一種單端可用帶寬測(cè)量方法和采用該方法的終端的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種單端網(wǎng)絡(luò)可用帶寬的測(cè)量方法和采用該方法的終端，所述方法包括：根據(jù)給定需要測(cè)量可用帶寬的兩端，由發(fā)送端周期性的向接收端發(fā)送探測(cè)流，迫使接收端不斷地向發(fā)送端回傳信息流。發(fā)送端根據(jù)收到的信息流單向時(shí)延的變化判斷發(fā)送速率與真實(shí)可用帶寬的關(guān)系；根據(jù)判斷結(jié)果逐步調(diào)整發(fā)送速率，直到發(fā)送速率和真實(shí)可用帶寬的誤差在可接受的范圍內(nèi)，進(jìn)而得到最終可用帶寬的測(cè)量值。實(shí)施本發(fā)明，可在網(wǎng)絡(luò)上任意兩節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行單端的可用帶寬測(cè)量。
【專利說明】-種單端可用帶寬測(cè)量方法和采用該方法的終端

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 發(fā)明設(shè)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，特別設(shè)及一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單端可用帶寬測(cè)量 方法和采用該方法的終端。

【背景技術(shù)】
[0002] 帶寬是評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要度量參數(shù)，是網(wǎng)絡(luò)中最重要的資源之一。網(wǎng)絡(luò)帶 寬的測(cè)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（路由選擇、擁塞控制、故障定位等）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用開發(fā)者（優(yōu)化 協(xié)議、增強(qiáng)性能等）和用戶（體驗(yàn)質(zhì)量）都有重要的意義。
[0003] 可用帶寬測(cè)量方法的衡量標(biāo)準(zhǔn)主要包括：
[0004] 測(cè)量準(zhǔn)確度；
[0005] 探測(cè)過程所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)大??；
[0006] 測(cè)量所需時(shí)間。
[0007] 而現(xiàn)有的可用帶寬測(cè)量方法，如化thload，PTR/IGI，Abget等，都在W上1點(diǎn)或多 點(diǎn)上存在不足，亟待提高與改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明目的在于在保障可用帶寬測(cè)量精度的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高其測(cè)量精度并縮 短測(cè)量所需時(shí)間，減小測(cè)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)，從而達(dá)到改進(jìn)當(dāng)前可用帶寬測(cè)量的目的。
[0009] 第一方面，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種單端帶寬測(cè)量方法，其包括下列步 驟：
[0010] 發(fā)送端周期性向接收端發(fā)送探測(cè)流，其中需要測(cè)量從發(fā)送端到接收端方向上的可 用帶寬；
[0011] 接收來自接收端的數(shù)據(jù)集，并且判斷數(shù)據(jù)集單向時(shí)延的變化趨勢(shì)，其中所述數(shù)據(jù) 集是接收端因應(yīng)探測(cè)流而發(fā)送的；
[0012] W判斷單向時(shí)延的變化趨勢(shì)為依據(jù)，調(diào)整發(fā)送速率，繼續(xù)向接收端周期性發(fā)送探 測(cè)流，直到發(fā)送速率滿足設(shè)定的第一闊值；
[0013] 發(fā)送端根據(jù)當(dāng)前發(fā)送速率變化的范圍確定帶寬。
[0014] 優(yōu)選地，所述接收端是基于TCP協(xié)議的終端，迫使所述接收端響應(yīng)于探測(cè)流而回 復(fù)數(shù)據(jù)包。
[0015] 優(yōu)選地，所述調(diào)整發(fā)送端的發(fā)送速率包括采用二分法調(diào)整發(fā)送速率。優(yōu)選地，所述 探測(cè)流發(fā)送速率大于可用帶寬時(shí)，單向時(shí)延有增大的變化趨勢(shì)；所述探測(cè)流小于等于可用 帶寬時(shí)，單向時(shí)延傾向保持不變。
[0016] 優(yōu)選地，所述發(fā)送速率滿足設(shè)定的第一闊值包括發(fā)送速率最大值與最小值的差值 小于設(shè)定的第二闊值。
[0017] 優(yōu)選地，根據(jù)發(fā)送速率變化的范圍確定帶寬包括選取所述發(fā)送速率滿足的最大值 和最小值的中間值作為測(cè)量所得的可用帶寬。
[001引第二方面本發(fā)明提供一種網(wǎng)絡(luò)終端。該網(wǎng)絡(luò)終端包括；發(fā)送裝置，周期性向接收端 發(fā)送探測(cè)流，其中需要測(cè)量從發(fā)送端到接收端方向上的可用帶寬；單向時(shí)延變化趨勢(shì)確定 裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)集確定單向時(shí)延的變化趨勢(shì)，其中所述數(shù)據(jù)集是接收端因應(yīng)探測(cè)流而發(fā)送 的；調(diào)整裝置，W判斷單向時(shí)延的變化趨勢(shì)為依據(jù)，調(diào)整發(fā)送端的發(fā)送速率，W使發(fā)送裝置 繼續(xù)向接收端周期性發(fā)送探測(cè)流，直到發(fā)送速率滿足設(shè)定的第一闊值；帶寬確定裝置，根據(jù) 發(fā)送速率的變化范圍確定帶寬。
[0019] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0020] 通過發(fā)送端向接收端發(fā)送的周期性探測(cè)流，接收端是基于TCP協(xié)議的終端，TCP協(xié) 議迫使接收端不斷返回?cái)?shù)據(jù)包，所得的估測(cè)可用帶寬值，達(dá)到快速收斂，縮短網(wǎng)絡(luò)測(cè)量所用 時(shí)間。
[0021] 通過更準(zhǔn)確的單向時(shí)延變化趨勢(shì)判斷W及二分法的發(fā)送速率調(diào)節(jié)方法很好的達(dá) 到到發(fā)送速率快速收斂，縮短網(wǎng)絡(luò)測(cè)量所用時(shí)間，減小測(cè)量過程對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的影響的目的。
[0022] 通過自適應(yīng)逼近方法，發(fā)送速率不斷逼近真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)可用帶寬，同時(shí)設(shè)定允許誤 差值進(jìn)一步縮短測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單端可用帶寬測(cè)量的場(chǎng)景示意圖；
[0024] 圖2為包的發(fā)送接收示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的可用帶寬測(cè)量方法的步驟圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的可用帶寬測(cè)量方法的流程圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的可用帶寬測(cè)量方法中具體的二分速率調(diào)節(jié)算法流程 圖；
[002引圖6為本發(fā)明實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)終端的裝置圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0030] 圖1為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)單端可用帶寬測(cè)量的場(chǎng)景之一的示意圖。如圖1所示；為完成 端到端的文件傳輸（如將文件從客戶端1傳送至客戶端2)，中間需經(jīng)過運(yùn)營(yíng)商所部署的若 干個(gè)中轉(zhuǎn)服務(wù)器（服務(wù)器1，服務(wù)器2,服務(wù)器3，……，服務(wù)器腳。為獲得最大文件上傳 速度，服務(wù)器1可W選取與之可用帶寬最大的例如=個(gè)中轉(zhuǎn)服務(wù)器作為文件上傳的終點(diǎn)。 為達(dá)到該一目的，客戶端1需要測(cè)出其與該N個(gè)中轉(zhuǎn)服務(wù)器間由客戶端1 一服務(wù)器k化= 1，2, 3,…，腳的可用帶寬大小。
[0031] W發(fā)送端（的客戶端）1測(cè)量其與接收端服務(wù)器間的可用帶寬為例， 說明使用本方法的測(cè)量過程。本發(fā)明實(shí)施例數(shù)據(jù)探測(cè)模型主要在傳輸層進(jìn)行操作。
[0032] 第1步，客戶端1作為發(fā)送端（下稱發(fā)送端）周期性的向服務(wù)器i(作為接收端， 下稱接收端）發(fā)送第一組探測(cè)流。
[0033] 第2步，接收端根據(jù)接收到的探測(cè)流時(shí)間逐個(gè)向發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)包?？蒞利用TCP 協(xié)議迫使接收端回復(fù)數(shù)據(jù)包。圖2示意了包的發(fā)送接收的過程。
[0034] 發(fā)送端對(duì)收到的接收端回應(yīng)數(shù)據(jù)包的信息進(jìn)行處理，讀取每個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)發(fā)送 端的時(shí)間，逐個(gè)相減計(jì)算包間時(shí)間間隔隔，進(jìn)而通過不斷迭代計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)包的單向延遲 OWDo
[003引第3步，發(fā)送端利用接收到的數(shù)據(jù)包的單位時(shí)延的變化趨勢(shì)，重新調(diào)整發(fā)送速率。
[0036] 第4步，重復(fù)第2步和第3步，直到發(fā)送速率滿足設(shè)定的闊值，比如單位時(shí)延變化 趨勢(shì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，并且發(fā)送速率和真實(shí)可用帶寬的誤差在允許范圍內(nèi)。
[0037] 使用本方法遍歷的對(duì)服務(wù)器1一一服務(wù)器N進(jìn)行測(cè)量，通過選取擁有最大可用帶 寬測(cè)量值的服務(wù)器進(jìn)行傳送即可獲得最大文件上傳速度。
[003引圖3為本發(fā)明實(shí)施例的可用帶寬測(cè)量方法的步驟圖。如圖3所示，該單端帶寬測(cè) 量方法包括下列步驟：
[0039] 在步驟301中，根據(jù)所要測(cè)量方向的可用帶寬所設(shè)及的發(fā)送端和接收端，發(fā)送端 周期性的向接收端發(fā)送探測(cè)流；
[0040] 在步驟302中，發(fā)送端根據(jù)從接收端所得數(shù)據(jù)集的單向時(shí)延的變化趨勢(shì)，判定當(dāng) 前發(fā)送速率與真實(shí)可用帶寬的關(guān)系；其中所述數(shù)據(jù)集是接收端因應(yīng)探測(cè)流而發(fā)送的。
[0041] 需要說明的是，進(jìn)行單端可用帶寬的測(cè)量，可W采用基于TCP協(xié)議的終端作為接 收端，該樣接收端會(huì)在周期性的收到探測(cè)包的同時(shí)向發(fā)送端回復(fù)MSS個(gè)字節(jié)。同時(shí)可W在 算法中設(shè)置合理的發(fā)送端到接收端最大傳輸速率進(jìn)而減小算法的運(yùn)行時(shí)間。
[0042] 在步驟303中，W判斷單向時(shí)延的變化趨勢(shì)的判定結(jié)果為依據(jù)，調(diào)節(jié)發(fā)送端的發(fā) 送速率，發(fā)送端繼續(xù)周期性的向接收端發(fā)送探測(cè)流。發(fā)送速率調(diào)整法可W采用二分法。
[0043] 在步驟304中，不斷重復(fù)前面的步驟102和103,即可判斷單向時(shí)延變化趨勢(shì)，調(diào)整 發(fā)送速率，直到發(fā)送速率滿足設(shè)定的闊值。例如，發(fā)送速率的最大值與最小值的差值小于設(shè) 定的第二闊值。
[0044] 在步驟305中，根據(jù)發(fā)送速率變化的范圍確定帶寬。例如取發(fā)送速率最大值與最 小值的中間值作為測(cè)量所得的可用帶寬的結(jié)果。
[0045] 圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例的可用帶寬測(cè)量方法的流程圖；
[0046] 如圖4所示，在步驟401配置端口；
[0047] 在步驟402,讀取命令行參數(shù)和配置文件；
[0048] 在步驟403，初始化遠(yuǎn)端接口；
[0049] 在步驟404,采用二分法的方法來調(diào)整發(fā)送端的發(fā)送速率；
[0化0] 具體地，在發(fā)送端周期性向接收端發(fā)送探測(cè)流，接收端收到發(fā)送端傳來的探測(cè)流 時(shí)，不斷返回?cái)?shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包中應(yīng)該有時(shí)延數(shù)據(jù)，發(fā)送端利用二分法根據(jù)時(shí)延數(shù)據(jù)來調(diào)整發(fā) 送端的發(fā)送速率。
[0化1] 所謂二分法，是指對(duì)于區(qū)間[a，b]上連續(xù)不斷且f (a), f化)<0的函數(shù)y = f (X)，通 過不斷地把函數(shù)y = f(x)的零點(diǎn)所在的區(qū)間一分為二，使區(qū)間的兩個(gè)端點(diǎn)逐步逼近零點(diǎn)， 進(jìn)而得到零點(diǎn)近似值的方法。
[0化引 C為[a, b]上的中間點(diǎn)，f(c)為該點(diǎn)的函數(shù)值，
[0053] 若f (C) = 0貝1J C點(diǎn)為函數(shù)的零點(diǎn)；
[0054] 若 f (a). f k) <0,則令 b = C ;
[0055] 若 f (c). f 化)<0,則令 a = c ;
[0化6] 在本例中，若判斷結(jié)果為單向時(shí)延增長(zhǎng)，表明第n個(gè)探測(cè)流的發(fā)送速率R(n)大于 可用帶寬A,則用R(n)替換前一步中的發(fā)送速率范圍的最大值；若單向時(shí)延不增，表明發(fā)送 速率R(n)小于等于可用帶寬A，則用R(n)替換前一步中的發(fā)送速率范圍的最小值。
[0化7] 利用二分法，自適逼近，找到使單向時(shí)延不增的發(fā)送速率。
[0化引在步驟405,判斷發(fā)送速率是否達(dá)到臨界值；
[0059] 具體地，若達(dá)到了預(yù)設(shè)的臨界值，則調(diào)整完畢，輸出帶寬值，若未達(dá)到預(yù)設(shè)的臨界 值，則返回重新調(diào)整發(fā)送速率，直到發(fā)送速率達(dá)到預(yù)設(shè)的臨界值為止。
[0060] 接下來詳細(xì)介紹利用二分法調(diào)節(jié)發(fā)送速率：
[0061] 圖5為可用帶寬測(cè)量方法中具體的二分速率調(diào)節(jié)算法流程圖；
[0062] 如圖5所示；在步驟501，啟動(dòng)調(diào)整發(fā)送速率采用二分法；
[0063] 在步驟502,接收端基于TCP協(xié)議握手；
[0064] 在步驟503,發(fā)送端收到請(qǐng)求；
[0065] 在步驟504,收到請(qǐng)求后發(fā)送端WT為周期向基于TCP協(xié)議的接收端發(fā)送 I^ake-Acks 探測(cè)流。
[0066] 具體地，設(shè)S(i)為發(fā)送端發(fā)送第i個(gè)探測(cè)包的時(shí)間；S(i) = S(i-1)+T，
[0067] ra)為目的端接收第i個(gè)探測(cè)包的時(shí)間，ra) = sa)+d(i) + 〇，
[0068] da)為探測(cè)包i的單向延時(shí)，0為兩端主機(jī)的時(shí)鐘上的偏差。
[0069] t(i) = r(i)-r(i-l) = T+d(i)-d(i-l)是兩個(gè)探測(cè)包的接收時(shí)間之差。
[0070] 在步驟505,計(jì)算OWD和PCT的值；
[0071] 具體地，根據(jù)上述=個(gè)式子：
[0072] S(i) = S(i-1)+T，r(i) = s(i)+d(;L) + 〇
[0073] t(i) =r(i)-r(i-l) = T+d(i)-d(i-l)
[0074] 由上面S個(gè)關(guān)系式可W地推到單向延時(shí)d(i):
[007引 d (i) = r (i)-s (;0 - 0 = t (;0+r (i-1)-s (i_l)-T-0 = d (i-1)+t (i)-T
[0076] 由上式可W知道d(i)和d(i-l)之間的關(guān)系。在最初的測(cè)量時(shí)d(l) = 0,可化遞 推出單向延時(shí)延。
[0077]
[007引

【權(quán)利要求】
1. 一種單端可用帶寬測(cè)量方法，其特征在于，其步驟包括： 發(fā)送端周期性向接收端發(fā)送探測(cè)流，其中需要測(cè)量從發(fā)送端到接收端方向上的可用帶 寬； 發(fā)送端接收來自接收端的數(shù)據(jù)集，并且判斷數(shù)據(jù)集單向時(shí)延的變化趨勢(shì)，其中所述數(shù) 據(jù)集是接收端因應(yīng)探測(cè)流而發(fā)送的； 以判斷單向時(shí)延的變化趨勢(shì)為依據(jù)，調(diào)整發(fā)送速率，繼續(xù)向接收端周期性發(fā)送探測(cè)流， 直到發(fā)送速率滿足設(shè)定的第一閾值； 發(fā)送端根據(jù)當(dāng)前發(fā)送速率變化的范圍確定帶寬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單端可用帶寬測(cè)量方法，其特征在于，所述接收端是基 于TCP協(xié)議的終端，迫使所述接收端響應(yīng)于探測(cè)流而回復(fù)數(shù)據(jù)包。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單端可用帶寬測(cè)量方法，其特征在于，所述調(diào)整發(fā)送端 的發(fā)送速率包括采用二分法調(diào)整發(fā)送速率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單端可用帶寬測(cè)量方法，其特征在于，所述探測(cè)流發(fā)送 速率大于可用帶寬時(shí)，單向時(shí)延有增大的變化趨勢(shì)；所述探測(cè)流R小于等于可用帶寬時(shí)，單 向時(shí)延傾向保持不變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單端可用帶寬測(cè)量方法，其特征在于，所述發(fā)送速率滿 足設(shè)定的第一閾值包括發(fā)送速率最大值與最小值的差值小于設(shè)定的第二閾值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單端可用帶寬測(cè)量方法，其特征在于，根據(jù)發(fā)送速率變 化的范圍確定帶寬包括選取所述發(fā)送速率滿足的最大值和最小值的中間值作為測(cè)量所得 的可用帶寬。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單端可用帶寬測(cè)量方法，其特征在于所述判斷數(shù)據(jù)集單 向時(shí)延的變化趨勢(shì)包括采用Src#P S PDT來確定單向延遲是否為增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中參數(shù)S PCT表示 的是在一次測(cè)量過程中得到的所有單向時(shí)延中后一個(gè)時(shí)延大于前一個(gè)時(shí)延的個(gè)數(shù)占總的 時(shí)延個(gè)數(shù)的比例，參數(shù)SPDT表示的是所有得到的時(shí)延結(jié)果中最后一個(gè)時(shí)延與第一個(gè)時(shí)延的 差值和所有相鄰時(shí)延的變化值的比值。
8. 一種網(wǎng)絡(luò)終端，包括： 發(fā)送裝置，周期性向接收端發(fā)送探測(cè)流，其中需要測(cè)量從發(fā)送端到接收端方向上的可 用帶寬； 單向時(shí)延變化趨勢(shì)確定裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)集確定單向時(shí)延的變化趨勢(shì)，其中所述數(shù)據(jù)集 是接收端因應(yīng)探測(cè)流而發(fā)送的； 調(diào)整裝置，以判斷單向時(shí)延的變化趨勢(shì)為依據(jù)，調(diào)整發(fā)送端的發(fā)送速率，以使發(fā)送裝置 繼續(xù)向接收端周期性發(fā)送探測(cè)流，直到發(fā)送速率滿足設(shè)定的第一閾值； 帶寬確定裝置，根據(jù)發(fā)送速率的變化范圍確定帶寬。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK104486163SQ201410822701
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月25日
【發(fā)明者】尤佳莉, 薛寒星, 齊衛(wèi)寧, 卓煜, 喬楠楠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所