求項６記載の時刻同期方法。 In the clock skew estimation step,
The time synchronization method according to claim 6, wherein the elapsed time from the reception of the SR packet to the transmission of the RR packet is adjusted and weighting in linear regression is performed in consideration of time variation of the round trip delay time dispersion.