一种计算机网络可用带宽测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及网络性能测量领域，特别涉及一种计算机网络可用带宽测量方法。
【背景技术】
[0002] 计算机网络中端对端可用带宽是评估网络状态的一个非常重要的指标，许多网络 功能(如拥塞控制，负载均衡，路径选择等）都需要用到它；同时，许多领域(如传输协议设 计，网络监控，覆盖路由设备等）也包括了可用带宽测量。
[0003] 用于衡量可用带宽测量方法性能的标准主要包括：
[0004] 1)测量准确度；
[0005] 2)探测所产生的网络负担大小；
[0006] 3)汇聚产生探测结果所需时间。
[0007] 现有技术中的可用带宽测量方法有多种，如Pathload，PTR/IGI，Spruce等，这些 方法都在以上一点或多点上存在不足，亟待提高与改进。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服现有技术中的可用带宽测量方法所存在的不足，从而提供 一种测量精度高、用时短的可用带宽测量方法。
[0009] 为了实现上述目的，本发明提供了一种计算机网络可用带宽测量方法，包括：
[0010] 步骤1)、从发送端向接收端发送一个探测流，该探测流在传输过程中所生成的探 测数据形成探测数据集；
[0011] 步骤2)、根据步骤1)所得到的探测数据集以及发送端到接收端的结点间总容量 估算出从发送端到接收端的可用带宽大小；其中，所述结点间总容量反映了发送端与接收 端间的数据链路能给传送于其上的流所提供的最大传输速率；
[0012] 步骤3)、以步骤2)得到的可用带宽的估算值为发送速率由发送端向接收端再次 发送一个探测流，并由该探测流在传输过程中所生成的探测数据形成另一探测数据集；
[0013] 步骤4)、根据步骤3)所得到的探测数据集判断当前发送速率与当前时刻可用带 宽的大小关系并调整发送速率；
[0014] 步骤5)、重复执行步骤4)，直至探测数据集表明当前发送速率等于当前时刻的可 用带宽；
[0015] 步骤6)、根据步骤5)所得到的发送速率获得可用带宽测量值。
[0016] 上述技术方案中，在所述的步骤1)中，所述探测流的发送速率需符合JQR状态， 即：
[0017] 当数据包P2产生并处于准备发送状态下时，满足Q/C+tp+v。· ts/C < ts ;
[0018] 其中，C为发送端S到接收端R的结点间总容量；Q为在数据包Pl准备发送时的等 待队列大小，所述数据包Pl为在数据包P2之前的相邻数据包；Q/C为传送等待队列中已有 数据包所需的最短时间；t P为理论上数据包在数据链路中传输所需时间；V。为竞争流产生 速率；ts为探测流中数据包Pl与数据包P2的输出时间间隔，所述输出时间间隔为探测流中 的各个数据包在发送端生成并传输出去时的原始时间间隔；V。· ts/C表示了在数据包Pl与 数据包P2输出时间间隔内所产生的竞争流传送时所需时间。
[0019] 上述技术方案中，探测流在传输过程中所形成的探测数据集至少包括：相邻数据 包之间的输出时间间隔t S、相邻数据包之间的输入时间间隔tK ;数据包所需传输时间tp ;传 输后包间隔增加的包的初始间隔4、传输后包间隔不变的包的初始间隔€、传输后包间隔 减少的包的初始间隔G ;传输后包间隔增加的包的数目L、传输后包间隔不变的包的数目M、 传输后包间隔减少的包的数目N ;输入时间间隔tK中比输出时间间隔ts大的值4。
[0020] 上述技术方案中，所述步骤2)包括：
[0021] 步骤2-1)、根据探测数据集中所包含的数据计算出竞争流产生速率；
[0022] 其中，数据包Pl与数据包P2的输出时间间隔ts、这两个数据包的输入时间间隔t K 之间满足：
[0023]
【主权项】
1. 一种计算机网络可用带宽测量方法，包括： 步骤1)、从发送端向接收端发送一个探测流，该探测流在传输过程中所生成的探测数 据形成探测数据集； 步骤2)、根据步骤1)所得到的探测数据集以及发送端到接收端的结点间总容量估算 出从发送端到接收端的可用带宽大小；其中，所述结点间总容量反映了发送端与接收端间 的数据链路能给传送于其上的流所提供的最大传输速率； 步骤3)、以步骤2)得到的可用带宽的估算值为发送速率由发送端向接收端再次发送 一个探测流，并由该探测流在传输过程中所生成的探测数据形成另一探测数据集； 步骤4)、根据步骤3)所得到的探测数据集判断当前发送速率与当前时刻可用带宽的 大小关系并调整发送速率； 步骤5)、重复执行步骤4)，直至探测数据集表明当前发送速率等于当前时刻的可用带 宽； 步骤6)、根据步骤5)所得到的发送速率获得可用带宽测量值。
2. 根据权利要求1所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，在所述的步骤 1)中，所述探测流的发送速率需符合JQR状态，即： 当数据包P2产生并处于准备发送状态下时，满足Q/C+tP+v。?ts/C<ts ; 其中，C为发送端S到接收端R的结点间总容量；Q为在数据包P1准备发送时的等待队 列大小，所述数据包P1为在数据包P2之前的相邻数据包；Q/C为传送等待队列中已有数据 包所需的最短时间；tP为理论上数据包在数据链路中传输所需时间；V。为竞争流产生速率； ts为探测流中数据包P1与数据包P2的输出时间间隔，所述输出时间间隔为探测流中的各 个数据包在发送端生成并传输出去时的原始时间间隔；v，ts/C表示了在数据包P1与数据 包P2输出时间间隔内所产生的竞争流传送时所需时间。
3. 根据权利要求2所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，探测流在传输 过程中所形成的探测数据集至少包括：相邻数据包之间的输出时间间隔ts、相邻数据包之 间的输入时间间隔tK ;数据包所需传输时间tP ;传输后包间隔增加的包的初始间隔G、传输 后包间隔不变的包的初始间隔G、传输后包间隔减少的包的初始间隔G;传输后包间隔增 加的包的数目L、传输后包间隔不变的包的数目M、传输后包间隔减少的包的数目N;输入时 间间隔tK中比输出时间间隔ts大的值G。
4. 根据权利要求3所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，所述步骤2)包 括： 步骤2-1)、根据探测数据集中所包含的数据计算出竞争流产生速率； 其中，数据包P1与数据包P2的输出时间间隔ts、这两个数据包的输入时间间隔&之 间满足：
其中，tP为数据包P1所需传输时间，V。为竞争流产生速率，ts为发送包输出时间间隔； 进而得到竞争流产生速率:
K为该探测流总发送探测包的数目； 步骤2-2)、由已知的发送端到接收端的结点间总容量C与步骤2-1)计算得到的竞争? 流产生速率V。计算对可用带宽的估测值A: A=C^Vco
5. 根据权利要求1所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，所述的步骤4) 包括： 步骤4-1)、计算下列两个指标：
其中，I(x)表示当x成立时函数值为1，反之为0 ;Q为从总共K个数据包中抽取出具 有代表性的值的个数；tk为探测流中第k个数据包的单向延迟，tk =tKk-tsk，其中的tKk和 tsk分别对应接收端与发送端打在该数据包上的时间戳； 步骤4-2)、根据步骤4-1)计算得到的指标判断单向延迟的增长趋势： 当SPCT大于第一阈值时判定单向延迟为增长趋势，小于第二阈值时单向延迟为不增； 当SPDT大于第三阈值时判定单向延迟为增长趋势，小于第四阈值时单向延迟为不增； 通过上述两个指标共同确定单向延迟是否为增长趋势； 步骤4-3)、若步骤4-2)的判断结果为单向延迟为增长，表明第n个探测流的发送速率R(n)大于可用带宽A，则第n+1个流的发送速率R(n+1)取小于R(n)的值；反之，若单向延 迟为不增，表明发送速率R(n)不大于可用带宽A，则第n+1个流的发送速率R(n+1)取大于 R(n)的值； 步骤4-4)、根据步骤4-3)的结果改变数据包输出间隔时间ts以调节发送速率R。
6. 根据权利要求5所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，采用自适应的 逼近方法调节发送速率R，包括：发送端到接收端的结点间总容量C，设定值速率调整值R_ gap=C/100,若单向延迟为增长，则使R(n+1) =R(n)-R_gap;反之，若单向延迟不增，则使 R(n+1) =R(n) +R_gap。
7. 根据权利要求5所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，采用自适应 的逼近方法调节发送速率R，包括：对于给出的可用带宽可能值范围（Rmin，R_)，若R(n) <A，则取：R(n+1) = (R(n)+Rmax)/2,Rmin =R(n);反之，若R(n) >A，则取：R(n+1)= (R(n)+Rmin)/2,Rmax =R(n) 〇
8. 根据权利要求6所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，在所述步骤 6)中，在根据发送速率R获得可用带宽测量值时，首先找到单向延迟变化拐点的前后两 次发送速率分别为R(Y-l)与R(Y)，然后由此确定可用带宽A的值落在（R(Y-1)，R(Y))或 (R(Y)，R(Y-1))中；其中，所述单向延迟变化拐点包括：对于相邻两次探测流所得数据集， 若前一次表示OWD为不增后一次表示OWD增，或者前一次表示OWD增而后一次表示OWD不 增，则存在所述单向延迟变化拐点。
9.根据权利要求7所述的计算机网络可用带宽测量方法，其特征在于，在所述步骤6) 中，在根据发送速率R获得可用带宽测量值时，每次测试后会得到更新的Rmin和Rmax，当 Rmin和Rmax之差小于某个设定值时测量停止，此时取最后一次测量结束后的Rmax与Rmin 值作为可用带宽可能值范围。
【专利摘要】本发明涉及一种计算机网络可用带宽测量方法，包括：从发送端向接收端发送一个探测流，该探测流在传输过程中所生成的探测数据形成探测数据集；根据探测数据集以及发送端到接收端的结点间总容量估算出从发送端到接收端的可用带宽大小；以可用带宽的估算值为发送速率由发送端向接收端再次发送一个探测流，并由该探测流在传输过程中所生成的探测数据形成另一探测数据集；根据探测数据集判断当前发送速率与当前时刻可用带宽的大小关系并调整发送速率；重复执行前一步骤，直至探测数据集表明当前发送速率等于当前时刻的可用带宽；根据发送速率获得可用带宽测量值。
【IPC分类】H04L12-26
【公开号】CN104579812
【申请号】CN201310520927
【发明人】王劲林, 吕阳, 尤佳莉
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月29日