专利名称：互联网中节点间延迟的动态估测方法
技术领域：
本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种互联网中节点间延迟的动态估测方法。
背景技术：
网络节点之间的延迟是评估网络性能的重要参数。获得网络延迟可以通过直接测量方式或者通过估算方式。直接网络延迟测量方式是直接发送测量数据包到目标结点，获得节点之间的延迟时间。估算方法利用若干直接测量的延迟信息通过估算方法获得其他未直接进行测量的节点的延迟信息。这种方法可以大大减少由每个主机单独进行直接测量所带来的测量开销，对网络的影响也较小。同时，当无法在某些节点进行直接测量时，延迟估测方法就更能凸显出其重要性。而目前的估测方法都需要进行较为复杂的计算。因此，当下需要迫切解决的一个技术问题就是如何能够提出一种有效的措施，以解决现有技术中存在的问题。在此，提出一种延迟估测方法，根据节点之间的拓扑就可以推断延迟值，而无需进行大量的计算。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种互联网中节点间延迟的动态估测方法，根 据节点之间的拓扑就可以推断延迟值，无需进行大量的计算，提高了估测精度。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种互联网中节点间延迟的动态估测方法，包括根据网络拓扑得到两个源节点和目标节之间的拓扑关系，从而得到两个源节点到目标节点的公有路径长度和两条私有路径长度；根据公有路径长度和两条私有路径长度，计算这两个源节点到目标节点的路径长度比例，并根据两条私有路径的长度大小判断是正向预测还是反向预测；根据往返时延RTT的测量值判断负载状态；所述负载状态包括轻负载状态、中等负载状态和重负载状态三种负载状态；根据所得路径长度比例和负载状态，查找此时网络场景所对应的斜率表和截距表中的相关项，获得相应的斜率值和截距值；由所获得的斜率值和截距值构建回归方程，通过回归方程将一个源节点到目标节点的往返时延RTT值当作输入计算得到另外一个源节点到同一目标结点的往返时延RTT估测值。进一步地，所述的互联网中节点间延迟的动态估测方法还包括当无法判断负载状态时，对所述三种负载状态都算一遍或择一进行计算。进一步地，链路利用率为(T40%时为轻负载状态。进一步地，链路利用率为40%飞0%时为中等负载状态。进一步地，链路利用率为609^100%时为重负载状态。
综上，本发明所述的方案中只需根据拓扑图和负载就可以直观地选择检测点避免复杂的聚类运算，从而有效地解决了节点选取和延迟估测问题，较以前的基于网络拓扑进行聚类的方法，更具有易用性。
图I是本发明所述的一种互联网中节点间延迟的动态估测方法的流程示意图；图2是本发明所述的拓扑结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。参见图1，给出的互联网中节点间延迟的动态估测方法的流程示意图，所述方法包 括步骤S101，根据网络拓扑得到两个源节点和目标节之间的拓扑关系，从而得到两个源节点到目标节点的公有路径长度和两条私有路径长度；步骤S102，根据公有路径长度和两条私有路径长度，计算这两个源节点到目标节点的路径长度比例，并根据两条私有路径的长度大小判断是正向预测还是反向预测；步骤S103，根据往返时延RTT的测量值判断负载状态；所述负载状态包括轻负载状态、中等负载状态和重负载状态三种负载状态；具体的，在实现过程中，当无法判断负载状态时，对所述三种负载状态都算一遍或择一进行计算。步骤S104，根据所得路径长度比例和负载状态，查找此时网络场景所对应的斜率表和截距表中的相关项，获得相应的斜率值和截距值；步骤S105，由所获得的斜率值和截距值构建回归方程，通过回归方程将一个源节点到目标节点的往返时延RTT值当作输入计算得到另外一个源节点到同一目标结点的往返时延RTT估测值。本发明所述的方案中，可概括为拓扑获得、负载估算、估测方程构建和延迟估算四个阶段。首先，在拓扑关系获取阶段，根据网络拓扑得到两个源节点和目标节点之间的拓扑关系，从而得到两个源节点到目标节点的公有路径长度和两条私有路径长度。其次，在负载估算阶段，根据最近一次的延迟测量值大概估计当前的网络负载状态。然后，在估测方程构建阶段，通过节点之间的拓扑关系和当然估计的负载状况得到相应的估算方程。最后，在延迟估算阶段，将一个节点的网络延迟值作为估算方程的输入，计算得到估算的延迟，下面对各个阶段进行具体的介绍I.拓扑关系获取阶段根据网络拓扑得到两个源节点和目标节点之间的拓扑关系，从而得到两个源节点到目标节点的公有路径长度和两条私有路径长度。并且根据公有路径长度和两条私有路径长度，计算这两个节点到目标节点的路径长度比例，同时根据两条私有路径的长度大小判断是正向预测还是反向预测。2.负载估算阶段根据时间上最近的一次延迟测量值，大致估算当前的网络负载状况为轻、中、重的哪一种。据此判断，可以选择采用哪一种负载状况下的估测方程系数构建估测方程。若无法判断当前负载状况，譬如时间太长或者没有测量值则可以随机选取一种负载状态进行计算或者将三种负载状态的估测方程均构建出来。3.估测方程构建阶段根据由第一步得到的拓扑之间的关系和由第二步得到的负载状况，查找估测方程系数表，找到相应的斜率和截距，构 建估测方程。4.延迟故侧阶段根据由第三步得到的估测方程，将一个源节点到目标节点的RTT值作为估测方程的输入，通过方程计算得到另外一个节点到相同目标节点的RTT值。本发明提出了一种基于RTT相似度的延迟估测方法。本方法利用两个节点相对于同一个目标节点RTT的相似度来根据一个节点的RTT值来估算另外一个节点的RTT值。在该方法中，将节点之间的延迟关系用拓扑结构和网络负载表示出来，尤其是节点之间的拓扑连接和路径长度。根据节点之间的拓扑连接，就可以根据一个节点的RTT值来估算出另外一个节点相对于同一目标节点的RTT值。若要RTT估算值更为精确，则需要给定当时的网络负载状况。该方法较以前的基于网络拓扑进行聚类的方法，更具有易用性。因为在聚类算方中，根据不同的聚类标准，聚类算法经常是NP问题，且聚类后的节点选取为固定，不能根据估测精度的要求而相应的改变。利用该方法只需根据拓扑图和负载就可以直观地选择检测点避免复杂的聚类运算，从而有效地解决了节点选取和延迟估测问题。研究表明，两个节点相对于同一个目标结点的RTT值可以归结为线性关系，随着两个节点之间共有路径与长的私有路径比例的增大，这种线性关系越明显。按照这种线性关系，构建两者的线性回归方程，实现一个节点的RTT来预测另外一个节点的RTT值。同时，研究发现，在同一路径比例下的回归方程也具有一定的规律正向预测和反向预测的回归方程的斜率都满足“Length Ratio”特性，即在同一负载状况下，在同一路径比例，斜率彼此之间没有显著差异。因此将763种斜率变成71种路径长度比例情况，每种路径长度比例下所对应的斜率值为属于该路径长度比例的所有斜率的平均值，从而建立斜率和路径长度比例的对照表，简称正向(反向)斜率表。对于正向预测的截距，因为它不满足任何特性，因此暂不对它进行平均处理，因此它仍旧是一张763*3的表。对于反向预测的截距，在方差分析的标准降到0. 01时，它满足当两个路径组合所对应的公有路径长度和长私有路径的比值相同时，其相似度之间没有显著差异，因此可以将其进行平均处理，即将763种截距变成71种路径长度比例情况，每种路径长度比例下所对应的截距值为属于该路径长度比例的所有截距的平均值，从而建立截距和路径长度比例的对照表，我们简称正向(反向)截距表。由这样的斜率和截距构成的回归方程，较大程度地反映了一般的规律，因此具有一定的通用性，并且减少了在构建回归方程时所进行的查表等工作的复杂程度。实施例I :整个系统架构分为三部分第一部分为服务器端，第二部分为客户端，第三部分为检测点。该方法主要是关注服务器端进行延迟的估算。一拓扑关系获取阶段服务器将整个系统中的节点的拓扑关系保存在自己的拓扑数据库中。服务器接收到一个延迟计算请求后，对该请求进行处理。延迟计算请求包括(源节点A、源节点B、目标节点D以及明确的信息以源节点A来计算源节点B的RTT。首先服务器根据节点A、B、D在拓扑数据库中确定这三个节点的拓扑关系，找到AD与BD的公有路径部分记为Com_AB和各自的私有路径部分Pri_A，Pri_B。其次，根据Pri_A，Pri_B的长度决定从A预测B是正向预测还是反向预测。从而确定查找斜率和截距的正向预测表还是反向预测表。再次，根据和长的路径长度计算路径长度比例为Com_AB/max(Pri_A，Pri_B)。二网络负载估计阶段在这个阶段，服务器根据最近的一次RTT测量值来估测目前网络的负载状况是轻、中等还是重。在这个估算过程当中，服务器可以按照前几次的测量结果和最近一次的测量结果进行对比得到。设置的负载只有三个等级而不是据体的数值，因此在估计上也相对来说较为容易。低，均值为20%，范围为
;中，均值为50%，范围为[40%-60%];高，均值为80%，范围为[60%-100%]。根据估计结果来决定使用那个负载状况的斜率和截距表。由于负载估测不一定能够达到，因此这一步可作为备选项进行。若有这一步的结果则可以得 到更为精确的延迟估测值，若无该步得估算结果，仍可以进行一下的步骤进行延迟估测，即将三种负载情况下的延迟估测结果都计算出来。三估测方程的构建阶段在该阶段，我们根据第一步和第二步的结果，确定该次估测是正向预测还是反向预测以及当前的网络负载状况，确定所要查找的斜率和截距的数据表。例如是正向预测的、负载为轻的情况的截距表和斜率表。其次，根据第一步得到的路径长度比例。在相应的表中找到对应于该路径比例的斜率和截距的具体值，构成估算方程。四延迟估算阶段根据由第三步得到的延迟估算方程，在延迟数据表中查找得到节点A到节点D的延迟值RTT(AD)，将该值作为延迟估算方程的输入，经过简单的线性方程的计算可以得到节点B到节点D的延迟值RTT (BD)0进一步举例说明根据前面所述的延迟估算方法，现举例说明如下将节点S作为检测点，D为目标节点，以SD之间的RTT来估算其他节点(0到6)到D之间的RTT值。拓扑结构示意图如图2所示。第一，从节点0到节点6,分别计算与节点S、节点D之间的路径长度比例，计算结果为 r (0，S，D) =8/3，r (I, S，D) =8/2，r (2，S，D) =8/2，r (3，S，D) =8/2，r (4，S，D) =3/7，r (5，S，D)=3/7，r (6，S，D)=3/7。举例说明，由节点0与节点S以及节点D的拓扑关系可以得至IJ，路径OD和路径SD的交点为J，公有路径为JD长度为8，两条私有路径JO长度为3，SJ长度为2，所以我们有LEC(S，D, 0) = (8, 3，2)，路径长度比例为8/3。根据两条私有路径长度判定是正向估算还是反向估测(re),我们仅对反向估测作标记。Direct (0，S，D) =re,因为OJ的距离为3大于SJ的距离2。第二，根据现有的RTT值估测负载情况。在此，我们假设无法得到负载情况，因此对20%，50%以及80%的负载情况均作估算。第三，根据负载状况和相应的路径比例以及估测方向，在斜率表和截距表中选择相应的斜率a和截距b，构成估测方程。例如对于节点5，当负载为20%时，其斜率为0. 1007754，截距为 0. 1698268。构成的估测方程为 y=0. 1007754x+0. 1698268。第四，根据估算方程得到RTT估算值。举例说明，将SD的RTT序列值作为LEC(5, S, D)的由第四步得到的回归方程的输入。可以得到的RTT序列，且这两个RTT序列在时间上是对应的。例如在某一时刻，当负载为20%时SD的RTT值是0. 6088929，负载为50%时SD的RTT值是0. 916143，负载为80%时SD的RTT值是I. 047040，对应时刻对应负载时的5D的RTT为0. 6661278，I. 004348，I. 127076。根据持续一段时间(30分钟)的RTT序
列而计算得到的平均值如表I所示)
权利要求
1.一种互联网中节点间延迟的动态估测方法，其特征在于，包括 根据网络拓扑得到两个源节点和目标节之间的拓扑关系，从而得到两个源节点到目标节点的公有路径长度和两条私有路径长度； 根据公有路径长度和两条私有路径长度，计算这两个源节点到目标节点的路径长度比例，并根据两条私有路径的长度大小判断是正向预测还是反向预测； 根据往返时延RTT的测量值判断负载状态；所述负载状态包括轻负载状态、中等负载状态和重负载状态三种负载状态； 根据所得路径长度比例和负载状态，查找此时网络场景所对应的斜率表和截距表中的相关项，获得相应的斜率值和截距值； 由所获得的斜率值和截距值构建回归方程，通过回归方程将一个源节点到目标节点的往返时延RTT值当作输入计算得到另外一个源节点到同一目标结点的往返时延RTT估测值。
2.根据权利要求I所述的互联网中节点间延迟的动态估测方法，其特征在于，还包括当无法判断负载状态时，对所述三种负载状态都算一遍或择一进行计算。
3.根据权利要求I所述的互联网中节点间延迟的动态估测方法，其特征在于，链路利用率为(Γ40%时为轻负载状态。
4.根据权利要求I所述的互联网中节点间延迟的动态估测方法，其特征在于，链路利用率为40°/Γ60%时为中等负载状态。
5.根据权利要求I所述的互联网中节点间延迟的动态估测方法，其特征在于，链路利用率为60% 100%时为重负载状态。
全文摘要
本发明提供了一种互联网中节点间延迟的动态估测方法，属计算机网络技术领域，根据网络拓扑得到两个源节点和目标节之间的拓扑关系，得到两个源节点到目标节点的公有路径和私有路径；根据公有路径和私有路径，计算这两个源节点到目标节点的路径比例，根据往返时延RTT的测量值判断负载状态；根据路径长度比例和负载状态，查找网络场景对应的斜率表和截距表，获得斜率值和截距值；由斜率值和截距值构建回归方程，完成节点的往返时延RTT估测值。本发明所要解决的技术问题是提供一种互联网中节点间延迟的动态估测方法，根据节点之间的拓扑就可以推断延迟值，无需进行大量的计算，提高了估测精度。
文档编号H04L12/26GK102780594SQ20121027534
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者何泾沙, 张玉强, 朱娜斐 申请人:北京工业大学