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网络路径带宽有效测量方法的研究

吕绍和  
【摘要】: 带宽是描述网络状态的重要参数,其在Overlay网络、无线网络、流量工程与网络安全等方面都有广泛应用。网络路径的端到端带宽反映了终端用户的网络体验,其准确测量日益成为研究热点。本文主要研究基于端到端的、无需中间设备协同的路径带宽主动测量。 简要回顾带宽测量的研究现状之后分析了影响端到端带宽测量的主要因素。首先从主机与网络两个角度较为系统地总结了影响测量的各种因素。然后将测量过程划分为数据收集、过滤与后处理三个子过程,并分别讨论了每个子过程中各种影响测量的因素。 瓶颈带宽(或容量)及可用带宽是描述路径带宽特征的主要参数。通过深入分析报文对测量及带宽参数本身特征,给出了分别测量可用带宽与瓶颈带宽的有效方法COPP与CapEst。两种方法均无需路径两端的时钟保持同步,仿真环境中通过与其它类似方法的比较验证了两种方法的有效性。 COPP一次测量过程中包括多组报文对chirp序列即速率不断增大的报文对序列。其基本思想是将报文对与自拥塞原则结合,从每组序列中求出所有成为转换点的报文对,然后根据这些报文对及其相邻探测报文所受干扰的不同程度赋以它们不同的权重,从而得到一个可用带宽的部分测量值,然后对部分测量结果求加权和得到最后的测量结果,加权系数为各部分测量的持续时间与整个测量过程的持续时间的比值。 CapEst一次测量过程中包括多组探测报文对集合,同一集合内报文的大小相同而不同集合内的探测报文大小不同。其基本思想是将一个报文对集合拆分为两个报文集合,分别包含报文对的第一与二个报文,并选取各集合中单向延迟最小的报文重构新的报文对进而得到被测路径的瓶颈带宽。利用TCP的特殊语义并以报文周转时间RTT代替单向延迟,可得到仅配置在发送端的CapEst,其灵活性较好但精度明显降低。 报文对在包括COPP与CapEst在内的大量带宽测量方法中有广泛应用,因此报文对模型的研究具有重要意义。本文详细观察了满足back-to-back特征报文对的第一与第二个报文的相关性与差异性及报文大小、网络负载、背景流的特征、瓶颈带宽及拓扑结构或路径长度等参数改变时报文对的相关性与差异性的变化趋势。探测报文与背景流报文的交互分析较好解释了报文对的相关性与差异性。其结果指示了探测信息处理的一个新方向即将对单个报文的分析与对报文对整体的分析相结合以得到更准确的带宽测量结果。 总之,本文对包括瓶颈带宽与可用带宽在内的带宽的主动测量方法与模型进行了深入研究。研究结果具有较好的理论与实践价值。


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