專利名稱：互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的延遲是評估網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)。獲得網(wǎng)絡(luò)延遲可以通過直接測量方式或者通過估算方式。直接網(wǎng)絡(luò)延遲測量方式是直接發(fā)送測量數(shù)據(jù)包到目標(biāo)結(jié)點，獲得節(jié)點之間的延遲時間。估算方法利用若干直接測量的延遲信息通過估算方法獲得其他未直接進(jìn)行測量的節(jié)點的延遲信息。這種方法可以大大減少由每個主機單獨進(jìn)行直接測量所帶來的測量開銷，對網(wǎng)絡(luò)的影響也較小。同時，當(dāng)無法在某些節(jié)點進(jìn)行直接測量時，延遲估測方法就更能凸顯出其重要性。而目前的估測方法都需要進(jìn)行較為復(fù)雜的計算。因此，當(dāng)下需要迫切解決的一個技術(shù)問題就是如何能夠提出一種有效的措施，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。在此，提出一種延遲估測方法，根據(jù)節(jié)點之間的拓?fù)渚涂梢酝茢嘌舆t值，而無需進(jìn)行大量的計算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，根 據(jù)節(jié)點之間的拓?fù)渚涂梢酝茢嘌舆t值，無需進(jìn)行大量的計算，提高了估測精度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，包括根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞玫絻蓚€源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)之間的拓?fù)潢P(guān)系，從而得到兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的公有路徑長度和兩條私有路徑長度；根據(jù)公有路徑長度和兩條私有路徑長度，計算這兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的路徑長度比例，并根據(jù)兩條私有路徑的長度大小判斷是正向預(yù)測還是反向預(yù)測；根據(jù)往返時延RTT的測量值判斷負(fù)載狀態(tài)；所述負(fù)載狀態(tài)包括輕負(fù)載狀態(tài)、中等負(fù)載狀態(tài)和重負(fù)載狀態(tài)三種負(fù)載狀態(tài)；根據(jù)所得路徑長度比例和負(fù)載狀態(tài)，查找此時網(wǎng)絡(luò)場景所對應(yīng)的斜率表和截距表中的相關(guān)項，獲得相應(yīng)的斜率值和截距值；由所獲得的斜率值和截距值構(gòu)建回歸方程，通過回歸方程將一個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的往返時延RTT值當(dāng)作輸入計算得到另外一個源節(jié)點到同一目標(biāo)結(jié)點的往返時延RTT估測值。進(jìn)一步地，所述的互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法還包括當(dāng)無法判斷負(fù)載狀態(tài)時，對所述三種負(fù)載狀態(tài)都算一遍或擇一進(jìn)行計算。進(jìn)一步地，鏈路利用率為(T40%時為輕負(fù)載狀態(tài)。進(jìn)一步地，鏈路利用率為40%飛0%時為中等負(fù)載狀態(tài)。進(jìn)一步地，鏈路利用率為609^100%時為重負(fù)載狀態(tài)。
綜上，本發(fā)明所述的方案中只需根據(jù)拓?fù)鋱D和負(fù)載就可以直觀地選擇檢測點避免復(fù)雜的聚類運算，從而有效地解決了節(jié)點選取和延遲估測問題，較以前的基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行聚類的方法，更具有易用性。


圖I是本發(fā)明所述的一種互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明所述的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參見圖1，給出的互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法的流程示意圖，所述方法包 括步驟S101，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞玫絻蓚€源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)之間的拓?fù)潢P(guān)系，從而得到兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的公有路徑長度和兩條私有路徑長度；步驟S102，根據(jù)公有路徑長度和兩條私有路徑長度，計算這兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的路徑長度比例，并根據(jù)兩條私有路徑的長度大小判斷是正向預(yù)測還是反向預(yù)測；步驟S103，根據(jù)往返時延RTT的測量值判斷負(fù)載狀態(tài)；所述負(fù)載狀態(tài)包括輕負(fù)載狀態(tài)、中等負(fù)載狀態(tài)和重負(fù)載狀態(tài)三種負(fù)載狀態(tài)；具體的，在實現(xiàn)過程中，當(dāng)無法判斷負(fù)載狀態(tài)時，對所述三種負(fù)載狀態(tài)都算一遍或擇一進(jìn)行計算。步驟S104，根據(jù)所得路徑長度比例和負(fù)載狀態(tài)，查找此時網(wǎng)絡(luò)場景所對應(yīng)的斜率表和截距表中的相關(guān)項，獲得相應(yīng)的斜率值和截距值；步驟S105，由所獲得的斜率值和截距值構(gòu)建回歸方程，通過回歸方程將一個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的往返時延RTT值當(dāng)作輸入計算得到另外一個源節(jié)點到同一目標(biāo)結(jié)點的往返時延RTT估測值。本發(fā)明所述的方案中，可概括為拓?fù)浍@得、負(fù)載估算、估測方程構(gòu)建和延遲估算四個階段。首先，在拓?fù)潢P(guān)系獲取階段，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞玫絻蓚€源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間的拓?fù)潢P(guān)系，從而得到兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的公有路徑長度和兩條私有路徑長度。其次，在負(fù)載估算階段，根據(jù)最近一次的延遲測量值大概估計當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀態(tài)。然后，在估測方程構(gòu)建階段，通過節(jié)點之間的拓?fù)潢P(guān)系和當(dāng)然估計的負(fù)載狀況得到相應(yīng)的估算方程。最后，在延遲估算階段，將一個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)延遲值作為估算方程的輸入，計算得到估算的延遲，下面對各個階段進(jìn)行具體的介紹I.拓?fù)潢P(guān)系獲取階段根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞玫絻蓚€源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)點之間的拓?fù)潢P(guān)系，從而得到兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的公有路徑長度和兩條私有路徑長度。并且根據(jù)公有路徑長度和兩條私有路徑長度，計算這兩個節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的路徑長度比例，同時根據(jù)兩條私有路徑的長度大小判斷是正向預(yù)測還是反向預(yù)測。2.負(fù)載估算階段根據(jù)時間上最近的一次延遲測量值，大致估算當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況為輕、中、重的哪一種。據(jù)此判斷，可以選擇采用哪一種負(fù)載狀況下的估測方程系數(shù)構(gòu)建估測方程。若無法判斷當(dāng)前負(fù)載狀況，譬如時間太長或者沒有測量值則可以隨機選取一種負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行計算或者將三種負(fù)載狀態(tài)的估測方程均構(gòu)建出來。3.估測方程構(gòu)建階段根據(jù)由第一步得到的拓?fù)渲g的關(guān)系和由第二步得到的負(fù)載狀況，查找估測方程系數(shù)表，找到相應(yīng)的斜率和截距，構(gòu) 建估測方程。4.延遲故側(cè)階段根據(jù)由第三步得到的估測方程，將一個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的RTT值作為估測方程的輸入，通過方程計算得到另外一個節(jié)點到相同目標(biāo)節(jié)點的RTT值。本發(fā)明提出了一種基于RTT相似度的延遲估測方法。本方法利用兩個節(jié)點相對于同一個目標(biāo)節(jié)點RTT的相似度來根據(jù)一個節(jié)點的RTT值來估算另外一個節(jié)點的RTT值。在該方法中，將節(jié)點之間的延遲關(guān)系用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載表示出來，尤其是節(jié)點之間的拓?fù)溥B接和路徑長度。根據(jù)節(jié)點之間的拓?fù)溥B接，就可以根據(jù)一個節(jié)點的RTT值來估算出另外一個節(jié)點相對于同一目標(biāo)節(jié)點的RTT值。若要RTT估算值更為精確，則需要給定當(dāng)時的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況。該方法較以前的基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行聚類的方法，更具有易用性。因為在聚類算方中，根據(jù)不同的聚類標(biāo)準(zhǔn)，聚類算法經(jīng)常是NP問題，且聚類后的節(jié)點選取為固定，不能根據(jù)估測精度的要求而相應(yīng)的改變。利用該方法只需根據(jù)拓?fù)鋱D和負(fù)載就可以直觀地選擇檢測點避免復(fù)雜的聚類運算，從而有效地解決了節(jié)點選取和延遲估測問題。研究表明，兩個節(jié)點相對于同一個目標(biāo)結(jié)點的RTT值可以歸結(jié)為線性關(guān)系，隨著兩個節(jié)點之間共有路徑與長的私有路徑比例的增大，這種線性關(guān)系越明顯。按照這種線性關(guān)系，構(gòu)建兩者的線性回歸方程，實現(xiàn)一個節(jié)點的RTT來預(yù)測另外一個節(jié)點的RTT值。同時，研究發(fā)現(xiàn)，在同一路徑比例下的回歸方程也具有一定的規(guī)律正向預(yù)測和反向預(yù)測的回歸方程的斜率都滿足“Length Ratio”特性，即在同一負(fù)載狀況下，在同一路徑比例，斜率彼此之間沒有顯著差異。因此將763種斜率變成71種路徑長度比例情況，每種路徑長度比例下所對應(yīng)的斜率值為屬于該路徑長度比例的所有斜率的平均值，從而建立斜率和路徑長度比例的對照表，簡稱正向(反向)斜率表。對于正向預(yù)測的截距，因為它不滿足任何特性，因此暫不對它進(jìn)行平均處理，因此它仍舊是一張763*3的表。對于反向預(yù)測的截距，在方差分析的標(biāo)準(zhǔn)降到0. 01時，它滿足當(dāng)兩個路徑組合所對應(yīng)的公有路徑長度和長私有路徑的比值相同時，其相似度之間沒有顯著差異，因此可以將其進(jìn)行平均處理，即將763種截距變成71種路徑長度比例情況，每種路徑長度比例下所對應(yīng)的截距值為屬于該路徑長度比例的所有截距的平均值，從而建立截距和路徑長度比例的對照表，我們簡稱正向(反向)截距表。由這樣的斜率和截距構(gòu)成的回歸方程，較大程度地反映了一般的規(guī)律，因此具有一定的通用性，并且減少了在構(gòu)建回歸方程時所進(jìn)行的查表等工作的復(fù)雜程度。實施例I :整個系統(tǒng)架構(gòu)分為三部分第一部分為服務(wù)器端，第二部分為客戶端，第三部分為檢測點。該方法主要是關(guān)注服務(wù)器端進(jìn)行延遲的估算。一拓?fù)潢P(guān)系獲取階段服務(wù)器將整個系統(tǒng)中的節(jié)點的拓?fù)潢P(guān)系保存在自己的拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫中。服務(wù)器接收到一個延遲計算請求后，對該請求進(jìn)行處理。延遲計算請求包括(源節(jié)點A、源節(jié)點B、目標(biāo)節(jié)點D以及明確的信息以源節(jié)點A來計算源節(jié)點B的RTT。首先服務(wù)器根據(jù)節(jié)點A、B、D在拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫中確定這三個節(jié)點的拓?fù)潢P(guān)系，找到AD與BD的公有路徑部分記為Com_AB和各自的私有路徑部分Pri_A，Pri_B。其次，根據(jù)Pri_A，Pri_B的長度決定從A預(yù)測B是正向預(yù)測還是反向預(yù)測。從而確定查找斜率和截距的正向預(yù)測表還是反向預(yù)測表。再次，根據(jù)和長的路徑長度計算路徑長度比例為Com_AB/max(Pri_A，Pri_B)。二網(wǎng)絡(luò)負(fù)載估計階段在這個階段，服務(wù)器根據(jù)最近的一次RTT測量值來估測目前網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載狀況是輕、中等還是重。在這個估算過程當(dāng)中，服務(wù)器可以按照前幾次的測量結(jié)果和最近一次的測量結(jié)果進(jìn)行對比得到。設(shè)置的負(fù)載只有三個等級而不是據(jù)體的數(shù)值，因此在估計上也相對來說較為容易。低，均值為20%，范圍為
;中，均值為50%，范圍為[40%-60%];高，均值為80%，范圍為[60%-100%]。根據(jù)估計結(jié)果來決定使用那個負(fù)載狀況的斜率和截距表。由于負(fù)載估測不一定能夠達(dá)到，因此這一步可作為備選項進(jìn)行。若有這一步的結(jié)果則可以得 到更為精確的延遲估測值，若無該步得估算結(jié)果，仍可以進(jìn)行一下的步驟進(jìn)行延遲估測，即將三種負(fù)載情況下的延遲估測結(jié)果都計算出來。三估測方程的構(gòu)建階段在該階段，我們根據(jù)第一步和第二步的結(jié)果，確定該次估測是正向預(yù)測還是反向預(yù)測以及當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況，確定所要查找的斜率和截距的數(shù)據(jù)表。例如是正向預(yù)測的、負(fù)載為輕的情況的截距表和斜率表。其次，根據(jù)第一步得到的路徑長度比例。在相應(yīng)的表中找到對應(yīng)于該路徑比例的斜率和截距的具體值，構(gòu)成估算方程。四延遲估算階段根據(jù)由第三步得到的延遲估算方程，在延遲數(shù)據(jù)表中查找得到節(jié)點A到節(jié)點D的延遲值RTT(AD)，將該值作為延遲估算方程的輸入，經(jīng)過簡單的線性方程的計算可以得到節(jié)點B到節(jié)點D的延遲值RTT (BD)0進(jìn)一步舉例說明根據(jù)前面所述的延遲估算方法，現(xiàn)舉例說明如下將節(jié)點S作為檢測點，D為目標(biāo)節(jié)點，以SD之間的RTT來估算其他節(jié)點(0到6)到D之間的RTT值。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。第一，從節(jié)點0到節(jié)點6,分別計算與節(jié)點S、節(jié)點D之間的路徑長度比例，計算結(jié)果為 r (0，S，D) =8/3，r (I, S，D) =8/2，r (2，S，D) =8/2，r (3，S，D) =8/2，r (4，S，D) =3/7，r (5，S，D)=3/7，r (6，S，D)=3/7。舉例說明，由節(jié)點0與節(jié)點S以及節(jié)點D的拓?fù)潢P(guān)系可以得至IJ，路徑OD和路徑SD的交點為J，公有路徑為JD長度為8，兩條私有路徑JO長度為3，SJ長度為2，所以我們有LEC(S，D, 0) = (8, 3，2)，路徑長度比例為8/3。根據(jù)兩條私有路徑長度判定是正向估算還是反向估測(re),我們僅對反向估測作標(biāo)記。Direct (0，S，D) =re,因為OJ的距離為3大于SJ的距離2。第二，根據(jù)現(xiàn)有的RTT值估測負(fù)載情況。在此，我們假設(shè)無法得到負(fù)載情況，因此對20%，50%以及80%的負(fù)載情況均作估算。第三，根據(jù)負(fù)載狀況和相應(yīng)的路徑比例以及估測方向，在斜率表和截距表中選擇相應(yīng)的斜率a和截距b，構(gòu)成估測方程。例如對于節(jié)點5，當(dāng)負(fù)載為20%時，其斜率為0. 1007754，截距為 0. 1698268。構(gòu)成的估測方程為 y=0. 1007754x+0. 1698268。第四，根據(jù)估算方程得到RTT估算值。舉例說明，將SD的RTT序列值作為LEC(5, S, D)的由第四步得到的回歸方程的輸入?？梢缘玫降腞TT序列，且這兩個RTT序列在時間上是對應(yīng)的。例如在某一時刻，當(dāng)負(fù)載為20%時SD的RTT值是0. 6088929，負(fù)載為50%時SD的RTT值是0. 916143，負(fù)載為80%時SD的RTT值是I. 047040，對應(yīng)時刻對應(yīng)負(fù)載時的5D的RTT為0. 6661278，I. 004348，I. 127076。根據(jù)持續(xù)一段時間(30分鐘)的RTT序
列而計算得到的平均值如表I所示)
權(quán)利要求
1.一種互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，其特征在于，包括 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞玫絻蓚€源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)之間的拓?fù)潢P(guān)系，從而得到兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的公有路徑長度和兩條私有路徑長度； 根據(jù)公有路徑長度和兩條私有路徑長度，計算這兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的路徑長度比例，并根據(jù)兩條私有路徑的長度大小判斷是正向預(yù)測還是反向預(yù)測； 根據(jù)往返時延RTT的測量值判斷負(fù)載狀態(tài)；所述負(fù)載狀態(tài)包括輕負(fù)載狀態(tài)、中等負(fù)載狀態(tài)和重負(fù)載狀態(tài)三種負(fù)載狀態(tài)； 根據(jù)所得路徑長度比例和負(fù)載狀態(tài)，查找此時網(wǎng)絡(luò)場景所對應(yīng)的斜率表和截距表中的相關(guān)項，獲得相應(yīng)的斜率值和截距值； 由所獲得的斜率值和截距值構(gòu)建回歸方程，通過回歸方程將一個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的往返時延RTT值當(dāng)作輸入計算得到另外一個源節(jié)點到同一目標(biāo)結(jié)點的往返時延RTT估測值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，其特征在于，還包括當(dāng)無法判斷負(fù)載狀態(tài)時，對所述三種負(fù)載狀態(tài)都算一遍或擇一進(jìn)行計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，其特征在于，鏈路利用率為(Γ40%時為輕負(fù)載狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，其特征在于，鏈路利用率為40°/Γ60%時為中等負(fù)載狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，其特征在于，鏈路利用率為60% 100%時為重負(fù)載狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，屬計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞玫絻蓚€源節(jié)點和目標(biāo)節(jié)之間的拓?fù)潢P(guān)系，得到兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的公有路徑和私有路徑；根據(jù)公有路徑和私有路徑，計算這兩個源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的路徑比例，根據(jù)往返時延RTT的測量值判斷負(fù)載狀態(tài)；根據(jù)路徑長度比例和負(fù)載狀態(tài)，查找網(wǎng)絡(luò)場景對應(yīng)的斜率表和截距表，獲得斜率值和截距值；由斜率值和截距值構(gòu)建回歸方程，完成節(jié)點的往返時延RTT估測值。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種互聯(lián)網(wǎng)中節(jié)點間延遲的動態(tài)估測方法，根據(jù)節(jié)點之間的拓?fù)渚涂梢酝茢嘌舆t值，無需進(jìn)行大量的計算，提高了估測精度。
文檔編號H04L12/26GK102780594SQ20121027534
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者何涇沙, 張玉強, 朱娜斐 申請人:北京工業(yè)大學(xué)