專利名稱：用于估計子路徑的可用帶寬的方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及監(jiān)視通信網絡中的數據路徑，具體地說，涉及用于估計數據路徑條件的方法和裝置。
背景技術：
諸如因特網等分組交換數據網絡能夠視為包括通過數據路徑互連的大量節(jié)點。在諸如因特網等分組交換數據網絡中，監(jiān)視數據路徑，或換而言之估計通過網絡的數據路徑的端對端可用帶寬等條件在包括服務級別協(xié)議(Service Level Agreement,SLA)驗證、網絡監(jiān)視和服務器選擇等幾種上下文中是有用的。主要有兩種方式來估計諸如可用帶寬等條件，即被動或主動監(jiān)視。 端對端數據路徑的可用帶寬的被動監(jiān)視要求能夠訪問網絡路徑中的所有網絡節(jié)點，然而，這一般是不可能的。因此，測量可用端對端帶寬一般通過數據路徑的主動探測進行。通過傳送包括一串探測分組的探測業(yè)務(諸如用戶數據協(xié)議(UDP)探測分組)到數據路徑中，以及然后分析其它數據分組通信(此處表示探測分組上的背景業(yè)務(crosstraffic))的觀測影響，能夠估計可用帶寬。一般情況下，傳送具有指定分組間間隔的大UDP探測分組。此種主動測量要求訪問稱為發(fā)送器和接收器節(jié)點的發(fā)送器和接收器主機兩者，但不要求訪問在發(fā)送器與接收器節(jié)點之間的路徑中的任何中間節(jié)點。主動探測的常規(guī)方案要求以瞬間足以使用所有可用帶寬并造成擁塞的速率將探測分組業(yè)務傳送到關注的數據路徑中。如果只使用少量的探測分組，則誘發(fā)的瞬間擁塞能夠通過節(jié)點中的緩沖器隊列吸收。相應地，不造成數據分組丟失，而只是幾個數據分組的小的數據路徑延遲增大?；谟捎谔綔y分組在發(fā)送器與接收器節(jié)點之間遇到擁塞造成的延遲增大，確定可用帶寬的所需度量。數據路徑延遲開始增大的探測分組速率對應于擁塞點，并且因此指示可用帶寬。當前方法只提供用于在發(fā)送器與接收器之間的整個網絡路徑的可用帶寬的估計，而無有關在路徑中的鏈路的可用帶寬的信息。換而言之，這些方法缺乏在鏈路或子路徑級別的更精細分辨率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供問題的解決方案以確定用于在數據路徑的開始節(jié)點與結束節(jié)點之間的子路徑的可用帶寬。解決方案是基于包括內部和外部分組的探測分組串通過使用用于這些探測分組串的外部和內部分組的不同TTL值，從開始節(jié)點到結束節(jié)點的發(fā)送，以便確定數據路徑的子路徑的可用帶寬。通過比較使用內部分組的不同TTL值的測量，也可能確定哪個鏈路是局部緊鏈路及它具有的可用帶寬。根據本發(fā)明的一方面，提供了一種方法，由此可能估計在通信網絡中的發(fā)送節(jié)點與結束節(jié)點之間的數據路徑的子路徑的可用帶寬。所述數據路徑包括經多個中間節(jié)點連接所述開始節(jié)點和結束節(jié)點的多個鏈路，每個節(jié)點構成一跳，并且在所述網絡的操作期間每個鏈路具有可用帶寬。在方法中，生成探測串并向結束節(jié)點傳送探測串。每個探測串生成有特定大小和初始分組間間隔IPSsent，并且探測串包括外部和內部數據分組。外部數據分組的外部存活時間TTL_outer值設成等于或高于到結束節(jié)點的跳數，并且內部數據分組的內部存活時間TTL_inner值設成等于或小于TTL_outer值的值,其中,TTL_inner值定義子路徑。在結束節(jié)點接收后，確定發(fā)送的探測串的接收分組間間隔IPSreceived，根據本發(fā)明的不同實施例，該確定可結合結束節(jié)點或開始節(jié)點執(zhí)行。執(zhí)行計算步驟，以便計算用于使用的TTL_inner值的可用帶寬B的估計,基于初始串大小和在IPSsent與接收IPSreceived分組間間隔之間的差來計算所述估計。通過為不同的TTL_inner值重復方法的步驟多次，生成新探測串，并且估計用于多個子路徑的可用帶寬。根據本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于估計在通信網絡中的開始節(jié)點與結束節(jié)點之間的數據路徑的子路徑的可用帶寬的裝置。所述數據路徑包括經多個中間節(jié)點連接所述開始節(jié)點和結束節(jié)點的多個鏈路，每個節(jié)點構成一跳，并且在所述網絡的操作期間每個鏈路具有可用帶寬。裝置包括配置成生成探測串并向結束節(jié)點發(fā)送探測串的發(fā)送器單元。所述探測串生成有特定大小和初始分組間間隔IPSsent，并且它包括外部和內部數據分組。 外部數據分組包圍內部數據分組。外部數據分組的存活時間TTL_outer值設成等于或高于到結束節(jié)點的跳數，并且內部數據分組的內部存活時間TTL_inner值設成等于或小于TTL_outer值的值。所述TTL_inner值定義數據路徑的子路徑。此外，提供了適用于確定探測串的接收分組間間隔IPSreceived的接收器單元。裝置也提供有計算用于定義子路徑的TTL_inner值的可用帶寬的估計的估計器單元?；诔跏即笮『驮诔跏糏PSsent與接收IPSreceived分組間間隔之間的差來計算所述估計。本發(fā)明的另外實施例由從屬權利要求提供。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有多個優(yōu)點。通過本發(fā)明，可能獲得用于從發(fā)送器開始并且在每個路由器結束，直至目的地地址的子路徑的緊鏈路容量和可用帶寬的估計。假設在路徑中的業(yè)務和鏈路容量隨著時間緩慢改變，則也可能推斷序列中的哪個鏈路是緊鏈路，并且獲得用于此鏈路的估計。也可能可查找路徑的其它局部緊鏈路，或至少緊鏈路的上游鏈路的可用帶寬的估計。此外，本發(fā)明的一種版本使得即使在目的地地址無任何接收器，也可能監(jiān)視這些估計。


在結合圖形閱讀以下詳細描述時，將更容易理解本發(fā)明的前面所述及其它目的、特征和優(yōu)點，其中
圖I是可實現(xiàn)本文中所述裝置和方法的示范網絡的框 圖2是示出數據路徑及其子路徑的框 圖3是用于示出性能參數容量、利用和可用帶寬的概念的圖形；
圖4是示出在可用帶寬B、探測強度u與分組間應變ε的預期值之間的漸近關系的圖形；
圖5是示出本發(fā)明的一個實施例的流程 圖6是本發(fā)明的第一實施例的功能原理的示意 圖7是本發(fā)明的第二實施例的功能原理的示意 圖8是包括運行子路徑探測測試的結果的表格；
圖9是示出根據本發(fā)明的裝置的第一實施例的框 圖10是示出根據本發(fā)明的裝置的第二實施例的框圖。
具體實施例方式在下面的描述中，為便于解釋而不是限制，陳述了特定的細節(jié)，如特殊的電路、電 路組件、技術等，以便提供本發(fā)明的詳盡理解。然而，本領域的技術人員將明白，本發(fā)明可在脫離這些特定細節(jié)的其它實施例中實踐。在其它情況下，省略了眾所周知的方法、裝置和電路的詳細描述以免不必要的細節(jié)混淆本發(fā)明的描述。圖I是可實現(xiàn)本文中所述裝置和方法的網絡系統(tǒng)。網絡系統(tǒng)10包括經通信網絡12 (例如，如因特網等分組交換數據網絡)連接的開始節(jié)點和結束節(jié)點。在所述網絡系統(tǒng)中，在例如計算機系統(tǒng)、路由器等數據設備16所位于的所述開始節(jié)點與例如另一或類似計算機系統(tǒng)等第二用戶設備18所位于的結束節(jié)點之間建立數據路徑14。尋址到所述結束節(jié)點的數據分組經所述數據路徑14發(fā)送，其中，多個路由器20借助于數據分組中的IP地址
向結束節(jié)點引導數據分組。每個路由器20位于中間節(jié)點Rk中，K= I、2、3.....N-2、N-1，如
圖2中所示。經一起構成在開始節(jié)點Rtl與結束節(jié)點Rn之間的數據路徑的鏈路或數據鏈路連接中間節(jié)點。子路徑的定義
圖2是包括開始節(jié)點Rtl、中間節(jié)點Rk (K=l、2、3.....K、N-2、N-1)和結束節(jié)點Rn的數
據路徑的圖示。數據路徑14也可表示為路徑P (Rtl, Rn)，其定義為網絡節(jié)點序列&、…、Rn。在端對端路徑的情況中，R0對應于開始節(jié)點，并且Rn對應于結束節(jié)點。Rk對應于路徑P (R0, Rn)上的節(jié)點編號K。通常，子路徑P (Ri, Rk)表示從Ri到Rk的路徑。在節(jié)點R1與R2之間的鏈路L(R11R2)因而與子路徑P(R1, R2)類似。在圖2中，給出了兩個子路徑作為示例。一個子路徑P(Rtl, R3)包括在開始節(jié)點Rtl與中間節(jié)點R1、R2及R3之間的鏈路。給出的另一子路徑是子路徑P (R0, R4)。鏈路L (R3, R4)因而是這兩個子路徑之間的差異。如果在兩個隨后的子路徑的檢測到路徑條件中存在差異，則所述差異最可能取決于鏈路L (R3，R4)。因此，所述數據路徑14包括經多個中間節(jié)點(R1,…，RnJ連接所述開始節(jié)點和結束節(jié)點的多個鏈路，每個節(jié)點構成一個節(jié)點跳，甚至表示為路由器跳或跳。在所述網絡的操作期間，每個鏈路具有可用帶寬Blink。自誘發(fā)擁塞的概念是在一個端點以指定速率注入探測分組并然后在另一端點觀測速率的更改。通過分析從一個節(jié)點傳遞到另一節(jié)點的探測業(yè)務，可估計可用帶寬。在圖I中示出所謂的探測。以初始探測比特率U1發(fā)送探測分組串22。在此示例中，探測分組串涉及四個數據分組24，兩個外部分組24ou，串中的第一和最后分組，及在兩個外部分組之間的兩個內部分組24in。當然，串可包括不止兩個內部分組。如果探測分組串大小為s [比特],并且時間彌散(time dispersion)是Ai/ [時間單位；s],此處也表示為分組間間隔IPSsent [時間單位；s]，所述參數具有以下關系
!4i * s / Διη
如果探測速率比數據路徑的任何鏈路中的可用帶寬B高，則分組將很快使得路徑中的至少一個鏈路擁塞，并且由此將平均以降低的速率"之接收它們。這相當于在發(fā)送器側的時間彌散Aiz7小于在接收器的時間彌散Nout。因此，如果在傳遞期間未發(fā)生分組丟失，則
u =S/ Auui 0可能定義比率分組間應變
I ^ IAout. Λ !) / /Irir
另一方面，如果探測速率低于可用帶寬，則沒有擁塞，并且因此平均無擴展時間彌散，即，ε =O0BART和pathChirp是利用自誘發(fā)擁塞的方法的兩個示例，它們也能夠實時提供可用帶寬估計。通過在兩個端點之間發(fā)送探測分組，借助于各種統(tǒng)計方法估計端對端可用帶寬，其中，比較AoW和Ai/ 。定義可用帶寬
圖3是用于示出性能參數容量、利用和可用帶寬的概念的圖形。
現(xiàn)在將論述涉及作為圖2中所示網絡路徑的一部分的三個鏈路的子路徑P (R0, R3) ο每個鏈路具有恒定容量，其定義能夠發(fā)送IP業(yè)務的最大速率。在任何給定時間點，鏈路在一定程度上由IP業(yè)務利用，這由每個框中的陰影區(qū)域例示。然后，對于每個鏈路，可用帶寬計算為在鏈路容量與利用之間的差。借助于分析算法，例如，BART，估計具有數據路徑的最小可用帶寬的鏈路的可用帶寬。這定義路徑可用帶寬。此外，通過BART，可能估計緊鏈路容量，其是定義路徑可用帶寬的鏈路的容量。路徑可用帶寬和緊鏈路容量在圖中示為鏈路3。如已經簡要論述的一樣，在本發(fā)明的一些實施例中，例如，要估計的條件是網絡路徑的可用帶寬。可用帶寬的概念能夠理解如下。網絡路徑中的每個鏈路j具有由鏈路的每端上的節(jié)點中的網絡接口確定的某個容量Cj。容量Cj只是在分組級別通過鏈路的最高可能比特率。容量一般不在短的時間尺度內改變。然而，由Xj (t)表示的在給定鏈路j上的負載(甚至表示為利用或背景業(yè)務)確實改變。鏈路j的可用帶寬Bj(t)是Bj (t) =Cj-Xj (t)。沿路徑的鏈路之一 j具有最小可用帶寬。此“瓶頸鏈路”確定路徑的可用帶寬。網絡路徑的可用帶寬B(t)是與其構成鏈路分別相關聯(lián)的可用帶寬的最小值
B"} mln (Cj ^ XjfJIo在任何時間t網絡路徑的可用帶寬能夠因此解釋為從發(fā)送端到接收端數據率的最大增大，其在理論上能夠在時間t發(fā)生而不造成擁塞。應注意的是，背景業(yè)務負載及因此的可用帶寬使用某一平均時間尺度T來定義，S卩，通過在時間t周圍長度T的某一時間區(qū)間內進行平均來計算Xj(t)。沒有T的通用、自然選擇，更確切地說，這取決于應用的細節(jié)。由于有限的鏈路容量和背景業(yè)務分組大小，T不可選擇為任意小。然而，對于現(xiàn)代數據網絡，可用帶寬和背景業(yè)務負載能夠使用低到在亞秒區(qū)域中的T來定義。關系分組間應變和探測速率
圖4是示出在可用帶寬B、探測速率U與分組間應變ε的預期值之間的漸近關系的圖形。在下面，將描述從發(fā)送器到接收器的網絡路徑的模型。網絡路徑被視為由多個連續(xù)的級聯(lián)跳組成。跳由輸入隊列和傳送鏈路組成。隊列被假設為是先入先出FIFO隊列。每跳j具有容量Cj，并且承載時變背景業(yè)務Xj。特別關注的是在常規(guī)業(yè)務背景業(yè)務Xj與注入的探測業(yè)務u之間的交互以便達到允許分析該背景業(yè)務Xj的影響的形式。首先，考慮具有鏈路容量C和背景業(yè)務X的單跳。可用帶寬因而是C-X。假設鏈路
也承受在速率U的探測業(yè)務需求。如果M,則沒有擁塞，并且退出鏈路的接收探測業(yè)
務速率r與需求探測速率u相同。然而，如果C-X,則存在過載情況。假設背景業(yè)務
和探測業(yè)務各接收鏈路容量C的其成比例份額。接收探測業(yè)務速率可描述為
權利要求
1.一種用于估計在通信網絡中的開始節(jié)點(Rtl)與結束節(jié)點(Rn)之間的數據路徑的子路徑的可用帶寬的方法，所述數據路徑包括經多個中間節(jié)點(R1,…，Rim)連接所述開始節(jié)點和所述結束節(jié)點的多個鏈路，每個節(jié)點構成一跳，并且在所述網絡的操作期間每個鏈路具有可用帶寬，所述方法包括 -生成探測串并向所述結束節(jié)點傳送所述探測串，通過以下操作生成所述探測串，所述探測串具有特定大小(S)和初始(IPSsent)分組間間隔(210-220)，包括外部和內部數據分組，所述外部數據分組包圍所述內部數據分組 -將所述外部數據分組的外部存活時間(TTL_outer)值設成等于或高于到所述結束節(jié)點的跳數(210)； -將內部數據分組的內部存活時間(TTL_inner)值設成等于或小于所述TTL_outer值的值，其中所述TTLjnner值定義子路徑； -確定所發(fā)送的探測串的接收分組間間隔(IPSreceived) (220);以及 -計算用于所述TTLjnner值的可用帶寬(B)的估計，基于所述初始串大小和在所述初始(IPSsent)與所述接收(IPSreceived)分組間間隔之間的差來計算所述估計(225)。
2.根據權利要求I所述的方法，其中以由大小和初始分組間間隔確定的預確定比特率來傳送所述探測串，所述比特率導致IPSreceived > IPSsent0
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中所述TTLouter設成到所述結束節(jié)點的跳數N，以及其中借助于在所述結束節(jié)點中接收時為所述外部分組加時戳，執(zhí)行所接收探測串的接收分組間間隔(IPSreceived)的確定，以及其中TTL inner等于或小于到所述結束節(jié)點的結點跳數。
4.根據權利要求I或2所述的方法，其中所述TTLouter設成到所述結束節(jié)點的跳數，并且TTL inner等于或小于TTL outer,以及其中通過放棄所述外部分組的結束節(jié)點生成和傳送的接收因特網控制消息協(xié)議(ICMP)時間超過分組時間的ICMP檢測，在所述開始節(jié)點中執(zhí)行所接收探測串的接收分組間間隔(IPSreceived)的確定。
5.根據前面權利要求任一項所述的方法，包括 -通過改變所述TTL_inner值來重復子路徑探測過程，比較用于多個TTL_inner值的可用帶寬的估計(235)，標識最緊鏈路。
6.根據權利要求5所述的方法，其中標識步驟包括 -以TTL_inner=l. . . N從所述開始節(jié)點向所述結束節(jié)點發(fā)送串序列,其中N是在開始與結束節(jié)點之間的路由器跳數； -計算用于姆個TTL_inner值的可用帶寬的估計； -通過重復比較路徑可用帶寬的估計和用于從TTLjnner=N-I開始并向后繼續(xù)的其它TTLjnner值的子路徑可用帶寬估計，計算所述緊鏈路，而其估計的子路徑可用帶寬遠遠大于所估計的路徑可用帶寬的第一達到TTLjnner值定義所述緊鏈路的開始。
7.根據前面權利要求任一項所述的方法，其中借助于基于探測速率方法的分析算法，諸如BART、pathChirp、Spruce或Pathload,計算所述可用帶寬(B)的估計。
8.根據前面權利要求任一項所述的方法，其中所述探測串包括涉及用于每個所述外部數據分組的發(fā)送時戳、分組大小、分組數量等的初始信息，并且所述探測串接收信息包括用于每個所述外部數據分組的接收時戳。
9.ー種用于估計通信網絡中的開始節(jié)點(Rtl)與結束節(jié)點(Rn)之間的數據路徑的子路徑的可用帶寬的裝置(30 ;70)，所述數據路徑包括經多個中間節(jié)點(R1,…，RnJ連接所述開始節(jié)點與所述結束節(jié)點的多個鏈路，每個節(jié)點構成一跳，并且在所述網絡的操作期間每個鏈路具有可用帶寬，所述裝置包括配置用于生成探測串并向所述結束節(jié)點傳送所述探測串的發(fā)送器單元(32 ;72)，所述探測串生成有特定大小(s)和初始(IPSsent)分組間間隔，包括外部和內部數據分組，所述外部數據分組包圍所述內部數據分組，并且所述發(fā)送器單元配置用于 -將所述外部數據分組的外部存活時間(TTL_outer)值設成等于或高于到所述結束節(jié)點的跳數； -將內部數據分組的內部存活時間(TTL_inner)值設成等于或小于所述TTL_outer值的值，其中所述TTLjnner值定義子路徑；以及 接收器單元(34 ;74)，適用于確定所述探測串的接收(IPSreceived)分組間間隔；以及 估計器單元(36 ;76)，配置用于計算用于所述TTLjnner值的可用帶寬的估計，基于所述初始串大小和在所述初始(IPSsent)與所述接收(IPSreceived)分組間間隔之間的差來計算所述估計。
10.根據權利要求9所述的裝置，其中所述發(fā)送器単元配置成以預確定比特率傳送所述探測串，所述比特率、大小和初始分組間間_導致IPSreceived > IPSsent0
11.根據權利要求9或10所述的裝置，其中所述TTLouter設成到所述結束節(jié)點的跳數N，以及其中借助于在所述結束節(jié)點中接收時為所述外部分組加時戳，執(zhí)行所接收探測串的接收分組間間隔(IPSreceived)的確定，以及其中TTL inner等于或小于到所述結束節(jié)點的節(jié)點跳數。
12.根據權利要求9或10所述的裝置，其中所述TTLouter設成到所述結束節(jié)點的跳數，并且TTL inner等于或小于TTL outer,以及其中通過放棄所述外部分組的結束節(jié)點生成和傳送的接收因特網控制消息協(xié)議(ICMP)時間超過分組時間的ICMP檢測，在所述開始節(jié)點中執(zhí)行所接收探測串的接收分組間間隔(IPSreceived)的確定。
13.根據權利要求9-12任一項所述的裝置，其中所述估計器単元(36;76)配置成借助于基于探測速率方法的分析算法，諸如BART、pathChirp、Spruce或Pathload,計算所述可用帶寬(B)的估計。
14.根據權利要求9-13任一項所述的裝置，包括配置成通過改變所述TTLjnner值來重復子路徑探測過程，比較用于多個TTLjnner值的可用帶寬的估計，標識最緊鏈路的單元(58 ;98)。
15.根據權利要求9-14任一項所述的裝置，其中所述探測串包括涉及用于每個所述外部數據分組的發(fā)送時戳、分組大小、分組數量等的初始信息，并且所述探測串接收信息包括用于每個所述外部數據分組的接收時戳。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于估計數據路徑的子路徑的可用帶寬的方法和裝置。解決方案是基于包括內部和外部分組的探測分組串通過使用用于這些探測分組串的外部和內部分組的不同TTL值，從開始節(jié)點到結束節(jié)點的發(fā)送。通過比較使用內部分組的不同TTL值的測量，也可能確定哪個鏈路是局部緊鏈路及它具有的可用帶寬。
文檔編號H04L12/26GK102783089SQ201080065304
公開日2012年11月14日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權日2010年3月10日
發(fā)明者A.約翰遜, C.弗林塔, S.?？肆?申請人:瑞典愛立信有限公司