專利名稱：自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用帶寬實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)制，具體涉及自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí) 時(shí)檢測方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字家庭是指各種家庭和個(gè)人數(shù)字化產(chǎn)品，按照現(xiàn)代家庭生活需求組成的集視聽娛 樂、信息服務(wù)和家居控制等功能于一體，并通過有線電視、寬帶通信、無線通信等與外界 實(shí)現(xiàn)信息交互和社會化家庭服務(wù)的綜合智能化系統(tǒng)。數(shù)字家庭是IT、信息家電、通信高 度融合的具體產(chǎn)物。數(shù)字家庭概念自90年代后期在北美興起，至2001年達(dá)到一個(gè)相對高 潮。早期的數(shù)字家庭只是少數(shù)技術(shù)精英才能擁有、使用奢華的擺設(shè)——系統(tǒng)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)智能 網(wǎng)絡(luò)，通過無線、電話遠(yuǎn)程遙控、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)控制等自動方式，實(shí)現(xiàn)對于照明、家電、安防 報(bào)警、溫度及光照檢測等系統(tǒng)的控制。
數(shù)字家庭的實(shí)質(zhì)是基于IP技術(shù)的家庭網(wǎng)絡(luò)及其上承載的業(yè)務(wù)。家庭網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)形 形色色、多種多樣，比如家庭通信、家庭娛樂、家庭安全、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭電子政務(wù)、 家庭圖書館、家庭電子商務(wù)等等。在數(shù)字家庭中對于視頻圖像信息成為了最主要的信息流， 但是現(xiàn)在的數(shù)字家庭網(wǎng)關(guān)對媒體信息的處理并不理想。目前的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法有效的處 理高速媒體信息流。要解決這個(gè)問題，可以從以下幾個(gè)方面入手。
首先，需要提供高效的編解碼系統(tǒng)。例如現(xiàn)在有幾百M(fèi)bps的視頻流要傳輸，而在共 享視頻端能夠提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬可能只有幾百kbps到幾Mbps，存在很大的帶寬瓶頸，需要 高效的編解碼算法來實(shí)現(xiàn)。在某些情況下，也可能出來多個(gè)視頻流，比如家庭中的攝像頭 和可視電話都需要向家庭網(wǎng)關(guān)上傳高速視頻流，這樣，高效的編解碼算法就顯得尤為重要 了。
其次，需要更加靈活的編解碼系統(tǒng)。數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)需要編解碼系統(tǒng)能夠自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶 寬、用戶終端和業(yè)務(wù)需求，而現(xiàn)有的家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)這一需求。①每一種用戶終端 的分辨率不一樣，需要編解碼算法能夠適應(yīng)不同的分辨率的用戶終端。②由于不同的網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境給用戶終端提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬不一致，而且網(wǎng)絡(luò)為當(dāng)前業(yè)務(wù)提供的帶寬往往也是波動 的，這就需要編解碼系統(tǒng)能夠充分利用有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬給用戶提供最有效最感興趣質(zhì)量最 好的視頻信息。③針對不同的業(yè)務(wù)和用戶需求對媒體信息的處理和需求是不一樣的，需要 視頻編解碼系統(tǒng)能夠靈活滿足業(yè)務(wù)和用戶需求。
最后，需要支持高速媒體信息互聯(lián)互通的智能網(wǎng)絡(luò)傳輸模型。3C融合已經(jīng)成為現(xiàn)在 數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，如何實(shí)現(xiàn)這三種網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)設(shè)備的互聯(lián)互通在數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)的 發(fā)展中顯得尤為重要。同時(shí)為了支持靈活而高效的高速媒體信息流的編解碼系統(tǒng)，需要數(shù) 字家庭網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)測試和監(jiān)控并進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)備描述。但是現(xiàn)有的數(shù)字家庭 網(wǎng)絡(luò)模型無法滿足這些需求。因此在數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)中，為了利用有限的帶寬資源，更合理、更有效地實(shí)現(xiàn)高速媒體 信息在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、不同終端之間的互聯(lián)互通，需要一套有效的、靈活的、能自適應(yīng)終端需 求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的音視頻編解碼技術(shù)。再者，為了配合該編解碼技術(shù)在數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)中的實(shí) 施，還需要開發(fā)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬監(jiān)控技術(shù)，并且需要完善相關(guān)的終端設(shè)備描述文件。對網(wǎng) 絡(luò)帶寬的測量可以讓我們知道目前網(wǎng)絡(luò)剩余網(wǎng)絡(luò)帶寬的情況，讓視頻圖像可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的 帶寬情況進(jìn)行自適應(yīng)編碼并傳輸，使我們可以利用有限的帶寬資源，更合理、更有效地實(shí) 現(xiàn)高速媒體信息在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、不同終端之間的互聯(lián)互通。本發(fā)明正好可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)字家庭 網(wǎng)絡(luò)中可用帶寬的實(shí)時(shí)檢測，使視頻圖像可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的帶寬情況進(jìn)行自適應(yīng)編碼并傳 輸，更好得利用了有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬。
網(wǎng)絡(luò)帶寬測量技術(shù)有以下分類-
(1) 按是否向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部注入探測包，可分為被動測量(Passive Measurement)和主動測量 (Active Measurement)技術(shù)；
(2) 按測量過程是否需要節(jié)點(diǎn)路由器的協(xié)作，帶寬測量技術(shù)可分為逐跳的鏈路帶寬測 量和端到端的路徑帶寬測量方式；
(3) 按不同的測度，帶寬測量可分為鏈路帶寬(LinkCapacity)、路徑帶寬(PathCapacity)、 可用帶寬(Available Bandwidth)和批量數(shù)據(jù)傳輸能力(BTC-Bulk Transfer Capacity)測量技 術(shù)。
對數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)狀況的監(jiān)測主要是對目前網(wǎng)絡(luò)可用帶寬情況的監(jiān)測,因此主要用到的 是可用帶寬的測量算法。常見的可用帶寬測量技術(shù)依探測方式可劃分為直接探測和迭代探 測兩大類。PGM(Probe Gap Model)模型是直接探測(Direct Probing)的一種，它通過考察探 測包對間隔變化來估測可用帶寬，源主機(jī)以速率Ri發(fā)送探測包串，探測包串到達(dá)目的主 機(jī)的速率為Ro，可用帶寬A可由下式計(jì)算<formula>formula see original document page 5</formula>
應(yīng)用PGM模型的前提是緊湊鏈路帶寬CTx為已知值。迭代探測的基本思路是用高速 探測流量人為地制造路徑擁塞，然后得到可用帶寬。這種方法向網(wǎng)絡(luò)注入速率為Ri的突 發(fā)包對串，當(dāng)包對速率大于可用帶寬時(shí)，路徑發(fā)生瞬間擁塞，探測包間的時(shí)序關(guān)系發(fā)生改 變，分析探測包的時(shí)延特征即可估測出路徑可用帶寬。由于可用帶寬未知，測量過程實(shí)際 上是包對速率不斷變化的迭代過程，因此迭代探測也稱PRM(Probe Rate Model)模型。與 PGM模型不同，迭代探測并不要求緊湊鏈路帶寬CTL為已知值，包對速率Ri可以是線性 變化或按某種函數(shù)規(guī)律變化。PRM測量過程采用如下判定條件，當(dāng)測得Ro〈Ri時(shí)，認(rèn)為 Ri>A;當(dāng)測得Ro二Ri時(shí)，認(rèn)為Ri^A;不可能出現(xiàn)Ro〉Ri。改變Ri進(jìn)行迭代探測，找 到R(^Ri臨界點(diǎn)，最終得到路徑可用帶寬A。 PathChirp屬于PRM模型。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶 寬實(shí)時(shí)檢測方法，讓用戶可以利用這樣一種方法合理地調(diào)用可用帶寬測量算法對網(wǎng)絡(luò)的可 用帶寬進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，同時(shí)又不會對網(wǎng)絡(luò)造成太大負(fù)荷的，且測量時(shí)間短，測量精度比 較高。本發(fā)明對PathChirp進(jìn)行改進(jìn)，并利用改進(jìn)后的算法實(shí)現(xiàn)對數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬 的實(shí)時(shí)檢測。直接利用PathChirp進(jìn)行測量時(shí)它每次都會向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送同樣的數(shù)據(jù)包串， 這些包串中包的速率有些可能大大偏離網(wǎng)絡(luò)可用帶寬的真實(shí)值，其中只有一些包的速率是
比較接近可用帶寬值的，因此如果每次測量都發(fā)送一系列的具有大范圍包速率(如典型網(wǎng) 絡(luò)為l-100Mbps)的包串進(jìn)行測量，則無疑會對網(wǎng)絡(luò)造成較大負(fù)載，而且測量時(shí)間也會較 長。本發(fā)明根據(jù)數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)中可用帶寬的需要實(shí)時(shí)檢測的要求對PathChirp進(jìn)行改進(jìn)， 改進(jìn)后我們不僅能對網(wǎng)絡(luò)可用帶寬進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，而且大大減少了對網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷和測量的 時(shí)間。
本發(fā)明的自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方法，其包括如下步驟 (1)網(wǎng)關(guān)根據(jù)pathchirp方法向網(wǎng)絡(luò)中需要進(jìn)行可用帶寬測量的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送一串包速率 為1 100Mbps的包串進(jìn)行第一次測量，測量得到網(wǎng)關(guān)與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端之間的可用帶寬數(shù) 值；
(2) 網(wǎng)關(guān)每隔At時(shí)間后再次向需要測量可用帶寬的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送包串進(jìn)行另一次測 量，該次測量發(fā)送的包速率為上次測得的可用帶寬值的士m范圍內(nèi)的速率，m取可用帶 寬值的10%-20%， At由用戶或者是網(wǎng)絡(luò)的類型決定；
(3) 每次測量后被測量的網(wǎng)絡(luò)終端將收到的包串的排隊(duì)時(shí)延和測量是否成功的信息反 饋給網(wǎng)關(guān)，然后網(wǎng)關(guān)根據(jù)收到的反饋信息計(jì)算本次測量可用帶寬的值或調(diào)整探測流起始包 和結(jié)束包的速率；
(4) 如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量成功的信息，則重復(fù)上述步驟(2) (3)， 進(jìn)行另一次測量；
(5) 如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量不成功的信息，則先將上次測量的包串速 率范圍增大5-10%，以該增大后的速率再進(jìn)行另一次測量，同時(shí)計(jì)數(shù)器將測量不成功的次 數(shù)加l，如果連續(xù)k次測量不成功，k取3-5，則網(wǎng)關(guān)會重新進(jìn)行一次完整的測量，即發(fā) 送一串包速率為1 100Mbps的包串進(jìn)行測量。
上述步驟中(1)的具體辦法為網(wǎng)關(guān)根據(jù)pathchirp的算法要求，向需要進(jìn)行可用帶 寬測量的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送一串具有大范圍包速率(如典型網(wǎng)絡(luò)為l-100Mbps)的包串進(jìn)行第 一次測量，網(wǎng)絡(luò)終端接收到數(shù)據(jù)包后，將收到的數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延和測量是否成功的信息 等反饋回網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)接收到反饋信息后送給對這些信息進(jìn)行分析，算出網(wǎng)關(guān)與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)終 端之間的可用帶寬數(shù)值，結(jié)束第一次測量。
上述步驟中(2)的具體辦法為在前一次測量后經(jīng)過At時(shí)間后網(wǎng)關(guān)將對其與網(wǎng)絡(luò)終 端之間的可用帶寬進(jìn)行另一次測量，At由用戶或者是網(wǎng)絡(luò)的類型決定。網(wǎng)關(guān)在前一次測 量的基礎(chǔ)上調(diào)整發(fā)送包的數(shù)目，使得發(fā)送的包串中包的速率范圍處于上次測量所得帶寬值的士m范圍內(nèi)，m—般不會取得太大，可取10Mbps左右。
上述步驟中(3)中根據(jù)網(wǎng)絡(luò)終端反饋的信息調(diào)整測量的參數(shù)的具體辦法為如果在 一次測量中網(wǎng)絡(luò)終端檢測到接收到的數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延中沒有轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí) 延是沒有變化的或都是遞增的，在這樣的情況下，網(wǎng)絡(luò)終端則將這樣的信息反饋回網(wǎng)關(guān)， 網(wǎng)關(guān)根據(jù)排隊(duì)時(shí)延的情況發(fā)送一串包速率變化范圍比之前測量的范圍大的包串重新進(jìn)行 一次測量，即將上次測量的包串速率范圍增大5%。
上述步驟中(4)的具體辦法為如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量成功的信息 后，則再隔At進(jìn)行另一次測量，即發(fā)送一串具有在上次測量得到的可用帶寬值土m范圍 的包速率的包串重新進(jìn)行測量。
上述步驟中(5)的具體辦法為如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量不成功的信 息，則先將上次測量的包串速率范圍增大5%，馬上再進(jìn)行另一次測量，同時(shí)計(jì)數(shù)器將測 量不成功的次數(shù)加l，如果連續(xù)k次測量不成功，k取3-5，則網(wǎng)關(guān)會重新進(jìn)行一次完整 的測量，即發(fā)送一串包速率為1 100Mbps的包串重新進(jìn)行一次完整測量。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
(1) 每次測量的時(shí)間可以大大縮短，因?yàn)楸景l(fā)明每次測量都是以上一次測量得到的 可用帶寬數(shù)值為依據(jù)，再以這個(gè)數(shù)值為中心取它附近一定范圍內(nèi)的一系列速率進(jìn)行發(fā)包， 因此這樣做比一開始完全不知道可用帶寬的情況而發(fā)送一系列速率變化范圍很大的探測 包對可用帶寬進(jìn)行測量的情況要節(jié)省很多時(shí)間。
(2) 測量時(shí)對網(wǎng)絡(luò)造成的負(fù)荷比較小，由于每次發(fā)送的探測包速率范圍已經(jīng)被我們 限制在以上一次測量得到的可用帶寬數(shù)值附近的范圍內(nèi)，這樣就大大減少了每次測量發(fā)送 的探測包，因此也就不會對網(wǎng)絡(luò)造成太大的負(fù)荷。
(3) 可以根據(jù)反饋的信息自適應(yīng)調(diào)整測量參數(shù)，每隔一定時(shí)間測量一次，獲得對網(wǎng) 絡(luò)可用帶寬的實(shí)時(shí)監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中指數(shù)分布的探測流示意圖； 圖2為實(shí)施方式中探測流中各個(gè)包的排隊(duì)時(shí)延示意圖； 圖3為具體實(shí)施方式
中的檢測方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。
一種自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方法流程圖如圖3所示，主要有五個(gè)步 驟。首先網(wǎng)關(guān)向需要測量可用帶寬的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送一串具有大范圍包速率的包串進(jìn)行第一 次完整測量，網(wǎng)絡(luò)終端將測量得到的信息反饋給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行分析后得到測量的可用帶 寬數(shù)值，以后每隔一段時(shí)間再進(jìn)行一次測量，但是不需要像第一次測量那樣發(fā)送那么大范 圍速率的包串，發(fā)送的包串速率范圍只需要處在上次測量得到數(shù)值的士m范圍內(nèi)即可， 這樣即實(shí)現(xiàn)了對數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測，又可以達(dá)到節(jié)省測量和減少對網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)的作用。
本發(fā)明主要有5個(gè)步驟
A網(wǎng)關(guān)向網(wǎng)絡(luò)中需要進(jìn)行可用帶寬測量的網(wǎng)絡(luò)終端利用pathchirp方法發(fā)送一串包速 率為l-100Mbps的包串進(jìn)行第一次測量，測量得到網(wǎng)關(guān)與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端之間的可用帶寬 數(shù)值；
B網(wǎng)關(guān)每隔At時(shí)間后再次向需要測量可用帶寬的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送數(shù)據(jù)包進(jìn)行另一次測 量，這次測量發(fā)送的包速率范圍為上次測得的可用帶寬值的土m范圍內(nèi)的速率數(shù)值，m 取可用帶寬值的10-20%;
C每次測量后被測量的網(wǎng)絡(luò)終端將收到的包串的排隊(duì)時(shí)延和測量是否成功的信息反 饋給網(wǎng)關(guān)，然后網(wǎng)關(guān)根據(jù)收到的反饋信息計(jì)算本次測量可用帶寬的值或調(diào)整探測流起始包 和結(jié)束包的速率。
D如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量成功的信息，則隔At時(shí)間后重復(fù)上述步驟， 進(jìn)行另一次測量；
E如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量不成功的信息，則先將上次測量的包串速 率范圍增大5-10%，馬上再進(jìn)行另一次測量，同時(shí)計(jì)數(shù)器將測量不成功的次數(shù)加l，如果 連續(xù)k次測量不成功，k取3-5，則網(wǎng)關(guān)會重新進(jìn)行一次完整的測量，即發(fā)送一串包速率 為1 100Mbps的包串進(jìn)行測量。
下面我們對上述5個(gè)步驟分別加以詳述。 (1)在上面的背景技術(shù)中我們已經(jīng)介紹了 pathchirp算法，pathchirp主要通過從發(fā)送 端發(fā)送一系列包對間隔是指數(shù)遞增的包串到接收端然后在接收端根據(jù)接收到的探測包的 排隊(duì)時(shí)延進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來估測路徑的可用帶寬。由于在最初測量開始階段我們對網(wǎng)絡(luò)的可 用帶寬情況毫無了解，并不知道可用帶寬所處的范圍，因此此時(shí)我們需要發(fā)送的很多的探 測包對網(wǎng)絡(luò)可用帶寬進(jìn)行測量，發(fā)送的探測包速率范圍可能在l-100Mbps之間，甚至可 能更大，這取'決于網(wǎng)絡(luò)類型。通過這一開始時(shí)的測量我們可以獲得對網(wǎng)絡(luò)帶寬的初步認(rèn)識。 例如一開始我們向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的探測包的速率范圍為l-100Mbps，接收端接收到這一串探 測流之后會得到探測流中各個(gè)包的排隊(duì)時(shí)延，排隊(duì)時(shí)延的情況如圖2所示。然后接收端將 這些數(shù)據(jù)反饋回測量工具，測量工具按照pathchirp算法算出這一次測量的可用帶寬估測 值，這樣就得到了對網(wǎng)絡(luò)帶寬的初步認(rèn)識。
PathChirp是這樣的，它通過從發(fā)送端發(fā)送一系列流(chirp)到接收端然后在接收端 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析來估測路徑的可用帶寬。如圖1所示，發(fā)送端發(fā)送如圖l 所示的包串，包與包之間的間隔呈指數(shù)遞增趨勢，理想情況下接收端得到的數(shù)據(jù)包的排隊(duì) 時(shí)延是單調(diào)遞增的，但由于會出現(xiàn)突發(fā)背景流量，在一條流里排隊(duì)時(shí)延通常不會是單調(diào)遞 增的。圖2顯示了一個(gè)典型流串的排隊(duì)時(shí)延。
PathChirp利用這個(gè)信號的形狀對每個(gè)包的可用帶寬做一個(gè)估測值Ek(m)。然后它對 Ek^取加權(quán)平均值，用來作為每個(gè)流的可用帶寬的估測值D(m):最后它對這一段時(shí)間測得的估測值D^取平均得到這段時(shí)間內(nèi)的可用帶寬。
為了準(zhǔn)確地計(jì)算Ek(m)， pathChirp把每個(gè)信號分割成屬于偏移的區(qū)域和不屬于偏移的 區(qū)域，如圖2所示。這要用到偏移分割算法，pathChirp偏移分割算法的原理比較簡單。 直觀上如果連續(xù)幾個(gè)包的qk^大于0而且是增長的，那么這些包有可能是在路徑上擁塞 隊(duì)列的一些繁忙期的部分。具體的細(xì)節(jié)如下，我們的目標(biāo)是要識別出偏移的開始包序號i 和結(jié)束的包序號j。每個(gè)出現(xiàn)qk—、qkwW的包i都有可能是偏移的開始點(diǎn)。我們定義偏移 的結(jié)束點(diǎn)j為當(dāng)
,.、,.、 腿斷,-W)] 《C/)—W)<-^-
的第一個(gè)包，這里F是衰減系數(shù)(decrease factor)。在j點(diǎn)排隊(duì)時(shí)延q(i)通過系數(shù)F從i 增大至j的最大的排隊(duì)時(shí)延被降了下來。如果j-i〉L，則我們把i至ljj之間的包作為偏移。
下面要計(jì)算每個(gè)包的估測值Ek(m)。每一條流里的包k都會處于一下三種情況中的一
種
(a) 如果1^屬于一個(gè)會終止的偏移且91/"1)<91{+1(1")時(shí)，則設(shè)
Ek(m)=Rk
(b) 如果A屬于不會終止的偏移，則設(shè)
Ek(m)-R,，Vh/
/是偏移的起始點(diǎn)。
(c) 對于不屬于以上兩種情形的包k我們設(shè)Ek⑨-R!。這包括了那些不屬于偏移的包和 那些屬于偏移但是排隊(duì)時(shí)延是遞減的包。由于最后一個(gè)偏移并不終止，這里我們選/ = N-1。
(2)在前一次測量后經(jīng)過At時(shí)間再進(jìn)行另一次測量，At由用戶或者是網(wǎng)絡(luò)的類型 決定，由于網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬總體上看來應(yīng)該是連續(xù)變化，也就是說這一時(shí)刻的可用帶寬跟 上一時(shí)刻的可用帶寬總有一些聯(lián)系，而不會是完全獨(dú)立的，因此我們可以在前一次測量的 基礎(chǔ)上調(diào)整發(fā)送包的數(shù)目，使得發(fā)送的包串中包的速率范圍處于上次測量所得帶寬值的士 m范圍內(nèi)，m—般不會取得太大，可能就在10Mbps左右。這樣就可以避免大量的測量數(shù) 據(jù)包對網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重的負(fù)荷，并且可以縮短測量的時(shí)間。例如m取10Mbps，則本次測量 所需發(fā)送的探測流的速率范圍為20Mbps，相比于進(jìn)行一次完整的測量需要發(fā)送的探測流 的速率范圍為IOO Mbps，探測時(shí)間明顯會縮短，而且向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的數(shù)據(jù)包也會減小， 減輕了測量工具對網(wǎng)絡(luò)造成的負(fù)荷。(3) 進(jìn)行一次測量后網(wǎng)絡(luò)終端將測量信息，如本次測量的得到的排隊(duì)時(shí)延和測量是 否成功等，反饋給網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)根據(jù)這些信息計(jì)算本次測量的可用帶寬的數(shù)值或調(diào)整測量的 參數(shù)，如根據(jù)上次測量的結(jié)果調(diào)整探測流起始包和結(jié)束包的速率等。由于pathchirp算法 最重要的是找到排隊(duì)延遲從沒有變化到逐個(gè)測量包遞增的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，如果我們一次測量中網(wǎng) 絡(luò)終端探測不到這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即網(wǎng)絡(luò)終端收到的數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延是沒有變化的或都是遞 增的，在這樣的情況下，網(wǎng)絡(luò)終端則將這樣的信息反饋回網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)得到反饋信息后，則 馬上發(fā)送一串包速率變化范圍比之前測量的范圍大的包串重新進(jìn)行一次測量，即增大m 的數(shù)值。
(4) 如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量成功的信息，則隔At時(shí)間后再以本次測 量值土m范圍內(nèi)的速率發(fā)送包串，進(jìn)行另一次測量；
(5) 如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量不成功的信息，則先將上次測量的包串 速率范圍增大5-10%，馬上再進(jìn)行另一次測量，同時(shí)計(jì)數(shù)器將測量不成功的次數(shù)加1，如 果連續(xù)k次測量不成功，k取3-5，則網(wǎng)關(guān)會重新進(jìn)行一次完整的測量，即發(fā)送一串包速 率為1 100Mbps的包串進(jìn)行測量。
權(quán)利要求
1、自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方法，其特征在于包括如下步驟(1)網(wǎng)關(guān)根據(jù)pathchirp方法向網(wǎng)絡(luò)中需要進(jìn)行可用帶寬測量的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送一串包速率為1～100Mbps的包串進(jìn)行第一次測量，測量得到網(wǎng)關(guān)與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端之間的可用帶寬數(shù)值；(2)網(wǎng)關(guān)每隔Δt時(shí)間后再次向需要測量可用帶寬的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送包串進(jìn)行另一次測量，該次測量發(fā)送的包速率為上次測得的可用帶寬值的±m(xù)范圍內(nèi)的速率，m取可用帶寬值的10％-20％，Δt由用戶或者是網(wǎng)絡(luò)的類型決定；(3)每次測量后被測量的網(wǎng)絡(luò)終端將收到的包串的排隊(duì)時(shí)延和測量是否成功的信息反饋給網(wǎng)關(guān)，然后網(wǎng)關(guān)根據(jù)收到的反饋信息計(jì)算本次測量可用帶寬的值或調(diào)整探測流起始包和結(jié)束包的速率；(4)如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量成功的信息，則重復(fù)步驟(2)(3)，進(jìn)行另一次測量；(5)如果網(wǎng)關(guān)收到網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的測量不成功的信息，則先將上次測量的包串速率范圍增大5-10％，以該增大后的速率再進(jìn)行另一次測量，同時(shí)計(jì)數(shù)器將測量不成功的次數(shù)加1，如果連續(xù)k次測量不成功，k取3-5，則網(wǎng)關(guān)會重新進(jìn)行一次完整的測量，即發(fā)送一串包速率為1～100Mbps的包串進(jìn)行測量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求書l所述的自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方法，其特征 在于所述步驟(2)網(wǎng)關(guān)在前一次測量的基礎(chǔ)上調(diào)整發(fā)送包的數(shù)目，使得發(fā)送的包串中 包的速率范圍處于上次測量所得帶寬值的士m范圍內(nèi)，m取10Mbps。
3、 根據(jù)權(quán)利要求書l所述的自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方法，其特征 在于步驟(3)中如果在一次測量中網(wǎng)絡(luò)終端檢測到所接收的數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延中沒有 轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延是沒有變化的或都是遞增的，則網(wǎng)絡(luò)終端將數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí) 延中沒有轉(zhuǎn)折點(diǎn)的信息反饋給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)送一串包速率范圍比前一次測量所用的包速 率范圍大的包串重新進(jìn)行一次測量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求書3所述的自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方法，其特征 在于步驟(3)中網(wǎng)關(guān)發(fā)送一串包速率范圍比前一次測量所用的包速率范圍大的包串重 新進(jìn)行一次測量，即將上次測量的包串速率范圍增大5%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求書1 4任一項(xiàng)所述的自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測方 法，其特征在于所述步驟(1)中網(wǎng)關(guān)發(fā)送包與包之間的間隔呈指數(shù)遞增趨勢的包串， 然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)終端反饋回來的排隊(duì)時(shí)延信號的形狀對每個(gè)包的可用帶寬做一個(gè)估測值 Ek(m)， k表示第k個(gè)包，m表示第m次測量，再對Ek^取加權(quán)平均值，用來作為這次測<formula>formula see original document page 2</formula>網(wǎng)關(guān)需要將網(wǎng)絡(luò)終端反饋的排隊(duì)時(shí)延信號分割成屬于偏移的區(qū)域和不屬于偏移的區(qū)域，設(shè) q(k)為第k個(gè)包的排隊(duì)時(shí)延，每個(gè)出現(xiàn)q(k)〈 q(k+l)的包i都有可能是偏移的開始點(diǎn)，定 義偏移的結(jié)束點(diǎn)j為當(dāng)r、,.、 max幼 由)—刷<-^-的第一個(gè)包，F(xiàn)是衰減系數(shù)，取值為1.5-6.0;如果j-i〉L， L取3-6，則把i到j(luò)之間的 包作為偏移;接下來再分三中情況估計(jì)Ek(m)，如果k屬于一個(gè)會終止的偏移且q(k)< q(k+l) 時(shí)，則設(shè)Ek^二Rk， Rk為第k個(gè)包的速率；如果k屬于不會終止的偏移，則設(shè)Ek^^ R!,VytW， /是偏移的起始點(diǎn)；對于不屬于以上兩種情形的包k，則設(shè)Ej/m^R,。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)的數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)帶寬實(shí)時(shí)檢測方法。該方法首先網(wǎng)關(guān)向需要測量可用帶寬的網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送一串具有大范圍包速率的包串進(jìn)行第一次完整測量，網(wǎng)絡(luò)終端將測量得到的信息反饋給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行分析后得到測量的可用帶寬數(shù)值，以后每隔一段時(shí)間再進(jìn)行一次測量，但是不需要像第一次測量那樣發(fā)送那么大范圍速率的包串，發(fā)送的包串速率范圍只需要處在上次測量得到數(shù)值的±m(xù)范圍內(nèi)即可，這樣既實(shí)現(xiàn)了對數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)可用帶寬實(shí)時(shí)檢測，又可以達(dá)到節(jié)省測量和減少對網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)的作用。
文檔編號H04L12/26GK101414938SQ20081021950
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者榮 余, 吳宗澤, 謝勝利, 高如超 申請人:華南理工大學(xué)