(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送出側時刻タイマを含み、複数のテストパケットに、その送出時刻を登録して測定対象伝送路へ送出するテストパケット送出手段と、
受信側時刻タイマを含み、前記テストパケットを前記測定対象伝送路から受信し、その受信時刻を検知するテストパケット受信手段と、
受信された各テストパケットに登録された送出時刻を抽出する送出時刻抽出手段と、
受信した各テストパケットごとに、前記抽出した送出時刻と前記検知した受信時刻との時刻差に基づいて総遅延時間を検知する総遅延時間検出手段と、
前記各テストパケットごとに求められた各総遅延時間に基づいて、当該各総遅延時間のうち、前記送出側および受信側時刻タイマ間の相対的な精度誤差に起因した時刻誤差成分および測定対象伝送路に固有の固定的な遅延成分の和である非変動成分の時間関数を検出する非変動成分関数検出手段と、
前記総遅延時間および非変動成分の時間関数に基づいて、各総遅延時間に含まれる変動成分を抽出する変動成分抽出手段とを含むことを特徴とするパケット交換網における遅延時間の変動成分測定装置。
【請求項２】
前記各総遅延時間のうち、一のテストパケットに関して求められた第１の総遅延時間を、他の一のテストパケットに関して求められた第２の総遅延時間と比較し、前記第１の総遅延時間が第２の総遅延時間に対して予定の関係にないと、当該第１の総遅延時間を不当な測定結果と判定する測定結果選別手段をさらに具備し、
前記非変動成分関数抽出手段および変動成分抽出手段は、前記不当な測定結果と判定されなかった各総遅延時間に基づいて、それぞれ前記非変動成分関数および変動成分を求めることを特徴とする請求項１に記載のパケット交換網における遅延時間の変動成分測定装置。
【請求項３】
前記予定の関係は、前記受信側および送出側の各時刻タイマ間の時刻誤差として予測される値の限界値に基づいて決定されることを特徴とする請求項２に記載のパケット交換網における遅延時間の変動成分測定装置。
【請求項４】
前記非変動成分関数検出手段は、前記各テストパケットごとに求められた各総遅延時間の時間分布の下限域を代表する回帰直線を、前記非変動成分の時間関数とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のパケット交換網における遅延時間の変動成分測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テストパケットの送出時刻と受信時刻との差に基づいて、伝送路における遅延時間の変動成分（ジッタあるいは揺ぎ）を測定するパケット交換網における遅延時間の変動成分測定装置に係り、特に、テストパケットの送出側および受信側の各時計タイマの精度誤差にかかわらず、遅延時間の変動成分を正確に測定可能なパケット交換網における遅延時間の変動成分測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パケット交換網における遅延時間およびその変動成分は、伝送路の輻輳状態や容量を測定するために利用されため、これらを正確に測定する技術が望まれている。従来の遅延時間測定では、測定対象の伝送路の一端に接続された送出側端末からテストパケットを送出する。このとき、テストパケットには、当該送出側端末の時計タイマで計時された送出時刻Ｔs が記録される。受信側端末は、前記テストパケットを受信すると、その受信時刻Ｔr を自身の時計タイマで計時し、テストパケットに登録されている送出時刻Ｔs と前記受信時刻Ｔr との差分（Ｔr −Ｔs ）に基づいて、遅延時間およびその変動成分を求める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
送出側端末側の時刻タイマによる時刻Ｔs と受信側端末側の時刻タイマによる時刻Ｔr とは必ずしも一致せず、各時刻タイマによって与えられる時刻は時間差を有すると共に、当該時間差は時間経過と共に変化する。したがって、上記した従来技術のように、テストパケットを送出する送出側端末において登録された送出時刻Ｔs と、テストパケットを受信する受信側端末において計時された受信時刻Ｔr との時間差には、遅延時間のみならず前記各時刻タイマの精度誤差に起因した誤差成分も含まれることになる。したがって、測定された時間差では遅延時間を正確に代表させることができないという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、テストパケットの送出側において当該テストパケットに登録された送出時刻と、当該テストパケットの受信側において計時された当該テストパケットの受信時刻とに基づいて、伝送路の遅延時間を正確に測定できるパケット交換網における遅延時間の変動成分測定装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、送出側時刻タイマを含み、複数のテストパケットに、その送出時刻を登録して測定対象伝送路へ送出するテストパケット送出手段と、受信側時刻タイマを含み、前記テストパケットを前記測定対象伝送路から受信し、その受信時刻を検知するテストパケット受信手段と、受信された各テストパケットに登録された送出時刻を抽出する送出時刻抽出手段と、受信した各テストパケットごとに、前記抽出した送出時刻と前記検知した受信時刻との時刻差に基づいて総遅延時間を検知する総遅延時間検出手段と、前記各テストパケットごとに求められた各総遅延時間に基づいて、当該各総遅延時間のうち、前記送出側および受信側時刻タイマ間の相対的な精度誤差に起因した時刻誤差成分および測定対象伝送路に固有の固定的な遅延成分の和である非変動成分の時間関数を検出する非変動成分関数検出手段と、前記総遅延時間および非変動成分の時間関数に基づいて、各総遅延時間に含まれる変動成分を抽出する変動成分抽出手段とを含むことを特徴とする。
【０００６】
上記した特徴によれば、送出側端末の時刻タイマと受信側端末の時刻タイマとに時刻誤差があっても、当該時刻誤差を含む遅延時間の非変動成分が非変動成分関数として求められるので、各総遅延時間から非変動成分関数の演算値を減じれば、前記時刻誤差にかかわらず伝送路における遅延時間の変動成分すなわちジッタを正確に測定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明を適用した遅延時間の変動成分測定装置の第１実施形態のブロック図である。
【０００８】
送出側端末２において、テストパケット送出部２１は、現在時刻を独自に計時する送出側時刻タイマ２１ａを含み、複数のテストパケットＴＰを測定対象の伝送路１へ送出する際に、前記計時された現在時刻を各テストパケットＴＰ（ｉ）に、それぞれ送出時刻Ｔs （ｉ）として登録する。
【０００９】
受信側端末３において、テストパケット受信部３１は、現在時刻を独自に計時する受信側時刻タイマ３１ａを含み、前記各テストパケットＴＰ（ｉ）を前記測定対象伝送路１から受信すると、そのときの現在時刻を、当該各テストパケットＴＰ（ｉ）に関する受信時刻Ｔr （ｉ）として検知する。送出時刻抽出部３２は、前記受信された各テストパケットＴＰ（ｉ）に登録されている、各テストパケットＴＰ（ｉ）の送出時刻Ｔs （ｉ）を抽出する。
【００１０】
総遅延時間検出部３３は、各テストパケットＴＰ（ｉ）ごとに抽出された前記送出時刻Ｔs （ｉ）と前記受信時刻Ｔr （ｉ）との時刻差［＝受信時刻Ｔr （ｉ）−送出時刻Ｔs （ｉ）］を、測定対象転送路１の総遅延時間Ｄ（ｉ）として検出する。この総遅延時間Ｄ（ｉ）には、後に詳述するように、伝送路１ごとにほぼ固定的に定まる固定遅延時間と、伝送路の輻輳状態等に応じて変動するジッタ成分と、送出側および受信側の各時刻タイマ２１ａ，３１ａの時刻差に起因した時刻誤差成分とが含まれる。
【００１１】
非変動成分関数検出部３４は、各テストパケットＴＰ（ｉ）ごとに求められた前記各総遅延時間Ｄ（ｉ）と前記各テストパケットＴＰの送出時刻Ｔs （ｉ）との関係に基づいて、以下に詳述するように、前記総延時間Ｄ（ｉ）に含まれる非変動成分の時間関数Ｆ（ｉ）を求める。
【００１２】
図２は、各テストパケットＴＰ（ｉ）ごとに求められる総遅延時間Ｄ（ｉ）と各テストパケットＴＰの送出時刻Ｔs （ｉ）との関係をプロットした分布図である。
【００１３】
通常、伝送路１の固定的な遅延時間はほぼ一定であり、ジッタ成分は不規則に変動することから、送出側および受信側の各時刻タイマ２１ａ，３１ａの時刻が正確に一致していれば、前記プロットはほぼ水平に分布するはずである。これに対して、本実施形態ではプロットが右上りに分布していることから、受信側時刻タイマ３１ａが送出側時刻タイマ２１ａよりも速く進んでいることになる。
【００１４】
また、本来であれば負の値を示し得ない総遅延時間Ｄ（ｉ）が測定開始直後は負の値を示し、その後、略ゼロを示した後に正の値を示していることから、各時刻タイマ２１ａ、３１ａの相対時刻は、最初は送出側時刻タイマ２１ａが進んでいたものの、上記したように受信側時刻タイマ３１ａが送出側時刻タイマ２１ａよりも速く進むので、一旦は一致した後に受信側時刻タイマ２１ａが進んで両者の時刻差が拡大していくことを示唆している。
【００１５】
ここで、総遅延時間Ｄ（ｉ）には、式(1) に示したように、伝送路１に固有の固定的な固定遅延時間Ｋｔと、伝送路１の輻輳状態等に応じて変動するジッタ成分Ｚ（ｉ）と、上記した各時刻タイマ２１ａ，３１ａの時刻誤差成分ΔＴｔ（ｉ）とが含まれる。
Ｄ（ｉ）＝Ｋｔ＋Ｚ（ｉ）＋ΔＴｔ（ｉ）    …(1)
このうち、時刻誤差成分ΔＴｔ（ｉ）は一律に増加または減少するので、図２に示したプロット分布を一次関数ｆ（ｉ）で代表すれば、その傾きが各時刻タイマ２１ａ、３１ａの計時速度比を代表し、この一次関数ｆ（ｉ）からの総遅延時間Ｄ（ｉ）のずれ量がジッタ成分Ｚ（ｉ）となる。そして、前記ジッタ成分Ｚ（ｉ）が負の値を示すことは有り得ないので、図２に示したプロット分布の下限域に沿った回帰直線を非変動成分の時間関数Ｆ（ｉ）として定義すれば、この時間関数Ｆ（ｉ）と総遅延時間Ｄ（ｉ）との差分［Ｄ（ｉ）−Ｆ（ｉ）］がジッタ成分Ｚ（ｉ）に相当することになる。
【００１６】
そこで、本実施形態では、以下のアルゴリズムを用いて、図２の時間関数Ｆ（ｉ）を求めるようにしている。初めに、本アルゴリズムの基本概念を、図３を参照して説明する
手順１：送出時刻Ｔs （i ）が最小である総遅延時間Ｄ（１）を左端とし、他の総遅延時間Ｄ（２）〜Ｄ（１３）を右端とする全ての直線の中で傾きが最小となるＤ（ｊ）を求める。
【００１７】
手順２：手順１で求めたＤ（ｊ）を新たな右端とし、
手順３：手順２の操作を、右端が最後の点に達するまで繰り返す。
【００１８】
手順４：以上のようにして求められた直線のなかで、左端と右端との時間差が最大である直線を、上記した非変動成分の時間関数Ｆ（ｉ）として定義する。
【００１９】
次いで、本実施形態によるアルゴリズムを、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２０】
ステップＳ１では、後述する“最長時刻差ΔＴmax ”（前記左端と右端との時間差の最大値に相当）に初期値として“０”がセットされる。ステップＳ２では、傾きの検出対象となる２つのプロットの左側を定義する“左端時刻Ｌ”に“１”がセットされる。
【００２１】
ステップＳ３では、傾きの検出対象となる２つのプロットの右側を定義する“右端時刻Ｒ”に、前記左端時刻Ｌに“１”を加算した値がセットされる。そして、前記２つのプロットＤ（Ｌ），Ｄ（Ｒ）を結ぶ直線の傾きＡが求められ、これが傾きＡの暫定的な最小値Ａmin としてセットされる。さらに、傾きが最小値Ａmin を示す２つのプロットの右側を定義する“最小時右端時刻Ｒmin ”に前記Ｒの値が初期値としてセットされ、左側を定義する“最小時左端時刻Ｌmin ”に前記Ｌの値が初期値としてセットされる。
【００２２】
ステップＳ４では、今回の傾きの検出対象となる２つのプロットＤ（Ｌ），Ｄ（Ｒ）を結ぶ直線の傾きＡが求められる。ステップＳ５では、傾きＡに関する現在までの暫定的な最小値Ａmin と今回の傾きＡとが比較され、今回の傾きＡが前記暫定的な最小値Ａよりも小さくなければ、ステップＳ６において、検出対象の右側プロットを更新すべく、前記右端時刻Ｒをインクリメントする。ステップＳ７では、新たな右側プロットが存在するか否かが判定され、存在すれば、当該新たな右側プロットと前記左側プロットＤ（Ｌ）とを結ぶ直線の傾きを求めるために、前記ステップＳ４〜Ｓ７の各処理が繰り返される。
【００２３】
このとき、前記ステップＳ５において、前記暫定的な最小値Ａmin よりも小さい傾きＡが検知されると、ステップＳ８において、その際の右端時刻Ｒおよび左端時刻Ｌが、それぞれ前記最小時右端時刻Ｒmin および最小時左端時刻Ｌmin として登録される。
【００２４】
以上のようにして、左側プロットがＤ（１）のときに傾きが最小値を示す右側プロットＤ（Ｒmin ）が求められると、ステップＳ９では、両者の送出時刻差ΔＴ［＝Ｔs （Ｒmin ）−Ｔs （Ｌmin ）］が求められる。
【００２５】
ステップＳ１０では、今回の左端プロットに関する傾き最小時の送出時間差ΔＴと、現在までの送出時間差の最長時間差ΔＴmax とが比較され、今回の時間差ΔＴがこれまでの最長時間差ΔＴmax よりも長くなければ、ステップＳ１１において、次回の左端プロットを今回の右側プロット位置に設定すべく、左端時刻Ｌに前記最小時右端時刻Ｒmin の値がセットされる。ステップＳ１２では、新たな左側プロットの右側にプロットが存在するか否かが判定され、存在すれば、前記ステップＳ３に戻って上記した各処理が繰り返される。
【００２６】
一方、前記ステップＳ１０において、今回の時間差ΔＴがこれまでの最長時間差ΔＴmax よりも長ければステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では、送出時間差が最長となる２つのプロットの左側を定義する“最長時左端時刻Ｌmax ”が前記最小時左端時刻Ｌmin の値に更新され、右側を定義する“最長時右端時刻Ｒmax ”が前記最小時右端時刻Ｒmin の値に更新され、最長時間差ΔＴmax が送出時間差ΔＴの値に更新される。
【００２７】
図１に戻り、以上のようにして、傾きが最小値を示し、かつ時間差が最長値を示す左側プロットＤ（Ｌmax ）および右側プロットＤ（Ｒmax ）が求まると、前記非変動成分関数検出部３４では、各プロットＤ（Ｌmax ）、Ｄ（Ｒmax ）を通る一次関数が求められ、これが前記非変動成分の時間関数Ｆ（ｉ）として登録される。変動成分（ジッタ）抽出部３５は、前記各総遅延時間Ｄ（ｉ）から時間関数Ｆ（ｉ）の演算値を減じることで、図５に示したように、ジッタ成分Ｚ（ｉ）のみを選択的に検出する。
【００２８】
上記したように、本実施形態によれば、送出側端末２の時刻タイマ２１ａと受信側端末３の時刻タイマ３１ａとに時刻誤差があっても、各テストパケットＴＰ（ｉ）に登録された送出時刻Ｔs （ｉ）と、当該テストパケットの受信側において計時された当該テストパケットの受信時刻Ｔr （ｉ）とに基づいて、伝送路１における遅延時間の変動成分すなわちジッタＺ（ｉ）を正確に測定することができる。
【００２９】
図６は、本発明の第２実施形態のブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。
【００３０】
上記した第１実施形態では、測定された全ての総遅延時間Ｄ（ｉ）に基づいて遅延時間の非変動成分関数Ｆ（ｉ）およびジッタＺ（ｉ）を求めるものとして説明したが、検知された総遅延時間Ｄ（ｉ）の中には、偶発的な遅延原因により特異的に大きく遅延された不当なデータも含まれており、このような不当データは予め除去しておくことが望ましい。そこで、本発明の第２実施形態では測定結果選別部３６を追加し、検知された各総遅延時間Ｄ（ｉ）の相互関係に基づいて不当データを除去するようにしている。
【００３１】
図７、８は、前記測定結果選別部３６による不当データの排除方法を模式的に示した図であり、ここでは、連続する任意の２つの総遅延時間Ｄ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ）に着目して不当データを排除する。なお、本実施形態では送出側時刻タイマ２１ａが受信側時刻タイマ３１ａに対して遅れ得る限界値、および受信側時刻タイマ３１ａが送出側時刻タイマ２１ａに対して遅れる得る限界値を、それぞれ傾きが±Ｄｍの一次関数として予め設定する。
【００３２】
ここで、図７に示したように、総遅延時間Ｄ（ｊ）が総遅延時間Ｄ（ｊ−１）に対して、各時刻タイマ２１ａ，３１ａ間の許容遅延時間ΔＤref ［＝±Ｄｍ・｛Ｔs （ｊ）−Ｔs （ｊ−１）｝］以上に遅れていると、総遅延時間Ｄ（ｊ）は不当データとみなすことができる。
【００３３】
同様に、図８に示したように、総遅延時間Ｄ（ｊ−１）が総遅延時間Ｄ（ｊ）に対して許容遅延時間ΔＤref 以上に遅れていると、総遅延時間Ｄ（ｊ−１）は不当データとみなすことができる。
【００３４】
そこで、本実施形態では図９のフローチャートに示したアルゴリズムにしたがって、連続する２つの総遅延時間Ｄ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ）、あるいは任意の２つの総遅延時間Ｄ（ｉ）、Ｄ（ｊ）の相関関係が、図７、８に示した関係であるか否かに基づいて、不当データを排除するようにしている。なお、図９のフローチャートでは、連続する２つの総遅延時間Ｄ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ）の相関関係に基づいて不当データを排除する場合を例にして説明する。
【００３５】
ステップＳ３１では、選別対象となる２つのサンプルＤ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ）を定義するための変数ｊに初期値２がセットされる。ステップＳ３２では、送出側および受信側の各時刻タイマ２１ａ，３１ａの計時速度差を考慮した前記係数Ｄｍと前記各サンプルＤ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ）の送出時刻の差［Ｔs （ｊ）−Ｔs （ｊ−１）］とを乗算して許容遅延時間ΔＤref が算出される。
【００３６】
ステップＳ３３では、サンプルＤ（ｊ）からサンプルＤ（ｊ−１）を減じた差分値と前記許容遅延時間ΔＤref とが比較され、差分値が許容遅延時間ΔＤref を上回っていれば、各サンプルＤ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ）の相対関係が前記図７に示した通りであると判定され、ステップＳ３４において、サンプルＤ（ｊ）が不当データとして除外される。
【００３７】
ステップＳ３５では、今度はサンプルＤ（ｊ−１）からサンプルＤ（ｊ）を減じた差分値と前記許容遅延時間ΔＤref とが比較され、差分値が許容遅延時間ΔＤref を上回っていれば、各サンプルＤ（ｊ−１）、Ｄ（ｊ）の相対関係が前記図８に示した通りであると判定され、ステップＳ３６において、サンプルＤ（ｊ−１）が不当データとして除外される。
【００３８】
ステップＳ３７では、前記変数ｊがインクリメントされる。ステップＳ３８では、全てのサンプルに対する判定処理が終了したか否かが判定され、終了していなければ、前記ステップＳ３２へ戻って上記した各処理が繰り返される。
【００３９】
以上のようにして、不当な総遅延時間Ｄ（ｉ）の排除が完了すると、残りの総遅延時間Ｄ（ｉ）に基づいて、非変動成分関数検出部３４は非変動成分関数Ｆ（ｉ）を求め、変動成分抽出部３５はジッタＺ（ｉ）を抽出する。
【００４０】
上記したように、本実施形態によれば、偶発的な遅延原因により不当に遅延されたデータが予め除去されるので、遅延時間の変動成分を高速に求めることができるようになる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、送出側端末の時刻タイマと受信側端末の時刻タイマとに時刻誤差があっても、テストパケットの送出側において当該テストパケットに登録された送出時刻と、当該テストパケットの受信側において計時された当該テストパケットの受信時刻とに基づいて、伝送路における遅延時間の変動成分すなわちジッタを正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のブロック図である。
【図２】総遅延時間の時間分布をプロットした図である。
【図３】遅延時間の非変動成分関数Ｆ（ｉ）の検出方法を模式的に示した図である。
【図４】非変動成分関数Ｆ（ｉ）の検出方法を示したフローチャートである。
【図５】ジッタ成分の検出結果を示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態のブロック図である。
【図７】不当データの排除方法を説明するための図である。
【図８】不当データの排除方法を説明するための図である。
【図９】不当データの排除方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１…伝送路，２…送出側端末，３…受信側端末，２１…テストパケット送出部，２１ａ…送出側時刻タイマ，３１…テストパケット受信部，３１ａ…受信側時刻タイマ，３２…送出時刻抽出部，３３…総遅延時間検出部，３４…非変動成分検出部，３５…変動成分抽出部，３６…測定結果選別部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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