(57)【要約】【課題】無線区間を含むネットワークにおいて、精度の高い通信品質計測を可能にする品質計測システム、受信装置、品質計測方法及びプログラムを提供する。【解決手段】パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測する品質計測システムは、サイズの異なるテストパケットを生成するパケット生成部と、無線区間経由でパケットが伝送される受信装置２宛てにサイズの異なるテストパケットを混在させて送信する送信部と、を有する送信装置１と、送信装置１から送信されたテストパケットを受信し、該受信データを記録する受信部と、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測部と、を有する受信装置２と、を備える。【選択図】図１
2009272800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測する品質計測システムにおいて、
サイズの異なるテストパケットを生成するパケット生成部と、前記無線区間経由でパケットが伝送される受信装置宛てに前記サイズの異なるテストパケットを混在させて送信する送信部と、を有する送信装置と、
前記送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該遅延データを記録する受信部と、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測部と、を有する受信装置と、
を備えたことを特徴とする品質計測システム。
【請求項２】
前記品質計測部は、遅延データの最小値から線形近似することを特徴とする請求項１に記載の品質計測システム。
【請求項３】
前記揺らぎは、遅延データの最小値と各遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする請求項１または２に記載の品質計測システム。
【請求項４】
前記揺らぎは、連続して受信したテストパケットの遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする請求項１から３いずれか１の項に記載の品質計測システム。
【請求項５】
パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測する品質計測システムに適用される受信装置において、
送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該受信データを記録する受信部と、
テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測部と、
を有することを特徴とする受信装置。
【請求項６】
前記品質計測部は、遅延データの最小値から線形近似することを特徴とする請求項５に記載の受信装置。
【請求項７】
前記揺らぎは、遅延データの最小値と各遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする請求項５または６に記載の受信装置。
【請求項８】
前記揺らぎは、連続して受信したテストパケットの遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする請求項５から７いずれか１の項に記載の受信装置。
【請求項９】
パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測する品質計測方法において、
送信装置が、サイズの異なるテストパケットを生成するパケット生成ステップと、
送信装置が、前記無線区間経由でパケットが伝送される受信装置宛てに前記サイズの異なるテストパケットを混在させて送信する送信ステップと、
受信装置が、前記送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該受信データを記録する受信ステップと、
受信装置が、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測ステップと、
を有することを特徴とする品質計測方法。
【請求項１０】
パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測するためのプログラムにおいて、
送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該受信データを記録する受信ステップと、
テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測ステップと、
をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、品質計測システム、受信装置、品質計測方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ネットワークの通信品質を計測する様々な手法が提案されている。例えば、非特許文献１に記載された技術では、大小２種類の長さのプローブパケットを送信し、パケットサイズ毎の片方向遅延の平均値を求め、その差分（平均伝送遅延差）から通信品質を推定している。非特許文献１では、高レート(例えば、２００ｋｂｐｓ)以上において平均伝送遅延差と通信品質（ＴＣＰスループット）との間に相関があることが示されている。また、非特許文献２に記載された技術では、複数サイズのプローブパケットを送信し、パケットサイズ毎の片方向遅延の最小値とパケットサイズとの回帰直線の傾きから帯域を推定している。
【非特許文献１】後藤、田上、長谷川、阿野、”携帯電話網における通信品質推定に関する一検討”、信学総大、B-16-5、Mar.2008
【非特許文献２】V.Jacobson, "pathchar - a tool to infer characteristics of Internetpaths,", ftp://ftp.ee.lbl.gov/pathchar/, Apr.1997
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、非特許文献１に記載された技術では、大小２種類のパケットサイズのみから推定を行うため、推定結果が不安定となり推定誤差が大きくなる可能性がある、という問題がある。また、物理帯域が異なるシステム間では、それぞれの環境に対してモデルを構築する必要があるため手間が掛かった。一方、非特許文献２に記載された技術では、有線ネットワークを対象としているため物理帯域と通信品質がほぼ一致するが、無線ネットワークでは物理帯域が頻繁に変動するため必ずしも通信品質を反映したものにはならない、という問題がある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、無線区間を含むネットワークにおいて、精度の高い通信品質計測を可能にする品質計測システム、受信装置、品質計測方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測する品質計測システムにおいて、サイズの異なるテストパケットを生成するパケット生成部と、前記無線区間経由でパケットが伝送される受信装置宛てに前記サイズの異なるテストパケットを混在させて送信する送信部と、を有する送信装置と、前記送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該遅延データを記録する受信部と、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測部と、を有する受信装置と、を備えたことを特徴とする品質計測システムである。
【０００５】
また、本発明の一態様は、上記の品質計測システムにおいて、前記品質計測部は、遅延データの最小値から線形近似することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の一態様は、上記の品質計測システムにおいて、前記揺らぎは、遅延データの最小値と各遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一態様は、上記の品質計測システムにおいて、前記揺らぎは、連続して受信したテストパケットの遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様は、パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測する品質計測システムに適用される受信装置において、送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該受信データを記録する受信部と、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測部と、を有することを特徴とする受信装置である。
【０００９】
また、本発明の一態様は、上記の受信装置において、前記品質計測部は、遅延データの最小値から線形近似することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の一態様は、上記の受信装置において、前記揺らぎは、遅延データの最小値と各遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の一態様は、上記の受信装置において、前記揺らぎは、連続して受信したテストパケットの遅延データの差に基づいて算出されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の一態様は、パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測する品質計測方法において、送信装置が、サイズの異なるテストパケットを生成するパケット生成ステップと、送信装置が、前記無線区間経由でパケットが伝送される受信装置宛てに前記サイズの異なるテストパケットを混在させて送信する送信ステップと、受信装置が、前記送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該受信データを記録する受信ステップと、受信装置が、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測ステップと、を有することを特徴とする品質計測方法である。
【００１３】
また、本発明の一態様は、パケットが無線フレームに分割されて伝送される無線区間を有する通信ネットワークの通信品質を計測するためのプログラムにおいて、送信装置から送信されたテストパケットを受信し、該受信データを記録する受信ステップと、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾き及びテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測する品質計測ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、受信装置は、無線区間経由で送信装置からサイズの異なるテストパケットを受信し、テストパケットのサイズ別の前記遅延データから線形近似した傾きに基づいて通信品質を計測するため、より高精度に通信品質を計測することができる。また、更にテストパケットのサイズ別の前記遅延データの揺らぎに基づいて通信品質を計測するため、通信環境が頻繁に変化する無線区間を含むネットワークにおいても、通信品質を精度よく計測することができる。また、線形近似した傾きから物理帯域を推定できるので、物理帯域の異なるシステムが混在している場合でも、特に区別することなく通信品質を計測可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による品質計測システムの構成を示すブロック図である。
品質計測システムは、送信装置１と、受信装置２と、を有する。送信装置１は、品質計測システムを統括するサーバ装置である。受信装置２は、携帯電話端末、無線通信機能を有するノート型パーソナルコンピュータ或いはＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）などの移動端末である。ここで、本発明の送信装置１と受信装置２との間の通信経路上には無線区間がある。本実施形態では、受信装置２は無線基地局３との間で無線通信を行う。無線基地局３は、例えば、無線ＬＡＮ、携帯電話網などの無線網の基地局である。
【００１６】
本発明の品質計測システムでは、送信装置１は、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）網を介して受信装置２宛てのテスト用のＩＰパケットを送信する。該ＩＰパケットは、無線基地局３を介して受信装置２へ送信される。ここで、無線基地局３は、ＩＰパケットを無線フレームに分割して受信装置２へ無線送信する。なお、無線フレームはＩＰパケットサイズよりも小さいサイズである。受信装置２は、受信した無線フレームを基にネットワークの通信品質を計測する。
【００１７】
なお、本実施形態では、サーバ装置を送信装置１、移動端末を受信装置２としたが、移動端末を送信装置１、サーバ装置を受信装置２としてもよい。
【００１８】
図２は、本実施形態による送信装置１の構成を示すブロック図である。
送信装置１は、送信装置１を統括して制御する制御部１１と、テストパケットのデータを記憶する記憶部１２と、テストパケット生成部１３と、送信部１４と、計時部１５と、パラメータ設定部１６と、を含んで構成される。
【００１９】
パラメータ設定部１６は、テスト用のＩＰパケットを送信するためのパラメータの入力を受け付け、入力されたパラメータをテストパケット生成部１３に出力する。パラメータには、パケットサイズの種類Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、パケットサイズＬｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）と、送信方法と、送信間隔Ｔと、がある。送信方法には、予め設定された順番で繰り返し送信するか、ランダムに送信するかが設定される。計時部１５は、内部にクロックを有しており、計時を行う。テストパケット生成部１３は、入力されたパラメータに基づいて、記憶部１２に記憶されたテストパケットのデータをＩＰパケット化し、送信部１４に出力する。この時、テストパケット生成部１３は、計時部１５より現在の時刻を取得し、その時刻をＩＰパケットに埋め込む。送信部１４は、入力されたＩＰパケットを受信装置２宛てに送信する。
【００２０】
図３は、本実施形態による受信装置２の構成を示すブロック図である。
受信装置２は、受信装置２を統括して制御する制御部２１と、受信したテスト用のＩＰパケットのデータを記憶する記憶部２２と、受信部２３と、品質計測部２４と、計時部２５と、を含んで構成される。
【００２１】
計時部２５は、内部にクロックを有しており、計時を行う。受信部２３は、送信装置１からテスト用のＩＰパケットを受信する。この時、受信部２３は、計時部２５を用いて受信時刻と受信したＩＰパケットに埋め込まれた送信時刻の差（遅延データ）を算出する。次に、受信部２３は、算出した時間差（以下、伝送遅延算出値という）を受信したＩＰパケットのパケットサイズ及び受信時刻とともに記憶部２２に記憶する。品質計測部２４は、記憶部２２に記憶された複数のテスト用のＩＰパケットのデータを用いて、ネットワークの通信品質を計測する。その詳細については後述する。
【００２２】
図４は、本実施形態における無線区間でのＩＰパケットの分割状況の例を示した概念図である。
送信装置１から送信されたＩＰパケットは、無線基地局３により複数の無線フレームに分割されて無線区間に送信される。無線フレームのサイズはＩＰパケットのサイズに比べて小さいため、１つのＩＰパケットが複数の無線フレームに分割される。このため、パケットサイズの大きいＩＰパケットは、パケットサイズの小さいＩＰパケットに比べて、より多くの無線フレームに分割される。
【００２３】
ここで、無線区間においては、無線フレーム単位で送受信のスケジュールの決定やエラー訂正処理が行われるが、パケットサイズの大きいＩＰパケットは、パケットサイズの小さいＩＰパケットに比べて多くの無線フレームに分割されるので、無線区間における通信品質の劣化の影響をより多く受けることになる。例えば、同じ確率で無線フレームがロスしたとしても、パケットサイズの大きいＩＰパケットの方がより多くの無線フレームに分割されるので、パケットロス率が高くなる。また、１無線フレームあたりの伝送遅延のゆらぎが同じでも、パケットサイズの大きいＩＰパケットの方がより多くの無線フレームに分割されるので、１ＩＰパケットあたりの伝送遅延のゆらぎが大きくなる。同様に、１無線フレームあたりの伝送遅延時間が同じでも、パケットサイズの大きいＩＰパケットの方がより多くの無線フレームに分割されるので、１ＩＰパケットあたりの伝送遅延時間が大きくなる。従って、図４に示されるように、パケットサイズの大きいパケットの伝送遅延時間ｔｌは、パケットサイズの小さいパケットの伝送遅延時間ｔｓに比べて大きい。
【００２４】
そこで、本発明の送信装置１は、パケットサイズの異なるＮ種類のテスト用のＩＰパケットをパラメータで設定された送信間隔Ｔで送信する。この時、送信装置１は、設定された送信方法に基づいてＩＰパケットを送信する。受信装置２は、受信したＮ種類のテスト用のＩＰパケットに基づいてネットワークの通信品質を計測する。ここで、Ｎ種類のテスト用のＩＰパケットのパケットサイズは充分に異なるものとする。
【００２５】
以下、受信装置２の品質計測部２４における通信品質の算出方法について説明する。本実施形態における通信品質であるＴＣＰスループットＴｈは、以下の式（１）により算出される。式（１）は、物理的な帯域Ｂと揺らぎＦに基づいた式になっている。ＴＣＰスループットＴｈは、値が大きいほど品質が良いと判定される。
【００２６】
【数１】
2009272800.tif 000003
【００２７】
図５は、本実施形態における物理的な帯域の算出方法の概要を示した概念図である。
この図において、縦軸は片方向遅延時間ＯＷＤ（つまり、伝送遅延算出値）、横軸はＩＰパケットのパケットサイズである。品質計測部２４は、記憶部２２に記憶されたテスト用のＩＰパケットのデータから、パケットサイズ毎に遅延代表値ｄｅｌａｙｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出する。本実施形態では、遅延代表値ｄｅｌａｙｉは伝送遅延算出値の最小値である。次に、品質計測部２４は、最小２乗法や最尤法を用いて回帰分析を行い、Ｌｉとｄｅｌａｙｉを式（２）に線形近似する。品質計測部２４は、式（２）により算出されたａの逆数（１／ａ）を物理的な帯域Ｂとする。
【００２８】
【数２】
2009272800.tif 000004
【００２９】
次に、無線区間特有の帯域の揺らぎＦの算出方法について説明する。品質計測部２４は、式（３）から揺らぎＦを算出する。式（３）は、最小値からの揺らぎＦｍと時間方向の揺らぎＦｔに基づいた式になっている。Ｆｍ及びＦｔの算出方法については後述する。α１，α２及びβは、「Ｆ＝Ｔｈ’／Ｂ」として多変量解析により算出される。Ｔｈ’は、ＴＣＰスループットの実測値であり、予め測定された値である。
【００３０】
【数３】
2009272800.tif 000005
【００３１】
図６は、本実施形態における最小値からの揺らぎの概要を示した概略図である。
この図において、縦軸は片方向遅延時間ＯＷＤ（つまり、伝送遅延算出値）、横軸は時間である。この図に示す例では、記憶部２２は、Ｎ種類のパケットサイズ（Ｌ１，Ｌ２，・・・，Ｌｎ）のテスト用のＩＰパケットのデータを受信時刻順にＭ組記憶している。最小値からの揺らぎＦｍは、次の式（４）から算出される。式（４）は、遅延代表値ｄｅｌａｙｉと伝送遅延算出値ｄｉｊ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ；ｊ＝１，２，・・・，Ｍ）の差に基づいた式になっている。ｄｉｊは、ｊ組目のパケットサイズＬｉのＩＰパケットの伝送遅延算出値である。
【００３２】
【数４】
2009272800.tif 000006
【００３３】
図７は、本実施形態における時間方向の揺らぎの概要を示した概略図である。
この図において、縦軸は片方向遅延時間ＯＷＤ（つまり、伝送遅延算出値）、横軸は時間である。時間方向の揺らぎＦｔは、次の式（５）から算出される。式（５）は、連続して受信されたテスト用のＩＰパケットの伝送遅延算出値の差に基づいた式になっている。
【００３４】
【数５】
2009272800.tif 000007
【００３５】
このように、本実施形態によれば、複数の種類のパケットサイズ別の遅延代表値から線形近似した傾きに基づいて通信品質を算出するため、より高精度に通信品質を計測することができる。また、更に揺らぎに基づいて通信品質を計測しているため、通信環境が頻繁に変化する無線区間を含むネットワークにおいても、通信品質を精度よく計測することができる。また、線形近似した傾きから物理帯域を推定しているため、物理帯域の異なるシステムが混在している場合でも、特に区別することなく通信品質を計測可能である。また、パケットサイズ毎に独立して遅延代表値及び揺らぎを算出しているため、順にパケットを送信する必要はなく、例えば、ランダムに送信したとしても同様の結果が得られる。
【００３６】
また、図２及び図３に示す送信装置１及び受信装置２の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、品質計測処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００３７】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００３８】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態による品質計測システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態による送信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態による受信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施形態における無線区間でのＩＰパケットの分割状況の例を示した概念図である。
【図５】本実施形態における物理的な帯域の算出方法の概要を示した概念図である。
【図６】本実施形態における最小値からの揺らぎの概要を示した概略図である。
【図７】本実施形態における時間方向の揺らぎの概要を示した概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…送信装置  ２…受信装置  ３…無線基地局  １１…制御部  １２…記憶部  １３…テストパケット生成部  １４…送信部  １５…計時部  １６・・・パラメータ設定部  ２１…制御部  ２２…記憶部  ２３…受信部  ２４…品質計測部  ２５…計時部
【図１】
2009272800.tif 000008
【図２】
2009272800.tif 000009
【図３】
2009272800.tif 000010
【図４】
2009272800.tif 000011
【図５】
2009272800.tif 000012
【図６】
2009272800.tif 000013
【図７】
2009272800.tif 000014