一種單端可用帶寬測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延的變化判斷發(fā)送速率與真實可用帶寬的關(guān)系；根據(jù)判斷結(jié)果逐步調(diào)整發(fā)送速率，直到發(fā)送速率和真實可用帶寬的誤差在可接受的范圍內(nèi)，進而得到最終可用帶寬的測量值。實施本發(fā)明，可在網(wǎng)絡(luò)上任意兩節(jié)點之間進行單端的可用帶寬測量。
【專利說明】-種單端可用帶寬測量方法和采用該方法的終端

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

【背景技術(shù)】
[0002] 帶寬是評價網(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 寬的測量對網(wǎng)絡(luò)運營商（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、增強性能等）和用戶（體驗質(zhì)量）都有重要的意義。
[0003] 可用帶寬測量方法的衡量標準主要包括：
[0004] 測量準確度；
[0005] 探測過程所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)負擔大小；
[0006] 測量所需時間。
[0007] 而現(xiàn)有的可用帶寬測量方法，如化thload，PTR/IGI，Abget等，都在W上1點或多 點上存在不足，亟待提高與改進。


【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明目的在于在保障可用帶寬測量精度的基礎(chǔ)上進一步提高其測量精度并縮 短測量所需時間，減小測量對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的負擔，從而達到改進當前可用帶寬測量的目的。
[0009] 第一方面，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種單端帶寬測量方法，其包括下列步 驟：
[0010] 發(fā)送端周期性向接收端發(fā)送探測流，其中需要測量從發(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)集單向時延的變化趨勢，其中所述數(shù)據(jù) 集是接收端因應(yīng)探測流而發(fā)送的；
[0012] W判斷單向時延的變化趨勢為依據(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 探測流發(fā)送速率大于可用帶寬時，單向時延有增大的變化趨勢；所述探測流小于等于可用 帶寬時，單向時延傾向保持不變。
[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)送探測流，其中需要測量從發(fā)送端到接收端方向上的可用帶寬；單向時延變化趨勢確定 裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)集確定單向時延的變化趨勢，其中所述數(shù)據(jù)集是接收端因應(yīng)探測流而發(fā)送 的；調(diào)整裝置，W判斷單向時延的變化趨勢為依據(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數(shù)據(jù)包，所得的估測可用帶寬值，達到快速收斂，縮短網(wǎng)絡(luò)測量所用 時間。
[0021] 通過更準確的單向時延變化趨勢判斷W及二分法的發(fā)送速率調(diào)節(jié)方法很好的達 到到發(fā)送速率快速收斂，縮短網(wǎng)絡(luò)測量所用時間，減小測量過程對網(wǎng)絡(luò)負載的影響的目的。
[0022] 通過自適應(yīng)逼近方法，發(fā)送速率不斷逼近真實的網(wǎng)絡(luò)可用帶寬，同時設(shè)定允許誤 差值進一步縮短測量時間，提高測量效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1為計算機網(wǎng)絡(luò)單端可用帶寬測量的場景示意圖；
[0024] 圖2為包的發(fā)送接收示意圖；
[0025] 圖3為本發(fā)明實施例的可用帶寬測量方法的步驟圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明另一實施例的可用帶寬測量方法的流程圖；
[0027] 圖5為本發(fā)明另一實施例的可用帶寬測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)明實施例的網(wǎng)絡(luò)終端的裝置圖。

【具體實施方式】
[0029] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
[0030] 圖1為計算機網(wǎng)絡(luò)單端可用帶寬測量的場景之一的示意圖。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)過運營商所部署的若 干個中轉(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=個中轉(zhuǎn)服務(wù)器作為文件上傳的終點。 為達到該一目的，客戶端1需要測出其與該N個中轉(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量過程。本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)探測模型主要在傳輸層進行操作。
[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)送第一組探測流。
[0033] 第2步，接收端根據(jù)接收到的探測流時間逐個向發(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)送端對收到的接收端回應(yīng)數(shù)據(jù)包的信息進行處理，讀取每個數(shù)據(jù)包到達發(fā)送 端的時間，逐個相減計算包間時間間隔隔，進而通過不斷迭代計算當前數(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)包的單位時延的變化趨勢，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，比如單位時延變化 趨勢出現(xiàn)拐點，并且發(fā)送速率和真實可用帶寬的誤差在允許范圍內(nèi)。
[0037] 使用本方法遍歷的對服務(wù)器1一一服務(wù)器N進行測量，通過選取擁有最大可用帶 寬測量值的服務(wù)器進行傳送即可獲得最大文件上傳速度。
[003引圖3為本發(fā)明實施例的可用帶寬測量方法的步驟圖。如圖3所示，該單端帶寬測 量方法包括下列步驟：
[0039] 在步驟301中，根據(jù)所要測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)集的單向時延的變化趨勢，判定當 前發(fā)送速率與真實可用帶寬的關(guān)系；其中所述數(shù)據(jù)集是接收端因應(yīng)探測流而發(fā)送的。
[0041] 需要說明的是，進行單端可用帶寬的測量，可W采用基于TCP協(xié)議的終端作為接 收端，該樣接收端會在周期性的收到探測包的同時向發(fā)送端回復(fù)MSS個字節(jié)。同時可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而減小算法的運行時間。
[0042] 在步驟303中，W判斷單向時延的變化趨勢的判定結(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,即可判斷單向時延變化趨勢，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量所得的可用帶寬的結(jié)果。
[0045] 圖4為本發(fā)明另一實施例的可用帶寬測量方法的流程圖；
[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)送探測流，接收端收到發(fā)送端傳來的探測流 時，不斷返回數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包中應(yīng)該有時延數(shù)據(jù)，發(fā)送端利用二分法根據(jù)時延數(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)的零點所在的區(qū)間一分為二，使區(qū)間的兩個端點逐步逼近零點， 進而得到零點近似值的方法。
[0化引 C為[a, b]上的中間點，f(c)為該點的函數(shù)值，
[0053] 若f (C) = 0貝1J C點為函數(shù)的零點；
[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)果為單向時延增長，表明第n個探測流的發(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)送速率是否達到臨界值；
[0059] 具體地，若達到了預(yù)設(shè)的臨界值，則調(diào)整完畢，輸出帶寬值，若未達到預(yù)設(shè)的臨界 值，則返回重新調(diào)整發(fā)送速率，直到發(fā)送速率達到預(yù)設(shè)的臨界值為止。
[0060] 接下來詳細介紹利用二分法調(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)送端收到請求；
[0065] 在步驟504,收到請求后發(fā)送端WT為周期向基于TCP協(xié)議的接收端發(fā)送 I^ake-Acks 探測流。
[0066] 具體地，設(shè)S(i)為發(fā)送端發(fā)送第i個探測包的時間；S(i) = S(i-1)+T，
[0067] ra)為目的端接收第i個探測包的時間，ra) = sa)+d(i) + 〇，
[0068] da)為探測包i的單向延時，0為兩端主機的時鐘上的偏差。
[0069] t(i) = r(i)-r(i-l) = T+d(i)-d(i-l)是兩個探測包的接收時間之差。
[0070] 在步驟505,計算OWD和PCT的值；
[0071] 具體地，根據(jù)上述=個式子：
[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個關(guān)系式可W地推到單向延時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。在最初的測量時d(l) = 0,可化遞 推出單向延時延。
[0077]
[007引

【權(quán)利要求】
1. 一種單端可用帶寬測量方法，其特征在于，其步驟包括： 發(fā)送端周期性向接收端發(fā)送探測流，其中需要測量從發(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)集單向時延的變化趨勢，其中所述數(shù) 據(jù)集是接收端因應(yīng)探測流而發(fā)送的； 以判斷單向時延的變化趨勢為依據(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量方法，其特征在于，所述探測流發(fā)送 速率大于可用帶寬時，單向時延有增大的變化趨勢；所述探測流R小于等于可用帶寬時，單 向時延傾向保持不變。
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量方法，其特征在于所述判斷數(shù)據(jù)集單 向時延的變化趨勢包括采用Src#P S PDT來確定單向延遲是否為增長趨勢，其中參數(shù)S PCT表示 的是在一次測量過程中得到的所有單向時延中后一個時延大于前一個時延的個數(shù)占總的 時延個數(shù)的比例，參數(shù)SPDT表示的是所有得到的時延結(jié)果中最后一個時延與第一個時延的 差值和所有相鄰時延的變化值的比值。
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)送探測流，其中需要測量從發(fā)送端到接收端方向上的可 用帶寬； 單向時延變化趨勢確定裝置，根據(jù)數(shù)據(jù)集確定單向時延的變化趨勢，其中所述數(shù)據(jù)集 是接收端因應(yīng)探測流而發(fā)送的； 調(diào)整裝置，以判斷單向時延的變化趨勢為依據(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】H04L12/26GK104486163SQ201410822701
【公開日】2015年4月1日 申請日期: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 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所