[发明专利]一种网络带宽利用率的测量方法及装置、系统

说明书

本发明提供了一种网络带宽利用率的测量方法及装置、系统，包括：将网络可用带宽利用率作为隐含状态，将探测数据包对的接收间隔变化量作为观测变量，根据隐含状态和观测变量构建隐马尔可夫模型；获取训练观测序列；用训练观测序列对隐马尔可夫模型进行训练，得到收敛的目标参数和由目标参数确定的隐马尔可夫模型；获取当前观测序列；将当前观测序列输入由目标参数确定的隐马尔可夫模型，得到达到当前观测序列的最优隐含状态序列；根据最优隐含状态序列，得到当前可用带宽利用率的估计值。本发明提供的网络可用带宽利用率测量方法对网络负载影响较小，可快速测量，稳定性和准确性高，满足公共安全领域要求。

技术领域

本发明涉及网络带宽分析技术领域，尤指一种网络带宽利用率的测量方法及装置、系统。

背景技术

在维护公共安全服务中，出现了无线网络实时性的需求。实时多媒体流具有时延敏感性，基于速率的，半可靠性等特点。这些特性使得实时多媒体流需要对网络延时进行有效的控制和处理，并对端到端的网络可用带宽进行充分估计，但是当前网络无法提供实时应用的服务质量保证。

在公共安全领域中，实时视频的传输有着全天候、全地形的要求，提供清晰度高、延时性小的视频传输有利于现场情况的及时掌握。因此，对网络可用带宽或网络可用带宽利用率进行有效估计，是提高网络带宽利用率和服务质量的有效途径。

网络可用带宽利用率是指网络可用带宽与网络带宽的比值，它和网络可用带宽从不同角度描述当前网络状态。比如，10Mbps的以太网接口，其带宽为10Mbps，若当前背景流量为6Mbps，则网络可用带宽为4Mbps，可用带宽利用率为40％(＝4Mbps/10Mbps)。网络带宽通常已知或可预先测得，所以若测量出网络可用带宽利用率，也就可得到网络可用带宽。

网络可用带宽利用率测量涉及的相关评价指标包括：

测量时间：是指完成一次带宽测量所消耗的时间。如果测量的持续时间越长，说明测量的效率越低，测量结果的实时性越不能得到保证，同时还会使得测量负载对网络应用造成较大的影响。

准确率：描述了测量的结果同实际情况的误差程度，误差越小，说明越准确。

稳定性：在测量过程中，由于网络环境和状态的变化可能会对实际测量结果造成一定的变化，如果网络环境和状态发生比较小的变化时，测得的实际指标不会出现较大的变动，那么测量方法比较稳定。

负载：在主动测量中，需要向网络中发送大量的探测数据包，这对网络会造成一定的拥塞，同时也会对网络正常业务造成一定的干扰，如果测量造成的拥塞程度越小，那么网络中的正常业务受到的影响就会越小。

目前的测量方法，主要是基于包间隔模型和包速率模型，采用发送一串数据包序列来估测。

包速率模型的基本原理：向网络中发送大量的探测数据包流，通过观察探测流的单向延迟变化不断调整探测包的发送速率使其逐渐逼近可用带宽，这种方法称为自拥塞原理。这种方法精度较高，测量时间较长，对网络影响大，人为的对整个网络路径造成一定的拥塞。

包间隔模型的基本原理：通过观察两个相邻的探测数据包经过紧链路后到达终端时的时间间隔变化来测量可用带宽利用率。

包间隔模型前提假设：第一个假设是窄链路和紧链路在同一位置(即这条窄链路同时又是紧链路)；第二个假设是测量包对的第二个包到达瓶颈链路时第一个包还没有离开，也就是探测包在路由器处出现了排队等待现象。

利用探测数据包在传输过程中产生的时间间隔来测试网络可用带宽利用率。这种方法在网络带宽利用率较低时测量结果较准确，但是当背景流量增加时，由于只是把从源端发往目的端的所有探测数据包序列中间隔增大的部分用来估测背景流量的大小，而没有将数据包序列间隔减小或保持不变的数据包考虑在内，因此会存在一定的误差，但这种方法对网络的负载影响较小。