專利名稱：一種對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)和方法，屬于固定分組網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的測(cè)量分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)維中，客戶網(wǎng)絡(luò)的多種多樣接入方式(例如撥號(hào)、ADSL、以太網(wǎng)接入、光接入等)和千差萬(wàn)別的故障原因(包括線路質(zhì)量問(wèn)題、客戶使用網(wǎng)絡(luò)不當(dāng)導(dǎo)致?lián)砣?、網(wǎng)絡(luò)流量過(guò)大導(dǎo)致的擁塞等)，使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的總體評(píng)估和故障判斷，已經(jīng)不再能夠單靠某個(gè)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量指標(biāo)所能解決的問(wèn)題。因此，如何對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中端到端的時(shí)延和丟包兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合測(cè)量和關(guān)聯(lián)分析，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)性能的總體評(píng)估和故障的快速區(qū)分，就成為業(yè)內(nèi)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。
目前，在彼此獨(dú)立的時(shí)延和丟包測(cè)量方面都有一些現(xiàn)有技術(shù)可供借鑒，現(xiàn)分別簡(jiǎn)述如下雙向時(shí)延的測(cè)量是在一端發(fā)送攜帶時(shí)間標(biāo)記的分組，另一端接收到該分組后，立即返回給發(fā)送端，發(fā)送端利用該分組的接收時(shí)間和分組攜帶的時(shí)間標(biāo)記計(jì)算端到端路徑的雙向時(shí)延值。這里，從發(fā)送端到接收端所經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)鏈路和節(jié)點(diǎn)(路由器、交換機(jī)等)的序列集合，稱為被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑。單向時(shí)延只計(jì)算雙向路徑中單個(gè)方向的時(shí)延值。由于兩端間的時(shí)間不完全同步，大多數(shù)測(cè)量裝置使用第三方工具進(jìn)行時(shí)鐘同步，如網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議NTP方法、全球定位系統(tǒng)GPS。NTP方法實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單，但是它的最大誤差接近于雙向時(shí)延，因此精度難于達(dá)到實(shí)用化要求。GPS系統(tǒng)可以使得各個(gè)GPS信號(hào)接收點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)us級(jí)的時(shí)鐘同步，測(cè)量精度高；但是，GPS設(shè)備價(jià)格昂貴，而且使用前還需要部署天線，這就使得該技術(shù)不可能廣泛地被廣大互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶接受使用。
丟包的測(cè)量是通過(guò)在端到端之間收發(fā)分組序列，并在接收端對(duì)打了序號(hào)標(biāo)記的分組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，以確定在某時(shí)間段內(nèi)的丟包數(shù)，從而獲得丟包比例。
上述兩種測(cè)量方法是從時(shí)延和丟包兩個(gè)不同角度分別衡量網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，其弱點(diǎn)是兩種測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)各自獨(dú)立，無(wú)法對(duì)當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)狀況進(jìn)行關(guān)聯(lián)的綜合分析。然而，在分組網(wǎng)絡(luò)中，許多網(wǎng)絡(luò)故障和性能惡化現(xiàn)象的原因，單憑時(shí)延或丟包的獨(dú)立測(cè)量結(jié)果是無(wú)法準(zhǔn)確判斷的。例如分組網(wǎng)丟包，可能是鏈路誤碼導(dǎo)致分組誤碼丟包，也可能是路由器緩沖區(qū)溢出導(dǎo)致?lián)砣麃G包，還可能是路由抖動(dòng)使得IP分組TTL生存時(shí)間為0而導(dǎo)致丟包。如果能夠通過(guò)一次測(cè)量，在同一時(shí)間段內(nèi)同時(shí)考察網(wǎng)絡(luò)路徑上的某個(gè)測(cè)試流的時(shí)延和丟包性能，將會(huì)發(fā)現(xiàn)許多重要現(xiàn)象，作為網(wǎng)絡(luò)故障診斷的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
基于通信網(wǎng)絡(luò)中時(shí)延和丟包的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性能，同時(shí)測(cè)量多種性能參數(shù)和進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，能夠更準(zhǔn)確地展示網(wǎng)絡(luò)性能狀況。因此，如何研究和開(kāi)發(fā)一種對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸狀況進(jìn)行時(shí)延和丟包的綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)和方法，已經(jīng)開(kāi)始引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。
本發(fā)明借鑒了現(xiàn)有的LOSS PAIR技術(shù)和消除單向時(shí)延測(cè)量中的時(shí)鐘偏斜和重置的技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展。現(xiàn)對(duì)這兩種技術(shù)簡(jiǎn)介如下LOSS PAIR技術(shù)在文獻(xiàn)《Using Loss Pairs to Discover Network Properties》(刊于ACM SIGCOMM Internet Measurement Workshop，2001)中用于推測(cè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由器的緩沖配置、路徑瓶頸位置的隊(duì)列管理模式，其基本原理是發(fā)送一串PAIR，該P(yáng)AIR由背靠背(發(fā)送間隔時(shí)間為0)的兩個(gè)分組構(gòu)成。由于兩個(gè)分組是背靠背發(fā)送的，且分組長(zhǎng)度很小，因此該兩個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)特性近似相等。
文獻(xiàn)《A Fuzzy-based Approach to Remove Clock Skew and Reset fromOne-Way Delay Measurement》(刊于IEEE Transactions on NeuralNetworks.2005.9.Vol.16，No.5)提出了單向時(shí)延測(cè)量中的時(shí)鐘偏斜和重置的消除方法基于模糊聚類分析的算法，檢測(cè)并消除測(cè)量端之間的相對(duì)時(shí)鐘頻差和時(shí)鐘重置給單向時(shí)延測(cè)量引入的誤差。本發(fā)明在消除測(cè)量?jī)啥说臅r(shí)鐘不同步所帶來(lái)的單向時(shí)延測(cè)量的誤差時(shí)采用該文獻(xiàn)介紹的方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法和系統(tǒng)，本發(fā)明擯棄了現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的單一測(cè)量觀點(diǎn)及獨(dú)立分析方法，并基于現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)，在通信網(wǎng)絡(luò)的端到端之間同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)延和丟包的綜合測(cè)量，在同時(shí)獲取同一路徑上的時(shí)延和丟包兩個(gè)測(cè)量指標(biāo)后，再對(duì)其進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，以獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在特性，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)，由分別位于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端的測(cè)量裝置和反饋裝置所組成；其特征在于所述測(cè)量裝置的組成部件包括收發(fā)單元、分析單元和通信控制單元，反饋裝置的組成部件至少包括反饋單元和通信控制單元；其中收發(fā)單元和反饋單元用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端之間測(cè)試流的交互，并在測(cè)試過(guò)程中對(duì)每個(gè)分組填寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)；兩端的通信控制單元相互連接，用于控制、實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的交互；分析單元藉由其分析策略軟件對(duì)同時(shí)獲取的時(shí)延、丟包兩種測(cè)量參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并向用戶呈現(xiàn)最終測(cè)量結(jié)果。
所述收發(fā)單元和反饋單元在測(cè)試過(guò)程中對(duì)每個(gè)測(cè)試分組添加的測(cè)試參數(shù)至少包括分組序號(hào)、發(fā)送時(shí)間戳、反饋時(shí)間戳、接收時(shí)間戳。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)進(jìn)行綜合測(cè)量和關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于發(fā)送一串由測(cè)試包對(duì)PAIR構(gòu)成的測(cè)試流，其中每個(gè)測(cè)試包對(duì)是背靠背—發(fā)送間隔時(shí)間為0—的兩個(gè)分組，且每個(gè)分組長(zhǎng)度很小，該兩個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能被視為相等；測(cè)試流中的包對(duì)丟失其中一個(gè)分組后，采用另一個(gè)分組來(lái)代表被丟棄分組的時(shí)延，藉此同時(shí)測(cè)量該測(cè)試流的時(shí)延和丟包狀況，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，評(píng)估網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的總體情況，準(zhǔn)確判斷和區(qū)分造成丟包和擁塞故障的不同原因，提高運(yùn)維效率。
所述測(cè)試流中的分組格式包括包頭、分組序號(hào)PID、發(fā)送標(biāo)記STAG和可選的反饋標(biāo)記DTAG，其中PID是在測(cè)量過(guò)程中唯一標(biāo)識(shí)該分組的序列號(hào)，STAG是測(cè)量裝置發(fā)送測(cè)試分組時(shí)嵌入時(shí)間戳和其它標(biāo)記的字段，DTAG是反饋裝置在回應(yīng)測(cè)試分組時(shí)嵌入時(shí)間戳和其它標(biāo)記的字段，該三者字長(zhǎng)均不大于4字節(jié)。
所述測(cè)試流的測(cè)試包對(duì)PAIR采用IP協(xié)議或UDP協(xié)議進(jìn)行封裝。
所述方法包括下列步驟(1)測(cè)量測(cè)試流測(cè)量裝置生成測(cè)試流，再將其發(fā)送給對(duì)端；反饋裝置在接收到的測(cè)試流分組中標(biāo)記接收時(shí)間戳后，將該測(cè)試流反饋給測(cè)量裝置；(2)分析測(cè)試流測(cè)量裝置根據(jù)其測(cè)試流的發(fā)送和接收信息，以及反饋裝置發(fā)送來(lái)的反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算處理和綜合分析后，輸出測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)。
所述兩個(gè)步驟之間的時(shí)序是并行或重疊的測(cè)量裝置在接收到反饋裝置于每個(gè)測(cè)量周期或測(cè)量結(jié)束后發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)時(shí)，就觸發(fā)、啟動(dòng)分析測(cè)試流的操作；同時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行測(cè)量測(cè)試流的操作。
所述步驟(1)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(11)用戶設(shè)置測(cè)試流的參數(shù)測(cè)試流的參數(shù)至少包括每個(gè)包對(duì)的分組結(jié)構(gòu)，各分組間的時(shí)間間隔-測(cè)試流的發(fā)送流量模型，測(cè)試流的長(zhǎng)度-測(cè)試包對(duì)PAIR的數(shù)量；(12)收發(fā)單元根據(jù)測(cè)試流參數(shù)構(gòu)造測(cè)試流構(gòu)造測(cè)試包對(duì)中的分組時(shí)，各分組的PID字段序列號(hào)保證唯一，以便在測(cè)量時(shí)間內(nèi)對(duì)接收的分組與發(fā)送的分組進(jìn)行PID匹配；在分組的STAG字段填充發(fā)送時(shí)間戳?xí)r，可用系統(tǒng)相對(duì)時(shí)鐘，但時(shí)間精度不低于10ms，以保持測(cè)量結(jié)果在時(shí)延大范圍變動(dòng)下的一致性；(13)收發(fā)單元發(fā)送測(cè)試流將生成的測(cè)試流按照設(shè)定的流量模型發(fā)送到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑上，同時(shí)至少記錄發(fā)送測(cè)試流的下述信息每個(gè)分組的發(fā)送時(shí)間戳和每個(gè)測(cè)試流的長(zhǎng)度；必要時(shí)，記錄所有分組的序列號(hào)PID范圍；(14)反饋單元接收測(cè)試流反饋單元使用無(wú)限循環(huán)的、與其他任務(wù)并發(fā)運(yùn)行的后臺(tái)任務(wù)方式實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試流，并接收所有分組和進(jìn)行及時(shí)處理記錄所接收到的分組PID字段和STAG字段數(shù)據(jù)，并排序保存之；
(15)反饋單元標(biāo)記測(cè)試流反饋單元在接收到的分組的DTAG字段嵌入反饋時(shí)間戳?xí)r，可用系統(tǒng)相對(duì)時(shí)鐘，但時(shí)間精度不低于10ms，以保持測(cè)量結(jié)果在時(shí)延大范圍變動(dòng)下的一致性；(16)反饋單元反饋測(cè)試流反饋單元把嵌入相關(guān)標(biāo)記的測(cè)試流及時(shí)送到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)返回路徑上，回送給測(cè)量裝置；(17)收發(fā)單元接收測(cè)試流。收發(fā)單元監(jiān)聽(tīng)并接收從反饋裝置回送的測(cè)試流，記錄在接收時(shí)流中每個(gè)分組的信息數(shù)據(jù)。
所述步驟(2)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(21)反饋單元收集測(cè)試流的反饋數(shù)據(jù)，并將該反饋數(shù)據(jù)發(fā)送給測(cè)量裝置反饋單元周期性地收集反饋數(shù)據(jù)，即測(cè)試流在反饋裝置的接收信息和反饋信息，再由通信控制單元以可靠的通信方式將反饋數(shù)據(jù)發(fā)送給測(cè)量裝置；(22)分析單元收集測(cè)試流的各種信息分析單元收集測(cè)量裝置的測(cè)試流收發(fā)數(shù)據(jù)，即其收發(fā)單元在發(fā)送和接收分組序列時(shí)所記錄的分組信息，并通過(guò)通信控制單元接收反饋裝置發(fā)送來(lái)的反饋數(shù)據(jù)；(23)分析單元調(diào)用分析策略軟件對(duì)測(cè)試流的收發(fā)數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析；(24)分析單元將最后測(cè)量結(jié)果直接以數(shù)據(jù)表和/或曲線形式呈現(xiàn)給用戶。
所述步驟(23)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(231)分析單元收到收發(fā)數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)后，以測(cè)試流中的分組序號(hào)PID為關(guān)鍵字，建立測(cè)試流數(shù)據(jù)表，其中每條記錄對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試分組；(232)計(jì)算測(cè)試流數(shù)據(jù)表中的每個(gè)分組的時(shí)延、丟包率、連續(xù)丟包數(shù)時(shí)延的計(jì)算方法是先計(jì)算分組的雙向時(shí)延值RTT＝Tr-Ts，式中，Ts為測(cè)量裝置發(fā)送該分組的時(shí)間，Tr為測(cè)量裝置接收到反饋分組的時(shí)間；接著，計(jì)算測(cè)量裝置到反饋裝置的原始單向時(shí)延值OWLo＝Te-Ts，式中，Te為反饋裝置接收到該分組的時(shí)間；再對(duì)OWLo進(jìn)行時(shí)鐘同步校正，獲得修正后的單向時(shí)延值OWL；最后計(jì)算反饋裝置到測(cè)量裝置的單向時(shí)延值OWLr＝RTT-OWL；
丟包率計(jì)算方法是雙向丟包率Ls=1-Cr/Cs,]]>測(cè)量裝置到反饋裝置的單向丟包率Le=1-Ce/Cs,]]>反饋裝置到測(cè)量裝置的單向丟包率Lr=1-Cr/Ce=1-(1-Ls)/(1-Le),]]>式中，Cs為給定測(cè)試流中，測(cè)量裝置記錄發(fā)送的分組總數(shù)-測(cè)試流長(zhǎng)度，Cr為測(cè)量裝置記錄接收到的反饋分組數(shù)，Ce為反饋裝置記錄接收到的分組數(shù)；連續(xù)丟包數(shù)計(jì)算方法是對(duì)給定的測(cè)試流，記錄測(cè)量裝置發(fā)送的分組PID范圍，并在每次接收到反饋裝置的返回分組后，都將其PID與上一次所接收到的返回分組的PID進(jìn)行比較，其中兩次收到的PID的最大差值為連續(xù)丟包數(shù)；(233)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)總體性能將整個(gè)測(cè)量時(shí)間均分為n個(gè)時(shí)間段，分別計(jì)算每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的平均雙向時(shí)延和雙向丟包率，記為集合{RTTi，LOSSi}，式中，時(shí)間段的序列號(hào)i的取值范圍是0＜i＜n，n為自然數(shù)，時(shí)間段長(zhǎng)度酌情選?。辉俜謩e以時(shí)延T和丟包率L為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以各軸上的兩個(gè)低、高門(mén)限T1、T2和L1、L2將該兩維坐標(biāo)平面劃分為若干區(qū)域，根據(jù)集合{RTTi，LOSSi}在該坐標(biāo)系中的區(qū)域位置，以統(tǒng)計(jì)方式展示測(cè)試流的時(shí)延、丟包特性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的總體性能評(píng)估；其中，時(shí)延T1數(shù)值的選擇取決于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑情況位于接入網(wǎng)或同一局域網(wǎng)內(nèi)，為2-10ms；位于城域網(wǎng)范圍內(nèi)，則為20～50ms；位于廣域網(wǎng)范圍，則為100～500ms；構(gòu)成跨洋路徑時(shí)，則為600～1200ms；T2選為2～8倍的T1；丟包率L1選為1％～5％，L2選為10％～30％；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和丟包率＜L1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明此時(shí)網(wǎng)絡(luò)處于性能良好的輕載狀態(tài)，適合承載對(duì)時(shí)延和丟包率要求均較高的業(yè)務(wù)；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中于同時(shí)滿足T1＜時(shí)延＜T2和丟包率＜L1的區(qū)域時(shí)，網(wǎng)絡(luò)丟包率較低、但是時(shí)延偏高，說(shuō)明此時(shí)路徑中路由器的緩沖區(qū)長(zhǎng)度配置較高，適合部署對(duì)丟包率要求高但是對(duì)時(shí)延要求不甚敏感的業(yè)務(wù)；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中于同時(shí)滿足T1＜時(shí)延＜T2和L1＜丟包率＜L2的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)路徑已經(jīng)擁塞嚴(yán)重，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路徑擴(kuò)容；當(dāng)測(cè)量點(diǎn)落在同時(shí)滿足時(shí)延＞T2和丟包率＞L2的區(qū)域時(shí)，即時(shí)延和丟包率都較大，其原因通常是路由抖動(dòng)；此時(shí)，由于路由器的路由不一致，出現(xiàn)分組“路由打圈”現(xiàn)象，大部分分組因IP協(xié)議分組頭的生存時(shí)間TTL變?yōu)?而被路由器丟棄，少部分分組即使最終到達(dá)目的地，時(shí)延也超常；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和L1＜丟包率＜L2的區(qū)域時(shí)，時(shí)延較低、但丟包率偏高，此時(shí)可懷疑是線路誤碼丟包或該網(wǎng)絡(luò)路徑上路由器的緩沖區(qū)配置過(guò)小；為準(zhǔn)確區(qū)分兩種原因，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的丟包原因的關(guān)聯(lián)分析；(234)對(duì)于時(shí)延較低、但丟包率偏高的情況，分析區(qū)分線路誤碼丟包或擁塞丟包將整個(gè)測(cè)量期間發(fā)生的所有丟包記為L(zhǎng)OSSPACKETAD，先計(jì)算LOSSPACKETAD中每個(gè)丟包的時(shí)延，如果是單個(gè)丟包，則以包對(duì)中另一個(gè)成功到達(dá)的分組時(shí)延作為其時(shí)延值；如果是連續(xù)丟包，則以最接近連續(xù)丟包的序列號(hào)之前、后的兩個(gè)分組的時(shí)延的平均值作為該連續(xù)丟包分組的時(shí)延值；分別以時(shí)延T和丟包數(shù)為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以橫軸上的門(mén)限T1和縱軸上的丟包個(gè)數(shù)將該兩維坐標(biāo)平面劃分為若干區(qū)域，并利用LOSSPAIRAD的樣點(diǎn)來(lái)繪制連續(xù)丟包數(shù)、時(shí)延的聯(lián)合概率分布圖，最后，依據(jù)樣點(diǎn)分布概率所在區(qū)域來(lái)判斷線路誤碼丟包或擁塞丟包當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和連續(xù)丟包數(shù)＝1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明時(shí)延小且為單個(gè)丟包，則是線路誤碼原因引起丟包；當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和連續(xù)丟包數(shù)＞1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明時(shí)延小和連續(xù)丟包，則是該路徑上的路由器緩沖區(qū)長(zhǎng)度配置太小，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量有突發(fā)時(shí)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的連續(xù)丟包；當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＞T1和連續(xù)丟包數(shù)＞1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明時(shí)延大和丟包連續(xù)數(shù)大，則是線路擁塞引起的丟包；(235)對(duì)于擁塞引起的丟包，繼續(xù)關(guān)聯(lián)分析區(qū)別用戶網(wǎng)絡(luò)的上下行擁塞情況先分別以上行時(shí)延和下行時(shí)延為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以兩軸上的時(shí)延門(mén)限T將該兩維坐標(biāo)平面劃分為四個(gè)區(qū)域上下行空閑的A區(qū)，上行空閑、下行繁忙的B區(qū)，上下行都繁忙的C區(qū)，上行繁忙、下行空閑的D區(qū)；再將每個(gè)測(cè)量時(shí)間段的上下行平均時(shí)延值的集合記為{UDi，DDi}，式中，時(shí)間段的序列號(hào)i的取值范圍是0＜i＜n，n為自然數(shù)；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在A區(qū)，表示上下行時(shí)延均較小，網(wǎng)絡(luò)較為空閑；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在B區(qū)，表示上行空閑，下行繁忙，則通常為普通互聯(lián)網(wǎng)用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的情況，原因是大部分?jǐn)?shù)據(jù)都將從互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC(Internet Data Center)下載到客戶端；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在C區(qū)，表示上下行均繁忙，則通常是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用運(yùn)行的時(shí)延特性；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在D區(qū)，表示上行繁忙而下行空閑，通常為客戶網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有對(duì)外提供服務(wù)的服務(wù)器，由該服務(wù)器對(duì)外提供內(nèi)容傳遞服務(wù)而導(dǎo)致上行帶寬擁塞。
所述方法適用于固定分組網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能測(cè)試，也適用于包括但不限于VOIP、IPTV的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估。
本發(fā)明是一種對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)和方法，相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明能夠一次同時(shí)完成兩個(gè)方向的單向時(shí)延、路徑雙向時(shí)延、丟包率和連續(xù)丟包數(shù)的測(cè)量，同時(shí)獲得基于丟包率和時(shí)延的綜合、關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，從而能夠評(píng)估網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的總體情況；對(duì)于丟包嚴(yán)重的情況，可以區(qū)分是線路誤碼丟包、擁塞丟包還是路由抖動(dòng)丟包；再區(qū)分造成網(wǎng)絡(luò)擁塞的各種不同原因(路由刷新、路由器配置不合理等)；并通過(guò)上下行時(shí)延分析，區(qū)分是BT等P2P業(yè)務(wù)導(dǎo)致的擁塞，還是提供上傳服務(wù)導(dǎo)致的擁塞，或者是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)下載應(yīng)用導(dǎo)致的擁塞(主要指WEB、Email、FTP等以單個(gè)TCP連接為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳送業(yè)務(wù))等多種故障現(xiàn)象。最終，幫助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員迅速判斷故障原因，提高運(yùn)維效率，并切實(shí)幫助網(wǎng)絡(luò)客戶解決相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。
(2)適應(yīng)性廣本發(fā)明的應(yīng)用不局限于特定的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)、協(xié)議等，適用于現(xiàn)有和未來(lái)的許多通信網(wǎng)絡(luò)，包括光纖、同軸、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；以太、令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)；IP網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、NGN等等。
(3)成本低、部署方便由于本發(fā)明使用的各項(xiàng)測(cè)量裝置和技術(shù)都是成熟技術(shù)，可以有效控制設(shè)備成本。而且，只用一套系統(tǒng)裝置就可以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的任何兩點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，無(wú)需在其它測(cè)量點(diǎn)部署設(shè)備，更無(wú)需添置昂貴的諸如GPS之類的設(shè)備。無(wú)需被測(cè)網(wǎng)絡(luò)作特定配置，無(wú)空間和位置要求。
(4)測(cè)試代價(jià)小系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)幾乎不影響原有通信，對(duì)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量路徑上的負(fù)載增加微乎其微，尤其是一次測(cè)量同時(shí)完成多項(xiàng)功能，更減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的影響。


圖1是測(cè)試過(guò)程中包對(duì)PAIR中丟失一個(gè)分組的傳輸情況示意圖。
圖2是本發(fā)明對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明測(cè)量方法中的測(cè)量操作步驟的流程方框圖。
圖4是本發(fā)明測(cè)量方法中的分析操作步驟的流程方框圖。
圖5是本發(fā)明的測(cè)試流中的分組結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明由包對(duì)PAIR組成的測(cè)試流的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是圖4中的分析單元操作流程方框圖。
圖8是對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析、評(píng)估網(wǎng)絡(luò)總體性能的坐標(biāo)示意圖。
圖9是對(duì)時(shí)延、連續(xù)丟包進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析、評(píng)估丟包原因的坐標(biāo)示意圖。
圖10是對(duì)上下行時(shí)延進(jìn)行分析、評(píng)估的坐標(biāo)示意圖。
圖11是本發(fā)明一試驗(yàn)實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
參見(jiàn)圖1，介紹本發(fā)明的測(cè)試機(jī)理或方法發(fā)送一串由測(cè)試包對(duì)PAIR構(gòu)成的測(cè)試流，并對(duì)其同時(shí)進(jìn)行時(shí)延和丟包的綜合測(cè)量和關(guān)聯(lián)分析，其中每個(gè)測(cè)試包對(duì)PAIR是背靠背(即發(fā)送間隔時(shí)間為0)的兩個(gè)分組(圖中以1、2表示之)，且每個(gè)分組長(zhǎng)度很小，因此，這兩個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能被視為相等。當(dāng)發(fā)送端發(fā)出的測(cè)試流中的包對(duì)1、2在經(jīng)過(guò)某個(gè)中間節(jié)點(diǎn)(圖示為“丟包點(diǎn)”)時(shí)丟棄其中一個(gè)分組2(稱為L(zhǎng)OSS PAIR)后，采用另一個(gè)未丟失的分組1到達(dá)發(fā)送端的時(shí)延值來(lái)代表被丟棄分組2的時(shí)延值，藉此同時(shí)測(cè)量該測(cè)試流的時(shí)延和丟包狀況，再進(jìn)行兩者的關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)而區(qū)分擁塞和丟包的不同原因。
參見(jiàn)圖2，介紹本發(fā)明對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)，它是由分別位于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端的測(cè)量裝置和反饋裝置所組成；其中測(cè)量裝置的組成部件包括收發(fā)單元、分析單元和通信控制單元，反饋裝置的組成部件至少包括反饋單元和通信控制單元；收發(fā)單元和反饋單元用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端之間測(cè)試流的交互，并要在測(cè)試過(guò)程中對(duì)每個(gè)分組相應(yīng)填寫(xiě)分組序號(hào)、發(fā)送時(shí)間戳、反饋時(shí)間戳、接收時(shí)間戳等測(cè)試數(shù)據(jù)；兩端的通信控制裝置相互連接，用于控制和實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的交互；分析單元藉由其策略分析軟件對(duì)同時(shí)獲取的時(shí)延、丟包兩種測(cè)量參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并向用戶呈現(xiàn)最終測(cè)量結(jié)果。
參見(jiàn)圖3和圖4，詳細(xì)介紹本發(fā)明測(cè)量方法。其中圖3是測(cè)量裝置的測(cè)量操作和反饋裝置在一個(gè)測(cè)量周期或全部測(cè)量過(guò)程結(jié)束后，發(fā)送數(shù)據(jù)給測(cè)量裝置，觸發(fā)啟動(dòng)分析流程操作的方框圖。圖4是分析單元的操作流程方框圖。
本發(fā)明通過(guò)對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析，能夠評(píng)估網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的總體情況，準(zhǔn)確判斷和區(qū)分造成丟包和擁塞故障的不同原因。該方法主要包括并行或重疊的兩個(gè)操作步驟(即在條件允許情形下，測(cè)量裝置的收發(fā)單元發(fā)送測(cè)試流和接收測(cè)試流兩個(gè)任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，且在接收到反饋裝置于每個(gè)測(cè)量周期或測(cè)量結(jié)束后發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)時(shí)，就觸發(fā)、啟動(dòng)分析測(cè)試流的操作；同時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行測(cè)量測(cè)試流的操作，這樣能夠充分發(fā)揮本發(fā)明系統(tǒng)的高準(zhǔn)確度優(yōu)勢(shì))(1)測(cè)量測(cè)試流測(cè)量裝置生成測(cè)試流，再將其發(fā)送給對(duì)端；反饋裝置在接收到的測(cè)試流分組中標(biāo)記接收時(shí)間戳后，將該測(cè)試流反饋給測(cè)量裝置。
(2)分析測(cè)試流測(cè)量裝置根據(jù)其測(cè)試流的發(fā)送和接收信息，以及反饋裝置發(fā)送來(lái)的反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算處理和綜合分析后，輸出測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)。
下面參見(jiàn)圖3，具體介紹本發(fā)明測(cè)量方法中的步驟(1)的測(cè)量操作內(nèi)容(11)用戶設(shè)置測(cè)試流的參數(shù)測(cè)試流是在測(cè)量過(guò)程中收發(fā)單元和反饋單元在被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑上交互的一系列測(cè)試分組。其中測(cè)試分組格式(參見(jiàn)圖5)包括IP/UDP包頭、分組序號(hào)PID、發(fā)送標(biāo)記STAG和可選的反饋標(biāo)記DTAG。其中PID是在測(cè)量過(guò)程中唯一標(biāo)識(shí)該分組的序列號(hào)，STAG是測(cè)量裝置發(fā)送測(cè)試分組時(shí)嵌入時(shí)間戳和其它標(biāo)記的字段，DTAG是反饋裝置在回應(yīng)測(cè)試分組時(shí)嵌入時(shí)間戳和其它標(biāo)記的字段，該三者字長(zhǎng)均不大于4字節(jié)。測(cè)試流的測(cè)試包對(duì)PAIR封裝在IP協(xié)議或UDP協(xié)議上傳輸。在反饋裝置放置部分分析功能模塊后，可以省掉DTAG。
測(cè)試流的參數(shù)用于定義測(cè)試流中所有分組的結(jié)構(gòu)形式，測(cè)試流的參數(shù)至少包括每個(gè)包對(duì)的分組結(jié)構(gòu)(如單個(gè)分組、包對(duì)、或多個(gè)分組的組合)，各分組間的時(shí)間間隔-測(cè)試流的發(fā)送流量模型(采用泊松Poisson或定長(zhǎng)分布流量模型等)，測(cè)試流的長(zhǎng)度-測(cè)試包對(duì)PAIR的數(shù)量；分組格式一般采用緊湊型的短小分組(如＜100字節(jié))，流的長(zhǎng)度也采用較小值。測(cè)試流的參數(shù)設(shè)置合理，可以使被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑的內(nèi)部特性得到充分展示。另外，測(cè)試分組采用定長(zhǎng)字段，以利于提高系統(tǒng)處理效率，分組短小也使附加的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載降到最小，同時(shí)可以保證其作為一個(gè)完整單元通過(guò)整個(gè)路徑。圖5所示的分組格式只是本發(fā)明使用的一種分組格式示例。具體實(shí)現(xiàn)中，可不局限于該形式。
參見(jiàn)圖6所示的一種測(cè)試流格式，該測(cè)試流由一系列包對(duì)組成，每個(gè)包對(duì)是連續(xù)發(fā)送的兩個(gè)背靠背(發(fā)送時(shí)間間隔為0)的分組。如果發(fā)送了N(N＞2)個(gè)分組，稱為長(zhǎng)度為N的測(cè)試流。
(12)收發(fā)單元根據(jù)測(cè)試流參數(shù)構(gòu)造測(cè)試流收發(fā)單元根據(jù)用戶定義的測(cè)試流參數(shù)構(gòu)造測(cè)試包對(duì)中的分組和測(cè)試流時(shí)，可分別參照?qǐng)D5測(cè)試分組格式和圖6的測(cè)試流組織形式，包對(duì)中各分組的PID字段序列號(hào)必須保證測(cè)量期間的唯一性，以便在有效測(cè)量時(shí)間內(nèi)對(duì)接收的分組與發(fā)送的分組進(jìn)行PID匹配；在分組的STAG字段填充發(fā)送時(shí)間戳?xí)r，可用系統(tǒng)相對(duì)時(shí)鐘，但時(shí)間精度不低于10ms，以保持測(cè)量結(jié)果在時(shí)延大范圍變動(dòng)下的一致性。
(13)收發(fā)單元發(fā)送測(cè)試流將生成的測(cè)試流按照設(shè)定的流量模型發(fā)送到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑上，同時(shí)至少記錄發(fā)送測(cè)試流的下述信息每個(gè)分組的發(fā)送時(shí)間戳和每個(gè)測(cè)試流的長(zhǎng)度；必要時(shí)，記錄所有分組的序列號(hào)PID范圍。
(14)反饋單元接收測(cè)試流反饋單元實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試流，并接收所有分組，該過(guò)程使用無(wú)限循環(huán)，以后臺(tái)任務(wù)方式與其他任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，使得所有分組的數(shù)據(jù)得到及時(shí)處理同時(shí)記錄所接收到的分組PID字段和STAG字段數(shù)據(jù)和排序保存之。
(15)反饋單元標(biāo)記測(cè)試流反饋單元在接收到的分組的DTAG字段嵌入反饋時(shí)間戳?xí)r，可用系統(tǒng)相對(duì)時(shí)鐘，但時(shí)間精度不低于10ms，以保持測(cè)量結(jié)果在時(shí)延大范圍變動(dòng)下的一致性。
(16)反饋單元反饋測(cè)試流反饋單元把嵌入相關(guān)標(biāo)記的測(cè)試流及時(shí)送到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)返回路徑上，回送給測(cè)量裝置。
(17)收發(fā)單元接收測(cè)試流。收發(fā)單元監(jiān)聽(tīng)并接收從反饋裝置回送的測(cè)試流，記錄在接收時(shí)流中每個(gè)分組的信息數(shù)據(jù)。
需要強(qiáng)調(diào)的是，在測(cè)量過(guò)程中無(wú)需測(cè)量裝置和反饋裝置兩者的時(shí)鐘同步，本發(fā)明可以應(yīng)用背景技術(shù)中的文獻(xiàn)所介紹的在單向時(shí)延測(cè)量中如何消除測(cè)量?jī)啥说臅r(shí)鐘不同步所帶來(lái)的時(shí)鐘頻差和時(shí)鐘重置的方法。
參見(jiàn)圖4，具體介紹本發(fā)明測(cè)量方法中的步驟(2)的分析操作內(nèi)容(21)反饋單元收集測(cè)試流的反饋數(shù)據(jù)，并將該反饋數(shù)據(jù)發(fā)送給測(cè)量裝置反饋單元周期性地定時(shí)收集反饋數(shù)據(jù)，即測(cè)試流在反饋裝置的接收信息和反饋信息，必要時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行壓縮和加密處理；再由通信控制單元以可靠的通信方式確保將反饋數(shù)據(jù)安全發(fā)送給測(cè)量裝置。
(22)分析單元收集測(cè)試流的各種信息分析單元收集測(cè)量裝置的測(cè)試流收發(fā)數(shù)據(jù)，即其收發(fā)單元在發(fā)送和接收分組序列時(shí)所記錄的分組信息，并通過(guò)其通信控制單元接收反饋裝置送來(lái)的反饋數(shù)據(jù)，必要時(shí)進(jìn)行解密和解壓縮處理。
(23)分析單元調(diào)用分析策略軟件對(duì)測(cè)試流的收發(fā)數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析；由于關(guān)聯(lián)分析的過(guò)程是本發(fā)明的一個(gè)重要內(nèi)容，后面對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明之。
(24)分析單元將最后測(cè)量結(jié)果直接以數(shù)據(jù)表和/或曲線形式呈現(xiàn)給用戶。
參見(jiàn)圖7，上述步驟(23)中分析單元進(jìn)行的關(guān)聯(lián)分析是本發(fā)明的重要?jiǎng)?chuàng)新，現(xiàn)在具體介紹其操作內(nèi)容(231)分析單元收到收發(fā)數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)后，對(duì)照測(cè)試流中的每個(gè)分組以分組序號(hào)PID為關(guān)鍵字，建立測(cè)試流數(shù)據(jù)表，其中每條記錄對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試分組。
(232)計(jì)算測(cè)試流數(shù)據(jù)表中的每個(gè)分組的時(shí)延、丟包率、連續(xù)丟包率時(shí)延的計(jì)算方法是先計(jì)算分組的雙向時(shí)延值RTT＝Tr-Ts，式中，Ts為測(cè)量裝置發(fā)送該分組的時(shí)間，Tr為測(cè)量裝置接收到反饋分組的時(shí)間；接著，計(jì)算測(cè)量裝置到反饋裝置的原始單向時(shí)延值OWLo＝Te-Ts，式中，Te為反饋裝置接收到該分組的時(shí)間；再利用前述文獻(xiàn)對(duì)OWLo進(jìn)行時(shí)鐘同步校正，獲得修正后的單向時(shí)延值OWL；最后計(jì)算反饋裝置到測(cè)量裝置的單向時(shí)延值OWLr＝RTT-OWL，因?yàn)楸景l(fā)明關(guān)聯(lián)分析是基于修正后的單向時(shí)延或RTT進(jìn)行的；丟包率計(jì)算方法是雙向丟包率Ls=1-Cr/Cs,]]>測(cè)量裝置到反饋裝置的單向丟包率Le=1-Ce/Cs,]]>反饋裝置到測(cè)量裝置的單向丟包率Lr=1-Cr/Ce=1-(1-Ls)/(1-Le),]]>式中，Cs為給定測(cè)試流中，測(cè)量裝置記錄發(fā)送的分組總數(shù)(即測(cè)試流長(zhǎng)度)，Cr為測(cè)量裝置記錄接收到的反饋分組數(shù)，Ce為反饋裝置記錄接收到的分組數(shù)；連續(xù)丟包計(jì)算方法是對(duì)給定的測(cè)試流，記錄測(cè)量裝置發(fā)送的分組PID范圍，并在每次接收到反饋裝置的返回分組后，都將其PID與上一次所接收到的返回分組的PID進(jìn)行比較，其中兩次收到的PID的最大差值為連續(xù)丟包數(shù)。
(233)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)總體性能將整個(gè)測(cè)量時(shí)間平均分為n個(gè)時(shí)間段，分別計(jì)算每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的平均雙向時(shí)延和雙向丟包率，記為集合{RTTi，LOSSi}，式中，時(shí)間段的序列號(hào)i取值范圍是0＜i＜n，n為自然數(shù)，時(shí)間段長(zhǎng)度酌情選??；再分別以時(shí)延T和丟包率L為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以各軸上的兩個(gè)低、高門(mén)限T1、T2和L1、L2將該兩維坐標(biāo)平面劃分為若干區(qū)域(參見(jiàn)圖8)，根據(jù)集合{RTTi，LOSSi}在該坐標(biāo)系中的區(qū)域位置，以統(tǒng)計(jì)方式展示測(cè)試流的時(shí)延、丟包特性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的總體性能評(píng)估；其中，時(shí)延T1的選擇取決于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑情況位于接入網(wǎng)或同一局域網(wǎng)內(nèi)，為2-10ms；位于城域網(wǎng)范圍內(nèi)，則為20～50ms；位于廣域網(wǎng)范圍，則為100～500ms；構(gòu)成跨洋路徑時(shí)，則為600～1200ms；T2選為2～8倍的T1；丟包率L1選為1％～5％，L2選為10％～30％；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和丟包率＜L1的A1區(qū)域時(shí)，說(shuō)明此時(shí)網(wǎng)絡(luò)處于性能良好的輕載狀態(tài)，適合承載對(duì)時(shí)延和丟包率要求均較高的業(yè)務(wù)，比如高質(zhì)量話音。
當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中于同時(shí)滿足T1＜時(shí)延＜T2和丟包率＜L1的B1區(qū)域時(shí)，網(wǎng)絡(luò)丟包率較低、但是時(shí)延偏高，說(shuō)明此時(shí)路徑中路由器的緩沖區(qū)長(zhǎng)度配置較高，適合部署對(duì)丟包率要求高但是對(duì)時(shí)延要求不甚敏感的業(yè)務(wù)，比如視頻業(yè)務(wù)。
當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中于同時(shí)滿足T1＜時(shí)延＜T2和L1＜丟包率＜L2的C1區(qū)域時(shí)，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)路徑已經(jīng)擁塞嚴(yán)重，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路徑擴(kuò)容；當(dāng)測(cè)量點(diǎn)落在同時(shí)滿足時(shí)延＞T2和丟包率＞L2的E1區(qū)域時(shí)，即時(shí)延和丟包率都較大，其原因通常是路由抖動(dòng)；此時(shí)，由于路由器的路由不一致，出現(xiàn)分組“路由打圈”現(xiàn)象，大部分分組因IP協(xié)議分組頭的生存時(shí)間TTL變?yōu)?而被路由器丟棄，少部分分組即使最終到達(dá)目的地，時(shí)延也超常了。
當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和L1＜丟包率＜L2的D1區(qū)域時(shí)，此時(shí)的時(shí)延較低、但丟包率偏高，可懷疑是線路誤碼丟包或該網(wǎng)絡(luò)路徑上路由器的緩沖區(qū)配置過(guò)小；為準(zhǔn)確區(qū)分兩種原因，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的丟包原因的關(guān)聯(lián)分析。
(234)對(duì)于圖8中出現(xiàn)的大量統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在時(shí)延較低、但丟包率偏高的D1區(qū)域時(shí)，要考察其丟包的原因區(qū)分線路誤碼丟包或擁塞丟包。將整個(gè)測(cè)量期間發(fā)生的所有丟包記為L(zhǎng)OSSPACKETAD，先計(jì)算LOSSPACKETAD中每個(gè)丟包的時(shí)延，具體方法如下如果是單個(gè)丟包，則以包對(duì)LOSS PAIR中另一個(gè)成功到達(dá)的分組時(shí)延作為被丟棄分組的時(shí)延值；如果是連續(xù)多個(gè)丟包，則以最接近連續(xù)丟包的序列號(hào)之前、后的兩個(gè)分組的時(shí)延的平均值作為該連續(xù)丟包分組的時(shí)延值；例如PID為i，...，j的分組被丟失，則以PID為i-1和j+1兩個(gè)分組的時(shí)延的平均值作為該連續(xù)丟包分組的時(shí)延；分別以近似的丟包的時(shí)延T和連續(xù)丟包數(shù)為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以橫軸上的門(mén)限T1和縱軸上的丟包個(gè)數(shù)將該兩維坐標(biāo)平面劃分為若干區(qū)域，并利用LOSSPAIRAD的樣點(diǎn)來(lái)繪制連續(xù)丟包數(shù)、時(shí)延的聯(lián)合概率分布圖(參見(jiàn)圖9)，最后，依據(jù)樣點(diǎn)分布概率所在區(qū)域來(lái)判斷線路誤碼丟包或擁塞丟包A2區(qū)對(duì)應(yīng)著時(shí)延小且為單個(gè)丟包的情況。若在該區(qū)出現(xiàn)的高概率丟包指示線路誤碼原因引起丟包。
當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)時(shí)延小和單個(gè)丟包的A2區(qū)域時(shí)，說(shuō)明是線路誤碼原因引起丟包，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)負(fù)載很小(表現(xiàn)為時(shí)延低)時(shí)，仍然存在著丟包現(xiàn)象，說(shuō)明不是由于網(wǎng)絡(luò)擁塞形成的緩沖區(qū)溢出丟包而是線路丟包。這種情況一般出現(xiàn)在線路誤碼率較高導(dǎo)致誤碼丟包的網(wǎng)絡(luò)中，比如ADSL接入但線路老化、PSTN撥號(hào)接入、WLAN/GPRS/CDMA等無(wú)線接入方式。
當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在小時(shí)延和連續(xù)丟包的B2區(qū)域時(shí)，說(shuō)明該路徑上的路由器緩沖區(qū)長(zhǎng)度配置太小，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量有突發(fā)時(shí)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的連續(xù)丟包。
當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延大和連續(xù)丟包數(shù)大的C2區(qū)域時(shí)，說(shuō)明是線路擁塞引起的丟包。
(235)對(duì)于擁塞引起的丟包，繼續(xù)關(guān)聯(lián)分析區(qū)別用戶網(wǎng)絡(luò)的上下行擁塞情況參見(jiàn)圖10，先分別以上行時(shí)延和下行時(shí)延為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以兩軸上的時(shí)延門(mén)限T將該兩維坐標(biāo)平面劃分為四個(gè)區(qū)域上下行空閑的A區(qū)，上行空閑、下行繁忙的B區(qū)，上下行都繁忙的C區(qū)，上行繁忙、下行空閑的D區(qū)；再將每個(gè)測(cè)量時(shí)間段的上下行平均時(shí)延值的集合記為{UDi，DDi}，式中，時(shí)間段的序列號(hào)i取值范圍是0＜i＜n，n為自然數(shù)；如果大部分統(tǒng)計(jì)A2集中在A區(qū)，表示上下行時(shí)延均較小，網(wǎng)絡(luò)較為空閑；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在B區(qū)，表示上行空閑，下行繁忙，則通常為普通互聯(lián)網(wǎng)用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的情況，原因是大部分?jǐn)?shù)據(jù)都將從互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC(Internet Data Center)下載到客戶端；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在C區(qū)，表示上下行均繁忙，則通常是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)P2P應(yīng)用運(yùn)行的時(shí)延特性，因?yàn)樵S多P2P應(yīng)用在下載時(shí)也為其他客戶端提供上傳服務(wù)，這將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)在兩個(gè)方向上均呈現(xiàn)擁塞的情況；D區(qū)表示上行繁忙而下行空閑，這多為客戶網(wǎng)絡(luò)中對(duì)外提供了服務(wù)的服務(wù)器，這些服務(wù)器大量對(duì)外提供內(nèi)容傳遞服務(wù)將導(dǎo)致上行帶寬擁塞。
如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在D區(qū)，表示上行繁忙而下行空閑，通常為客戶網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有WEB、FTP等對(duì)外提供服務(wù)的服務(wù)器，由于這些服務(wù)器對(duì)外提供內(nèi)容傳遞服務(wù)而導(dǎo)致上行帶寬擁塞。
通過(guò)上述對(duì)上下行時(shí)延的關(guān)聯(lián)分析，可以很好地區(qū)分客戶網(wǎng)絡(luò)擁塞的原因，為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員提供快速簡(jiǎn)捷的擁塞問(wèn)題分析手段。
該方法可廣泛適用于各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(包括蜂窩狀數(shù)字式分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)CDPD、通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)GPRS、碼分多址CDMA、3G等)，固定分組網(wǎng)絡(luò)(包括撥號(hào)、非對(duì)稱數(shù)字用戶線路ADSL、Ethernet接入、光接入等)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能測(cè)試，也適用于網(wǎng)絡(luò)電話VOIP、網(wǎng)絡(luò)電視IPTV等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估。
參見(jiàn)圖11，介紹本發(fā)明在IP網(wǎng)進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量測(cè)試的試驗(yàn)實(shí)施例使用一對(duì)測(cè)量裝置和反饋裝置協(xié)作完成對(duì)用戶終端與媒體服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)路徑性能的測(cè)量。在圖示架構(gòu)的部署下，終端用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的質(zhì)疑能夠通過(guò)本發(fā)明的綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)和方法，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的性能瓶頸及潛在的性能下降的因素。再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的重新配置或更換路由，使該終端用戶的合理服務(wù)質(zhì)量要求得到滿足。本發(fā)明能夠同時(shí)對(duì)多條路徑進(jìn)行的綜合測(cè)量將對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的性能有全局的認(rèn)識(shí)，便于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和重新部署以及擴(kuò)容問(wèn)題等。因此，試驗(yàn)是成功的，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)，由分別位于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端的測(cè)量裝置和反饋裝置所組成；其特征在于所述測(cè)量裝置的組成部件包括收發(fā)單元、分析單元和通信控制單元，反饋裝置的組成部件至少包括反饋單元和通信控制單元；其中收發(fā)單元和反饋單元用于實(shí)現(xiàn)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端之間測(cè)試流的交互，并在測(cè)試過(guò)程中對(duì)每個(gè)分組填寫(xiě)相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)；兩端的通信控制單元相互連接，用于控制、實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的交互；分析單元藉由其分析策略軟件對(duì)同時(shí)獲取的時(shí)延、丟包兩種測(cè)量參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并向用戶呈現(xiàn)最終分析結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)，其特征在于所述收發(fā)單元和反饋單元在測(cè)試過(guò)程中對(duì)每個(gè)測(cè)試分組添加的測(cè)試數(shù)據(jù)至少包括分組序號(hào)、發(fā)送時(shí)間戳、反饋時(shí)間戳、接收時(shí)間戳。
3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)進(jìn)行綜合測(cè)量和關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于發(fā)送一串由測(cè)試包對(duì)PAIR構(gòu)成的測(cè)試流，其中每個(gè)測(cè)試包對(duì)是背靠背一發(fā)送間隔時(shí)間為0-的兩個(gè)分組，且每個(gè)分組長(zhǎng)度很小，該兩個(gè)分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸性能被視為相等；測(cè)試流中的包對(duì)丟失其中一個(gè)分組后，采用另一個(gè)分組來(lái)代表被丟棄分組的時(shí)延，藉此同時(shí)測(cè)量該測(cè)試流的時(shí)延和丟包狀況，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，評(píng)估網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的總體情況，準(zhǔn)確判斷和區(qū)分造成丟包和擁塞故障的不同原因，提高運(yùn)維效率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述測(cè)試流中的分組格式包括包頭、分組序號(hào)PID、發(fā)送標(biāo)記STAG和可選的反饋標(biāo)記DTAG，其中PID是在測(cè)量過(guò)程中唯一標(biāo)識(shí)該分組的序列號(hào)，STAG是測(cè)量裝置發(fā)送測(cè)試分組時(shí)嵌入時(shí)間戳和其它標(biāo)記的字段，DTAG是反饋裝置在回應(yīng)測(cè)試分組時(shí)嵌入時(shí)間戳和其它標(biāo)記的字段，該三者字長(zhǎng)均不大于4字節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述測(cè)試流的測(cè)試包對(duì)PAIR采用IP協(xié)議或UDP協(xié)議進(jìn)行封裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述方法包括下列步驟(1)測(cè)量測(cè)試流測(cè)量裝置生成測(cè)試流，再將其發(fā)送給對(duì)端；反饋裝置在接收到的測(cè)試流分組中標(biāo)記接收時(shí)間戳后，將該測(cè)試流反饋給測(cè)量裝置；(2)分析測(cè)試流測(cè)量裝置根據(jù)其測(cè)試流的發(fā)送和接收信息，以及反饋裝置發(fā)送來(lái)的反饋數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算處理和綜合分析后，輸出測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述兩個(gè)步驟之間的時(shí)序是并行或重疊的測(cè)量裝置在接收到反饋裝置于每個(gè)測(cè)量周期或測(cè)量結(jié)束后發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)時(shí)，就觸發(fā)、啟動(dòng)分析測(cè)試流的操作；同時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行測(cè)量測(cè)試流的操作。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述步驟(1)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(11)用戶設(shè)置測(cè)試流的參數(shù)測(cè)試流的參數(shù)至少包括每個(gè)包對(duì)的分組結(jié)構(gòu)，各分組間的時(shí)間間隔-測(cè)試流的發(fā)送流量模型，測(cè)試流的長(zhǎng)度-測(cè)試包對(duì)PAIR的數(shù)量；(12)收發(fā)單元根據(jù)測(cè)試流參數(shù)構(gòu)造測(cè)試流構(gòu)造測(cè)試包對(duì)中的分組時(shí)，各分組的PID字段序列號(hào)保證唯一，以便在測(cè)量時(shí)間內(nèi)對(duì)接收的分組與發(fā)送的分組進(jìn)行PID匹配；在分組的STAG字段填充發(fā)送時(shí)間戳?xí)r，可用系統(tǒng)相對(duì)時(shí)鐘，但時(shí)間精度不低于10ms，以保持測(cè)量結(jié)果在時(shí)延大范圍變動(dòng)下的一致性；(13)收發(fā)單元發(fā)送測(cè)試流將生成的測(cè)試流按照設(shè)定的流量模型發(fā)送到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑上，同時(shí)至少記錄發(fā)送測(cè)試流的下述信息每個(gè)分組的發(fā)送時(shí)間戳和每個(gè)測(cè)試流的長(zhǎng)度；必要時(shí)，記錄所有分組的序列號(hào)PID范圍；(14)反饋單元接收測(cè)試流反饋單元使用無(wú)限循環(huán)的、與其他任務(wù)并發(fā)運(yùn)行的后臺(tái)任務(wù)方式實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試流，并接收所有分組和進(jìn)行及時(shí)處理記錄所接收到的分組PID字段和STAG字段數(shù)據(jù)，并排序保存之；(15)反饋單元標(biāo)記測(cè)試流反饋單元在接收到的分組的DTAG字段嵌入反饋時(shí)間戳?xí)r，可用系統(tǒng)相對(duì)時(shí)鐘，但時(shí)間精度不低于10ms，以保持測(cè)量結(jié)果在時(shí)延大范圍變動(dòng)下的一致性；(16)反饋單元反饋測(cè)試流反饋單元把嵌入相關(guān)標(biāo)記的測(cè)試流及時(shí)送到被測(cè)網(wǎng)絡(luò)返回路徑上，回送給測(cè)量裝置；(17)收發(fā)單元接收測(cè)試流。收發(fā)單元監(jiān)聽(tīng)并接收從反饋裝置回送的測(cè)試流，記錄在接收時(shí)流中每個(gè)分組的信息數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述步驟(2)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(21)反饋單元收集測(cè)試流的反饋數(shù)據(jù)，并將該反饋數(shù)據(jù)發(fā)送給測(cè)量裝置反饋單元周期性地收集反饋數(shù)據(jù)，即測(cè)試流在反饋裝置的接收信息和反饋信息，再由通信控制單元以可靠的通信方式將反饋數(shù)據(jù)發(fā)送給測(cè)量裝置；(22)分析單元收集測(cè)試流的各種信息分析單元收集測(cè)量裝置的測(cè)試流收發(fā)數(shù)據(jù)，即其收發(fā)單元在發(fā)送和接收分組序列時(shí)所記錄的分組信息，并通過(guò)通信控制單元接收反饋裝置發(fā)送來(lái)的反饋數(shù)據(jù)；(23)分析單元調(diào)用分析策略軟件對(duì)測(cè)試流的收發(fā)數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析；(24)分析單元將最后測(cè)量結(jié)果直接以數(shù)據(jù)表和/或曲線形式呈現(xiàn)給用戶。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述步驟(23)進(jìn)一步包括下列操作內(nèi)容(231)分析單元收到收發(fā)數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)后，以測(cè)試流中的分組序號(hào)PID為關(guān)鍵字，建立測(cè)試流數(shù)據(jù)表，其中每條記錄對(duì)應(yīng)一個(gè)測(cè)試分組；(232)計(jì)算測(cè)試流數(shù)據(jù)表中的每個(gè)分組的時(shí)延、丟包率、連續(xù)丟包數(shù)時(shí)延的計(jì)算方法是先計(jì)算分組的雙向時(shí)延值RTT＝Tr-Ts，式中，Ts為測(cè)量裝置發(fā)送該分組的時(shí)間，Tr為測(cè)量裝置接收到反饋分組的時(shí)間；接著，計(jì)算測(cè)量裝置到反饋裝置的原始單向時(shí)延值OWLo＝Te-Ts，式中，Te為反饋裝置接收到該分組的時(shí)間；再對(duì)OWLo進(jìn)行時(shí)鐘同步校正，獲得修正后的單向時(shí)延值OWL；最后計(jì)算反饋裝置到測(cè)量裝置的單向時(shí)延值OWLr＝RTT-OWL；丟包率計(jì)算方法是雙向丟包率Ls=1-Cr/Cs,]]>測(cè)量裝置到反饋裝置的單向丟包率Le=1-Ce/Cs,]]>反饋裝置到測(cè)量裝置的單向丟包率Lr=1-Cr/Ce=1-(1-Ls)/(1-Le),]]>式中，Cs為給定測(cè)試流中，測(cè)量裝置記錄發(fā)送的分組總數(shù)-測(cè)試流長(zhǎng)度，Cr為測(cè)量裝置記錄接收到的反饋分組數(shù)，Ce為反饋裝置記錄接收到的分組數(shù)；連續(xù)丟包數(shù)計(jì)算方法是對(duì)給定的測(cè)試流，記錄測(cè)量裝置發(fā)送的分組PID范圍，并在每次接收到反饋裝置的返回分組后，都將其PID與上一次所接收到的返回分組的PID進(jìn)行比較，其中兩次收到的PID的最大差值為連續(xù)丟包數(shù)；(233)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)總體性能將整個(gè)測(cè)量時(shí)間均分為n個(gè)時(shí)間段，分別計(jì)算每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的平均雙向時(shí)延和雙向丟包率，記為集合{RTTi，LOSSi}，式中，時(shí)間段的序列號(hào)i的取值范圍是0＜i＜n，n為自然數(shù)，時(shí)間段長(zhǎng)度酌情選取；再分別以時(shí)延T和丟包率L為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以各軸上的兩個(gè)低、高門(mén)限T1、T2和L1、L2將該兩維坐標(biāo)平面劃分為若干區(qū)域，根據(jù)集合{RTTi，LOSSi}在該坐標(biāo)系中的區(qū)域位置，以統(tǒng)計(jì)方式展示測(cè)試流的時(shí)延、丟包特性，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的總體性能評(píng)估；其中，時(shí)延T1數(shù)值的選擇取決于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑位于接入網(wǎng)或同一局域網(wǎng)內(nèi)，為2-10ms；位于城域網(wǎng)范圍內(nèi)，則為20～50ms；位于廣域網(wǎng)范圍，則為100～500ms；構(gòu)成跨洋路徑時(shí)，則為600～1200ms；T2選為2～8倍的T1；丟包率L1選為1％～5％，L2選為10％～30％；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和丟包率＜L1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明此時(shí)網(wǎng)絡(luò)處于性能良好的輕載狀態(tài)，適合承載對(duì)時(shí)延和丟包率要求均較高的業(yè)務(wù)；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中分布于同時(shí)滿足T1＜時(shí)延＜T2和丟包率＜L1的區(qū)域時(shí)，網(wǎng)絡(luò)丟包率較低、但是時(shí)延偏高，說(shuō)明此時(shí)路徑中路由器的緩沖區(qū)長(zhǎng)度配置較高，適合部署對(duì)丟包率要求高但是對(duì)時(shí)延要求不甚敏感的業(yè)務(wù)，比如視頻業(yè)務(wù)。當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中分布于同時(shí)滿足T1＜時(shí)延＜T2和L1＜丟包率＜L2的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)路徑已經(jīng)擁塞嚴(yán)重，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)路徑擴(kuò)容；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)落在同時(shí)滿足時(shí)延＞T2和丟包率＞L2的區(qū)域時(shí)，即時(shí)延和丟包率都較大，其原因通常是路由抖動(dòng)；此時(shí)，由于路由器的路由不一致，出現(xiàn)分組“路由打圈”現(xiàn)象，大部分分組因IP協(xié)議分組頭的生存時(shí)間TTL變?yōu)?而被路由器丟棄，少部分分組即使最終到達(dá)目的地，時(shí)延也超常；當(dāng)統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和L1＜丟包率＜L2的區(qū)域時(shí)，時(shí)延較低、但丟包率偏高，此時(shí)可懷疑是線路誤碼丟包或該網(wǎng)絡(luò)路徑上路由器的緩沖區(qū)配置過(guò)小；為準(zhǔn)確區(qū)分兩種原因，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的丟包原因的關(guān)聯(lián)分析；(234)對(duì)于時(shí)延較低、但丟包率偏高的情況，分析區(qū)分線路誤碼丟包或擁塞丟包將整個(gè)測(cè)量期間發(fā)生的所有丟包記為L(zhǎng)OSSPACKETAD，先計(jì)算LOSSPACKETAD中每個(gè)丟包的時(shí)延，如果是單個(gè)丟包，則以包對(duì)中另一個(gè)成功到達(dá)的分組時(shí)延作為其時(shí)延值；如果是連續(xù)丟包，則以最接近連續(xù)丟包的序列號(hào)之前、后的兩個(gè)分組的時(shí)延的平均值作為該連續(xù)丟包分組的時(shí)延值；分別以時(shí)延T和丟包數(shù)為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以橫軸上的門(mén)限T1和縱軸上的丟包個(gè)數(shù)將該兩維坐標(biāo)平面劃分為若干區(qū)域，并利用LOSSPAIRAD的樣點(diǎn)來(lái)繪制連續(xù)丟包數(shù)、時(shí)延的聯(lián)合概率分布圖，最后，依據(jù)樣點(diǎn)分布概率所在區(qū)域來(lái)判斷線路誤碼丟包或擁塞丟包當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和連續(xù)丟包數(shù)＝1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明時(shí)延小且為單個(gè)丟包，則是線路誤碼原因引起丟包；當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＜T1和連續(xù)丟包數(shù)＞1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明時(shí)延小和連續(xù)丟包，則是該路徑上的路由器緩沖區(qū)長(zhǎng)度配置太小，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量有突發(fā)時(shí)，將導(dǎo)致嚴(yán)重的連續(xù)丟包；當(dāng)樣點(diǎn)集中分布在同時(shí)滿足時(shí)延＞T1和連續(xù)丟包數(shù)＞1的區(qū)域時(shí)，說(shuō)明時(shí)延大和丟包連續(xù)數(shù)大，則是線路擁塞引起的丟包；(235)對(duì)于擁塞引起的丟包，繼續(xù)關(guān)聯(lián)分析區(qū)別用戶網(wǎng)絡(luò)的上下行擁塞情況先分別以上行時(shí)延和下行時(shí)延為橫軸和縱軸構(gòu)建兩維坐標(biāo)系，并以兩軸上的時(shí)延門(mén)限T將該兩維坐標(biāo)平面劃分為四個(gè)區(qū)域上下行空閑的A區(qū)，上行空閑、下行繁忙的B區(qū)，上下行都繁忙的C區(qū)，上行繁忙、下行空閑的D區(qū)；再將每個(gè)測(cè)量時(shí)間段的上下行平均時(shí)延值的集合記為{UDi，DDi}，式中，時(shí)間段的序列號(hào)i的取值范圍是0＜i＜n，n為自然數(shù)；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在A區(qū)，表示上下行時(shí)延均較小，網(wǎng)絡(luò)較為空閑；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在B區(qū)，表示上行空閑，下行繁忙，則通常為普通互聯(lián)網(wǎng)用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)的情況；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在C區(qū)，表示上下行均繁忙，則通常是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)應(yīng)用運(yùn)行的時(shí)延特性；如果大部分統(tǒng)計(jì)點(diǎn)集中在D區(qū)，表示上行繁忙而下行空閑，通常為客戶網(wǎng)絡(luò)中設(shè)有對(duì)外提供服務(wù)的服務(wù)器，由該服務(wù)器對(duì)外提供內(nèi)容傳遞服務(wù)而導(dǎo)致上行帶寬擁塞。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的方法，其特征在于所述方法適用于固定分組網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能測(cè)試，也適用于包括但不限于網(wǎng)絡(luò)電話VOIP、網(wǎng)絡(luò)電視IPTV實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估。
全文摘要
一種對(duì)時(shí)延、丟包進(jìn)行綜合測(cè)量及關(guān)聯(lián)分析的系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)由位于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端的測(cè)量裝置(包括收發(fā)單元、分析單元和通信控制單元)和反饋裝置(包括反饋單元和通信控制單元)組成，收發(fā)單元和反饋單元實(shí)現(xiàn)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑兩端間測(cè)試流的交互，并在測(cè)試過(guò)程中對(duì)每個(gè)分組填寫(xiě)測(cè)試數(shù)據(jù)；兩端通信控制單元相互連接，控制、實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的交互。測(cè)試流為一串測(cè)試包對(duì)，每個(gè)包對(duì)是背靠背、長(zhǎng)度很小的兩個(gè)分組，在丟失一個(gè)分組后，用另一分組來(lái)代表被丟棄分組的時(shí)延，藉此同時(shí)測(cè)量測(cè)試流的時(shí)延和丟包，由分析單元對(duì)同時(shí)獲取的這兩種測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，評(píng)估網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的總體情況，準(zhǔn)確判斷和區(qū)分造成丟包和擁塞故障的不同原因，并呈現(xiàn)最終分析結(jié)果。
文檔編號(hào)H04L12/26GK1777126SQ20051013014
公開(kāi)日2006年5月24日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者林宇 申請(qǐng)人:史文勇