(57)【要約】【課題】ＩＰＮＷにおける転送品質の性能尺度の一つであるパケット転送遅延ゆらぎの測定の際に、測定器の精度により混入する誤差を取り除いて、正確な測定を可能とする。【解決手段】測定値と誤差の特性を利用し、また、確率点回帰の手法を用いて、測定値の分析により誤差を取り除くことにより、正確なパケット転送遅延ゆらぎの値を推定できるようにする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワーク上の特定の区間の両端においてパケット通過時刻を測定，記録し、差分をとることによりパケット転送遅延時間を測定する際に、
測定器の相対的な時刻誤差を、経過時間に関わる測定器内部の測定誤差と、経過時間に関わらない測定器の内部処理時間による誤差との和として推定するパケット転送遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法であって、
前記経過時間に関わる測定器内部の測定誤差を、誤差を含む測定器を用いて測定したｉ番目のパケットの発側時刻入力部での観測時刻と転送遅延時間の組{(ｔ’１，ｉ，ｄ’ｉ)}に確率点回帰分析を適用し、時刻に応じて変動するパーセント値を予測することにより補正することを特徴とするパケット転送遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法。
【請求項２】
確率点回帰分析を適用する際に、確率点回帰としての尤度Ｌα(ｇｔｍｐ(ｔ))を、下記の式により定義して、尤度が最小となる関数を求める請求項１に記載のパケット転送遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法。
【数１】
2009044474.tif 000005
【請求項３】
請求項１に記載の時刻の誤差補正方法により推定した測定器の相対的な時刻誤差と測定器内部の測定誤差とを取り除いた正確なパケット転送遅延時間に基づいて、
各サンプルに対して、ｄ”ｉ＝ｄ’ｉ−ｇ’(ｔ’１，ｉ)を計算し、Ｐ９９．９({ｄ”ｉ})を遅延ゆらぎの推定値とすることを特徴とするパケット転送遅延ゆらぎの推定方法。
【請求項４】
ネットワーク上の特定の区間の両端においてパケット通過時刻を測定，記録し、差分をとることによりパケット転送遅延時間を測定し、この測定結果に基づいてパケット転送遅延ゆらぎを推定するのパケット転送遅延ゆらぎの推定装置であって、
発側時刻を受け取る発側時刻入力部と、着側時刻を受け取る着側時刻入力部と、これらの発側時刻入力部および着側時刻入力部からの情報に基づいて、所定のパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差を補正した遅延時間を算出する遅延時間算出部、確率点回帰によるｇ(ｔ)の導出を行うｇ(ｔ)導出部、このｇ(ｔ)導出部によるｇ(ｔ)導出結果に基づいて誤差を修正して、誤差修正済遅延ゆらぎを導出する誤差修正済遅延ゆらぎを導出する推定処理部、並びに各処理部によるデータ処理の結果を出力する結果表示部を備えることを特徴とするパケット転送遅延ゆらぎの推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケットネットワークまたはその構成機器の性能測定に用いられる、パケット転送遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法および装置に関し、特に従来用いられていた手法に比較して格段に精度の向上が可能な、パケット転送遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＰネットワークにおける転送品質の性能評価尺度の一つとして、パケット遅延ゆらぎが挙げられる（非特許文献１，非特許文献２参照）。このパケット遅延ゆらぎを測定する際、測定器の精度により誤差が混入する。
本発明は、上述のパケット遅延ゆらぎを測定する際に、測定値と誤差の特性を利用して測定値の分析により誤差を取り除くための手法を提供するものである。
【０００３】
パケット遅延ゆらぎは、通常、下記の方法で測定・算出する。
図１に、パケット遅延ゆらぎ測定のプロセスを示す。
図１中、ＭＰ１は測定対象とするネットワーク（ＮＷ）にパケットが入る地点、ＭＰ２は当該パケットがネットワークから出る地点を示している。
【０００４】
ステップＡ：複数パケットの転送遅延時間を、非特許文献１，非特許文献３に示されている方法に従って測定する。そのためには、測定対象ネットワークにパケットが入る地点（ＭＰ１）と、出る地点（ＭＰ２）において、通過時間を測定（１１，１２）して、その差分を取る。
【０００５】
ステップＢ：測定した、複数のパケット転送遅延時間の分布を考え、その分布の
(99.9%値)−(最小値)
を、求める「パケット遅延ゆらぎ」とする。
これについては、後に、図２，図３に示す測定例を用いて、より具体的に説明する。
【０００６】
すなわち、ｉ番目のパケットがＭＰｊを通過した正確な時刻をｔｊ，ｉとすると、誤差のないｉ番目のパケットの転送遅延時間は、
ｄｉ＝ｔ２，ｉ−ｔ１，ｉ                             …（１）
であり、{ｄｉ}のαパーセント値をPα({ｄｉ})で表わすと、正確な遅延ゆらぎは、Ｐ９９．９({ｄｉ})‐Ｐ０({ｄｉ})となる。
【０００７】
ところで、遅延時間測定の際、下記のような要因で測定誤差が発生する。
・（１）測定器の内部時計の誤差
・（２）パケットが測定地点を通過した後、測定器の内部時計の時刻を読み取るまでの内部処理時間
【０００８】
（１）の内部時計の誤差は、時間の経過とともに蓄積されていくため、経過時間の関数で表わされる。ここで、ｉ番目のパケットをＭＰｊで観測したときの内部時計の誤差を、測定開始時刻における時刻Ｔからの経過時間Ｔｊ，ｉ−Ｔを用い、ｆｊ(ｔｊ，ｉ−Ｔ)と表わす。
【０００９】
また、（２）のｉ番目のパケットをＭＰｊで観測したときの内部処理時間による誤差をｅｊ，ｉと表わす。ここで、内部処理時間は時間の経過に依存せず確率的に発生するため、ｅｊ，ｉは確率変数である。
【００１０】
ＭＰｊにおけるｉ番目のパケットのタイムスタンプｔ’ｊ，ｉを上記の記号を用いて表わすと
ｔ’ｊ，ｉ＝ｔｊ，ｉ＋ｆｊ(ｔｊ，ｉ−Ｔ)＋ｅｊ，ｉ      …（２）
となり、測定結果として得られるｉ番目のパケットの遅延時間ｄ’ｉは、
ｄ’ｉ＝ｔ’２，ｉ−ｔ’１，ｉ
＝ｔ２，ｉ−ｔ１，ｉ＋ｆｊ(ｔ２，ｉ−Ｔ)−ｆｊ(ｔ１，ｉ−Ｔ)＋ｅ２，ｉ−ｅ１，ｉ
＝ｄｉ＋ｆ２(ｔ２，ｉ−Ｔ)−ｆ１(ｔ１，ｉ−Ｔ)＋ｅ２，ｉ−ｅ１，ｉ
…（３）
となる。
【００１１】
そして、パケットの遅延時間の測定誤差は、
ｄ’ｉ−ｄｉ＝ｆ２(ｔ２，ｉ−Ｔ)−ｆ１(ｔ１，ｉ−Ｔ)＋ｅ２，ｉ−ｅ１，ｉ
…（４）
となる。また、ｄｉ＝ｔ２，ｉ−ｔ１，ｉが、経過時間ｔ１，ｉ−Ｔに対して十分小さいとき、
ｆ２(ｔ２，ｉ−Ｔ)−ｆ１(ｔ１，ｉ−Ｔ)
＝ｆ２(ｔ１，ｉ−Ｔ)−ｆ１(ｔ１，ｉ−Ｔ)＋ｏ(ｔ２，ｉ−ｔ１，ｉ)
＝ｇ(ｔ１，ｉ−Ｔ)＋ｏ(ｔ２，ｉ−ｔ１，ｉ)
…（５）
と表わすことが可能であり、微少量を無視すると、測定誤差は経過時間に関わる誤差であるｇ(ｔ１，ｉ−Ｔ)と、経過時間に関わらない誤差ｅ２，ｉ−ｅ１，ｉの和として表わされる。
【００１２】
【非特許文献１】ITU-T Recommendation Y.1540, "Internet protocol data communication service-IP packet transfer and availability performance parameters",Dec.,2002
【非特許文献２】C.Demichelis and P.Chimento,"IP packet delay variation metric for IP performance metrics(IPPM)",RFC,2002
【非特許文献３】G.Almes,S.Kalidindi, and M.Zekauskas,"A one-way delay metriv for IPPM",RFC,1999
【非特許文献４】Bruce A Mah,"pchar:A tool for measuring internet path characteristics", WWW pages, http://www.enployees.org/bmah/Software/pchar/.
【非特許文献５】J.Fan and I Gijbels, Local Polynomial Modelling and Its Applications, Chapman & Hall,1996
【００１３】
あるネットワークにおける転送遅延ゆらぎを、正確な測定器で測定した場合と、誤差のある測定器で測定した場合との時系列グラフをそれぞれ、図２，図３に示す。
ある程度長時間の測定を行えば、遅延時間の最小値は時刻によらずほぼ一定となることが知られている（非特許文献４参照）。
【００１４】
図２では、確かに遅延時間の最小値は時刻によらずほぼ一定であるが、図３では、時刻に応じた、すなわち経過時間に関わる傾向が見られる。また、少数ではあるが、時刻と無関係に大きな値・小さな値が見られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
これらはそれぞれ、測定器の内部時計の誤差，測定器の内部処理時間による誤差と考えられる。従来の定義通りの遅延ゆらぎの計算方法では、これらの誤差により、遅延ゆらぎを過大評価してしまう。
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、図３に示すような誤差のある測定器を用いた測定結果から、図２に示す正確なパケット転送遅延ゆらぎを推定することを可能にすることにある。
【００１６】
より具体的には、本発明の目的は、誤差のある測定器を用いた測定結果から正確なパケット転送遅延ゆらぎを推定する際に、格段に精度の向上が可能なパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明に係るパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法は、ネットワーク上の特定の区間の両端においてパケット通過時刻を測定，記録し、差分をとることによりパケット転送遅延時間を測定する際に、  測定器の相対的な時刻誤差を、経過時間に関わる測定器内部の測定誤差と、経過時間に関わらない測定器の内部処理時間による誤差との和として推定するパケット転送遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正方法であって、前記経過時間に関わる測定器内部の測定誤差を、誤差を含む測定器を用いて測定したｉ番目のパケットの発側時刻入力部での観測時刻と転送遅延時間の組{(ｔ’１，ｉ，ｄ’ｉ)}に確率点回帰分析を適用し、時刻に応じて変動するパーセント値を予測することにより補正することを特徴とする。
【００１８】
ここで、確率点回帰分析を適用する際に、確率点回帰としての尤度Ｌα(ｇｔｍｐ(ｔ))を、下記の式により定義して、尤度が最小となる関数を求めることが好ましい。
【００１９】
【数１】
2009044474.tif 000003
【００２０】
また、本発明に係るパケット遅延ゆらぎの推定方法は、上述のような時刻の誤差補正方法により推定した測定器の相対的な時刻誤差と測定器内部の測定誤差とを取り除いた正確なパケット転送遅延時間に基づいて、各サンプルに対して、ｄ”ｉ＝ｄ’ｉ−ｇ’(ｔ’１，ｉ)を計算し、Ｐ９９．９({ｄ”ｉ})を遅延ゆらぎの推定値とすることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、パケット遅延ゆらぎの推定装置として具体化することが可能である。
すなわち、本発明に係るパケット遅延ゆらぎの推定装置は、ネットワーク上の特定の区間の両端においてパケット通過時刻を測定，記録し、差分をとることによりパケット転送遅延時間を測定し、この測定結果に基づいてパケット転送遅延ゆらぎを推定するのパケット転送遅延ゆらぎの推定装置であって、発側時刻を受け取る発側時刻入力部と、着側時刻を受け取る着側時刻入力部と、これらの発側時刻入力部および着側時刻入力部からの情報に基づいて、所定のパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差を補正した遅延時間を算出する遅延時間算出部、確率点回帰によるｇ(ｔ)の導出を行うｇ(ｔ)導出部、このｇ(ｔ)導出部によるｇ(ｔ)導出結果に基づいて誤差を修正して、誤差修正済遅延ゆらぎを導出する誤差修正済遅延ゆらぎを導出する推定処理部、並びに各処理部によるデータ処理の結果を出力する結果表示部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、誤差を含む測定器を用いて測定したｉ番目のパケットの発側時刻入力部での観測時刻と転送遅延時間の組{(ｔ’１，ｉ，ｄ’ｉ)}に確率点回帰分析を適用することにより、測定誤差を経過時間に関わる部分と経過時間に関わらない部分とについて補正するようにしたので、パケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差を正確に補正することが可能になり、また、この補正結果に基づいてパケット転送遅延ゆらぎの推定を行うようにしたので、パケット転送遅延ゆらぎの推定を精度よく行うことが可能になるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、を詳細に説明する。
【００２４】
図４は、本発明の一実施形態に係るパケット転送遅延ゆらぎの推定を行う装置の構成を説明する図である。
図４中、ＭＰ１は測定対象とするネットワークに測定対象パケット（試験用パケット）が入る地点、ＭＰ２は当該パケットがネットワークから出る地点を示している。
なお、ＭＰ１，ＭＰ２を通る矢印は、転送される測定対象パケット（試験用パケット）の転送経路を表わしている。
【００２５】
また、２０はパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正処理部（以下、補正処理部と略称する）２６を有するパケット転送遅延ゆらぎの推定装置（以下、推定装置と略称する）を示しており、この推定装置２０は、ネットワーク全体の監視並びに制御を行う機能を備えた中央制御装置から、起動・停止その他の指示を受けるように構成されている。
【００２６】
推定装置２０内には、ＭＰ１から通知される、測定対象パケット（試験用パケット）がＭＰ１に入力された時刻（これを、発側時刻という）を受け取る発側時刻入力部２２、ＭＰ２から通知される、測定対象パケット（試験用パケット）がＭＰ２に到着した時刻（これを、着側時刻という）を受け取る着側時刻入力部２４、上述の発側時刻入力部２２および着側時刻入力部２４からの情報に基づいて、所定のパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正を実行する補正処理部２６、この補正処理部２６による誤差補正結果を用いてパケット転送遅延ゆらぎの推定を行う推定処理部２８、並びにこの推定処理部２８によるパケット転送遅延ゆらぎの推定結果を出力する結果表示部３０が備えられている。
【００２７】
補正処理部２６は、測定対象パケット（試験用パケット）を認識するパケット照合機能を有するパケット照合部２６ａ、発側時刻入力部２２および着側時刻入力部２４からの情報に基づいて、その差分の計算により遅延時間を算出する遅延時間算出部２６ｂ、後述する確率点回帰によるｇ(ｔ)の導出を行うｇ(ｔ)導出・誤差修正部２６ｃを備えている。
また、推定処理部２８は、このｇ(ｔ)導出・誤差修正部２６ｃによる誤差修正結果に基づいて、誤差修正済遅延ゆらぎを導出する機能を備えているものである。
【００２８】
以下の説明においては、いくつかの妥当な前提のもとで、本実施形態に係る補正装置２０におけるパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正装置の動作を説明する。
【００２９】
以下の前提のもとで、遅延ゆらぎを推定する方法を示す。
前提１：経過時間に関わる誤差ｇ(ｔ１，ｉ−Ｔ)は、多項式で近似でき、高次の項は無視できるとする。
前提２：経過時間に関わらない誤差ｅ２，ｉ−ｅ１，ｉが無視できないほど大きな値となる確率は、既知の値β(％)である。
【００３０】
前提３：正確な遅延時間が最小値付近の値をとる頻度は十分高い。
前提４：β(％)は、0.1％に比較して十分小さい。
この前提のもと、誤差を含む測定器を用いて測定した、ｉ番目のパケットのＭＰ１での観測時刻と転送遅延時間の組{(ｔ’１，ｉ，ｄ’ｉ)}から、下記の手順で正確な遅延ゆらぎを推定する。
【００３１】
ステップ１：{(ｔ’１，ｉ，ｄ’ｉ)}に対して、誤差を除いた最小値を推定する。その際、誤差を除いた最小値をｎ次多項式でモデル化し、パーセント値としてβを用いた確率点回帰（quantile regression：非特許文献５参照）を適用する。
ステップ１-1  測定値{(ｔ’１，ｉ，ｄ’ｉ)}からｎ＋1個選択する。その時の測定値を、ｉ０，ｉ１，…ｉｎとする。
【００３２】
ステップ１-2  測定値ｉ０，ｉ１，…ｉｎを通るｎ次多項式候補ｇｔｍｐ(ｔ)を求める。
ステップ1-3  求めたｇｔｍｐ(ｔ)に対して、下記の尤度Ｌα(ｇｔｍｐ(ｔ))を求める。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
ステップ1-4  全ての測定値ｉ０，ｉ１，…ｉｎの組み合わせに関してステップ１-3を行い、もっとも尤度の小さくなるときのｇｔｍｐ(ｔ)を、確率点回帰曲線ｇ’(ｔ)とする。
ステップ２  各サンプルに対して、ｄ”ｉ＝ｄ’ｉ−ｇ’(ｔ’１，ｉ)を計算する。
ステップ３  Ｐ９９．９({ｄ”ｉ})を遅延ゆらぎの推定値とする。
【００３５】
前提３により、正確な遅延時間が最小値付近のサンプルが多いため、回帰分析の適用が可能となる。回帰式を多項式でモデル化するにあたり、前提１が必要となる。なお、回帰分析による推定対象が平均値ではなく最小値であるため、確率点回帰を用いる。経過時間に関わらない誤差ｅ２，ｉ−ｅ１，ｉがない場合は、β(％)として０測定値には、経過時間に関わらない誤差が含まれているため、下位β(％)を除いた最小値を回帰する。よって、前提２として、β(％)は既知である必要がある。
【００３６】
なお、確率点回帰では、誤差を除いた最小値を推定しているが、ステップ２で計算したｄ”ｉでは、経過時間に関わらない誤差が再び混入している。ただし前提４により、β(％)は0.1％に比較して十分小さいため、Ｐ９９．９({ｄ”ｉ})への影響は十分小さい。
【００３７】
また、非特許文献２では、多項式近似したｇ(ｔ１，ｉ−Ｔ)の定数項は、ＭＰ１，ＭＰ２の時刻の相対差一次項は時刻精度の相対差（relative skew）、二次項は時刻の安定性の相対差（relative draft）と呼んでおり、多くとも二次以内の多項式が実用的である。
【００３８】
図４に示したパケット転送遅延ゆらぎの推定を行う装置については、前述の各前提が、所定範囲を外れるような状況が発生した場合に、これをいち早く検知して、パケット転送遅延ゆらぎの誤った推定を行うことを避けられるように、例えば、図４中の補正処理部２６内の遅延時間算出部２６ｂの後段に、遅延時間算出の基になった測定値を表示（図３の例を参照）するようにして、これをオペレータにチェックさせることも好ましい。
【００３９】
測定値が図３の例から大きく外れた値、例えば曲線状に変化しているような場合には、ここで用いる尤度の定義が利用できなくなる場合もあるので、測定を一旦中断して、異常の原因を探索することが必要になることもあるので、それに対応しやすくすること等も重要である。
【００４０】
上記実施形態は、本発明の一例を示したものであり、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨を変更しない範囲内で適宜の変更・改良を行ってもよいことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】パケット遅延ゆらぎ測定のプロセスを示す図である。
【図２】正確な測定器で測定した遅延時間の例を示す図である。
【図３】誤差のある測定器で測定した遅延時間の例を示す図である。
【図４】一実施形態に係るパケット遅延ゆらぎ測定における時刻の誤差補正装置の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
ＭＰ１  試験用パケットがＮＷに入る地点
ＭＰ２  試験用パケットがＮＷから出る地点
２０  パケット転送遅延ゆらぎの推定装置    ２２  発側時刻入力部
２４  着側時刻入力部
２６  補正処理部
２６ａ  パケット照合部
２６ｂ  遅延時間算出部
２６ｃ  ｇ(ｔ)導出部
２８  推定処理部
３０  結果表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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