JP5889812B2 - 遅延測定方法および遅延測定システム - Google Patents

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Description

本発明は、パケット交換ネットワークにおけるパケットの遅延時間および遅延揺らぎを正確に把握し、パケットの遅延分布を測定する遅延測定方法および遅延測定システムに関する。
パケット交換ネットワークの遅延時間測定法の1つとして、イーサネット(登録商標)OAM(Ethernet Operations, Administration, Maintenance)技術を利用した方法がある。この方法は、ITU−Tの勧告Y.1731 にDMM(Delay Measurement Message)機能として規定されている(非特許文献1)。
図6は、OAMによる遅延時間測定の方法を示す。
図6において、時刻同期がとれている送信用NE(ノード)50と受信用NE60との間で、主信号パケットに加えて遅延測定用パケットを送受信する。送信側NE50の遅延測定用パケット生成部51は、遅延測定用パケットを生成するときにタイムスタンプ(Tx)を設定し、受信側NE60の遅延測定用パケット受信部61は遅延測定用パケットを受信するときに受信時刻(Rx)を記録する。NE間(遅延測定用パケット生成部51と遅延測定パケット受信部61との間)で時刻同期がとれている場合、次式より遅延時間Dを測定できる。
D=Rx −Tx …(1)
この測定方法の問題点としては、遅延時間の測定対象が遅延測定用パケットであるため、実際の主信号パケットの遅延時間が得られないことである。加えて、この測定において算出された遅延時間は、遅延測定用パケット生成部51で遅延測定用パケットを生成する時間および遅延測定用パケット受信部61での読込時間が誤差要因として含まれているため、算出後に補正が必要である。また、OAMによる遅延測定用パケットではサンプル数が少なく、正確な遅延揺らぎ(遅延時間の最大値と最小値の差)を求めることができない。正確な遅延揺らぎを算出するためには、主信号パケットと同等の帯域が必要になる。
図7は、主信号パケットのタイムスタンプを用いた遅延時間測定の方法を示す。
図7において、送信側NE50のタイムスタンプ打刻部52で主信号パケットに送信時のタイムスタンプを付与し、受信側NE60のタイムスタンプ読取部62でそのタイムスタンプを読み取り、打刻時間Txと受信時間Rxとの差をとることで、遅延時間を算出する。このとき、送信側NE50のタイムスタンプ打刻部52と受信側NE60のタイムスタンプ読取部62との間で時刻同期がとれている必要がある。この測定では主信号パケット自体の遅延時間を直接測定できる一方で、主信号パケットに時刻の情報を付加するため、帯域の圧迫、パケットごとにタイムスタンプを付与することで処理負荷および遅延の増加等の課題が考えられる。例えば、帯域の増加について、F[byte]の主信号パケットをMPLS−TP網で転送した場合の帯域増加率R(F) は次式で表される。
R(F) =(F+IFG+PA+SFD+L+MAC)/(F+IFG+PA+SFD) …(2)
ここで、IFG はインターフレームギャップ、PAはプリアンブル、SFD はStart of Frame Delimiter(フレーム開始分界点) 、LはMPLS−TPラベル、MAC はMACヘッダーサイズである。
(2) 式より、フレームサイズが小さいほど、MPLS−TP網で付与するオーバーヘッドの割合が大きくなり、帯域増加率R(F) が増大することになる。したがって、最も帯域が必要となるのは、最小フレームサイズである64[byte]がフルレートで入力された時である。例えば、ここでMPLS−TPラベルをL=12[byte]とすると、フレームサイズと必要帯域の関係は図8に示すようになる。伝送速度1[Gbps]のパスで1秒間に伝送されるパケット数は、最小サイズ64[byte]の場合、約 195万個である。したがって、タイムスタンプを8[byte]とすると、タイムスタンプ容量によって占められる帯域は1秒間で約0.12[Gbit]となり、帯域圧迫につながることは明らかである。
ITU−T G.8013/Y.1731 (07/2011)
図6に示す方法では、OAMによる遅延測定用パケットを用いるためサンプル数が少なく、主信号パケットについて正確な遅延時間および遅延揺らぎを求めることができなかった。
図7に示す方法では、主信号パケットの遅延時間測定は可能であるが、主信号パケットにタイムスタンプを付加するため、帯域の圧迫や処理遅延が増大する問題があった。
本発明は、帯域圧迫を回避しながらパケットの遅延時間および遅延揺らぎを正確に把握し、パケットの遅延分布を測定することができる遅延測定方法および遅延測定システムを提供することを目的とする。
第1の発明は、時刻同期が確立している送信側NEと受信側NEとの間で、パケット交換ネットワークを介して転送される主信号パケットの遅延時間を測定する遅延測定方法において、送信側NEは、主信号パケットを順次送信しながら、一定時間に送信する主信号パケットを1つのグループとして区別するためのIDを設定した基準パケットを送信し、当該基準パケットの送信時刻と、当該基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差を測定する第1のステップと、受信側NEは、基準パケットの受信時刻と、基準パケット以降に受信する主信号パケット間の受信時間差を測定する第2のステップと、基準パケットの送信時刻および受信時刻と、基準パケットに後続する主信号パケット間の送信時間差および受信時間差の各データから各主信号パケットの遅延時間を算出するとともに、各グループごとに送信側NEから送信する主信号パケットの送信数と受信側NEで受信する主信号パケットの受信数を比較して不一致の場合、または送信側NEから送信する主信号パケット間の送信時間差のデータ数と受信側NEで受信する主信号パケット間の受信時間差のデータ数を比較して不一致の場合に、当該グループに関する全データを廃棄して主信号パケットの遅延時間の算出を行わない第3のステップとを有する。
第1の発明の遅延測定方法において、第3のステップは、送信側NEおよび受信側NEに接続される制御装置で実行され、送信側NEから転送される基準パケットの送信時刻および基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差の各データと、受信側NEから転送される基準パケットの受信時刻および基準パケット以降に受信する主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する
第1の発明の遅延測定方法において、第3のステップは、受信側NEで実行され、送信側NEから転送される基準パケットの送信時刻および基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差の各データと、基準パケットの受信時刻および基準パケット以降に受信する主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する
第2の発明は、時刻同期が確立している送信側NEと受信側NEとの間で、パケット交換ネットワークを介して転送される主信号パケットの遅延時間を測定する遅延測定システムにおいて、送信側NEは、主信号パケットを順次送信しながら、一定時間に送信する主信号パケットを1つのグループとして区別するためのIDを設定した基準パケットを送信し、当該基準パケットの送信時刻と、当該基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差を測定する第1の手段を備え、受信側NEは、基準パケットの受信時刻と、基準パケット以降に受信する主信号パケット間の受信時間差を測定する第2の手段を備え、基準パケットの送信時刻および受信時刻と、基準パケットに後続する主信号パケット間の送信時間差および受信時間差の各データから各主信号パケットの遅延時間を算出するとともに、各グループごとに送信側NEから送信する主信号パケットの送信数と受信側NEで受信する主信号パケットの受信数を比較して不一致の場合、または送信側NEから送信する主信号パケット間の送信時間差のデータ数と受信側NEで受信する主信号パケット間の受信時間差のデータ数を比較して不一致の場合に、当該グループに関する全データを廃棄して主信号パケットの遅延時間の算出を行わない第3の手段を備える。
第2の発明の遅延測定システムにおいて、第3の手段は、送信側NEおよび受信側NEに接続される制御装置に備えられ、送信側NEから転送される基準パケットの送信時刻および基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差の各データと、受信側NEから転送される基準パケットの受信時刻および基準パケット以降に受信する主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する構成である。
第2の発明の遅延測定システムにおいて、第3の手段は、受信側NEに備えられ、送信側NEから転送される基準パケットの送信時刻および基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差の各データと、基準パケットの受信時刻および基準パケット以降に受信する主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する構成である。
本発明は、基準パケットの送信時刻および受信時刻と、主信号パケット間の送信時間差および受信時間差の各データから、各主信号パケットの遅延時間を算出することができる。この送信時間差と受信時間差の各データは時刻データに比べて極めて容量が小さいので、当該データを転送する制御回線の帯域圧迫を回避することができる。また、主信号パケットに時刻情報(タイムスタンプ)を付加しないことから、遅延測定による帯域圧迫および処理負荷を軽減することができる。
本発明の遅延測定システムの実施例1の構成を示す図である。 基準パケットと主信号パケット(パケットロスなし)の関係を示す図である。 送受信時刻・時間差データと遅延時間との関係を示す図である。 本発明の遅延測定システムの実施例2の構成を示す図である。 基準パケットと主信号パケット(パケットロスあり)の関係を示す図である。 OAMによる遅延時間測定の方法を説明する図である。 主信号パケットのタイムスタンプを用いた遅延時間測定の方法を説明する図である。 フレームサイズと必要帯域の関係を示す図である。
図1は、本発明の遅延測定システムの実施例1の構成を示す。
図1において、送信側NE10および受信側NE20は、パケット交換ネットワーク(例えばMPLS網)を介して接続され、時刻同期が確立している。送信側NE10は、主信号パケット送信部11、基準パケット送信部12および送信時刻・時間差データ蓄積/送信部13を備える。受信側NE20は、主信号パケット受信部21、基準パケット受信部22および受信時刻・時間差データ蓄積/送信部23を備える。送信側NE10および受信側NE20には、制御回線を介して遅延計算部31を有する制御装置30が接続される。
送信側NE10の主信号パケット送信部11は、送信側NE10に入力する主信号パケットを順次ネットワークに送信する。基準パケット送信部12は、一定時間に送信される主信号パケットを1つのグループとして区別するためのIDを設定した基準パケットをネットワークに送信する。図2(1) に示す例は、グループi(iは1以上の整数)の基準パケットに後続する主信号パケットが一定時間にNi 個送信されることを示す。グループiの主信号パケット間の送信時間差がΔti1,Δti2,Δti3,…である。送信時刻・時間差データ蓄積/送信部13は、グループiの基準パケットの送信時刻Ti を記録するとともに、基準パケットに続いて送信される主信号パケット間の送信時間差Δtijを記録し、各記録データを制御回線を介して制御装置30に転送する。ここで、jは一定時間に送信されるグループiの主信号パケットを示し、1〜Ni の整数である。
受信側NE20の主信号パケット受信部21は、ネットワークから到着する主信号パケットを受信する。基準パケット受信部22は、ネットワークから到着するパケットのIDを識別し、基準パケットを受信する。図2(2) に示すパケットロスが発生しない場合の例では、グループ1の基準パケットを識別してからグループ2の基準パケットを識別するまでに、グループ1の主信号パケットがN1 個受信され、次にグループ2の主信号パケットがN2 個受信されることを示す。グループiの主信号パケット間の受信時間差がΔri1,Δri2,Δri3,…である。受信時刻・時間差データ蓄積/送信部23は、基準パケットの受信時刻Ri を記録するとともに、基準パケットに続いて受信する主信号パケット間の受信時間差Δrijを記録し、各記録データを制御回線を介して制御装置30に転送する。
本発明は、一定時間に送信される主信号パケットをグループ化してその先頭を示すIDを付与した基準パケットを送信し、送信側NE10における基準パケットの送信時刻Ti と、受信側NE20における基準パケットの受信時刻Ri と、各グループの主信号パケット間の送信時間差Δtijと受信時間差Δrijのデータから、主信号パケットの遅延時間を算出することを特徴とする。
図1に示す実施例1は、送信側NE10の送信時刻・時間差データ蓄積/送信部13、および受信側NE20の受信時刻・時間差データ蓄積/送信部23に蓄積した基準パケットの送受信時刻および主信号パケット間の送受信時間差のデータ量が、送信側NE10および受信側NE20と制御装置30との間の制御回線の帯域で転送可能な場合を示しており、次の手順で各データを処理する。
送信時刻・時間差データ蓄積/送信部13および受信時刻・時間差データ蓄積/送信部23は、基準パケットの送信時刻Ti および主信号パケット間の送信時間差Δtijと、基準パケットの受信時刻Ri と主信号パケット間の受信時間差Δrijのデータをそれぞれ制御装置30へ転送する。
制御装置30の遅延計算部31は、転送された各データを基に各主信号パケットの遅延時間を算出する。グループiの基準パケットからk番目の主信号パケットの遅延時間Dikは、次の式から求めることができる。
ik=(Ri+Δri1+Δri2+…+Δrik)−(Ti+Δti1+Δti2+…+Δtik)
…(3)
例えば、図3(1) に示すグループ1の例では、基準パケットの送信時刻T1 は12:00:00.000000 であり、受信時刻R1 は12:00:00.000020 である。主信号パケット間の送信時間差Δt11〜Δt13は5,7,8であり、受信時間差Δr11〜Δr13は13,15,2である。したがって、グループ1の基準パケットの遅延時間は20μ秒であり、基準パケットから1〜3番目の主信号パケットの遅延時間(μ秒)は、D11=28、D12=36、D13=30となる。
制御装置30の遅延計算部31は、各グループごとに各主信号パケットの遅延時間を算出し、図3(2) に示すように遅延時間ごとの頻度を集計し、図3(3) に示すような遅延分布図を作成する。
各主信号パケットの送信時刻および受信時刻がマイクロ秒オーダーで計測される場合、送信時間差Δtijおよび受信時間差Δrijの各時間差データは、1桁または2桁程度であり、送信時刻および受信時刻をデータとして転送する場合に比べてデータ量を小さくすることができる。
例えば、1[Gbps]の帯域で、パケットサイズ64[byte]のパケットをフルレートで転送した場合、各主信号パケットの送信時刻および受信時刻を全て記録すると、約300[Mbps]のデータ量となるが、時間差データの記録による桁数の削減によって、同様のレートでのデータ量を 30[Mbps]に減少させることができる。さらに、これを例えば Zip形式で圧縮した場合、その容量を 30[kbps]にまで減少させることができる。
ところで、送信側NE10および受信側NE20に蓄積した基準パケットの送受信時刻および主信号パケット間の送受信時間差のデータ量が、送信側NE10および受信側NE20との間の制御回線の帯域を超える場合、または帯域の多くを占有してしまう場合は、図4に示す実施例2の構成により対応する。
図4において、送信側NE10の送信時刻・時間差データ蓄積/送信部13に蓄積した基準パケットの送信時刻Ti および主信号パケット間の送信時間差Δtijの各データを、主信号帯域を用いて、主信号パケットに混ぜて受信側NE20の遅延計算部24に転送する。
遅延計算部24では、送信側NE10の送信時刻・時間差データ蓄積/送信部13から受け取った各データと、受信側NE20の受信時刻・時間差データ蓄積/送信部23に蓄積した基準パケットの受信時刻Ri および主信号パケット間の受信時間差Δrijの各データを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出し、図3(2),(3) に示すような遅延分布図を作成する。遅延計算部24で作成した遅延分布図は、制御回線を介して制御装置30へ転送する。
この方法では、遅延分布図のみを制御装置30へ転送するため、制御回線における帯域圧迫を避けることができる。
次に、ネットワークで主信号パケットのエラーによりパケットロスが発生した場合について、図5を参照して説明する。
送信側NE10の基準パケット送信部12は、基準パケットを送信してから一定時間に送信される主信号パケットの数をカウントし、次グループの基準パケットにその数を設定する。図5に示す例では、グループ1に後続するグループ2の基準パケットに、グループ1の主信号パケット数N1 を設定する。
受信側NE20の基準パケット受信部22は、基準パケットを受信してから次の基準パケットを受信するまでに受信する主信号パケットの受信数をカウントする。図2(2) に示すパケットロスなしの例では、グループ1の主信号パケットの受信数N1 がカウントされるが、図5(2) に示す例では、グループ1の主信号パケットにパケットロスが1つ発生したために、主信号パケットの受信数(N1 −1)がカウントされる。ここで、グループ1の主信号パケットの受信数と、グループ2の基準パケットに設定されたグループ1の主信号パケットの送信数を比較し、一致していればグループ1のすべての主信号パケットを受信したことを確認でき(図2の例)、不一致の場合はパケットロスが発生したことを検出することができる(図5の例)。
例えば、図5(3) にように、グループ1の主信号パケットの送信数N1 に対して、受信数(N1 −1)となると、グループ1の主信号パケットにパケットロスが発生したことを検出できる。
ここで、例えばグループ1の2番目の主信号パケットにおける送信時間差Δt12=7、受信時間差Δr12=17であるが、2番目の主信号パケットが1つ抜けた受信時間差であるため、そのまま (3)式に当てはめると、それ以降の各主信号パケットの遅延時間が誤ったものとなる。しかし、ここではパケットロスの主信号パケットを特定することができないので、主信号パケットの送信数と受信数が不一致の場合は、当該グループに関する全データを廃棄する。この場合、図1に示す実施例1および図4に示す実施例2では、それぞれ次のように対応する。
図1の実施例1の構成では、送信側NE10は、パケットロスが発生していることがわからないので、制御装置30に対してグループiの基準パケットの送信時刻Ti および主信号パケット間の送信時間差Δtijの各データを送信する。一方、受信側NE20は、グループiの主信号パケットのパケットロスを検出しているので、グループiの基準パケットの受信時刻Ri および主信号パケット間の受信時間差Δrijの各データを廃棄し、制御装置30に対しては当該データを送信しない。これにより、制御装置30の遅延計算部31では、グループiの各主信号パケットの遅延時間の算出を行わない。
図4の実施例2の構成では、送信側NE10は、パケットロスが発生していることがわからないので、受信側NE20に対してグループiの基準パケットの送信時刻Ti および主信号パケット間の送信時間差Δtijの各データを送信する。一方、受信側NE20は、グループiの主信号パケットのパケットロスを検出しているので、グループiの基準パケットの受信時刻Ri および主信号パケット間の受信時間差Δrijの各データを廃棄し、遅延計算部24では、グループiの各主信号パケットの遅延時間の算出を行わない。
なお、制御装置30または受信側NE20において、送信側NE10から送信されるグループごとの主信号パケット間の送信時間差Δtijのデータ数と、受信側NE20におけるグループごとの主信号パケット間の受信時間差Δrijのデータ数とを比較し、一致していれば当該グループの主信号パケットにパケットロスの発生はなく、不一致であればパケットロスが発生したことを判定することができる。この判定は、図1の実施例1の構成では制御装置30が行い、図4の実施例2の構成では受信側NE20の遅延計算部24が行うことになる。この場合には、主信号パケット数のカウントは不要となり、基準パケットを介して送信側NE10から受信側NE20に前グループの主信号パケットの送信数を通知する必要はない。
10 送信側NE
11 主信号パケット送信部
12 基準パケット送信部
13 送信時刻・時間差データ蓄積/送信部
20 受信側NE
21 主信号パケット受信部
22 基準パケット受信部
23 受信時刻・時間差データ蓄積/送信部
24 遅延計算部
30 制御装置
31 遅延計算部

Claims (6)

  1. 時刻同期が確立している送信側NEと受信側NEとの間で、パケット交換ネットワークを介して転送される主信号パケットの遅延時間を測定する遅延測定方法において、
    前記送信側NEは、前記主信号パケットを順次送信しながら、一定時間に送信する前記主信号パケットを1つのグループとして区別するためのIDを設定した基準パケットを送信し、当該基準パケットの送信時刻と、当該基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差を測定する第1のステップと、
    前記受信側NEは、前記基準パケットの受信時刻と、前記基準パケット以降に受信する前記主信号パケット間の受信時間差を測定する第2のステップと、
    前記基準パケットの送信時刻および受信時刻と、前記基準パケットに後続する主信号パケット間の送信時間差および受信時間差の各データから各主信号パケットの遅延時間を算出するとともに、各グループごとに前記送信側NEから送信する前記主信号パケットの送信数と前記受信側NEで受信する前記主信号パケットの受信数を比較して不一致の場合、または前記送信側NEから送信する前記主信号パケット間の送信時間差のデータ数と前記受信側NEで受信する前記主信号パケット間の受信時間差のデータ数を比較して不一致の場合に、当該グループに関する全データを廃棄して前記主信号パケットの遅延時間の算出を行わない第3のステップと
    を有することを特徴とする遅延測定方法。
  2. 請求項1に記載の遅延測定方法において、
    前記第3のステップは、前記送信側NEおよび前記受信側NEに接続される制御装置で実行され、前記送信側NEから転送される前記基準パケットの送信時刻および前記基準パケット以降に送信する前記主信号パケット間の送信時間差の各データと、前記受信側NEから転送される前記基準パケットの受信時刻および前記基準パケット以降に受信する前記主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する
    ことを特徴とする遅延測定方法。
  3. 請求項1に記載の遅延測定方法において、
    前記第3のステップは、前記受信側NEで実行され、前記送信側NEから転送される前記基準パケットの送信時刻および前記基準パケット以降に送信する前記主信号パケット間の送信時間差の各データと、前記基準パケットの受信時刻および前記基準パケット以降に受信する前記主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する
    ことを特徴とする遅延測定方法。
  4. 時刻同期が確立している送信側NEと受信側NEとの間で、パケット交換ネットワークを介して転送される主信号パケットの遅延時間を測定する遅延測定システムにおいて、
    前記送信側NEは、前記主信号パケットを順次送信しながら、一定時間に送信する前記主信号パケットを1つのグループとして区別するためのIDを設定した基準パケットを送信し、当該基準パケットの送信時刻と、当該基準パケット以降に送信する主信号パケット間の送信時間差を測定する第1の手段を備え、
    前記受信側NEは、前記基準パケットの受信時刻と、前記基準パケット以降に受信する前記主信号パケット間の受信時間差を測定する第2の手段を備え、
    前記基準パケットの送信時刻および受信時刻と、前記基準パケットに後続する主信号パケット間の送信時間差および受信時間差の各データから各主信号パケットの遅延時間を算出するとともに、各グループごとに前記送信側NEから送信する前記主信号パケットの送信数と前記受信側NEで受信する前記主信号パケットの受信数を比較して不一致の場合、または前記送信側NEから送信する前記主信号パケット間の送信時間差のデータ数と前記受信側NEで受信する前記主信号パケット間の受信時間差のデータ数を比較して不一致の場合に、当該グループに関する全データを廃棄して前記主信号パケットの遅延時間の算出を行わない第3の手段を備えた
    ことを特徴とする遅延測定システム。
  5. 請求項4に記載の遅延測定システムにおいて、
    前記第3の手段は、前記送信側NEおよび前記受信側NEに接続される制御装置に備えられ、前記送信側NEから転送される前記基準パケットの送信時刻および前記基準パケット以降に送信する前記主信号パケット間の送信時間差の各データと、前記受信側NEから転送される前記基準パケットの受信時刻および前記基準パケット以降に受信する前記主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する構成である
    ことを特徴とする遅延測定システム。
  6. 請求項4に記載の遅延測定システムにおいて、
    前記第3の手段は、前記受信側NEに備えられ、前記送信側NEから転送される前記基準パケットの送信時刻および前記基準パケット以降に送信する前記主信号パケット間の送信時間差の各データと、前記基準パケットの受信時刻および前記基準パケット以降に受信する前記主信号パケット間の受信時間差の各データとを用いて、各主信号パケットの遅延時間を算出する構成である
    ことを特徴とする遅延測定システム。
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