(57)【要約】【課題】使用率あたりの同時接続フロー数を使用率の平均と分散のみから推定し、ＴＣＰレベルでの通信品質の劣化度を推定する通信品質管理技術を提供する。【解決手段】リンクの使用率を予め定めた時間間隔ｔ０でｎ回測定した結果から、その平均ＥＵ［ｔ０，ｉ］と分散ＶＵ［ｔ０，ｉ］を算出し、それらの測定をｍ回の実行した結果の組合せ（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）（ｉ＝１，．．．，ｍ）のうち、予め定めた閾値ＥＵ＿０に対してＥＵ［ｔ０，ｊ］＜ＥＵ＿０となる測定値（ＥＵ［ｔ０，ｊ］，ＶＵ［ｔ０，ｊ］）（ｊ＝１，．．．，ｋ）を用いて平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒを推定し、使用率の平均と分散測定時の品質劣化度を、関数Ｄ＝Ｄ（Ｒ，ρ）を用いて、Ｄ（Ｒ，ＥＵ［ｔ０，ｉ］）として算出する。【選択図】        図２
2005064899.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管理する通信品質管理方法において、
当該リンクの使用率を予め定めた時間間隔ｔ０でｎ回測定した結果から、その平均ＥＵ［ｔ０，ｉ］と分散ＶＵ［ｔ０，ｉ］を算出し、
それらの測定をｍ回の実行した結果の組合せ（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）（ｉ＝１，．．．，ｍ）のうち、予め定めた閾値ＥＵ＿０に対してＥＵ［ｔ０，ｊ］＜ＥＵ＿０となる測定値（ＥＵ［ｔ０，ｊ］，ＶＵ［ｔ０，ｊ］）（ｊ＝１，．．．，ｋ）を用いて平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒを推定し、
使用率の平均と分散（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）測定時の品質劣化度を、平均使用率ρ、低使用率時における平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒと、ＴＣＰフローレベル品質劣化度数Ｄの関係を表す関数Ｄ＝Ｄ（Ｒ，ρ）を用いて、Ｄ（Ｒ，ＥＵ［ｔ０，ｉ］）として算出すること
を特徴とする通信品質管理方法。
【請求項２】
請求項１記載の通信品質管理方法であって、
時間間隔ｔ０を、ＶＵ［ｔ，ｉ］をｔの関数と見たときに、その傾きが０に最も近いｔをｔ０として決定することを特徴とする通信品質管理方法。
【請求項３】
請求項１記載の通信品質管理方法であって、
時間間隔ｔ０として、往復遅延が大きい場合には、往復遅延値を用いることを特徴とする通信品質管理方法。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の通信品質管理方法であって、
Ｒを（Σ（ＥＵ［ｔ０，ｊ］／ＶＵ［ｔ０，ｊ］））／ｋ（Σはｊ＝１からｋまでの和）を用いて推定することを特徴とする通信品質管理方法。
【請求項５】
請求項１、２または３に記載の通信品質管理方法であって、
ＲをΣ（Ｒｔ×ＶＵ［ｔ０，ｊ］−ＥＵ[ｔ０，ｊ]）２（Σはｊ＝１からｋまでの和）の値を最小化するＲｔとして推定することを特徴とする通信品質管理方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の通信品質管理方法であって、
Ｄ（Ｒ，ρ）として下記式を用いることを特徴とする通信品質管理方法。
【数１】
2005064899.tif 000010
ここでＣ（Ｒ，ρ）はアーランＣ式として知られているものであり下記式で表される
【数２】
2005064899.tif 000011
【請求項７】
リンク使用率の平均ＥＵ［ｔ０，ｉ］と分散ＶＵ［ｔ０，ｉ］を測定するリンク使用率算出手段と、
請求項１から６のいずれかの項に記載の方法で（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）から平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒを算出する使用率あたりの同時接続フロー数算出手段と、
前記ＥＵ［ｔ０，ｉ］、ＶＵ［ｔ０，ｉ］およびＲから請求項１から６のいずれか１項に記載の方法を用いて、当該リンクにおける品質劣化度Ｄ（Ｒ，ＥＵ［ｔ０，ｉ］）を算出する品質劣化度算出手段と、
を備えることを特徴とする通信品質管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＰネットワークの通信品質を維持・管理するために必要となる、通信品質劣化度を推定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰ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予め定めたリンク使用率に対するしきい値と測定されたリンク使用率を比較して判定している（非特許文献１参照）。しかし、リンク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ため、輻輳状態と判定する使用率に対するしきい値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必要があり（非特許文献２参照），一般的にこれらはデータ蓄積のため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ごとに異なり、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】
そのため、本発明の発明者らは、特願２００２−０１６３３０号（以下、「先行出願１」という。）「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、測定が簡易な同時接続フロー数とリンク使用率も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なく、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】
上記の発明は、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平均リンク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平均リンク使用率に対して、非線形的に増加するという現象を利用している（先行出願１の図１参照）。先行出願１「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」では、フロー数が非線形増加領域に属した時間の割合を品質劣化度と定義し、品質を管理する方法を発明した。
【０００６】
しかしながら、フロー数の測定は通信品質を直接測定するより簡易とはいえ、使用率の測定と比較して、より詳細なパケットヘッダ情報の解析、およびフロー情報の解析が必要であり、転送ノードでフロー数を測定する場合は、処理負荷の増大といった問題があり、それを避けるためには専用装置が必要となるといった問題があった。
【０００７】
【非特許文献１】A. Feldmann, A. Greenberg, C. Lund, N. Reingold, and J. Rexford, “Netscope: Traffic engineering for IP networks,”IEEE Network, pp.11-19, March/Apr. 2000.
【０００８】
【非特許文献２】J. Quittek, T. Zseby, G. Carle, and S. Zandre, "Traffic flow measurements within IP networks: requirements, technologies and standardization,”IEEE SAINT 2002, pp. 97-98, 2002.
【０００９】
【非特許文献３】S. B. Fredj, T. Bonald, A. Proutiere, G. Regnie, and J. W. Roberts, "Statistical bandwidth sharing: A study of congestion at flow level,”ACM SIGCOM 2001, 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、使用率あたりの同時接続フロー数を使用率の平均と分散のみから推定し、ＴＣＰレベルでの通信品質の劣化度を推定する通信品質管理方法および通信品質管理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
課題を解決するための手段として、本発明では使用率あたりの同時接続フロー数Ｒを使用率の平均と分散のみから推定するために、
イ）使用率の分散ＶＵ［ｔ，ｉ］をｔの関数と見たときに、その傾きがほぼ０の領域より大きいｔでは、その時間間隔で測定したフロー数の分散ＶＦ［ｔ，ｉ］と使用率の分散ＶＵ［ｔ，ｉ］との間に
【００１２】
【数３】
2005064899.tif 000003
【００１３】
の関係があること
ロ）往復遅延が大きい環境では、往復遅延より大きいｔに対して前記［数３］の関係があること
ハ）傾きがほぼ０の領域では
【００１４】
【数４】
2005064899.tif 000004
【００１５】
とみなせること
ニ）ＴＣＰフローの挙動が、ケンドールの記号で表現されるところのＭ／Ｇ／Ｒ／ＰＳモデルに従うとの前提の下で（非特許文献３参照）、予め定めた閾値ＥＵ＿０に対して、ＥＵ［ｔ０，ｊ］＜ＥＵ＿０となるような低使用率の環境ではフロー数の平均ＥＦ［０，ｊ］と分散ＶＦ［０，ｊ］は一致し、Ｒ×ＥＵ［ｔ０，ｊ］となること
という性質から、ＥＵ［ｔ０，ｊ］＜ＥＵ＿０となる低使用率では、時間間隔ｔ０で測定した使用率の平均と分散（ＥＵ［ｔ０，ｊ］，ＶＵ［ｔ０，ｊ］）を用いて
【００１６】
【数５】
2005064899.tif 000005
【００１７】
と推定できることを用いる。なお、ｔは測定を行う時間間隔を表し、ｉ（＝１，．．．，ｍ）は時間間隔ｔの複数の測定結果に基づいて使用率の平均および分散を算出した回数を表し、ＥＵ［ｔ，ｉ］はｉ回目に算出した使用率の平均であり、ＶＵ［ｔ，ｉ］はｉ回目に算出した使用率の分散である。また、ｔ０は往復遅延値、もしくは予め時間間隔ｔを変化させながら使用率の分散ＶＵ［ｔ，ｉ］を算出し、傾きが最も０に近くなるｔをもって決定しておく測定を行う時間間隔である。また、ｊ＝１，．．．，ｋ（ｋ≦ｍ）である。
【００１８】
図１に、１．５Ｍｂｐｓのアクセス回線にそれぞれ接続されているサーバクライアント間で２２．５Ｍｂｐｓの集約回線を経由して、集約回線の使用率０．６となるよう１ＭＢの指数分布に従うファイル転送をＴＣＰ上で行った場合のシミュレーション結果を示す。図１では横軸がｔ［ｍｓ］、縦軸がＶＵ［ｔ，ｉ］もしくはＶＦ［ｔ，ｉ］／Ｒ２を示す。上記イ）、ロ）の性質が確認できることがわかる。すなわち、○で表すＶＵ［ｔ，ｉ］の線の傾きがほぼ０の領域より大きいｔでは、▲で表すＶＦ（ｔ，ｉ）／Ｒ２とほぼ等しいことがわかる。また、傾きがほぼ０の領域のＶＦ［ｔ，ｉ］はｔ＝０の時のＶＦ［０，ｉ］とみなせることがわかる。
【００１９】
具体的なＲの推定方法としては、ＥＵ［ｔ０，ｊ］＜ＥＵ＿０となる測定値（ＥＵ［ｔ０，ｊ］，ＶＵ［ｔ０，ｊ］）（ｊ＝１，．．．，ｋ）を用いて、（Σ（ＥＵ［ｔ０，ｊ］／ＶＵ［ｔ０，ｊ］））／ｋ（Σはｊ＝１からｋまでの和）として、もしくはΣ（Ｒｔ×ＶＵ［ｔ０，ｊ］−ＥＵ［ｔ０，ｊ］）２（Σはｊ＝１からｋまでの和）の値を最小化するＲｔとして推定する方法が考えられる。
【００２０】
品質劣化度として、“使用率がほぼ０のときの平均ＴＣＰファイル転送時間で正規化した平均ＴＣＰファイル転送時間”とすると、平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒが得られた場合の、平均使用率ρにおける品質劣化度として、非特許文献３には
【００２１】
【数６】
2005064899.tif 000006
【００２２】
が示されている。
ここでＣ（Ｒ，ρ）はアーランＣ式として知られているものであり、下記式で表される：
【００２３】
【数７】
2005064899.tif 000007
【００２４】
上記の関係式を利用して、本発明の第１の通信品質管理方法においては、
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管理する通信品質管理方法において、
当該リンクの使用率を予め定めた時間間隔ｔ０でｎ回測定した結果から、その平均ＥＵ［ｔ０，ｉ］と分散ＶＵ［ｔ０，ｉ］を算出し、
それらの測定をｍ回の実行した結果の組合せ（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）（ｉ＝１，．．．，ｍ）のうち、予め定めた閾値ＥＵ＿０に対してＥＵ［ｔ０，ｊ］＜ＥＵ＿０となる測定値（ＥＵ［ｔ０，ｊ］，ＶＵ［ｔ０，ｊ］）（ｊ＝１，．．．，ｋ）を用いて平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒを推定し、
使用率の平均と分散（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）測定時の品質劣化度を、平均使用率ρ、低使用率時における平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒと、ＴＣＰフローレベル品質劣化度数Ｄの関係を表す関数Ｄ＝Ｄ（Ｒ，ρ）を用いて、Ｄ（Ｒ，ＥＵ［ｔ０，ｉ］）として算出することを特徴とする。
【００２５】
本発明の第２の通信品質管理方法においては、
第１の方法における、時間間隔ｔ０を，ＶＵ［ｔ，ｉ］をｔの関数と見たときに、その傾きが０に最も近いｔをｔ０として決定することを特徴とする。
【００２６】
本発明の第３の通信品質管理方法においては、
第１の方法における、時間間隔ｔ０として、往復遅延が大きい場合には、往復遅延値を用いることを特徴とする。
【００２７】
本発明の第４の通信品質管理方法においては、
第１から第３のいずれかの方法における、Ｒを（Σ（ＥＵ［ｔ０，ｊ］／ＶＵ［ｔ０，ｊ］））／ｋ（Σはｊ＝１からｋまでの和）を用いて推定することを特徴とする。
【００２８】
本発明の第５の通信品質管理方法においては、
第１から第３のいずれかの方法における、ＲをΣ（Ｒｔ×ＶＵ［ｔ０，ｊ］−ＥＵ［ｔ０，ｊ］）２（ΣはＪ＝１からｋまでの和）の値を最小化するＲｔとして推定することを特徴とする。
【００２９】
本発明の第６の通信品質管理方法においては、
第１から第５のいずれかの方法における、Ｄ（Ｒ，ρ）として下記式を用いることを特徴とする。
【００３０】
【数８】
2005064899.tif 000008
【００３１】
ここでＣ（Ｒ，ρ）はアーランＣ式として知られているものであり、下記式で表される：
【００３２】
【数９】
2005064899.tif 000009
【００３３】
また、本発明の通信品質管理装置は、リンク使用率の平均ＥＵ［ｔ０，ｉ］と分散ＶＵ［ｔ０，ｉ］を測定するリンク使用率算出手段と、第１から第６のいずれかの方法で（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）から平均リンク使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒを算出する使用率あたりの同時接続フロー数算出手段と、前記ＥＵ［ｔ０，ｉ］、ＶＵ［ｔ０，ｉ］およびＲから第１から第６のいずれかの方法を用いて当該リンクにおける品質劣化度Ｄ（Ｒ，ＥＵ［ｔ０，ｉ］）を算出する品質劣化度算出手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば観測が簡易な使用率の平均と分散という値のみからそれらの関係を算出することにより、当該リンクにおいて品質劣化度を推定する方法及びその装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００３６】
図２は本発明が適用されるＩＰネットワークの基本構成の一例を示す構成図である。図２において、１は通信品質管理装置であり、２、３は転送ノードである。図２に示すように通信品質管理装置１は転送ノード２、３間のリンクに挿入される形態で利用されてもよいし、転送ノードの一機能として実装されてもよい。
【００３７】
図３は本発明の通信品質管理方法を用いた通信品質管理装置１の構成例を表すブロック図である。図３において、４は前段ノードから到着したパケットのサイズ情報を読み取り後段のノードへパケットを送信するパケットヘッダ解析部であり、５は使用率の平均および分散を算出するリンク使用率算出部であり、６は使用率あたりの同時接続フロー数を算出する使用率あたりの同時接続フロー数算出部であり、７は品質劣化度を推定する品質劣化度算出部である。
【００３８】
図３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４によってパケットサイズ情報を読み取られたあと、後段ノードへ送信される。パケットヘッダ解析部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５へ通知される。
【００３９】
リンク使用率算出部５は一定時間ｔ０の間に通過したパケットのサイズの和をｔ０で割ったものをさらにリンク帯域で割ることによってｔ０毎の平均使用率ρを算出し、これをｎ回測定した結果に基づき、ｔ０×ｎ時間毎に使用率の平均および分散（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）を算出し、使用率あたりの同時接続フロー数算出部６及び品質劣化度算出部７に通知する。なお、ｉは使用率の平均および分散を算出した回数を表し、ＥＵ［ｔ０，ｉ］はｉ回目に算出した使用率の平均であり、ＶＵ［ｔ０，ｉ］はｉ回目に算出した使用率の分散である。
【００４０】
ここで、時間間隔ｔ０は往復遅延値、もしくは予め時間間隔ｔを変化させながら使用率の分散ＶＵ［ｔ，ｉ］を算出し、傾きが最も０に近くなるｔをもってｔ０として決定しておくこととする。
【００４１】
使用率あたりの同時接続フロー数算出部６は、一定時間ｔ０×ｎ×ｍ毎にリンク使用率算出部５から、使用率の平均および分散（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）（ｉ＝１，．．．，ｍ）を読み出す。使用率あたりの同時接続フロー数算出部６では、平均使用率ＥＵ［ｔ０，ｊ］が予め定めておいた閾値ＥＵ＿０未満かどうかをチェックし、ＥＵ＿０未満である（ＥＵ［ｔ０，ｊ］，ＶＵ［ｔ０，ｊ］）（ｊ＝１，．．．，ｋ）を用いて、使用率あたりの平均同時接続フロー数Ｒを（Σ（ＥＵ［ｔ０，ｊ］／ＶＵ［ｔ０，ｊ］））／ｋ（Σはｊ＝１からｋまでの和）、もしくはΣ（Ｒｔ×ＶＵ［ｔ０，ｊ］−ＥＵ［ｔ０，ｊ］）２（Σはｊ＝１からｋまでの和）の値を最小化するＲｔにより算出する。使用率あたりの同時接続フロー数算出部６は、計算したＲを品質劣化度算出部７に通知する。
【００４２】
品質劣化度算出部７は、リンク使用率算出部５および使用率あたりの同時接続フロー数算出部６から、使用率の平均および分散（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）（ｉ＝１，．．．，ｍ）およびＲを読み出す。品質劣化度算出部７は、ｍ個の組み合わせ（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）、Ｒ、および品質劣化度関数Ｄ（Ｒ，ρ）を用いて、使用率の平均と分散（ＥＵ［ｔ０，ｉ］，ＶＵ［ｔ０，ｉ］）測定時の品質劣化度を、Ｄ（Ｒ，ＥＵ［ｔ０，ｉ］）によって、品質劣化度を推定する。
【００４３】
なお、前記通信品質管理装置はコンピュータとその上で動作するプログラムによっても実現できる。
【００４４】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】ｔを変化させたときのＶＦ［ｔ，ｉ］／Ｒ２とＶＵ［ｔ，ｉ］を比較した図である。
【図２】本発明が適用されるネットワークの基本構成例を示す構成図である。
【図３】本発明における通信帯域算出装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…通信品質管理装置、２、３…転送ノード、４…パケットヘッダ解析部、５…リンク使用率算出部、６…使用率あたりの同時接続フロー数算出部、７…品質劣化度算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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