(57)【要約】【課題】トラヒック条件に対する仮定を設けること無く、リンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出する。【解決手段】リンク平均使用率が所定のリンク平均使用率より大きく、平均同時接続フロー数が前記リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数とリンク平均使用率との積よりも大きいリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質劣化状態の組として抽出するステップと、前記算出したリンク平均使用率が所定のリンク平均使用率以下であるか、或いは前記算出した平均同時接続フロー数が前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積以下であるリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質維持状態の組として抽出するステップと、前記抽出した品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するステップとを有するものである。【選択図】        図３
2004228932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信網におけるあるリンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出する通信帯域算出方法において、
予め定められた時間間隔におけるリンク平均使用率を算出するステップと、前記リンクを通過する平均同時接続フロー数を算出するステップと、前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第１のリンク平均使用率未満である場合に、リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出するステップと、
前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第２のリンク平均使用率より大きく、前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積よりも大きいリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質劣化状態の組として抽出して通信帯域算出装置上の記憶領域に格納するステップと、
前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第２のリンク平均使用率以下であるか、或いは前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積以下であるリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質維持状態の組として抽出して通信帯域算出装置上の記憶領域に格納するステップと、
前記記憶領域に格納した品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するステップとを有することを特徴とする通信帯域算出方法。
【請求項２】
前記品質劣化状態で最大のリンク平均使用率と前記品質維持状態で最大のリンク平均使用率との比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出することを特徴とする請求項１に記載された通信帯域算出方法。
【請求項３】
前記品質劣化状態で最大のリンク平均使用率と、前記品質維持状態で最大のリンク平均使用率または前記品質劣化状態で最小のリンク平均使用率の内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出することを特徴とする請求項１に記載された通信帯域算出方法。
【請求項４】
前記品質劣化状態のリンク平均使用率の第１のパーセンタイルと、前記品質維持状態のリンク平均使用率の所定のパーセンタイルまたは前記品質劣化状態のリンク平均使用率の第２のパーセンタイルの内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出することを特徴とする請求項１に記載された通信帯域算出方法。
【請求項５】
前記品質劣化状態で最大のフロー発生数と前記品質維持状態で最大のフロー発生数との比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出することを特徴とする請求項１に記載された通信帯域算出方法。
【請求項６】
前記品質劣化状態で最大のフロー発生数と、前記品質維持状態で最大のフロー発生数または前記品質劣化状態で最小のフロー発生数の内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出することを特徴とする請求項１に記載された通信帯域算出方法。
【請求項７】
前記品質劣化状態のフロー発生数の第１のパーセンタイルと、前記品質維持状態のフロー発生数の所定のパーセンタイルまたは前記品質劣化状態のフロー発生数の第２のパーセンタイルの内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出することを特徴とする請求項１に記載された通信帯域算出方法。
【請求項８】
前記リンクにおけるパケット損失率が予め定められた第１のパケット損失率未満の場合に、前記リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載された通信帯域算出方法。
【請求項９】
前記リンクにおけるパケット損失率が予め定められた第２のパケット損失率より大きく、前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積よりも大きい場合に、そのリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質劣化状態の組として抽出し、前記リンクにおけるパケット損失率が予め定められた第２のパケット損失率以下であるか、或いは前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積以下である場合に、そのリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質維持状態の組として抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載された通信帯域算出方法。
【請求項１０】
通信網におけるあるリンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出する通信帯域算出装置において、
予め定められた時間間隔におけるリンク平均使用率を算出するリンク平均使用率算出部と、前記リンクを通過する平均同時接続フロー数を算出する平均同時接続フロー数算出部と、前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第１のリンク平均使用率未満である場合に、リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出する使用率当たりの平均同時接続フロー数算出部と、
前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第２のリンク平均使用率より大きく、前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積よりも大きいリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質劣化状態の組として抽出し、前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第２のリンク平均使用率以下であるか、或いは前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積以下であるリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質維持状態の組として抽出し、前記抽出した品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出する通信帯域算出部とを備えることを特徴とする通信帯域算出装置。
【請求項１１】
前記通信帯域算出部は、前記品質劣化状態で最大のリンク平均使用率と前記品質維持状態で最大のリンク平均使用率との比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するものであることを特徴とする請求項１０に記載された通信帯域算出装置。
【請求項１２】
前記通信帯域算出部は、前記品質劣化状態で最大のリンク平均使用率と、前記品質維持状態で最大のリンク平均使用率または前記品質劣化状態で最小のリンク平均使用率の内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するものであることを特徴とする請求項１０に記載された通信帯域算出装置。
【請求項１３】
前記通信帯域算出部は、前記品質劣化状態のリンク平均使用率の第１のパーセンタイルと、前記品質維持状態のリンク平均使用率の所定のパーセンタイルまたは前記品質劣化状態のリンク平均使用率の第２のパーセンタイルの内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するものであることを特徴とする請求項１０に記載された通信帯域算出装置。
【請求項１４】
前記通信帯域算出部は、前記品質劣化状態で最大のフロー発生数と前記品質維持状態で最大のフロー発生数との比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するものであることを特徴とする請求項１０に記載された通信帯域算出装置。
【請求項１５】
前記通信帯域算出部は、前記品質劣化状態で最大のフロー発生数と、前記品質維持状態で最大のフロー発生数または前記品質劣化状態で最小のフロー発生数の内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するものであることを特徴とする請求項１０に記載された通信帯域算出装置。
【請求項１６】
前記通信帯域算出部は、前記品質劣化状態のフロー発生数の第１のパーセンタイルと、前記品質維持状態のフロー発生数の所定のパーセンタイルまたは前記品質劣化状態のフロー発生数の第２のパーセンタイルの内で値の小さいものとの比率に、現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するものであることを特徴とする請求項１０に記載された通信帯域算出装置。
【請求項１７】
前記使用率当たりの平均同時接続フロー数算出部は、前記リンクにおけるパケット損失率が予め定められた第１のパケット損失率未満の場合に、前記リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出するものであることを特徴とする請求項１０乃至請求項１６のいずれか１項に記載された通信帯域算出装置。
【請求項１８】
前記通信帯域算出部は、前記リンクにおけるパケット損失率が予め定められた第２のパケット損失率より大きく、前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積よりも大きい場合に、そのリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質劣化状態の組として抽出し、前記リンクにおけるパケット損失率が予め定められた第２のパケット損失率以下であるか、或いは前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積以下である場合に、そのリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質維持状態の組として抽出するものであることを特徴とする請求項１０乃至請求項１７のいずれか１項に記載された通信帯域算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はネットワークの通信品質を維持する為に必要な通信帯域を算出する通信帯域算出装置に関し、特にＩＰネットワークの通信品質を維持する為に必要な通信帯域を算出する通信帯域算出装置に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークが広く利用されてくるに伴って、ＩＰネットワーク上での通信品質保証に対する要求が高まっている。現状のＩＰネットワーク管理においては、あるリンクが輻輳しているか否かは主にリンク平均使用率から判定している。しかし、リンク平均使用率とユーザの体感するファイル転送時間やスループット等の品質との関連が不明である為、輻輳状態と判定するリンク平均使用率を具体的に特定することが困難であった。
【０００３】
またリンクを通過するフローのファイル転送時間やスループットを測定し、その平均等の統計値がある閾値以下になった場合を輻輳状態と判定する方法は、１）ファイル転送時間やスループットといったユーザ品質測定は、当該リンク上を通過する全てのパケットをキャプチャしフローを組み上げて算出するか、或いは当該リンクの前段か後段若しくは両方に試験パケット送受信機を設置して、試験パケットを送信することによって品質測定を能動的に行う必要があり、一般的にこれらはデータ蓄積の為のリソースが必要となるか専用の測定装置が必要となりコストが増大してしまう、２）当該リンクがボトルネックでない場合であっても、当該リンクを通過するフローの通過する前後のネットワークの状態によって平均スループットはネットワーク毎に異なり、ファイル転送時間やスループットに対する具体的な閾値の設定が困難である、という問題があった。
【０００４】
その為、本発明の発明者らは、本願出願人が先に出願した特願２００２−０１６３３０号「通信品質管理方法及びその実施装置並びにその処理プログラムと記憶媒体」において、測定が簡易な平均同時接続フロー数とリンク平均使用率若しくはパケット損失率という値のみから当該リンクが輻輳しているか否か、当該リンクにおいて品質が劣化しているか否かを判定し、通信品質を管理する方法を提案した。この方法では、リンク平均使用率や平均スループットに対して予めしきい値を設けること無く、平均同時接続フロー数の挙動から品質が劣化しているか否かを判定できる。
【０００５】
しかしながら、この方法では、あるリンクにおいて品質劣化を検出することはできるが、通信品質を向上させる為には、該リンクの通信帯域をどれ位増設すれば良いかといった通信帯域設計方法までは提案していなかった。
【０００６】
一方、必要な帯域を算出する従来の方法では、ＩＰレベル（或いはＡＴＭレベル）のパケット損失率（或いはセル損失率）やキューイング遅延時間をある目標値以下にする様に帯域を計算していた（例えば非特許文献１参照）。しかしながら、これらの方法では、パケット損失率や遅延時間といったＩＰレベルの品質とユーザの体感するファイル転送時間やスループット等のＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）レベルの品質との関連が不明である為、目標値の設定が困難であるという問題点があった。
【０００７】
ＴＣＰレベルの品質を考慮した方法では、フロー発生がポアソン到着であるという仮定及び各フローのラウンドトリップタイムやアクセスリンク速度は均一であるという仮定を必要とするという問題点があった（例えば非特許文献２参照）。また、パケット損失率やラウンドトリップタイムからＴＣＰスループットを推定する式が導出されており（例えば非特許文献３参照）、この式を用いて必要帯域を算出する方法が考案されている（例えば特許文献１参照）。しかしながら、この方法ではＴＣＰソースが貪欲に（つまり常に送るべきファイルが存在して）輻輳回避領域で動作するものという仮定並びにそのリンクを通るフローの経路毎にラウンドトリップタイムが与えられるという条件を必要とするという問題点があった。
【０００８】
【非特許文献１】
Ｙ．  Ｋａｍａｄｏ  ａｎｄ  Ｋ．  Ｍｉｙａｋｅ，  ”Ａ  ｍｅａｓｕｒｅｄ−ｔｒａｆｆｉｃ−ｂａｓｅｄ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ＡＴＭ  ｂａｃｋｂｏｎｅ  ｎｅｔｗｏｒｋｓ，”  ＩＥＩＣＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｃｏｍｍｕｎ．，  ｖｏｌ．  Ｅ８１−Ｂ，  ｎｏ．  ２，  Ｆｅｂ．  １９９８
【非特許文献２】
Ｓ．  Ｂ．  Ｆｒｅｄｊ，  Ｔ．  Ｂｏｎａｌｄ，  Ａ．  Ｐｒｏｕｔｉｅｒｅ，  Ｇ．  Ｒｅｇｎｉｅ，  ａｎｄ  Ｊ．  Ｗ．  Ｒｏｂｅｒｔｓ，  ”Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｓｈａｒｉｎｇ：  Ａ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  ａｔ  ｆｌｏｗ  ｌｅｖｅｌ，”  ＡＣＭ  ＳＩＧＣＯＭＭ  ２００１，  ２００１
【非特許文献３】
Ｍ．  Ｍａｔｈｉｓ，  Ｊ．  Ｓｅｍｋｅ，  Ｊ．  Ｍａｈｄａｖｉ，  ａｎｄ  Ｔ．  Ｏｔｔ，  ”Ｔｈｅ  ｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｂｅｈａｖｉｏｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＴＣＰ  ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ  ａｖｏｉｄａｎｃｅ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，”  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｒｅｖｉｅｗ，  １９９７
【特許文献１】
特開２０００−１６５４５２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術において、品質劣化の検出されたリンクの通信品質を向上させる際に必要な帯域を算出する場合、ＩＰレベルのパケット損失率やキューイング遅延時間の目標値の設定が困難であるという問題点や、ＴＣＰレベルではフロー発生がポアソン到着であるという仮定及び各フローのラウンドトリップタイムやアクセスリンク速度は均一であるという仮定を必要とするという問題点、ＴＣＰソースが貪欲に輻輳回避領域で動作するものという仮定並びにそのリンクを通るフローの経路毎にラウンドトリップタイムが与えられるという条件を必要とするという問題点があった。
【００１０】
本発明の目的は上記問題を解決し、トラヒック条件に対する仮定を設けること無く、リンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出することが可能な技術を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、通信網におけるあるリンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出する通信帯域算出装置において、品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するものである。
【００１２】
本発明では上記の目的を達成する為、あるリンクを通過するフローのスループットの平均は当該リンクがボトルネックとなっていない場合には負荷に係わらず一定であり、かつ同時接続フロー数とリンク平均使用率は比例関係となること、また当該リンクがボトルネックとなる場合には平均スループットの劣化が観測され、同時接続フロー数がリンク平均使用率に対して、非線形的に増加するという現象を用いて、品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を抽出し、その抽出した状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出する。
【００１３】
すなわち本発明では、予め定められた時間間隔におけるリンク平均使用率を算出すると共に、前記リンクを通過する平均同時接続フロー数を算出し、前記算出したリンク平均使用率が、予め定められた、ボトルネックと成りえない第１のリンク平均使用率未満である場合に、リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出しておく。
【００１４】
次に、前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第２のリンク平均使用率より大きく、前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積よりも大きい場合に、そのリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質劣化状態の組として抽出して通信帯域算出装置上の記憶領域に格納する。
【００１５】
また前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第２のリンク平均使用率以下であるか、或いは前記算出した平均同時接続フロー数が、前記算出したリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数と前記算出したリンク平均使用率との積以下である場合には、そのリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組を品質維持状態の組として抽出して通信帯域算出装置上の記憶領域に格納する。
【００１６】
そして、前記抽出した品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出する。例えば、品質劣化状態で最大のリンク平均使用率ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘと品質維持状態で最大のリンク平均使用率ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘとの比率ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘに現在のリンク帯域Ｃを乗じて必要帯域Ｃｎｅｗを算出する。この算出されたＣｎｅｗを基に帯域の増設を行うことにより、増設前に観測された最大負荷ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘが加わっても通信品質を維持することが可能となり、全ての負荷においてフロー数を線形増加させ、平均ファイル転送時間を一定に維持することができる。
【００１７】
ここで、前記比率ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘの代わりに、品質劣化状態での最大値ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘと前記品質維持状態での最大値ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘまたは前記品質劣化状態での最小値ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎの内で値の小さいものを示すｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝との比率ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／ｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝や所定パーセンタイルの比率ρ＿ｂａｄ＿ｘ／ｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｙ、ρ＿ｂａｄ＿ｚ｝、或いは、リンク平均使用率ρの代わりにフロー発生数Ｆを用いても良い。
【００１８】
また当該リンクにおけるパケット損失率を用い、そのリンクにおけるパケット損失率が予め定められた第１のパケット損失率未満の場合に前記リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出したり、そのリンクにおけるパケット損失率が予め定められた第２のパケット損失率より大きいかどうかに応じて前記品質劣化状態及び品質維持状態の組を抽出することとしても良い。
【００１９】
以上の様に本発明の通信帯域算出装置によれば、品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するので、トラヒック条件に対する仮定を設けること無く、リンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出することが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に通信網におけるあるリンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出する一実施形態の通信帯域算出装置について説明する。
【００２１】
特願２００２−０１６３３０号「通信品質管理方法及びその実施装置並びにその処理プログラムと記憶媒体」においては、あるリンクを通過するフローの品質（平均ファイル転送時間やスループットの平均）は当該リンクがボトルネックとなっていない場合には負荷に係わらず一定であり、かつ平均同時接続フロー数とリンク平均使用率は比例関係となること、また当該リンクがボトルネックとなる場合には品質の劣化が観測され、平均同時接続フロー数がリンク平均使用率に対して、非線形的に増加するという現象を用いて（図１）、平均同時接続フロー数とリンク平均使用率の関係を観測することにより当該リンクがボトルネックか否かを判定する。
【００２２】
図１は本実施形態のリンク平均使用率に対して平均同時接続フロー数と平均ファイル転送時間の関係を示す図である。図１はあるリンクを通過するフローの平均同時接続数、その平均ファイル転送時間、またリンク平均使用率の関係を表すグラフであり、あるリンクに多重されている各ユーザのアクセス回線速度が当該リンク速度よりも十分小さい場合に一般的に得られるものである。
【００２３】
あるリンクがボトルネックとなっていない、リンク平均使用率がある値以下の領域では、当該リンクを通過するフローのファイル転送時間の平均は一定であり、かつ平均同時接続フロー数とリンク平均使用率はほぼ比例関係となり、また当該リンクがボトルネックとなる、高リンク平均使用率の領域では平均ファイル転送時間が劣化し、平均同時接続フロー数がリンク平均使用率に対して、非線形的に増加する。従って、リンクが輻輳しているか否かはリンク平均使用率と平均同時接続フロー数の関係を分析することによって判定可能である。
【００２４】
またこの現象から、通信品質を維持する為には、フロー数が非線形増加を開始する様な閾値ρ＊以下にリンク平均使用率を抑えれば良いことも分かる。すなわち、現在の通信帯域Ｃを数１の様に増設すれば、観測された中での最大負荷ρ＿ｍａｘ（＝トラヒック量Ｂ＿ｍａｘ［ｂｐｓ］／Ｃ［ｂｐｓ］）が加わっても、そのときのリンク平均使用率は数２の様になり、全ての負荷において、フロー数は線形増加する（＝平均ファイル転送時間を一定に維持できる）ことになる。
【００２５】
【数１】
Ｃｎｅｗ＝Ｃ×ρ＿ｍａｘ／ρ＊
ここでＣｎｅｗは、最大負荷ρ＿ｍａｘを含むトラヒックの通信品質を維持するのみ必要な帯域である。
【００２６】
【数２】
Ｂ＿ｍａｘ／Ｃｎｅｗ＝Ｂ＿ｍａｘ／｛Ｃ×ρ＿ｍａｘ／ρ＊｝＝ρ＊ｎｅｗ
ここでρ＊ｎｅｗは、通信帯域Ｃｎｅｗでフロー数が非線形増加を開始する閾値である。
【００２７】
図２は本実施形態の通信帯域を増設した後における平均同時接続フロー数と平均ファイル転送時間の関係を示す図である。図２に示す様に通信帯域を増設した後では、フロー数が非線形増加を開始する様な閾値ρ＊ｎｅｗ以下で、最大負荷ρ＿ｍａｘを含むトラヒックの通信品質を維持することができる。
【００２８】
更に、リンク平均使用率の代わりに１秒間当たりのフロー発生数Ｆを用いる方法も考えられる。リンク平均使用率が表す負荷はトラヒック量［ｂｐｓ］に関する負荷であり、Ｆが表す負荷はフローレベルにおける負荷を表す。単位時間当たりに転送されるファイルサイズの平均をＳ［ｂｐｓ］とおくと、トラヒック量Ｂ［ｂｐｓ］との間にＢ＝ＦＳの関係が成り立ち、リンク平均使用率ρは数３で与えられる為、ファイルサイズの平均Ｓが一定ならば、リンク平均使用率ρとフロー発生数Ｆは比例の関係にある。従って、Ｃｎｅｗを数４で求めることと、数１により求めることは等価である。
【００２９】
【数３】
ρ＝Ｂ／Ｃ＝ＦＳ／Ｃ
【００３０】
【数４】
Ｃｎｅｗ＝Ｃ×Ｆ＿ｍａｘ／Ｆ＊
ここでＦ＿ｍａｘは観測された最大負荷のときのフロー発生数、Ｆ＊はフロー数が非線形増加を開始するときのフロー発生数である。
【００３１】
一方、もし最大負荷が加わっているときにリンクが非常に混んでいて途中で通信を止めるユーザも存在すると仮定すると、その場合のファイルサイズＳ＿ｍａｘは混んでないときのサイズＳより小さくなってしまう為、数５が成り立つ。
【００３２】
【数５】
ρ＿ｍａｘ／ρ＊＝｛Ｆ＿ｍａｘ×Ｓ＿ｍａｘ／Ｃ｝／｛Ｆ＊×Ｓ／Ｃ｝＜Ｆ＿ｍａｘ／Ｆ＊
従って、この様な場合にはＦを用いて帯域を見積もれば帯域増設後、平均ファイルサイズがＳになった場合でも、安全側に設計することが可能となる。
【００３３】
以上の現象を用いて、本実施形態の第１の通信帯域算出方法においては、所定時間間隔でリンク平均使用率ρｉと当該リンクを通過するフローの平均同時接続数Ｎｉ（ｉ＝１、．．．、ｎ）を測定し、品質劣化となり得ないリンク平均使用率ρ＿０を予め定めておき、ρｊ＜ρ＿０となる測定値（ρｊ、Ｎｊ）を用いてリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数Ｒを求めておく。
【００３４】
ｎ個の組み合わせ（ρｉ、Ｎｉ）、Ｒ、及び予め定めた閾値εを用いて、リンク平均使用率ρｋ＞ρ＿１かつ平均同時接続フロー数Ｎｋが以下の数６を満たす組（ρｋ、Ｎｋ）を品質劣化状態の組として抽出し、ρｋの最大値であるｍａｘ｛ρｋ｝をρ＿ｂａｄ＿ｍａｘとする。ここでｍａｘ｛｝は括弧内の変数または数値の最大値を表す関数であるものとする。
【００３５】
【数６】
Ｎ＞ρ×（Ｒ×（１＋ε））
またρｍ≦ρ＿１或いは平均同時接続フロー数Ｎｍが以下の数７を満たす組（ρｍ、Ｎｍ）を品質維持状態の組として抽出し、ρｍの最大値であるｍａｘ｛ρｍ｝をρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘとする。
【００３６】
【数７】
Ｎ≦ρ×（Ｒ×（１＋ε））
そして、当該リンクにおいて必要な帯域Ｃｎｅｗを数８により算出する。
【００３７】
【数８】
Ｃｎｅｗ＝ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ×Ｃ
ここでＣは現在のリンク帯域である。
【００３８】
本実施形態の第２の通信帯域算出方法においては、第１の方法と同様に（ρｉ、Ｎｉ）の測定及びＲの算出を行い、ｎ個の組み合わせ（ρｉ、Ｎｉ）、Ｒ、及び予め定めた閾値εを用いて、第１の方法と同様に品質劣化状態の組（ρｋ、Ｎｋ）を抽出し、ρｋの最大値であるｍａｘ｛ρｋ｝をρ＿ｂａｄ＿ｍａｘとし、ρｋの最小値であるｍｉｎ｛ρｋ｝をρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎとする。また第１の方法と同様に品質維持状態の組（ρｍ、Ｎｍ）を抽出し、ρｍの最大値であるｍａｘ｛ρｍ｝をρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘとし、当該リンクにおいて必要な帯域を数９により算出する。
【００３９】
【数９】
Ｃｎｅｗ＝ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／ｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝×Ｃ
ここでｍｉｎ｛｝は括弧内の変数または数値の最小値を表す関数であるものとする。
【００４０】
第１の方法ではρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘを用いていたのに対し、ここではｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝を用いている。その理由は、外乱や確率的変動の影響によって、測定されたρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘの値がたまたまρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎより大きくなってしまった場合に、単純にρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ×Ｃにより帯域を見積もると小さめに算出する恐れがある為、ｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝により安全側に帯域を算出できる様にする為である。
【００４１】
本実施形態の第３の通信帯域算出方法においては、第１の方法と同様に（ρｉ、Ｎｉ）の測定及びＲの算出を行い、ｎ個の組み合わせ（ρｉ、Ｎｉ）、Ｒ、及び予め定めた閾値εを用いて、第１の方法と同様に品質劣化状態の組（ρｋ、Ｎｋ）を抽出し、｛ρｋ｝のＸパーセンタイルをρ＿ｂａｄ＿ｘとし、｛ρｋ｝のＺパーセンタイル（Ｘ＞Ｚ）をρ＿ｂａｄ＿ｚとする。また第１の方法と同様に品質維持状態の組（ρｍ、Ｎｍ）を抽出し、｛ρｍ｝のＹパーセンタイルをρ＿ｇｏｏｄ＿ｙとし、当該リンクにおいて必要な帯域を数１０により算出する。
【００４２】
【数１０】
Ｃｎｅｗ＝ρ＿ｂａｄ＿ｘ／ｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｙ、ρ＿ｂａｄ＿ｚ｝×Ｃ
第１の方法ではρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘを用いていたのに対し、ここではパーセンタイルを用いている。これは、外乱や瞬間的な高負荷の影響によって、測定されたρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘの値がたまたま非常に大きい値となった場合に対処する為である。
【００４３】
本実施形態の第４の通信帯域算出方法においては、第１の方法で測定する平均同時接続フロー数とリンク平均使用率の測定と共に同時に当該リンクにおけるフロー発生数Ｆｉも測定し、ｎ個の組み合わせ（ρｉ、Ｎｉ、Ｆｉ）、Ｒ、及び予め定めた閾値εを用いて、リンク平均使用率ρｋ＞ρ＿１かつ平均同時接続フロー数Ｎｋが数６を満たす組（ρｋ、Ｎｋ、Ｆｋ）を品質劣化状態の組として抽出し、ｍａｘ｛Ｆｋ｝をＦ＿ｂａｄ＿ｍａｘとする。また、ρｍ≦ρ＿１或いは平均同時接続フロー数Ｎｍが数７を満たす組（ρｍ、Ｎｍ、Ｆｍ）を品質維持状態の組として抽出し、ｍａｘ｛Ｆｍ｝をＦ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘとし、当該リンクにおいて必要な帯域を数１１により算出する。
【数１１】
Ｃｎｅｗ＝Ｆ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ×Ｃ
【００４４】
本実施形態の第５の通信帯域算出方法においては、第４の方法と同様に平均同時接続フロー数とリンク平均使用率の測定と共に同時に当該リンクにおけるフロー発生数Ｆｉも測定し、ｎ個の組み合わせ（ρｉ、Ｎｉ、Ｆｉ）、Ｒ、及び予め定めた閾値εを用いて、第４の方法と同様に品質劣化状態の組（ρｋ、Ｎｋ、Ｆｋ）を抽出し、ｍａｘ｛Ｆｋ｝をＦ＿ｂａｄ＿ｍａｘとする。またｍｉｎ｛Ｆｋ｝をＦ＿ｂａｄ＿ｍｉｎとし、第４の方法と同様に品質維持状態の組（ρｍ、Ｎｍ、Ｆｍ）を抽出し、ｍａｘ｛Ｆｍ｝をＦ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘとし、当該リンクにおいて必要な帯域を数１２により算出する。
【数１２】
Ｃｎｅｗ＝Ｆ＿ｂａｄ＿ｍａｘ／ｍｉｎ｛Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝×Ｃ
【００４５】
本実施形態の第６の通信帯域算出方法においては、第４の方法と同様に平均同時接続フロー数とリンク平均使用率の測定と共に同時に当該リンクにおけるフロー発生数Ｆｉも測定し、ｎ個の組み合わせ（ρｉ、Ｎｉ、Ｆｉ）、Ｒ、及び予め定めた閾値εを用いて、第４の方法と同様に品質劣化状態の組（ρｋ、Ｎｋ、Ｆｋ）を抽出し、｛Ｆｋ｝のＸパーセンタイルをＦ＿ｂａｄ＿ｘとし、Ｚパーセンタイル（Ｘ＞Ｚ）をＦ＿ｂａｄ＿ｚとする。また、第４の方法と同様に品質維持状態の組（ρｍ、Ｎｍ、Ｆｍ）を抽出し、｛Ｆｍ｝のＹパーセンタイルをＦ＿ｇｏｏｄ＿ｙとし、当該リンクにおいて必要な帯域を数１３により算出する。
【数１３】
Ｃｎｅｗ＝Ｆ＿ｂａｄ＿ｘ／ｍｉｎ｛Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｙ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｚ｝×Ｃ
【００４６】
本実施形態の第７の通信帯域算出方法においては、第１の方法で測定する平均同時接続フロー数とリンク平均使用率の測定と共に同時に当該リンクにおけるパケット損失率Ｌｉも同時に測定し、予め定めた閾値Ｌ１に対してパケット損失率Ｌｋ＞Ｌ１かつ予め定めた閾値εに対して平均同時接続フロー数Ｎｋが数６を満たす組（ρｋ、Ｎｋ）を品質劣化状態の組として抽出し、Ｌｋ≦Ｌ１或いは平均同時接続フロー数Ｎｍが数７を満たす組（ρｍ、Ｎｍ）を品質維持状態の組として抽出し、第１から第６のいずれかの方法で当該リンクにおいて必要な帯域を算出する。
【００４７】
本実施形態の第８の通信帯域算出方法においては、第７の方法と同様に平均同時接続フロー数とリンク平均使用率の測定と共に同時に当該リンクにおけるパケット損失率Ｌｉも同時に測定し、予め定めた閾値Ｌ０に対してＬｊ＜Ｌ０の場合の測定値（ρｊ、Ｎｊ）を用いてリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数Ｒを算出し、そのＲを用いて第１から第６のいずれかの方法で当該リンクにおいて必要な帯域を算出する。
【００４８】
本実施形態の第９の通信帯域算出方法においては、第７の方法と同様に平均同時接続フロー数とリンク平均使用率の測定と共に同時に当該リンクにおけるパケット損失率Ｌｉも同時に測定し、予め定めた閾値Ｌ０に対してＬｊ＜Ｌ０の場合の測定値（ρｊ、Ｎｊ）を用いてリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数Ｒを算出し、予め定めた閾値Ｌ１に対してパケット損失率Ｌｋ＞Ｌ１かつ予め定めた閾値εに対して平均同時接続フロー数Ｎｋが数６を満たす組（ρｋ、Ｎｋ）を品質劣化状態の組として抽出し、Ｌｋ≦Ｌ１或いは平均同時接続フロー数Ｎｍが数７を満たす組（ρｍ、Ｎｍ）を品質維持状態の組として抽出し、第１から第６のいずれかの方法で当該リンクにおいて必要な帯域を算出する。
【００４９】
図３は本実施形態のＩＰネットワークの基本構成の一例を示す図である。図３に示す様に通信帯域算出装置３００はノード間のリンクに挿入される形態で利用され、予め定められた時間間隔におけるリンク平均使用率とそのリンクを通過する平均同時接続フロー数を観測して必要な帯域を算出する。
【００５０】
図４は本実施形態の通信帯域算出装置３００の概略構成を示す図である。図４に示す様に本実施形態の通信帯域算出装置３００は、パケットヘッダ解析部４０１と、リンク使用率算出部４０２と、同時接続フロー数算出部４０３と、同時接続フロー数及び使用率管理部４０４と、使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５と、通信帯域算出部４０６とを有している。
【００５１】
パケットヘッダ解析部４０１は、前段ノードから到着したパケットのヘッダを解析してヘッダ情報を読み取った後に当該パケットを後段ノードへ送信する処理部である。リンク使用率算出部４０２は、予め定められた時間間隔におけるリンク平均使用率を算出する処理部である。
【００５２】
同時接続フロー数算出部４０３は、前記リンクを通過する平均同時接続フロー数を算出する処理部である。同時接続フロー数及び使用率管理部４０４は、前記算出したリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数を通信帯域算出装置３００のメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上に格納して管理する処理部である。
【００５３】
使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５は、前記算出したリンク平均使用率または当該リンクにおけるパケット損失率が予め定められた所定の値未満である場合に、リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出する処理部である。
【００５４】
通信帯域算出部４０６は、品質劣化状態及び品質維持状態のリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組またはフロー発生数を含む組をそれぞれ抽出して通信帯域算出装置３００のメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上に格納し、その抽出した各状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出する処理部である。
【００５５】
通信帯域算出装置３００をパケットヘッダ解析部４０１、リンク使用率算出部４０２、同時接続フロー数算出部４０３、同時接続フロー数及び使用率管理部４０４、使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５及び通信帯域算出部４０６として機能させる為のプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記録され磁気ディスク等に格納された後、メモリにロードされて実行されるものとする。なお前記プログラムを記録する記録媒体はＣＤ−ＲＯＭ以外の他の記録媒体でも良い。また前記プログラムを当該記録媒体から情報処理装置にインストールして使用しても良いし、ネットワークを通じて当該記録媒体にアクセスして前記プログラムを使用するものとしても良い。
【００５６】
図４に示されている通り、前段ノードから到着したパケットはパケットヘッダ解析部４０１によってパケットサイズ、パケットのヘッダ情報やＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）フラグ情報を読み取られた後、後段ノードへ送信される。
【００５７】
パケットヘッダ解析部４０１によって読み取られたパケットサイズはリンク使用率算出部４０２へ通知され、リンク使用率算出部４０２は所定時間ｔ０の間に通過したパケットのサイズの和をｔ０で割ったものを更にリンク帯域で割ることによってｔ０毎のリンク平均使用率ρｉを算出し、これをｔ０時間毎に同時接続フロー数及び使用率管理部４０４に通知する。
【００５８】
一方、パケットのヘッダ情報やＴＣＰフラグ情報は同時接続フロー数算出部４０３に通知され、同時接続フロー数算出部４０３は、発信元ＩＰアドレス、着信先ＩＰアドレス、プロトコル番号、発信元ポート番号、着信先ポート番号を読み出して新たな組み合わせを持つパケットが到着しているかどうかを調べ、新たな組み合わせを持つパケットが到着している場合には、新しいフロー発生とし、テーブルにそのアドレスの組とそのときのパケット到着時刻をエントリする。もし既に同じ組を持つパケットがテーブルにエントリされていれば、そのパケット到着時刻を現在の時刻に更新する。また同時接続フロー数算出部４０３は、ある組を持つパケットが最後に観測されてから経過した時間がタイムアウト値ＴＯを超えたらフロー終了として、テーブルからその組を削除する。
【００５９】
そして、このテーブルにエントリされている組の数をフロー数とし、ｔ０時間毎にこの値の平均値Ｎｉを算出し、同時接続フロー数及び使用率管理部４０４に通知する。またフロー発生数Ｆｉの測定も行う場合には、１秒間当たりの新しいフロー発生の数を求めてフロー発生数Ｆｉを算出し、同時接続フロー数及び使用率管理部４０４に通知する。
【００６０】
使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５は、所定時間Ｔ（＞ｔ０）毎に同時接続フロー数及び使用率管理部４０４から、平均同時接続フロー数Ｎｉ及びリンク平均使用率ρｉ（ｉ＝１、．．．、ｎ）を読み出して、リンク平均使用率ρｊが予め定めておいた閾値ρ＿０未満かどうかをチェックし、ρ＿０未満である（ρｊ、Ｎｊ）を用いて、最小２乗法によりリンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数Ｒを算出する。そして、計算したＲを通信帯域算出部４０６に通知する。
【００６１】
通信帯域算出部４０６は、同時接続フロー数及び使用率管理部４０４から、平均同時接続フロー数Ｎｉ及びリンク平均使用率ρｉ或いはフロー発生数Ｆｉ（ｉ＝１、．．．、ｎ）を読み出し、ｎ個の組み合わせ（ρｉ、Ｎｉ）または（ρｉ、Ｎｉ、Ｆｉ）、Ｒ、及び予め定めた閾値εを用いて、リンク平均使用率ρｋ＞ρ＿１である場合に、平均同時接続フロー数Ｎｋが数６を満たす組（ρｋ、Ｎｋ）を品質劣化状態の組として抽出し、予め指定された算出方法に応じてρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ、ρ＿ｂａｄ＿ｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｚ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｍａｘ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｘ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｚを求める。
【００６２】
またρｍ≦ρ＿１或いは平均同時接続フロー数Ｎｍが数７を満たす組（ρｍ、Ｎｍ）を品質維持状態の組として抽出し、予め指定された算出方法に応じてρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｇｏｏｄ＿ｙ、Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｙを求める。そして前記数８乃至数１３のいずれかにより当該リンクにおいて必要な帯域を算出する。
【００６３】
図５は本実施形態のパケットヘッダ解析処理の処理手順を示すフローチャートである。図５に示す様に通信帯域算出装置３００のパケットヘッダ解析部４０１は、前段ノードから到着したパケットのヘッダを解析してヘッダ情報を読み取った後に当該パケットを後段ノードへ送信する処理を行う。
【００６４】
ステップ５０１で通信帯域算出装置３００のパケットヘッダ解析部４０１は、前段ノードからパケットが到着しているかどうかを調べ、パケットが到着している場合にはステップ５０２へ進む。
【００６５】
ステップ５０２では、前記到着したパケットのパケットヘッダを解析して、パケットサイズ、送信ＩＰアドレス、受信ＩＰアドレス、トランスポートプロトコル種別、送信ポート番号、受信ポート番号、ＴＣＰフラグ等のヘッダ情報を読み取る。ステップ５０３では、前記ヘッダ情報の読み取りを行ったパケットを後段ノードへ送信する。
【００６６】
ステップ５０４では、前記読み取ったパケットサイズをリンク使用率算出部４０２へ通知する。ステップ５０５では、前記読取った送信ＩＰアドレス、受信ＩＰアドレス、トランスポートプロトコル種別、送信ポート番号、受信ポート番号、ＴＣＰフラグといったヘッダ情報を同時接続フロー数算出部４０３に通知する。
【００６７】
図６は本実施形態のリンク使用率算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図６に示す様に通信帯域算出装置３００のリンク使用率算出部４０２は、予め定められた時間間隔におけるリンク平均使用率を算出する処理を行う。
【００６８】
ステップ６０１で通信帯域算出装置３００のリンク使用率算出部４０２は、パケットヘッダ解析部４０１からパケットサイズが通知されているかどうかを調べ、パケットサイズが通知されている場合にはステップ６０２へ進む。ステップ６０２では、前記通知されたパケットサイズと以前に通知されているパケットサイズとの和を求める。
【００６９】
ステップ６０３では、予め定められた所定の時間ｔ０が経過しているかどうかを調べ、所定の時間ｔ０が経過している場合にはステップ６０４へ進む。
【００７０】
ステップ６０４では、所定の時間ｔ０の間に通過したパケットサイズの和をｔ０で割ったものを更にリンク帯域で割ることによってｔ０毎のリンク平均使用率ρを算出する。ステップ６０５では、前記算出したリンク平均使用率ρを、同時接続フロー数及び使用率管理部４０４に通知する。ステップ６０６では、前記算出したパケットサイズの和を格納している変数を初期化してステップ６０１へ戻る。
【００７１】
また同時接続フロー数及び使用率管理部４０４では、リンク使用率算出部４０２から通知されたリンク平均使用率ρを通信帯域算出装置３００のメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上に格納して管理する。
【００７２】
図７は本実施形態の同時接続フロー数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図７に示す様に通信帯域算出装置３００の同時接続フロー数算出部４０３は、前記リンクを通過する平均同時接続フロー数を算出する処理を行う。
【００７３】
ステップ７０１で通信帯域算出装置３００の同時接続フロー数算出部４０３は、パケットヘッダ解析部４０１から送信ＩＰアドレス、受信ＩＰアドレス、トランスポートプロトコル種別、送信ポート番号、受信ポート番号、ＴＣＰフラグといったヘッダ情報が通知されているかどうかを調べ、前記ヘッダ情報が通知されている場合にはステップ７０２へ進む。
【００７４】
ステップ７０２では、前記通知されたヘッダ情報と以前に通知されたヘッダ情報とを比較して、前記通知された送信ＩＰアドレス、受信ＩＰアドレス、トランスポートプロトコル種別、送信ポート番号、受信ポート番号の５つの値が新規のものであるかどうかを調べ、新規のものである場合には新しいフローの発生と判断してステップ７０３へ進み、既に同じ組を持つパケットがテーブルにエントリされていればステップ７１０へ進む。
【００７５】
ステップ７０３では、テーブルにそのアドレスの組とそのときのパケット到着時刻をエントリする。またフロー発生数Ｆの測定も行う場合には、新しく発生したフローの数を示す発生フローカウンタに「１」を加算する。またステップ７１０では、テーブルに既にエントリされているパケット到着時刻を現在の時刻に更新する。
【００７６】
ステップ７０４では、テーブル中の到着時刻を参照し、既存フローに属するパケットが予め定めておいたタイムアウト値ＴＯの間到着していないかどうかを調べる。前記パケットがＴＯの間到着していない場合には当該フローが終了したと判断してステップ７０５へ進み、テーブルからそのフローのアドレスの組と到着時刻を削除する。
【００７７】
ステップ７０６では、予め定められた所定の時間ｔ０が経過しているかどうかを調べ、所定の時間ｔ０が経過している場合にはステップ７０７へ進む。ステップ７０７では、前記テーブル中にエントリされているフロー数の１秒間当たりの平均値を算出して平均同時接続フロー数Ｎとし、ステップ７０８では、前記算出した平均同時接続フロー数Ｎを同時接続フロー数及び使用率管理部４０４に通知する。
【００７８】
またフロー発生数Ｆの測定も行う指定が行われている場合には、ステップ７０７で前記発生フローカウンタの値を読み出し、１秒間当たりの新しいフロー発生の数を求めてフロー発生数Ｆを算出した後、前記発生フローカウンタの値を「０」にリセットし、ステップ７０８では、前記算出したフロー発生数Ｆを同時接続フロー数及び使用率管理部４０４に通知する。
【００７９】
同時接続フロー数及び使用率管理部４０４では、同時接続フロー数算出部４０３から通知された平均同時接続フロー数Ｎやフロー発生数Ｆを通信帯域算出装置３００のメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上に格納して管理する。
【００８０】
図８は本実施形態の使用率当たりの同時接続フロー数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図８に示す様に通信帯域算出装置３００の使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５は、前記算出したリンク平均使用率が予め定められた第１のリンク平均使用率未満である場合に、リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出する処理を行う。
【００８１】
ステップ８０１で通信帯域算出装置３００の使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５は、所定時間Ｔ（＞ｔ０）毎に同時接続フロー数及び使用率管理部４０４の管理するメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上の記憶領域から、平均同時接続フロー数Ｎｉ及びリンク平均使用率ρｉ（ｉ＝１、．．．、ｎ）を読み出す。
【００８２】
ステップ８０２では、前記読み出したリンク平均使用率ρｊが予め定めておいた第１のリンク平均使用率である閾値ρ＿０未満であるかどうかを調べ、リンク平均使用率ρｊが閾値ρ＿０未満である場合にはステップ８０３へ進む。ここで前記閾値ρ＿０はボトルネックと成り得ないリンク平均使用率であるものとする。
【００８３】
ステップ８０３では、前記閾値ρ＿０未満である値の組（ρｊ、Ｎｊ）を抽出を用いて、最小２乗法によりＮ＝Ｒ×ρという線形近似式におけるＲを求め、リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数Ｒを算出する。そしてステップ８０４では、前記算出した平均同時接続フロー数Ｒを通信帯域算出部４０６に通知する。
【００８４】
図９は本実施形態の通信帯域算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図９に示す様に通信帯域算出装置３００の通信帯域算出部４０６は、品質劣化状態及び品質維持状態のリンク平均使用率及び平均同時接続フロー数の組またはフロー発生数を含む組をそれぞれ抽出し、その抽出した各状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出する処理を行う。
【００８５】
ステップ９０１で通信帯域算出装置３００の通信帯域算出部４０６は、同時接続フロー数及び使用率管理部４０４の管理するメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上の記憶領域から、平均同時接続フロー数Ｎｉ及びリンク平均使用率ρｉ（ｉ＝１、．．．、ｎ）を読み出す。またフロー発生数Ｆを用いた通信帯域の算出を行う指定が行われている場合には、フロー発生数Ｆｉも読み出す。
【００８６】
ステップ９０２では、前記読み出したリンク平均使用率ρｉが予め定めておいた第２のリンク平均使用率である閾値ρ＿１より大きいかどうかを調べ、リンク平均使用率ρｉが閾値ρ＿１より大きい場合にはステップ９０３へ進み、そうでない場合にはステップ９０５へ進む。ここで閾値ρ＿１は前記閾値ρ＿０よりも大きい値であるものとするが、閾値ρ＿０と同じ値を用いても良い。
【００８７】
ステップ９０３では、前記読み出した平均同時接続フロー数Ｎｉが前記数６を満たすかどうかを調べ、数６を満たす場合にはステップ９０４へ進み、そうでない場合にはステップ９０５へ進む。
【００８８】
ステップ９０４では、リンク平均使用率ρｋ＞ρ＿１かつ平均同時接続フロー数Ｎｋが数６を満たす組（ρｋ、Ｎｋ）または（ρｋ、Ｎｋ、Ｆｋ）を品質劣化状態の組として抽出して通信帯域算出装置３００のメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上の記憶領域に格納する。
【００８９】
またステップ９０５では、ρｍ≦ρ＿１或いは平均同時接続フロー数Ｎｍが数７を満たす組（ρｍ、Ｎｍ）または（ρｍ、Ｎｍ、Ｆｍ）を品質維持状態の組として抽出して通信帯域算出装置３００の前記記憶領域に格納する。
【００９０】
ステップ９０６では、指定された算出方法に応じて、品質劣化状態の組中のρｋまたはＦｋの値を読み出して、ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ、ρ＿ｂａｄ＿ｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｚ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｍａｘ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｘ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｚのいずれかを求めた後、指定された算出方法に応じて品質維持状態の組中のρｍまたはＦｍの値を読み出して、ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｇｏｏｄ＿ｙ、Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｙのいずれかを求める。そして、前記数８乃至数１３のいずれかにより当該リンクにおいて必要な帯域を算出した後、その算出結果を通信帯域算出装置３００のディスプレイ装置上に表示する。
【００９１】
図１０は本実施形態の必要帯域算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図１０に示す様に通信帯域算出装置３００の通信帯域算出部４０６は、起動時のパラメータ等、予め指定された内容に応じて数８乃至数１３に対応したいずれかの処理手順に従って、必要帯域を算出する処理を行う。
【００９２】
ステップ１００１で通信帯域算出装置３００の通信帯域算出部４０６は、起動時のパラメータ等により予め指定された算出方法を示す情報を格納しているメモリまたは磁気ディスク装置等の記憶装置上の記憶領域を参照して、必要帯域の算出で用いる数値としてリンク平均使用率ρまたはフロー発生数Ｆのどちらが指定されているかを調べ、リンク平均使用率ρが指定されている場合にはステップ１００２へ進む。
【００９３】
ステップ１００２では、前記算出方法を示す情報を格納している記憶領域を参照し、必要帯域の算出方法として前記第１または第２の方法、すなわちρ＿ｂａｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎやρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘを用いる方法が指定されているかどうかを調べ、その指定が行われている場合にはステップ１００３へ進む。
【００９４】
ステップ１００３では、前記抽出した品質劣化状態の組（ρｋ、Ｎｋ）を格納している記憶領域を参照してリンク平均使用率ρｋの最大値ｍａｘ｛ρｋ｝を求め、変数ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘへ格納する。
【００９５】
ステップ１００４では、前記抽出した品質維持状態の組（ρｍ、Ｎｍ）を格納している記憶領域を参照してリンク平均使用率ρｍの最大値ｍａｘ｛ρｍ｝を求め、変数ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘへ格納する。
【００９６】
ステップ１００５では、前記算出方法を示す情報を格納している記憶領域を参照し、必要帯域の算出方法として前記第１の方法が指定されているかどうかを調べ、前記第１の方法が指定されている場合にはステップ１００６へ進む。
【００９７】
ステップ１００６では、数８に従って必要帯域Ｃｎｅｗを算出する。すなわち品質維持状態の最大リンク平均使用率ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘに対する品質劣化状態の最大リンク平均使用率ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘの比率に現在のリンク帯域Ｃを乗じて必要帯域Ｃｎｅｗを求める。
【００９８】
またステップ１００５で必要帯域の算出方法として前記第１の方法が指定されていない場合には第２の方法が指定されていものとしてステップ１００７へ進む。
【００９９】
ステップ１００７では、前記抽出した品質劣化状態の組（ρｋ、Ｎｋ）を格納している記憶領域を参照してリンク平均使用率ρｋの最小値ｍｉｎ｛ρｋ｝を求め、変数ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎへ格納する。
【０１００】
ステップ１００８では、数９に従って必要帯域Ｃｎｅｗを算出する。すなわち品質維持状態の最大リンク平均使用率ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘまたは品質劣化状態の最小リンク平均使用率ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎの内の小さい方の値であるｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、ρ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝を求めた後、その求めた値に対する品質劣化状態の最大リンク平均使用率ρ＿ｂａｄ＿ｍａｘの比率に現在のリンク帯域Ｃを乗じて必要帯域Ｃｎｅｗを求める。
【０１０１】
一方ステップ１００２で必要帯域の算出方法として前記第１または第２のいずれの方法も指定されていない場合には前記第３の方法が指定されているものとしてステップ１００９へ進む。
【０１０２】
ステップ１００９では、前記抽出した品質劣化状態の組（ρｋ、Ｎｋ）を格納している記憶領域を参照してリンク平均使用率ρｋのＸパーセンタイルとＺパーセンタイル（Ｘ＞Ｚ）とを求め、それぞれ変数ρ＿ｂａｄ＿ｘ及びρ＿ｂａｄ＿ｚへ格納する。例えばＸ及びＺをそれぞれ９０と１０とした場合、ρｋを昇順に検索して１０％目と９０％目の値を求め、それぞれ変数ρ＿ｂａｄ＿ｚ及びρ＿ｂａｄ＿ｘに格納する。
【０１０３】
ステップ１０１０では、前記抽出した品質維持状態の組（ρｍ、Ｎｍ）を格納している記憶領域を参照してリンク平均使用率ρｍのＹパーセンタイルを求め、変数ρ＿ｇｏｏｄ＿ｙへ格納する。例えばＹを９０とした場合、ρｍを昇順に検索して９０％目の値を求め、変数ρ＿ｇｏｏｄ＿ｙに格納する。
【０１０４】
ステップ１０１１では、数１０に従って必要帯域Ｃｎｅｗを算出する。すなわち品質維持状態のリンク平均使用率のＹパーセンタイルρ＿ｇｏｏｄ＿ｙまたは品質劣化状態のリンク平均使用率のＺパーセンタイルρ＿ｂａｄ＿ｚの内の小さい方の値であるｍｉｎ｛ρ＿ｇｏｏｄ＿ｙ、ρ＿ｂａｄ＿ｚ｝を求めた後、その求めた値に対する品質劣化状態のリンク平均使用率のＸパーセンタイルρ＿ｂａｄ＿ｘの比率に現在のリンク帯域Ｃを乗じて必要帯域Ｃｎｅｗを求める。
【０１０５】
一方ステップ１００１で、起動時のパラメータ等により予め指定された算出方法を示す情報を格納している記憶領域を参照して調べた結果、必要帯域の算出で用いる数値としてフロー発生数Ｆが指定されていた場合にはステップ１０１２へ進む。
【０１０６】
ステップ１０１２では、前記算出方法を示す情報を格納している記憶領域を参照し、必要帯域の算出方法として前記第４または第５の方法、すなわちＦ＿ｂａｄ＿ｍａｘ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｍｉｎやＦ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘを用いる方法が指定されているかどうかを調べ、その指定が行われている場合にはステップ１０１３へ進む。
【０１０７】
ステップ１０１３では、前記抽出した品質劣化状態の組（ρｋ、Ｆｋ、Ｎｋ）を格納している記憶領域を参照してフロー発生数Ｆｋの最大値ｍａｘ｛Ｆｋ｝を求め、変数Ｆ＿ｂａｄ＿ｍａｘへ格納する。
【０１０８】
ステップ１０１４では、前記抽出した品質維持状態の組（ρｍ、Ｆｍ、Ｎｍ）を格納している記憶領域を参照してフロー発生数Ｆｍの最大値ｍａｘ｛Ｆｍ｝を求め、変数Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘへ格納する。
【０１０９】
ステップ１０１５では、前記算出方法を示す情報を格納している記憶領域を参照し、必要帯域の算出方法として前記第４の方法が指定されているかどうかを調べ、前記第４の方法が指定されている場合にはステップ１０１６へ進む。
【０１１０】
ステップ１０１６では、数１１に従って必要帯域Ｃｎｅｗを算出する。すなわち品質維持状態の最大フロー発生数Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘに対する品質劣化状態の最大フロー発生数Ｆ＿ｂａｄ＿ｍａｘの比率に現在のリンク帯域Ｃを乗じて必要帯域Ｃｎｅｗを求める。
【０１１１】
またステップ１０１５で必要帯域の算出方法として前記第４の方法が指定されていない場合には第５の方法が指定されていものとしてステップ１０１７へ進む。
【０１１２】
ステップ１０１７では、前記抽出した品質劣化状態の組（ρｋ、Ｆｋ、Ｎｋ）を格納している記憶領域を参照してフロー発生数Ｆｋの最小値ｍｉｎ｛Ｆｋ｝を求め、変数Ｆ＿ｂａｄ＿ｍｉｎへ格納する。
【０１１３】
ステップ１０１８では、数１２に従って必要帯域Ｃｎｅｗを算出する。すなわち品質維持状態の最大フロー発生数Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘまたは品質劣化状態の最小フロー発生数Ｆ＿ｂａｄ＿ｍｉｎの内の小さい方の値であるｍｉｎ｛Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｍａｘ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｍｉｎ｝を求めた後、その求めた値に対する品質劣化状態の最大フロー発生数Ｆ＿ｂａｄ＿ｍａｘの比率に現在のリンク帯域Ｃを乗じて必要帯域Ｃｎｅｗを求める。
【０１１４】
一方ステップ１０１２で必要帯域の算出方法として前記第４または第５のいずれの方法も指定されていない場合には前記第６の方法が指定されているものとしてステップ１０１９へ進む。
【０１１５】
ステップ１０１９では、前記抽出した品質劣化状態の組（ρｋ、Ｆｋ、Ｎｋ）を格納している記憶領域を参照してフロー発生数ＦｋのＸパーセンタイルとＺパーセンタイル（Ｘ＞Ｚ）とを求め、それぞれ変数Ｆ＿ｂａｄ＿ｘ及びＦ＿ｂａｄ＿ｚへ格納する。例えばＸ及びＺをそれぞれ９０と１０とした場合、Ｆｋを昇順に検索して１０％目と９０％目の値を求め、それぞれ変数Ｆ＿ｂａｄ＿ｚ及びＦ＿ｂａｄ＿ｘに格納する。
【０１１６】
ステップ１０２０では、前記抽出した品質維持状態の組（ρｍ、Ｆｍ、Ｎｍ）を格納している記憶領域を参照してフロー発生数ＦｍのＹパーセンタイルを求め、変数Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｙへ格納する。例えばＹを９０とした場合、Ｆｍを昇順に検索して９０％目の値を求め、変数Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｙに格納する。
【０１１７】
ステップ１０２１では、数１３に従って必要帯域Ｃｎｅｗを算出する。すなわち品質維持状態のフロー発生数のＹパーセンタイルＦ＿ｇｏｏｄ＿ｙまたは品質劣化状態のフロー発生数のＺパーセンタイルＦ＿ｂａｄ＿ｚの内の小さい方の値であるｍｉｎ｛Ｆ＿ｇｏｏｄ＿ｙ、Ｆ＿ｂａｄ＿ｚ｝を求めた後、その求めた値に対する品質劣化状態のフロー発生数のＸパーセンタイルＦ＿ｂａｄ＿ｘの比率に現在のリンク帯域Ｃを乗じて必要帯域Ｃｎｅｗを求める。
【０１１８】
図１１は本実施形態のパケット損失率を考慮した使用率当たりの同時接続フロー数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図１１に示す様に通信帯域算出装置３００の使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５は、そのリンクにおけるパケット損失率が予め定められた第１のパケット損失率未満であるかを考慮して、リンク平均使用率当たりの平均同時接続フロー数を算出する処理を行っても良い。
【０１１９】
すなわちステップ１１０１で使用率当たりの同時接続フロー数算出部４０５は、通信帯域算出装置３００に接続されているノードから通知されたパケット損失率Ｌが予め定めておいた第１のパケット損失率である閾値Ｌ０未満であるかどうかを調べ、パケット損失率Ｌが閾値Ｌ０未満である場合にはステップ８０３へ進む。なお他の処理ステップは図８で説明したものと同様の処理を行うものとする。
【０１２０】
図１２は本実施形態のパケット損失率を考慮した通信帯域算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図１２に示す様に通信帯域算出装置３００の通信帯域算出部４０６は、そのリンクにおけるパケット損失率が予め定められた第２のパケット損失率より大きいかどうかを考慮して通信帯域の算出を行っても良い。
【０１２１】
すなわちステップ１２０１で通信帯域算出部４０６は、通信帯域算出装置３００に接続されているノードから通知されたパケット損失率Ｌが予め定めておいた第２のパケット損失率である閾値Ｌ１以上であるかどうかを調べ、パケット損失率Ｌが閾値Ｌ１以上である場合にはステップ９０３へ進む。ここで閾値Ｌ１は前記閾値Ｌ０よりも大きい値であるものとするが、閾値Ｌ０と同じ値を用いても良い。なお他の処理ステップは図９で説明したものと同様の処理を行うものとする。
【０１２２】
また図１１のパケット損失率を考慮した使用率当たりの同時接続フロー数算出処理と、図１２のパケット損失率を考慮した通信帯域算出処理とを組み合わせても良い。
【０１２３】
前記の様に本実施形態によれば、観測が簡易な平均同時接続フロー数とリンク平均使用率という値のみからそれらの関係を算出することにより、必要帯域を算出するので、トラヒック条件に対する仮定を設けること無く、測定が簡易な平均同時接続フロー数とリンク平均使用率という値のみから当該リンクにおいてＴＣＰレベルでの通信品質を維持させる為に必要な通信帯域を算出することができる。
【０１２４】
以上説明した様に本実施形態の通信帯域算出装置によれば、品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するので、トラヒック条件に対する仮定を設けること無く、リンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出することが可能である。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によれば品質劣化状態及び品質維持状態におけるリンク平均使用率またはフロー発生数の比率に現在のリンク帯域を乗じて必要帯域を算出するので、トラヒック条件に対する仮定を設けること無く、リンクを経由するユーザフローの通信品質を維持する為に必要な帯域を算出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のリンク平均使用率に対して平均同時接続フロー数と平均ファイル転送時間の関係を示す図である。
【図２】本実施形態の通信帯域を増設した後における平均同時接続フロー数と平均ファイル転送時間の関係を示す図である。
【図３】本実施形態のＩＰネットワークの基本構成の一例を示す図である。
【図４】本実施形態の通信帯域算出装置３００の概略構成を示す図である。
【図５】本実施形態のパケットヘッダ解析処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態のリンク使用率算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態の同時接続フロー数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態の使用率当たりの同時接続フロー数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態の通信帯域算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】本実施形態の必要帯域算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】本実施形態のパケット損失率を考慮した使用率当たりの同時接続フロー数算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１２】本実施形態のパケット損失率を考慮した通信帯域算出処理の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３００…通信帯域算出装置、４０１…パケットヘッダ解析部、４０２…リンク使用率算出部、４０３…同時接続フロー数算出部、４０４…同時接続フロー数及び使用率管理部、４０５…使用率当たりの同時接続フロー数算出部、４０６…通信帯域算出部。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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