网络瓶颈检测方法技术

本发明专利技术涉及网络技术领域，公开了一种网络瓶颈检测方法，包括步骤101、根据网络拓扑结构建立数学模型；102、根据网络效用最大化原则，确定几何规划问题的目标函数；103、判断所有路径的输入速率是否都固定，如果是，则顺序执行步骤104、107、108；否则顺序执行步骤105～108；104、确定固定速率的约束条件；105、读取所设置的保险程度值ε；106、确定随机速率的约束条件；107、求解几何规划问题，以得出每条链路的丢包率，其中，所述几何规划问题由所述目标函数与固定速率的或随机速率的约束条件构成；108、根据所求出的每条链路的丢包率，确定网络瓶颈。本发明专利技术能提高网络瓶颈检测的准确度、降低网络负载，并提高网络管理的灵活度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及网络
，具体涉及一种。
技术介绍
检测网络瓶颈并对结果进行分析，可以清楚地了解网络中各个组件运行情况，同时可以将异常组件的运行状况反映给用户，在改进网络性能、提高网络服务质量方面为用户提供依据和合理的建议。因此，对网络瓶颈进行相关分析和研究在网络性能管理的探索中扮演着愈发重要的角色，研究并创新网络瓶颈分析算法对提高网络整体性能的作用举足轻重。在众多性能特征中，带宽、延迟和丢包率是网络性能管理中最常用的三个重要指标， 也是产生网络瓶颈的三个主要因素。所以现阶段的网络瓶颈研究主要集中在三个方面，分别是带宽瓶颈测量、延迟瓶颈测量和链路丢包率的测量。下面分别介绍。1.带宽瓶颈检测技术带宽瓶颈具体是指限制数据包在网络链路中传播的能力的带宽大小，可以分为链路带宽瓶颈测量和可用带宽瓶颈测量，通常把对链路带宽瓶颈的测量称为瓶颈带宽的测量。目前对于链路带宽瓶颈的测量主要采用带宽测量的方法，主要分为两类一类是单包测量方法，基本思想是根据数据包大小与传输时延的线性关系而提出的可变包大小的测量方法进行测量，该方法主要利用不同大小的包的各种最小延迟求逐条链路的带宽然后比较最小带宽，其主要测量工具有I^athchaiNPchaiNClink和Bing等；另一类方法是包对测量方法，基本思想是利用基于背靠背的数据包对的时延间隔和带宽关系而提出的包对测量方法(Packet Pair/Train Dispersion, PPTD)测量链路带宽，该方法背靠背发送两个或多个数据包，根据背靠背数据包由于排队形成的间隔估计瓶颈带宽，主要测量工具有Sprobe， Pathrate, TCPanaly 禾口 Nettimer0可用带宽瓶颈的检测技术主要分为两类，即包速率方法PRM与包间隔方法PGM。 PRM是基于“自引入阻塞”概念的一个测量模型，基本思想是通过发送不同速率的数据包所成的线性关系推导出链路的可用带宽，典型的测量工具为I^athload。PGM的基本思想是运用数据包队列在瓶颈链路中传播时间差值与数据包长度的比值来推断可用带宽，相关测量工具有SpruCe、IGI和Delphi。目前最新的可用带宽瓶颈检测技术是Cprobe，它通过传输较短的ICMP数据包队列来估计可用带宽。带宽瓶颈检测技术方面的专利技术中，申请号为200310113676. 3的中国专利申请公开了一种端到端的网络瓶颈带宽测量方法，包括下述步骤1.初步估算三个测量参数受测网络路径的环回时延RTT，带宽测量精度范围BIN和一个比真实值偏小的瓶颈带宽左界值；2.发送端发送多组不同包长的测量数据包对，接收端收到测量数据包对后，记录存储测量数据，并发送确认应答；3.接收端分别按不同包长和不同序号把测量数据分组， 两两交织进行矩形呈现处理，获得多幅测量样值矩形分布图，然后根据所有分布图中峰的位置分布情况，利用挑峰和滤峰操作找出相对固定的成峰位置，得出瓶颈带宽测量结果值。2.延迟瓶颈检测技术网络延迟是网络性能的重要属性之一，它包括排队延迟、传输延迟和传播时延等三个部分。在端到端的测量中，数据包经过路由器节点构成的序列中最大延迟所在的路径定位为端到端的延迟瓶颈，该链路的延迟的大小定位为延迟瓶颈的大小。对于延迟瓶颈，国内外的研究成果都比较少，但随着语音通讯网络、视频流媒体网络等实时性要求很高的应用的逐渐普及和流行，延迟瓶颈的研究会得到愈来越多的关注。 目前已有的主要研究如下J. C. Bolot利用周期性发送UDP包的方式测量往返延迟，分析了 Internet中的端到端的包延迟和丢失行为。S. B. Moon在1998年研究了在一个连续的媒体流中包延迟和包丢失之间的相关性。G. Almes等人在1999年分别对单向延迟和往返延迟概念和测量方法做了详细的介绍。申请号为200710074656. 8的中国专利申请公开了一种多媒体终端音频延迟的测定方法，可以发现音频延迟瓶颈。具体步骤包括1.完成多媒体终端和与之互通的媒体设备的网络部署后，设置所述多媒体终端内部的测试点以及外部的监测点；2.所述多媒体终端交互平稳后，提取出所述多媒体终端内部的各测试点以及外部的各监测点的音频数据； 3.分别读取所述多媒体终端内部的各测试点以及外部的各监测点的音频数据，并且分别根据所述音频数据做出音频延迟估计。3.丢包率瓶颈检测技术丢包率是体现网络链路性能的重要因素，它直接关系到用户对网络使用的直观感受。对丢包率的网络瓶颈目前已经有了一定的研究，尤其是对于UDP网络中的丢包率瓶颈检测方面的研究有了很大的进展。目前检测丢包率瓶颈的一种领先技术是由N. Sretty等人在2008年提出的利用数学规划方法检测网络瓶颈。在已知每条链路的容量、网络拓扑结构和路径输入速率的前提下，构造出几何规划形式的效用最大化问题，通过数学建模将瓶颈检测问题转化为可以求出唯一解的统筹规划模型问题，定位丢包率瓶颈，该方法也适用于随机输入速率的网络情况。下面介绍上述现有技术的缺陷。1.带宽瓶颈和延迟瓶颈检测技术的问题(1)在一定程度上对网络造成负载对于带宽和延迟的测量，现有技术例如申请号为200310113676. 3的专利申请需要在网络中发送探测包，并通过在发送端和接收端进行相关探测才可得出结果数据。这就对网络造成了不可避免的网络负载，不仅对网络运行造成影响，也会使测量结果产生偏差， 不能真实的反应网络瓶颈情况。(2)实时性差带宽瓶颈和延迟瓶颈的测量都需要耗费一定的测量持续时间，这个时间主要包括探测包发送和接收、处理的时间以及数据后分析处理的时间，例如申请号为 200710074656.8的专利申请。测量持续时间长会直接影响到测量结果的实时性。2.丢包率瓶颈检测技术的问题(1)网络环境考虑不全面网络由网络节点和网络链路两大部分构成，而现有的丢包率测量技术的适用模型将网络单纯地看作链路的集合，忽略了网络节点在网络中的关键作用，这样片面的模型必然会导致测量结果与真实情况的偏差，使测量结果不理想。(2)缺乏实际应用丢包率作为一个比较新的瓶颈研究领域，当前该方面的技术只是在数学模型上进行实现与计算，并未在真实的网络中实际应用。而实际中的网络往往存在着许多理想之外的不确定因素。任何一种技术单单建立于纯粹的数学基础上是远远不够的，只有应用于现实网络中才能真正验证它的正确性和可靠性，才能为方法改进提供更多的依据。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何提高网络瓶颈检测的准确度。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，包括以下步骤101、根据网络拓扑结构建立数学模型；102、根据网络效用最大化原则，确定几何规划问题的目标函数；103、判断所有路径的输入速率是否都固定，如果是，则顺序执行步骤104、107、 108 ；否则顺序执行步骤105、106、107、108 ；104、按照所有路径的输入速率都固定时，流经每条链路的所有数据的速率总和不大于链路容量与交换节点内的排队容量之和的原则，确定固定速率的约束条件；105、读取所设置的保险程度值ε ；106、确定随机速率的约束条件；107、求解几何规划问题，以得出每条链路的丢包率，其中，所述几何规划问题由所述目标函数与固定速率的或随机速率的约束条件构成本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种网络瓶颈检测方法，其特征在于，包括以下步骤：１０１、根据网络拓扑结构建立数学模型；１０２、根据网络效用最大化原则，确定几何规划问题的目标函数；１０３、判断所有路径的输入速率是否都固定，如果是，则顺序执行步骤１０４、１０７、１０８；否则顺序执行步骤１０５、１０６、１０７、１０８；１０４、按照所有路径的输入速率都固定时，流经每条链路的所有数据的速率总和不大于链路容量与交换节点内的排队容量之和的原则，确定固定速率的约束条件；１０５、读取所设置的保险程度值ε；１０６、确定随机速率的约束条件；１０７、求解几何规划问题，以得出每条链路的丢包率，其中，所述几何规划问题由所述目标函数与固定速率的或随机速率的约束条件构成；１０８、根据所求出的每条链路的丢包率，确定网络瓶颈。

【技术特征摘要】
1.一种网络瓶颈检测方法，其特征在于，包括以下步骤101、根据网络拓扑结构建立数学模型；102、根据网络效用最大化原则，确定几何规划问题的目标函数；103、判断所有路径的输入速率是否都固定，如果是，则顺序执行步骤104、107、108；否则顺序执行步骤105、106、107、108 ；104、按照所有路径的输入速率都固定时，流经每条链路的所有数据的速率总和不大于链路容量与交换节点内的排队容量之和的原则，确定固定速率的约束条件；105、读取所设置的保险程度值ε；106、确定随机速率的约束条件；107、求解几何规划问题，以得出每条链路的丢包率，其中，所述几何规划问题由所述目标函数与固定速率的或随机速率的约束条件构成；108、根据所求出的每条链路的丢包率，确定网络瓶颈。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤101具体包括将所有链路丢包率集合记为Σ = ...,/,},其中，L为链路总数，待测的链路i的丢包率为Ii,相应的链路i通过率为& ；将每条链路对应的链路容量集合记为5 =;将链路起始端对应的网络节点的容量集合记为示巧} ,Wi表示链路i起始端对应的网络节点的容量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟洛明，邱雪松，李娟，熊翱，王智立，乔焰，詹志强，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11