(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信の品質状態を計測する通信品質計測装置であって、
状態遷移判定時間、状態遷移閾率、開始時状態を格納したパラメータ記憶手段と、
計測対象の装置との間で計測用のプローブパケットを入出力するパケットデータ入出力手段と、
取得した前記プローブパケットの送信時刻と受信時刻の差分からパケット転送遅延時間を算出し、遅延結果記憶手段に格納する遅延算出手段と、
前記遅延結果記憶手段から時系列にデータを読み出し、前記パケット転送遅延時間が所定の値を超えているデータにはフラグ＝１を設定し、超えていないデータにはフラグ＝０を設定し、時系列のフラグの並びにより良好状態または劣化状態を判断する劣化状態判定手段と、を有し、
前記劣化状態判定手段は、
フラグが設定されたデータから前記状態遷移判定時間内のデータを全て抽出し、その時点における状態が良好状態であり、フラグ＝１のデータが前記状態遷移閾率以上の比率で含まれていれば、劣化状態に遷移するとして判定テーブルに記録し、フラグ＝０のデータが該状態遷移閾率以上の比率で含まれていれば良好状態に遷移するとして該判定テーブルに記録する手段と、
前記判定テーブルを参照して、読み出した全てのデータに占める良好状態の割合、読み出した全てのデータに占める劣化状態の割合、所定の計測時間内において良好状態から劣化状態に状態遷移した回数、良好状態が連続する長さ、劣化状態が連続する長さ、劣化状態時の平均遅延、のいずれかを算出して出力する手段と、を含む
ことを特徴とする通信品質計測装置。
【請求項２】
パケットデータ入出力手段、遅延算出手段、及び劣化状態判定手段を有する通信品質計測装置が無線通信の品質状態を計測する通信品質計測方法であって、
状態遷移判定時間、状態遷移閾率、開始時状態をパラメータ記憶手段に格納しておき、
前記パケットデータ入出力手段が、前記通信品質計測装置と計測対象の装置との間で計測用のプローブパケットを入出力するパケットデータ入出力ステップと、
前記遅延算出手段が、取得した前記プローブパケットの送信時刻と受信時刻の差分からパケット転送遅延時間を算出し、遅延結果記憶手段に格納する遅延算出ステップと、
前記劣化状態判定手段が、前記遅延結果記憶手段から時系列にデータを読み出し、前記パケット転送遅延時間が所定の値を超えているデータにはフラグ＝１を設定し、超えていないデータにはフラグ＝０を設定し、時系列のフラグの並びにより良好状態または劣化状態を判断する劣化状態判定ステップと、を有し、
前記劣化状態判定ステップにおいて、
フラグが設定されたデータから前記状態遷移判定時間内のデータを全て抽出し、その時点における状態が良好状態であり、フラグ＝１のデータが前記状態遷移閾率以上の比率で含まれていれば、劣化状態に遷移するとして判定テーブルに記録し、フラグ＝０のデータが該状態遷移閾率以上の比率で含まれていれば良好状態に遷移するとして該判定テーブルに記録し、
前記判定テーブルを参照して、読み出した全てのデータに占める良好状態の割合、読み出した全てのデータに占める劣化状態の割合、所定の計測時間内において良好状態から劣化状態に状態遷移した回数、良好状態が連続する長さ、劣化状態が連続する長さ、劣化状態時の平均遅延、のいずれかを算出して出力する、
ことを特徴とする通信品質計測方法。
【請求項３】
コンピュータを、
請求項１に記載の通信品質計測装置の各手段として機能させるための通信品質計測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信品質計測装置及び方法に係り、特に、無線通信環境の特性を考慮した通信品質計測装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線に関する従来の通信品質計測装置は、基本的には以下の２種類になる。
【０００３】
ａ．エンド−エンドでの通信品質について固定回線の品質計測装置を無線回線においても利用するもの：
ｂ．無線アクセス区間を対象として、無線アクセスレイヤの状態・品質を計測するもの；
上記のａ．は、基本的には無線を含めたエンド−エンド区間について、損失率、遅延ゆらぎ、遅延、スループットなどを計測するものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ｂ．は、無線区間状態（３Ｇ無線通信であれば、基地局と端末間の電波状態などを計測したり、端末の受信状態を確認したりする）を計測するものである（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】IxChariot  http://www.toyo.co.jp/it/ixhariot/
【非特許文献２】アンリツMT8222b http://www.anritsu.com/ja-jp/products-solutions.products/mt8222b.aspx
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の測定器では、長時間状態が安定していることを前提に、スループットや平均遅延などを計測している（一般のQoS指標定義はITU-T 勧告Y. 1540にてなされている）。
【０００７】
しかし、無線通信の品質状態は、有線通信とは異なる品質状態特性を持っている。無線レイヤの特性の影響はエンド−エンド区間にも及び、それらを計測することが無線を考慮したエンド−エンド品質計測には必要である。
【０００８】
具体的には、通信品質（パケット転送遅延）が、離散的な複数の値に分布していること、また、各転送遅延値について、統計的に独立事象ではなく、良い状態から悪い状態へ、また悪い状態から良い状態へといった状態遷移を伴っている。
【０００９】
一方、多くのQoSの研究では、各サンプルは確率統計の観点で独立事象である（PASTA仮定）とすることが多く、遅延のパラメータは平均遅延と遅延ゆらぎ（ITU-T Y.1540勧告では、転送遅延分布の99.9%値−最小値の幅）や、遅延の最小値、最大値、中央値（メディアン）などを用いている。
【００１０】
バースト的な損失について、マルコフモデル／ギルバートエリオットモデルでの仮想的な状態遷移で記述することはある。
【００１１】
また、状態変化への考慮としては、遷移した各状態は一定時間続くのでその各状態についての評価をするという考え方もある。
【００１２】
しかしながら、無線通信環境においては以下の点が実際の利用者観点で問題となる可能性がある。
【００１３】
往復遅延の値が約100ms〜約200ms〜約300msという具合にユーザアプリケーションの使い勝手に影響を及ぼすほど大きな差を持つことがしばしば起きる。
【００１４】
また、状態遷移は数秒〜数十秒程度でも頻繁に発生し、アプリケーションが各状態に合わせたバッファ量などを調整する時間スケールで、状態自体がころころ変わるという問題がある。
【００１５】
そこで、このような状態変化を観測し、簡単な数値情報などにまとめて記述することが必要となる。
【００１６】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、無線通信の状態の遷移を観測し、簡単な数値情報にまとめて提供することが可能な通信品質計測装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するため、本発明（請求項１）は、無線通信の品質状態を計測する通信品質計測装置であって、
状態遷移判定時間、状態遷移閾率、開始時状態を格納したパラメータ記憶手段と、
計測対象の装置との間で計測用のプローブパケットを入出力するパケットデータ入出力手段と、
取得した前記プローブパケットの送信時刻と受信時刻の差分からパケット転送遅延時間を算出し、遅延結果記憶手段に格納する遅延算出手段と、
前記遅延結果記憶手段から時系列にデータを読み出し、前記パケット転送遅延時間が所定の値を超えているデータにはフラグ＝１を設定し、超えていないデータにはフラグ＝０を設定し、時系列のフラグの並びにより良好状態または劣化状態を判断する劣化状態判定手段と、を有し、
前記劣化状態判定手段は、
フラグが設定されたデータから前記状態遷移判定時間内のデータを全て抽出し、その時点における状態が良好状態であり、フラグ＝１のデータが前記状態遷移閾率以上の比率で含まれていれば、劣化状態に遷移するとして判定テーブルに記録し、フラグ＝０のデータが該状態遷移閾率以上の比率で含まれていれば良好状態に遷移するとして該判定テーブルに記録する手段と、
前記判定テーブルを参照して、読み出した全てのデータに占める良好状態の割合、読み出した全てのデータに占める劣化状態の割合、所定の計測時間内において良好状態から劣化状態に状態遷移した回数、良好状態が連続する長さ、劣化状態が連続する長さ、劣化状態時の平均遅延、のいずれかを算出して出力する手段と、を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は、無線区間を含むエンド−エンド品質測定において、パケット転送の遅延による状態を把握し、その特徴量から状態遷移のテーブルを作成することにより、当該テーブルから良好状態、劣化状態及びそれらの状態遷移のデータを数値化して出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態における通信品質計測装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態における概要動作のフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態における設定パラメータ・入力パラメータの例である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるプローブパケット送受信インタフェースのコマンドの例である。
【図５】本発明の一実施の形態における遅延結果ＤＢの格納例である。
【図６】本発明の一実施の形態における判定テーブルの閾値超データの例である。
【図７】本発明の一実施の形態における判定テーブルの例である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
本発明は、無線区間を含むエンド−エンド品質計測において、パケット転送遅延の「状態」を計測し、その特徴量を抽出する。
【００２３】
以下に具体的に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態における通信品質計測装置の構成を示す。
【００２５】
同図に示す通信品質計測装置１は、パラメータ記憶部１０、プローブパケット送受信インタフェース２０、遅延算出部３０、時計４０、遅延結果ＤＢ５０、劣化状態判定部６０から構成される。
【００２６】
図２は、本発明の一実施の形態における概要動作のフローチャートである。
【００２７】
予め、初期パラメータを決定し、パラメータ記憶部１０に格納する（ステップ１）。プローブパケット送受信インタフェース２０において、パラメータに指定された計測相手先サーバ２のアドレスにアクセスし、プローブパケットを取得する（ステップ２）。取得したプローブパケットについて遅延算出部３０において、遅延を求めその結果を遅延結果ＤＢ５０に格納する（ステップ３）。劣化状態判定部６０は、遅延結果ＤＢ５０から遅延データを読み出して、パラメータ記憶部１０で指定された値と比較することにより状態遷移しているか否かを判定し、判定状態に基づいて劣化に関する評価を行い（ステップ４）、評価結果を出力する（ステップ５）。
【００２８】
以下、通信品質計測装置１の動作を説明する。
【００２９】
パラメータ記憶部１０には、図３に示すようなパラメータが格納されている。入力パラメータは、エンド−エンド品質計測の相手先のＩＰアドレス、プローブパケットの送出間隔、計測回数、転送遅延値の状態間閾値、状態遷移判定時間、状態遷移閾率、開始時状態を設定する。
【００３０】
プローブパケット送受信インタフェース２０は、計測用プローブパケットを入出力するためのインタフェースであり、パラメータ記憶部１０から送出間隔(t_g)とエンド−エンド品質計測の相手先IPアドレス(remote_addr)を取得し、プローブパケットをt_gで計測相手先サーバ(remote_addr)に出力し、その応答パケットを取得する。
【００３１】
当該インタフェースを実現する例としては、図４に示すようなunix系のOSに多く搭載されているpingコマンドにより実現可能である。図４に示す出力結果の最後の"time="のフィールドのデータを"icmp_seq"のフィールドの順に集めることで後述の往復転送遅延の時系列変化のデータとすることができる。また、往復遅延ではなく、片道遅延についても同様のことを行うことができる。
【００３２】
上記により取得したデータは遅延算出部３０に出力する。
【００３３】
遅延算出部３０は、時系列でパケット転送時間を求める。各パケットの転送時間について、送信側でシーケンス番号及び時計４０から取得した送信時刻のタイムスタンプをパケットペイロードに載せ、受信側で時計４０から取得した受信時刻を記録し、受信したパケットに記録されている送信時刻との差分から転送遅延時間をパケット毎に計測可能である。具体的には、文献「片道測定機：横河 IQ2000 http://www.yokogawa.co.jp/rd/pdf/tr/rd-tr-r04902-007.pdf」に記載の技術により実現可能である。上記のようにして得られたパケット転送遅延時間を時系列順に遅延結果ＤＢ５０に格納する。例えば、パラメータ記憶部１０に、
プローブパケット送出間隔（t_g）＝１秒
計測回数(n)                    ＝100回
転送遅延値の状態間閾値(RTT_th)＝200ms
状態遷移判定時間（t_s）        ＝3秒
状態遷移閾率(r_s)              ＝60%
が格納されているとき、遅延算出部３０において、当該情報を参照して１秒毎に100回計測されたパケットデータの送信時刻と受信時刻の差分を求め、遅延結果ＤＢ５０に格納される値は、図５のようになる。なお、パケット損失によりデータが欠落している場合は、当該遅延転送時間は"NA(not available)"とする。
【００３４】
劣化状態判定部６０は、メモリに判定テーブル６１を有する。上記の遅延結果ＤＢ５０を読み込み、転送遅延時間の違いに基づく、品質状態遷移についての評価を行う。具体的には、パラメータ記憶部１０から転送遅延値の状態間閾値（RTT_th）を取得し、遅延結果ＤＢ５０から読み出したデータからRTT_thを超えているデータについては閾値超データ（１ビット）のデータを付与する。RTT_th以下であればフラグを「０」、RTT_th以上であればフラグを「１」とする。また、パケット損失による"NA"については、フラグを「１」とし、図６に示すような閾値超データが付与されたデータ（シーケンス番号、転送遅延時間、閾値超フラグ）を劣化状態判定部６０の判定テーブル６１に格納する。
【００３５】
次に、劣化状態判定部６０は、判定状態のデータを算出する。まず、開始時の状態（Start_state）は事前に与えるパラメータとして決定する。ここでは、例として「good」（良好状態）を採用する。次に、状態を「poor」（劣化状態）に遷移するかどうか判定を行う.状態判定は、メモリに格納された図６に示す判定テーブル６１の時系列の閾値超データを０から順に走査することで行う。
【００３６】
具体的な算出方法は以下の通りである。
【００３７】
図６に示す対象とするデータから、状態遷移判定時間（t_s）の間のデータを抽出する。つまり最初の判定は、t_s秒分のデータが蓄積されてからとなる。例えば、図３におけるパラメータ記憶部１０の状態遷移判定時間t_sは３秒となっているので、０〜２秒後の３個のデータが対象となる。この例では、
２秒後のデータ  (0，0，0)
となる。
【００３８】
この閾値超データについて、現在の状態が「good」である場合に、状態遷移閾率（r_s）以上の比率で「１」が含まれていれば「poor」となり、状態遷移が発生する。逆に、現在の状態が「poor」である際に、状態遷移閾率（r_s）以上の比率で「０」が含まれていれば「good」となり、状態遷移が発生する。
【００３９】
具体的な例を図７を用いて説明する。
【００４０】
劣化状態判定部６０内の図６５に示すメモリの判定テーブル６１に、判定状態カラムを追加すると図７のようになる。
【００４１】
パラメータ記憶部１０に格納されている開始時状態Start_stateが「good」である場合に、まず、開始時刻（シーケンス番号０）の時点では、当該判定テーブル６１の閾値超データは"０"であるので、判定状態は初期状態のまま（good）である。シーケンス番号１においても閾値超データは"０"であるので初期状態のまま（good）となる。シーケンス番号２においては、閾値超データが"０"であり、過去３回分が"0，0，0"であるので同様に状態は「good」となる。
【００４２】
シーケンス番号４においては、閾値超データが"１"である。過去３回分の判定結果は"0，0，1"であり、当該"１"の比は、パラメータ記憶部１０の状態遷移閾率r_s＝60%であるので、60%未満となり判定状態は「good」となる。
【００４３】
シーケンス番号６においては、閾値超データが"１"であり、シーケンス番号５の判定結果から、過去３回分の判定結果は"1，0，1"でとなる。そのため当該"１"の比は、状態遷移閾率r_s＝60%であるので、60%以上となり判定状態は「poor」に状態遷移する。このような繰り返しをパラメータ記憶部１０のパラメータの指定応じて繰り返す。
【００４４】
上記の処理により、転送遅延時間の閾値を元にした状態判定データが得られる。
【００４５】
次に、劣化状態判定部６０は、判定テーブル６１を読み込み、以下の方法により状態を考慮した品質パラメータを算出する。算出するパラメータは、平均「good」率、平均「poor」率、期間内「poor」状態発生回数、平均「good」長、平均「poor」長、「poor」状態時の平均遅延等である。なお、以下の計算において、最初のt_sの間は状態判定データが算出できないため、最初のt_sの時間は状態データがない。
【００４６】
１）平均「good」率：
（全判定状態データのうちgoodの個数／全判定状態データの個数）
２）平均「poor」率：
（全判定状態データのうちpoorの個数／全判定状態データの個数）
なお、平均「poor」率＋平均「good」率＝１である。
【００４７】
３）期間内「poor」状態発生回数：
計測時間t_s内に発生した「poor」状態への遷移回数
４）平均「good」長：
判定状態データは１以上の連続する「good」判定データの塊が、間にある「poor」判定データで区切られたものと解釈可能である。各「good」データ塊の持続時間を算出し、その平均値を算出する。前出の例でいえばシーケンス２〜５の「good」判定データの塊の長さは４秒であり、次にシーケンス１４〜の「good」判定データの塊の長さ（３秒以上）、という具合に計算し、（４，３，…）というデータ塊長さ列を得ることができ、その平均値が「平均（good）長」となる。
【００４８】
５）平均「poor」長：
上記のgoodとpoorを入れ替えて４）と同様の計算方法で算出する。すなわち、「poor」判定データ塊の長さの平均である。
【００４９】
６）「poor」状態時の平均遅延：
全判定状態データ＝＝poorであるデータを対象とした転送遅延時間の平均値(NAのデータは平均値の計算から除外する)。
【００５０】
上記の１）〜６）で求めた結果を、通信品質計測装置１の結果として出力する。
【００５１】
なお、上記の通信品質計測装置１の各構成要素の動作をプログラムとして構築し、通信品質計測装置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。
【００５２】
本発明は、上記の実施の形態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。
【符号の説明】
【００５３】
１  通信品質計測装置
１０  パラメータ記憶部
２０  プローブパケット送受信インタフェース
３０  遅延算出部
４０  時計
５０  遅延結果ＤＢ
６０  劣化状態判定部
６１  判定テーブル
【図１】
0005770655.tif 000002
【図２】
0005770655.tif 000003
【図３】
0005770655.tif 000004
【図４】
0005770655.tif 000005
【図５】
0005770655.tif 000006
【図６】
0005770655.tif 000007
【図７】
0005770655.tif 000008