JP4311675B2

JP4311675B2 - 品質劣化切り分け方法、及びその装置

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Publication number: JP4311675B2
Application number: JP2005060231A
Authority: JP
Inventors: 芳弘氣賀澤; 宜伯川村
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2025-03-04
Also published as: JP2006246118A

Description

本発明は、インターネット等のパケット交換網におけるネットワーク性能管理に関する技術に係るものであり、特に品質劣化の原因箇所がネットワーク側にあるのか、ユーザ側にあるのかなどを絞り込むための品質管理技術及び監視技術に係るものである。

従来の技術について説明するために、補足として以下のような定義を与える。
〔品質劣化〕
一般的には、提供サービスに対してユーザ満足度が低下する事象を品質劣化という。ここでも、サービス提供時には目標とする提供品質があるものと仮定して、規定対象の単位（セッション（またはフロー）単位）に規定されるものとする。

具体的には、
・規定する時間長（数秒から数十分程度）において、品質レイヤにおける（ＩＰ品質レイヤの転送品質）、
・想定する通信プロトコルあるいはアプリケーション（ＴＣＰあるいはＵＤＰ，ＦＴＰあるいはＨＴＴＰなど）、

・予め指定した品質項目の指定した品質尺度（パケット損失率、転送遅延時間、遅延時間揺らぎなど）が、
・指定した許容範囲外となる状態を品質劣化と呼ぶ。
なお、上述の品質尺度あるいは許容範囲は、通信プロトコルやアプリケーションによって、変わってもよい
以下では、通信プロトコルやアプリケーションによらず、品質尺度がパケット損失率と転送遅延時間で、一律に許容範囲が指定されている場合を想定して説明する。

〔品質劣化切り分け〕
エンドツーエンドで期待される品質目標（上記の品質尺度に対する許容範囲の上限・下限）を各区間に配分し、区間毎の許容範囲を設定する。また、区間に配分された目標値を満たすことができない区間を劣化区間といい、目標値に達していない品質項目を劣化要因と呼ぶ。すなわち、本発明における品質劣化切り分けとは、劣化区間と劣化要因を絞り込むことである。

以上の定義のもとで、従来の品質劣化原因を切り分ける技術として、次のようなものが挙げられる。
（１）装置等で実装されているＭＩＢ（Management Information Base ）情報（通過パケット数，情報量，バッファでの損失パケット数等）をＳＮＭＰ（Simple Network Management Protocol ）により取得する技術（例えば、非特許文献１参照）。
（２）ネットワークのエンドツーエンドに測定装置を設置し、その間で試験的な通信を行い、性能（エンドツーエンドでのパケット損失率，遅延時間など）を測定する技術（例えば、非特許文献２参照）。

（１）の手法には、パッシブ測定なので実際の通信トラヒックに対して影響が小さいが、ネットワーク事業者としてユーザ側に設置された機器のＭＩＢ情報を計測できず、また、ユーザ単位毎の品質状況の把握や劣化切り分けが困難であるなどの問題がある。
（２）の手法には、エンド・エンドに測定装置を配置せねばならず、測定のために試験パケットをネットワークに印加するため、実際の通信トラヒックに対して影響が出るなどの問題がある。

上記の他にも、Pingなどある地点から対向する地点に試験パケットを送出して、往復経路でのパケット損失率や往復遅延時間を測定する技術がある。
この手法では、ネットワークのエンド・エンドに測定装置を配置しなくてすむが、icmpパケットを使用するため、ＴＣＰを使用するアプリケーションでの測定精度や、往復遅延しか測定できないこと、広域で複雑なネットワーク構成では不向きである等の問題がある。

そこで、本発明では、ネットワークの（受信側の）一点でパッシブ測定した情報からネットワーク品質情報（パケット損失，ユーザ側遅延時間等）を算出し、劣化原因箇所を推定することに着目した。
Steve Maxwell著ＳＮＭＰネットワーク管理ツール廣済堂,2001.p2-21 高土居，川村，四宮：映像ストリーミングの品質劣化検出における試験パケット送出パターンの影響評価、2002年、電子情報通信学会、pp.627

本発明は、上述の問題点を解消するものであり、その目的は、受信側のある一地点において得られたＩＰレイヤ情報を元に、映像配信アプリケーション等の品質劣化の原因箇所が利用者側にあるか、ＮＷ側にあるかを判別する方法、及びその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、送信側から受信側のある１点において特定のパケット情報を収集し、ＩＰ品質レイヤの転送品質（パケット損失率，受信側遅延時間）およびパケットロス発生箇所（送信側か，受信側か）を推定する機能と、得られた品質情報から、遅延，パケットロスなどの劣化原因箇所が送信側か受信側かをフロー毎に判定する機能を有することを特徴とする。

また、本発明では、品質劣化切り分けを行う際に、劣化区間の特定が、エンドツーエンドにおけるパケット転送品質（パケット損失率）の許容値と各区間での品質推定尺度（パケットロス頻度，受信側応答時間超過頻度）の劣化判定閾値に基づいて劣化区間の特定を実施することを特徴としている。

すなわち、本発明に係る品質劣化切り分け方法は、パケット交換網において、まず、エンドツーエンドのパケット転送品質（パケット損失，遅延等）情報を算出し、次いで、上で算出したパケット転送品質情報を事前に設定された判定閾値と比較して、エンドツーエンドにおける劣化箇所を判定する機能を有することを特徴としている。

より具体的には、本発明に係る品質劣化切り分け方法は、通信プロトコルの機能あるいは通信プロトコルの上位に位置するアプリケーションの機能により、データ転送を確実に行うために途中でデータが損失したときに再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間のある一地点（観測点）でのモニタにより通信品質を測定するパケット交換網における一点観測型の品質劣化切り分け方法であって、パケットヘッダ情報から測定対象となるフロー（送受信端末間での通信の開始から終了まで）を抽出するフロー抽出ステップと、パケットロス，遅延の発生箇所を推定し、シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎に設置されたカウンタ中の、該当するパケットの属する区間に対応するカウンタを操作し、エンドツーエンドにおけるＮＷ品質を推定するＮＷ品質推定ステップと、前記操作後のカウンタ情報を用いて、前記観測点を基点として劣化箇所が受信側か送信側かを判定する劣化箇所判定ステップとを有し、且つ前記ＮＷ品質推定ステップが、ＴＣＰプロトコルを利用した場合、パケットロスの発生箇所を判定する際に、受信側から同じシーケンス番号を持つＡＣＫが閾値以上の回数送出されたことを以って前記フロー上にパケットロスが発生したものとし、
保持データ内における最大ウィンドウサイズの範囲を捜索し、この捜索範囲内の該当するパケットの有無を判定し、ロス箇所に該当するカウンタ値を増加させることを特徴とする（請求項１）。

また、本発明に係るパケット交換網における品質劣化切り分け装置は、通信プロトコルの機能あるいは通信プロトコルの上位に位置するアプリケーションの機能により、データ転送を確実に行うために途中でデータが損失したときに再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間のある一地点（観測点）でのモニタにより通信品質を測定するためのパケット交換網における一点観測型の品質劣化切り分け装置であって、パケットヘッダ情報から測定対象となるフロー（送受信端末間での通信の開始から終了まで）を抽出するフロー抽出手段と、パケットロス，遅延の発生箇所を推定し、シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎に設置されたカウンタ中の、該当するパケットの属する区間に対応するカウンタを操作し、エンドツーエンドにおけるＮＷ品質を推定するＮＷ品質推定手段と、前記操作後のカウンタ情報を用いて、前記観測点を基点として劣化箇所が受信側か送信側かを判定する劣化箇所判定手段とを有し、
且つ前記ＮＷ品質推定手段が、ＴＣＰプロトコルを利用した場合、パケットロスの発生箇所を判定する際に、受信側から同じシーケンス番号を持つＡＣＫが閾値以上の回数送出されたことを以って前記フロー上にパケットロスが発生したものとし、保持データ内における最大ウィンドウサイズの範囲を捜索し、この捜索範囲内の該当するパケットの有無を判定し、ロス箇所に該当するカウンタ値を増加させる仕組みを持つことを特徴とする（請求項２）。

また、前記劣化箇所判定手段は、前記カウンタ情報と事前に設定した判定閾値とを比較し、ＴＣＰプロトコルのユーザへの受信方向のトラフィックのパケットロス発生箇所が観測点を基準として送信側にあるか受信側にあるかを判定する仕組みを持つことが好ましい（請求項３）。

また、前記劣化箇所判定手段は、前記カウンタ情報と事前に設定した判定閾値とを比較し、ＴＣＰプロトコルの送受信トラフィックにおいて、受信側に遅延が発生しているか否かを判定する仕組みを持つことが好ましい（請求項４）。

また、前記劣化箇所判定手段は、前記カウンタ情報を利用して、同一フローに対するパケットロス，遅延，遅延ゆらぎ等の複数の品質劣化要因の発生箇所を同時に判定する仕組みを持つことが好ましい（請求項５）。

また、プロトコルとしてＲＴＰプロトコルを利用する場合には、前記劣化箇所判定手段が、再送パケット判定により判定された再送パケット数と正常到着パケット数を利用し、受信側へのトラフィックのパケットロスが前記観測点を基準として上流側にあるか下流側にあるかを判定する仕組みを持つことが好ましい（請求項６）。

また、前記ＮＷ品質推定手段並びに前記劣化箇所判定手段は、ユーザへの受信方向のトラフィックのみでなく、ユーザからの送信方向のトラフィックにおいても劣化箇所判定可能な仕組みを持つことが好ましい（請求項７）。

本発明によれば、ネットワークの対地毎に測定装置を設置する必要がなく、また、パッシブ測定なので試験パケットなどを送出する必要がない品質劣化切り分け方法、及びその装置を提供することができる。
ネットワーク事業者は、これを用いることで、ユーザ所有の機器に依存せず、ユーザ固有のネットワーク情報を収集することができる。

また、ネットワーク事業者の立場では、ユーザに対し、自ＮＷ側が原因となっているのか、ユーザ側が原因になっているのかを判別することができ、トラブル対応，クレーム対応時の情報として利用できる。
また、ネットワーク事業者は、ユーザの受信品質が劣化し、劣化切り分けを実施した際の情報を取得し、管理することができる。

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、詳細に説明する。
はじめに、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いる場合を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る品質劣化切り分け機能を有するシステム構成を示す図である。
図中、１はユーザ（端末）、２は通信相手（端末）、３はユーザ側のネットワーク（Ｕser−ＮＷ）、４は例えばＷＡＮのような広域ネットワーク、５は本実施形態に係る一点観測型の品質劣化切り分け装置（以下、単に切り分け装置ともいう）を内蔵する測定器を示している。

本実施形態に係る切り分け装置５は、その詳細を図２に示すように、従来から用いられている、通信元アドレス，通信元ポート番号，通信先アドレス，通信先ポート番号等により規定されるパケットのフロー抽出機能を有する測定器（測定機能５１）に、後述するような品質推定機能５２，劣化箇所判定機能５３を付加したものである。
以下、上述の各機能について詳細に説明する。

まず、測定機能５１について説明する。
測定機能５１における測定対象の設定は、測定対象の設定ＩＦ５４を用いて、例えば、通信元アドレス，通信元ポート番号，通信先アドレス，通信先ポート番号，通信の向き等により指定する。

測定機能５１における通信パケットの測定は、例えばネットワーク・パケット・キャプチャリング・ツールの一つであるTcpdumpを用いて実現できる。この場合に取得できる情報を図３に示す。必要な情報は、図３中の行頭に＊印を付した項目である。
パケットの到着毎に、図３に示した情報（以下、パケット情報と呼ぶ）が得られる。また、シーケンス番号は１から付与されるように設定あるいは加工しておくこととする。
なお、図４に、測定情報例（TcpdumpによるＴＣＰ／ＩＰ通信の出力例）を示す。

次に、フロー抽出機能について説明する。
まず、上述のようにして、測定対象として設定したパラメータ（通信元アドレス，通信元ポート番号，通信先アドレス，通信先ポート番号，通信の向き）を元に、対象となる到着パケット情報を測定結果から抽出する。ここでのＴＣＰプロトコルの識別は、ＩＰヘッダの“protocol”を見て行う（図５参照）。

そして、時系列順に到着パケットのＴＣＰヘッダ情報（図３参照）を見て、フラグがＳであるパケットの時刻（コネクションの確立時刻）から、次に同フラグがＳ（次のコネクション確立時刻）またはＦ（コネクション開放時刻）、Ｒ（コネクション強制切断時刻）までの時刻を１フローとする。

次に、品質推定機能５２について説明する。
品質推定機能５２は、先に説明した観測点により取得したTcpdumpのデータを基に、データを指定した単位時間に分割し、各単位時間ごとにパケット損失，遅延などのＮＷ品質を算出する機能である。この品質推定機能５２には、パケットロス推定機能（ＴＣＰ／ＵＤＰ）５２ａ，ＡＣＫ応答時間推定機能（ＴＣＰのみ）５２ｂがあり（図２参照）、それぞれについて順に説明する。

（１）ＴＣＰパケットロス推定機能５２ａ：
プロトコルの実装では、受信側で未受信のパケットがあると判明した場合、未受信のシーケンス番号のＡＣＫ確認応答を送信側へ複数送信する（重複確認応答）。これを利用すると、受信側から重複確認応答が送出されたことを以ってフロー内に損失が発生したことを検知することができ、さらに重複確認応答には欠落したシーケンス番号が記されているため、シーケンス番号を利用した欠落パケットの特定が可能となる。

パケットロス推定機能５２ａの動作フローを、図６に示す。重複確認応答発生時を基点に受信データ領域内をウィンドウサイズ分のシーケンス番号の範囲を遡って探索し、重複確認応答に該当する送信パケットが観測点を通過したか否かで、欠落した区間がユーザ側か、ＮＷ側かを判定する。
この探索で、欠落パケットが発見された（ユーザ側での欠落）場合には、カウンタ値Ａを＋１増加させ、発見されない場合（ＮＷ側での欠落）は、カウンタ値Ｂを＋１増加させる。この探索は、測定期間中の総ＡＣＫ数Ｎまで繰り返す。

（２）ＡＣＫ応答時間推定機能５２ｂ：
ＡＣＫ応答時間推定機能５２ｂの動作フローを、図７に示す。ＴＣＰの実装では、送信パケットが受信側に到達した際、受信側は次に受け取るべきパケットのシーケンス番号を肯定応答確認（ＡＣＫ）として送信側に返信する。そこで、観測点を送信パケットが通過し、受信側から送信パケットに対応する肯定確認応答が返ってくる時間をＡＣＫ応答時間と定義し、このＡＣＫ応答時間の増加を以って受信側での何らかの遅延発生の有無を検知することができる。

ただし、再送パケットなどにより、同様のシーケンス番号を保持する送信パケットが到着することが想定されるため、応答時間の定義として、観測点に到着した送信パケットから最初に該当するＡＣＫパケットが到着した時間までとする。
また、定常状態時のＡＣＫ応答時間を時間閾値とするため、ユーザ環境毎に自動的に時間閾値を補正する機能が必要である。
測定区間内の全てのＡＣＫパケットの応答時間の計算を行い、時間閾値より応答時間が長ければカウンタＡを＋１増加させ、それ以外であればカウンタＢを＋１増加させる。

図８に、上述のＴＣＰパケットロス推定機能５２ａとＡＣＫ応答時間推定機能５２ｂによる動作の具体例を示した。
図８に示すように、正常時には、＃１のパケットが送信側（上流）から受信側（下流）に送られると、このパケットを正常に受信した受信側（下流）から送信側（上流）に、受信したパケットに対応するＡＣＫパケット（＃１のＡＣＫパケット）が返送される。
この動作が繰り返されている間は、パケット通信が正常に継続される。

しかし、＃２のパケットが測定点（観測点）を通過後に、下流側で何らかの理由で損失した場合には、受信側（下流）から送信側（上流）に向けて送られるＤupＡＣＫ（重複応答確認パケット）が観測点において検出され、当該パケットの観測点通過が確認されると、この場合、下流側でのパケット損失が検知されることになる。

同様に、＃３のパケットが観測点を通過後に、受信側（下流）から送信側（上流）に向けて送られる、このパケットに対する最初の応答（ＡＣＫパケット）が観測点を通過するまでに経過した時間が所定時間を超えている場合には、ＡＣＫパケットは送出されたものの、下流側のＮＷに問題があることが検知されることになる。

ここまでは、プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いる場合を説明したが、ここで、ＲＴＰプロトコルを用いる場合について説明する。
（３）ＲＴＰパケット転送におけるＩＰパケット損失推定機能５２ａ：
以下の（Ａ）から（Ｃ）の処理により、ＩＰパケット損失状況（具体的には、以下のＫn，Ｒnのこと）を算出する。

出力項目の算出を、シーケンス番号を単位として予め指定する。例えば、Ｃとする。これは、送信側が送出するパケット（複数）のシーケンス番号がＣ増加するごとにＩＰパケット損失状況を算出することを意味する。
シーケンス番号のカウンタ上限による周回問題は、剰余類を用いることにより容易に回避できるので、ここでは、送信側から最初に送信されたパケット（データ）のシーケンス番号を１とする。

（Ａ）再送パケットか否かの判定：
ＲＴＰはＵＤＰ上のプロトコルであり、ＵＤＰのレイヤでは、ＴＣＰと異なりパケット損失時に再送によるリカバーは行われない。しかし、ＵＤＰよりもＡＰでＡＲＱ（自動再送制御）機能がある場合には、パケット損失時に再送によるリカバーが行われる。その際、ＲＴＰのシーケンス番号は同じものが送付される。再送パケットは、ＡＲＱありの場合において、送信元が過去に送ったＲＴＰシーケンス番号のものを、リカバーのために再度送信する事象を意味する。

再送判定のために、以下の記号を準備する（図９参照）。
Ｔ_０：測定の開始時刻
Ｐj：j番目に到着したパケットをパケットjと呼ぶ
ｔj：Ｐjの到着時刻
Ｓj：Ｐjのシーケンス番号

m(ｔ)：測定開始Ｔ_０から時刻ｔまでのシーケンス番号の平均増加速度
（単位時間当たりのシーケンス番号の増加で定義する。）
Ｓmax(ｔ)：ある時刻ｔまでに到着したパケットのシーケンス番号全体のうちの最大値
Ｔmax(ｔ)：上記のパケットが到着した時刻
Ｔ：再送判定パラメータ

再送判定の処理を述べる（図１０参照）。
（処理１）パケット到着（時刻ｔとする）ごとに、Ｓmax(ｔ)，Ｔmax(ｔ)，m(ｔ)を更新する。
・Ｓmax(ｔ)，Ｔmax(ｔ)の更新
前パケットの到着時点での最大シーケンス番号よりも、今回到着パケットのシーケンス番号が大きければ値を更新する。

・m(ｔ)の更新
例えば、以下の（ａ）〜（ｄ）の方法がある。
（ａ）：最初のパケット到着時点とシーケンス番号からなる座標（Ｔ1，Ｓ1)と、（Ｓmax(ｔ)、Ｔmax(ｔ)）を結ぶ直線の傾きをm(ｔ)とする。
（ｂ）：単位時間当たりのシーケンス番号の増加を算出し、m(ｔ)とする。
（ｃ）：上記（ｂ）で、直近（例えばΔＴ以内）範囲に限ったシーケンス番号の増加とする。
（ｄ）：上記（ｂ）のm(ｔ)に対して、安全係数をかけたものをm(ｔ)とする。

（処理２）再送パケットか否かの判定
（ａ）最初のＬ（予め設定する）番目以内の到着パケットであるとき、再送判定はせず、全て再送パケットでないとみなす。

（ｂ）L番目以降の到着パケット（ｊ番目の到着パケットとする）のとき、

ならば再送パケットと判断する。
以上により再送か否かの判定ができる。

（Ｂ）シーケンス空間ごとの到着パケットのカウント
シーケンス番号の空間を、指定した定数C単位に分割し、区間Ａ1，Ａ2・・・を定義する(シーケンス区間と呼ぶ)。例えば、図１１は、Ｃ＝１０^４（バイト）とした場合の例を示している。

ネットワーク品質は、区間Ａn＝［(ｎ−1)・Ｃ，ｎ・Ｃ］ごとに算出する。これは、送信側が受信側に向けて転送しようとする情報単位（Ｃ）ごとに、品質指標を算出することを意味する。
ここでの処理は、パケット到着の時点で以下のカウンタをアップすることである。
Ｒn：区間Anにおける再送パケットのパケット数のカウンタ
Ｋn：区間Anにおける再送パケットでないパケットの到着数のカウンタ

（処理３）
再送パケットと判定された到着パケットに対して、そのシーケンス番号を読み取り、該当する区間Ａｎに属する分（バイト単位）をカウンタＲnに加える。ただし、属する区間が複数ある場合には、複数の区間に対するカウンタに対して以下を実施する。

但し、＃｛・｝は区間｛・｝に含まれるシーケンス番号の数、Ａ∩Ｂは区間Ａと区間Ｂの共通する区間とする。
例えば、区間Ａ＝［５，１５］、区間Ｂ＝［１０，２５］とすると、
＃Ａ＝１０，＃Ｂ＝１５，Ａ∩Ｂ＝［１０，１５］，＃｛Ａ∩Ｂ｝＝５

（処理４）
再送と判定されなかった到着パケットに対し、そのシーケンス番号を読み取り、該当する区間Ａｎに属する分（バイト単位）をカウンタＫnに加える。但し、属する区間が複数ある場合には、複数の区間に対するカウンタに対して以下を実施する。

但し、記号は処理3と同じである。

（処理５）
その時点でのカウンタ値Ｋn，Ｒnを用いて、以下のように算出する。

但し、αは再送パケットが送信側に届くまでに、送信側が重複して何回送ったかを示すパラメータであり、例えば、高々１回の再送で届くならα＝１、通常はα＝１とする。
（注）正確には、上式の右辺は、「送信側における再送バイト数の割合（率）」であるが、ここでは、ＩＰ損失バイト数を上式で推定している。

（処理６）
Ｐ_ｊｍａｘの属する区間を、Ａｍ＝（（ｍ−１）・Ｃ，ｍ・Ｃ）とする。なお、ここで、（ｍ−１）・Ｃ＜Ｓ_ｍａｘ（Ｐ_ｊｍａｘ）＜ｍ・Ｃである。
Ａn（ｎ＜ｍ）の未集計区間に関しては、（処理５）に従う。
Ａmに関しては、分母が過大にならないよう以下のように補正する。

但し、Ｃ’＝Ｓ_ｍａｘ（Ｐ_ｊｍａｘ）−（ｍ−１）・Ｃ
（注）上と同じ

（C）ネットワーク品質情報の算出
上述の（Ａ），（Ｂ）の機能を使って、以下のようにＩＰパケット損失状況を算出する。
まず、シーケンス番号の空間｛１，∞｝を幅Ｃごとに分割して作った区間Ａ1，Ａ2・・・・・ＡN1の到着パケットカウンタ用に、カウンタＫn，Ｒn（n＝1，2，・・・，N1）を初期化して用意する。
次に、カウンタＫ1，Ｒ1の集計トリガとなる事象として、「区間Ａn，n≧n2に属するパケットの到着」とする。

すなわち、図示は省略するが、到着パケットの属する区間がＡn2以降か否かを到着パケットごとに確認し、
１）もし、区間Ａn2以降の区間に属していたら、カウンタＫ1，Ｒ1を集計処理し、当該区間における品質指標を処理５に示すように実施する。処理後はそのカウンタ事態を開放し、新たにカウンタＫn1+1，Ｒn+1を新設する。この処理により、カウンタを動的に融通させることでメモリリソースを節約する仕組みを実現する。この仕組みは、ＮＷの転送速度によって影響を受けない。

すなわち、ある区間の集計処理の契機をＮ2（パラメータ）先の区間に属するパケットが始めて到着したときと設定したので、予め設定した時間（パラメータ）経過したのを集計契機とする場合と違って、単位時間当たりの到着パケット数の大小に応じて設定パラメータの値を変化させなくてよい利点がある。
また、次に処理すべきカウンタＫ2，Ｒ2の集計契機となる事象を設定するために、n2＝n2+1、すなわち、n2＝N2+1とする。

２）もし、それよりも若い区間に属していたら、上述の（Ａ），（Ｂ）の処理を実施する。
という処理を最後の到着パケット（ｊ＝Ｊmax）まで繰り返す。
以上の手順により、Ｒn，Ｋnが求められる。

次に、劣化箇所判定機能５３について説明する。
本機能では、上述の品質推定機能５２の各機能により算出されたカウンタ値を用いて、エンドツーエンドのフローごとの劣化箇所の判定を行う。
以下、ＴＣＰ，ＵＤＰの順に、各状況ごとに説明する。

（１）ＴＣＰプロトコルダウンロード方向の場合
（ａ）パケットロス推定機能５２ａ：
パケットロス推定機能の判定フローを、図１２に示す。また、判定結果についての説明図を図１３に示す。
測定区間内の全ての欠落パケットの捜索終了後、ロス判定閾値Ｂ1，Ｂ2を用いて判定を行う。ここで、判定閾値Ｂ1，Ｂ2については、ユーザ環境に依存しないため固定値とする。Ｎは測定区間内の総ＡＣＫ数である。

１）（Ａ＋Ｂ）／Ｎ＞Ｂ１のとき、測定区間内ではＮＷ，ＵserＮＷのどちらか（または両方）でロスが多発している可能性が高く（判定（３））、（Ａ＋Ｂ）／Ｎ＜Ｂ1であれば、ロスは発生していない（判定（４））。
２）Ａ（Ｂ）／Ｎ＞Ｂ２のとき、ＵserNW（ＮＷ）でロスが多発している可能性が高い（判定（１），（２））。
また、Ａ／Ｎ＞Ｂ2かつＢ／Ｎ＞Ｂ2の場合には、UserNW，NWの両方でロスが発生している可能性が高い（判定（３））。

（ｂ）ACK応答時間推定機能５２ｂ：
ＡＣＫ応答時間推定機能の判定フローを、図１４に示す。また、判定結果についての説明図を図１５に示す。
測定区間内の全ての応答時間の測定終了後、判定閾値Ｃ2を用いて判定を行う。判定閾値Ｃ2については、設置環境に依存する可能性があるため、設置時（定常状態）の応答時間から、ＮＷ間、NW−User間設置などの設置パターンを判別し、複数の判定閾値を選択できるものとする。

このとき、Ａ／（Ａ＋Ｂ）＞Ｃ2であれば、ＵserＮＷで遅延が発生している（判定（１））。
また、Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜Ｃ2であれば、UserＮＷで遅延は発生していない（判定（２））。
（２）ＴＣＰプロトコルアップロード方向の場合

（ａ）パケットロス推定機能５２ａ：
上と同様にして、アップロード方向の場合にも、Ｂ1，Ｂ2を判定閾値として、
１）（Ａ＋Ｂ）／Ｎ＞Ｂ1のとき、測定区間内ではＮＷ，ＵserＮＷのどちらかでロスが多発している可能性が高く、
（Ａ＋Ｂ）／Ｎ＜Ｂ1であれば、ロスは発生していない（判定（４））。

２）Ａ（Ｂ）／Ｎ＞Ｂ2のとき、UserNW（ＮＷ）でロスが多発している可能性が高い（判定（１），（２））。
また、Ａ／Ｎ＞Ｂ2、かつＢ／Ｎ＞Ｂ2の場合には、ＵserＮＷ，ＮＷの両方でロスが発生している可能性が高い（判定（３））。

（ｂ）ＡＣＫ応答時間推定機能５２ｂ：
同様にして、アップロード方向の場合にも、Ｃ2を判定閾値として、
Ａ／（Ａ＋Ｂ）＞Ｃ2であれば、ＮＷで遅延が発生している可能性が高い（判定（１））。また、Ａ／（Ａ＋Ｂ）＜Ｃ2であれば、ＮＷで遅延は発生していない（判定（２））。

（3）ＲＴＰパケット転送のダウンロード方向
評価対象とする区間における品質劣化箇所の切り分け判定は以下のようにしてなされる。
Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3を判定閾値として、
（ａ）Ｒn＝０の場合（すなわち、ＡＲＱ機能なし、あるいはＡＲＱ機能ありでかつパケットロスがエンドツーエンドのどこでも発生していない)場合）
以下の状況を検出して、切り分けを行う。

（ａ1）１−Ｋn／Ｃ＜Ｄ1のとき（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が多く、ほとんど測定点を通過している）ならば、ＮＷでパケットロスが発生していない可能性が高いと判定する。
（ａ2）Ｋn／Ｃ＜Ｄ2のとき（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が少ない)ならば、ＮＷでパケットロスが発生していると判定する。
（ａ3）上記以外の場合
判定保留

（ｂ）Ｒn＞０の場合（すなわち、ARQ機能ありでかつパケットロスがエンドツーエンドのどこかで発生している場合）
以下の状況を検出して、切り分けを行う。
（ｂ1）Ｒn／Ｃ≦Ｄ３のとき、劣化なし
（ｂ2）１−Ｋn／Ｃ＜Ｄ1かつ、Ｒn／Ｃ＞Ｄ3のとき（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が多く、ほとんど測定点を通過している）ならば、ＵserＮＷでパケットロスが発生している可能性が高いと判定する。

（ｂ3）Ｋn／Ｃ＜Ｄ2かつ、Ｒn／Ｃ＞Ｄ3のとき（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が少ない）ならば、ＮＷでパケットロスが発生している可能性が高いと判定する。
（ｂ4）上記以外の場合
判定保留

（４）ＲＴＰパケット転送のアップロード方向
上記３と同様にして、
（ａ）Ｒn＝０の場合（すなわち、ARQ機能なし、あるいは、ARQ機能ありでかつパケットロスがエンドツーエンドのどこでも発生していない）場合、以下の状況を検出して、切り分けを行う。

（ａ1）１−Ｋn／Ｃ＜Ｄ1のとき（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が多く、ほとんど測定点を通過している）ならば、UserＮＷでパケットロスが発生している可能性が高いと判定する。
（ａ2）Ｋn／Ｃ＜Ｄ2（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が少ない）ならば、ＮＷでパケットロスが発生していると判定する。
（ａ3）上記以外の場合
判定保留

（ｂ）Ｒn＞０の場合（すなわち、ARQ機能ありかつパケットロスがエンドツーエンドのどこかで発生している場合）
以下の状況を検出して切り分けを行う。
（ｂ1）Rn/C≦D3のとき、劣化なし
（ｂ2）１−Ｋn／Ｃ＜Ｄ1かつ、Ｒn／Ｃ＞Ｄ3のとき（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が多く、ほとんど測定点を通過している）ならば、UserＮＷでパケットロスが発生していると判定する。

（ｂ3）Ｋn／Ｃ＜Ｄ2かつ、Ｒn／Ｃ＞Ｄ3のとき（すなわち、再送パケットでないパケットの通過が少ない）ならば、ＮＷでパケットロスが発生していると判定する。
（ｂ4）上記以外の場合
判定保留

上記実施形態は、いずれも本発明の一例を示したものであり、本発明はこれら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。

本発明の一実施形態に係る品質劣化切り分け機能を有するシステム構成を示す図である。実施形態に係る切り分け装置の詳細を示すブロック図である。実施形態に係る切り分け装置の測定機能における通信パケットの測定において取得できる情報を示す図である。測定機能における具体的な測定情報例（TcpdumpによるＴＣＰ／ＩＰ通信の出力例）を示す図である。ＩＰv４のヘッダ構成を示す図である。実施形態に係る品質推定機能中のパケットロス推定機能の動作フロー図である。実施形態に係る品質推定機能中のＡＣＫ応答時間推定機能の動作フロー図である。実施形態に係るＴＣＰパケットロス推定機能とＡＣＫ応答時間推定機能による動作の具体例を示す図である。ＲＴＰパケット転送におけるパケット到着時の動作の説明図である。同、再送判定動作のフロー図である。同、到着パケットカウントの説明図である。実施形態に係る劣化箇所判定機能中のパケットロス推定機能の動作フロー図である。同、判定結果の説明図である。実施形態に係る劣化箇所判定機能中のＡＣＫ応答時間推定機能の動作フロー図である。同、判定結果の説明図である。

符号の説明

１ユーザ（端末）
２通信相手（端末）
３ユーザ側のネットワーク（Ｕser−ＮＷ）
４広域ネットワーク（ＷＡＮ）
５（一点観測型の）品質劣化切り分け装置
５１測定機能
５２品質推定機能
５２ａパケットロス推定機能
５２ｂＡＣＫ応答時間推定機能
５３劣化箇所判定機能
５４測定対象の設定ＩＦ

Claims

通信プロトコルの機能あるいは通信プロトコルの上位に位置するアプリケーションの機能により、データ転送を確実に行うために途中でデータが損失したときに再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間のある一地点（観測点）でのモニタにより通信品質を測定するパケット交換網における品質劣化切り分け方法であって、
パケットヘッダ情報から測定対象となるフロー（送受信端末間での通信の開始から終了まで）を抽出するフロー抽出ステップと、
パケットロス，遅延の発生箇所を推定し、シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎に設置されたカウンタ中の、該当するパケットの属する区間に対応するカウンタを操作し、エンドツーエンドにおけるＮＷ品質を推定するＮＷ品質推定ステップと、
前記操作後のカウンタ情報を用いて、前記観測点を基点として劣化箇所が受信側か送信側かを判定する劣化箇所判定ステップと
を有し、
且つ前記ＮＷ品質推定ステップが、
ＴＣＰプロトコルを利用した場合、パケットロスの発生箇所を判定する際に、受信側から同じシーケンス番号を持つＡＣＫが閾値以上の回数送出されたことを以って前記フロー上にパケットロスが発生したものとし、
保持データ内における最大ウィンドウサイズの範囲を捜索し、この捜索範囲内の該当するパケットの有無を判定し、ロス箇所に該当するカウンタ値を増加させる
ことを特徴とする一点観測型の品質劣化切り分け方法。
通信プロトコルの機能あるいは通信プロトコルの上位に位置するアプリケーションの機能により、データ転送を確実に行うために途中でデータが損失したときに再度データ転送を行う通信において、送信側から受信側までの間のある一地点（観測点）でのモニタにより通信品質を測定するためのパケット交換網における品質劣化切り分け装置であって、
パケットヘッダ情報から測定対象となるフロー（送受信端末間での通信の開始から終了まで）を抽出するフロー抽出手段と、
パケットロス，遅延の発生箇所を推定し、シーケンス番号からなる空間を分割したシーケンス区間毎に設置されたカウンタ中の、該当するパケットの属する区間に対応するカウンタを操作し、エンドツーエンドにおけるＮＷ品質を推定するＮＷ品質推定手段と、
前記操作後のカウンタ情報を用いて、前記観測点を基点として劣化箇所が受信側か送信側かを判定する劣化箇所判定手段と
を有し、
且つ前記ＮＷ品質推定手段が、
ＴＣＰプロトコルを利用した場合、パケットロスの発生箇所を判定する際に、受信側から同じシーケンス番号を持つＡＣＫが閾値以上の回数送出されたことを以って前記フロー上にパケットロスが発生したものとし、
保持データ内における最大ウィンドウサイズの範囲を捜索し、この捜索範囲内の該当するパケットの有無を判定し、ロス箇所に該当するカウンタ値を増加させる仕組みを持つ
ことを特徴とする一点観測型の品質劣化切り分け装置。
前記劣化箇所判定手段が、
前記カウンタ情報と事前に設定した判定閾値とを比較し、ＴＣＰプロトコルのユーザへの受信方向のトラフィックのパケットロス発生箇所が観測点を基準として送信側にあるか受信側にあるかを判定する仕組みを持つ
ことを特徴とする請求項２に記載の一点観測型の品質劣化切り分け装置。
前記劣化箇所判定手段が、
前記カウンタ情報と事前に設定した判定閾値とを比較し、ＴＣＰプロトコルの送受信トラフィックにおいて、受信側に遅延が発生しているか否かを判定する仕組みを持つ
ことを特徴とする請求項２に記載の一点観測型の品質劣化切り分け装置。
前記劣化箇所判定手段が、
前記カウンタ情報を利用して、同一フローに対するパケットロス，遅延，遅延ゆらぎ等の複数の品質劣化要因の発生箇所を同時に判定する仕組みを持つ
ことを特徴とする請求項２に記載の一点観測型の品質劣化切り分け装置。
ＲＴＰプロトコルを利用する場合、
前記劣化箇所判定手段が、
再送パケット判定により判定された再送パケット数と正常到着パケット数を利用し、受信側へのトラフィックのパケットロスが前記観測点を基準として上流側にあるか下流側にあるかを判定する仕組みを持つ
ことを特徴とする請求項２に記載の一点観測型の品質劣化切り分け装置。
前記ＮＷ品質推定手段並びに前記劣化箇所判定手段が、
ユーザへの受信方向のトラフィックのみでなく、ユーザからの送信方向のトラフィックにおいても劣化箇所判定可能な仕組みを持つ
ことを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の一点観測型の品質劣化切り分け装置。