[发明专利]基于主动测量和包间隔模型的网络瓶颈带宽测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于网络测量的瓶颈带宽的检测评估方法，确切地说，涉及一种基于主动测量和包间隔模型的网络瓶颈带宽测量方法，属于通信网络的带宽测量技术领域。

背景技术

近年来，随着网络技术的迅速发展和广泛应用，互联网已经深入到人类日常生活、生产、办公、乃至娱乐和消费的许许多多的领域。从刚开始兴起时的互联网传输技术只有几K的带宽，到现在普遍达到10Mbps、甚至超过100Mbps的带宽，互联网的传输带宽容量大小也随着网络技术的快速进步而成倍地增长。由于传输带宽与用户体验有着不可分割的紧密联系，更大的带宽可以提供更快的下载或上传速度，保证文本、音频、视频等不同格式的数据传输速度。因此，如何测量评估带宽的各项相关指标的是人们非常重视和关注的。而且，因为网络工作环境分为两种：有线传输和无线传输，它们两者的带宽指标的测评方法因其物理传输机制上的区别又有者显著的不同。

例如，在流媒体应用中，服务器端可以根据瓶颈带宽的情况，实时动态调整数据流的发送速率，以提高应用的服务质量。此时的带宽测量通常是以主动测量方式为主：通过向网络中发送探针(数据包)来探测网络传输路径上的带宽特性，且具体测量方式又可分为两类：包间隔模型PGM(Probe Gap Model)和包速率模型PRM(Probe Rate Model)。其中，PGM模型是通过分析两个相邻数据包先后到达接收端时的两者时间间隔来测量带宽。基于PGM的带宽测量算法通常都是往被测网络中注入一些以探测网络性能为目的的探测包，再对这些相邻探测包进入网络时的时间间隔与其离开网络时的时间间隔之间的关系进行分析来了解带宽情况，常常用来测量瓶颈带宽参数。由于瓶颈带宽是当一条传输路径中没有其它背景流量时，网络能够提供的最大吞吐量。因此，瓶颈带宽的测量方法尤显重要。典型的PGM类带宽测量算法有初始间隔递增IGI(Initial Gap Increasing)算法和Delphi算法。

然而，现在使用的上述带宽算法都是用于有线网络。随着无线接入技术的快速发展，出现了大量针对无线网络的可用带宽算法的研究，例如Wbest、EXACT、ProbeGap、IdleGap、DietTOPP等等。但是，上述这些算法都没有很好地解决无线信道的动态传输速率适配问题。其中的Wbest算法是目前公认为性能较好、适用于最后一跳是无线接入网络的可用带宽测量算法，该Wbest算法也是首先利用包对(Packet Pair)、即向对端发送背靠背的两个探测包来测量传输路径带宽的技术，然后通过发送相应速率的包列(Packet Train)、即向对端发送一连串背靠背的探测包来估算传输路径的吞吐量，并以此推算路径的可用带宽。实验已经验证：在无线网络中，Wbest算法要比包括IGI、pathload和pathChirp等多种测评方法的性能更好。但是，如同上述其他测量方法一样，Wbest算法也需要探针的发送端和接收端相互配合，才能得到相应的带宽参数。

Allbest算法首次尝试使用双向测量、但其只部署在传输路径的一端进行测评的方式，能够同时测得部署点的上行路径的瓶颈带宽与可用带宽。该Allbest算法的核心思路是：发送端向网络对端不可达的端口发送字长为MTU(Maximum Transmission Unit)的用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)报文后，网络对端接收到该UDP报文后，会给发送端返回该端口不可达的因特网控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)差错报文。由于该响应的差错报文只有56个字节，其在返回发送端的反向路径上的传输时延可以忽略不计。

Allbest算法特点是：单端部署方式非常灵活、便利，且因只在单端部署，可大大减少服务提供商检测网络环境时的硬件投资与部署成本，同时还具有非入侵式、测量时间短、不需提前了解链路层的网络环境、测量结果的数据足够精确等许多优点。

但是，IETF在2007年的RFC4884标准中，对ICMP端口不可达的差错报文格式进行了扩展，即报文大小可变。而且，目前绝大多数的操作系统的协议栈都实现了这种新标准机制，针对一个发送给网络对端目标主机的字长为MTU的端口不可达的UDP包，该目标主机作为响应的ICMP端口不可达的数据差错报文字长可达到几百个字节，这样，原来的Allbest算法实现原理和应用背景：其在返回发送端的反向路径上的传输时延可以忽略不计的特点就不再成立，也就无法按照原来的操作步骤继续使用Allbest算法了。

发明内容