一種基于丟包率和時(shí)延聯(lián)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙?jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別是一種基于丟包率和時(shí)延聯(lián)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙?jì) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與通信網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，越來越多的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?變得更加龐大和復(fù)雜，這就給網(wǎng)絡(luò)的控制、管理和優(yōu)化帶來了巨大的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作 為網(wǎng)絡(luò)控制、管理和優(yōu)化的重要輸入信息，如何識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的重 要方向之一。
[0003] 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙?jì)方法可分為兩類：基于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)協(xié)作的方法和基于網(wǎng)絡(luò)層析成 像的方法。基于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)協(xié)作的方法利用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部路由器的反饋信息（如路由信息、ICMP 報(bào)文等）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，很多節(jié)點(diǎn)出于對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全等方面因素的考 慮，往往不愿意協(xié)作，導(dǎo)致該類方法在實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)失效；基于網(wǎng)絡(luò)層析成像的方法 (又稱為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙?jì)）通過端到端測(cè)量獲得路徑級(jí)性能參數(shù)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法推斷出 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其最大的優(yōu)勢(shì)是不需要網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的協(xié)作，因而受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界 的廣泛關(guān)注。
[0004] 基于網(wǎng)絡(luò)層析成像的拓?fù)涔烙?jì)方法，通過使用背靠背包、"三明治"包等探測(cè)包獲 取源節(jié)點(diǎn)到一系列目的節(jié)點(diǎn)的路徑數(shù)據(jù)，然后利用源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)對(duì)共享路徑上的丟包 率或者時(shí)延差進(jìn)行處理作為拓?fù)涔烙?jì)的輸入，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行估計(jì)。但是這類方法對(duì) 拓?fù)溥M(jìn)行識(shí)別時(shí)只用到了丟包率或者只用到了時(shí)延差，性能參數(shù)單一，需要發(fā)大量的探測(cè) 包進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)發(fā)包次數(shù)太多時(shí)會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。
[0005] 馬薩諸塞州大學(xué)的Ratnasamy等最早開展了基于網(wǎng)絡(luò)層析成像的拓?fù)涔烙?jì)方法 的研究，利用從一個(gè)源節(jié)點(diǎn)向一系列目的節(jié)點(diǎn)發(fā)送多播探測(cè)包，估計(jì)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)對(duì) 之間共享路徑上的丟包率，并提出一種自底向上的樹狀邏輯拓?fù)錁?gòu)建算法。AT&T實(shí)驗(yàn)室的 Duffield等在共享路徑丟包率和時(shí)延方差的估計(jì)的基礎(chǔ)上，提出DBT算法構(gòu)建二叉樹拓 撲。但是，由于多播方式在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中并未被廣泛配置，因此研究基于單播端到端測(cè)量的拓 撲估計(jì)方法具有重要的實(shí)際意義。萊斯大學(xué)的Castro等提出一種稱為"三明治"包的單播 端到端測(cè)量方法，該方法可以獲得探測(cè)包在共享路徑上的時(shí)延差，在此基礎(chǔ)上采用最大似 然法進(jìn)行拓?fù)涔烙?jì)，能獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果。
[0006] 當(dāng)前對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥R(shí)別的模型主要有背靠背包探測(cè)模型、包組探測(cè)模型和"三明治" 包探測(cè)模型等探測(cè)模型。
[0007] 靠背包探測(cè)模型的探測(cè)包的發(fā)送方式為：依次在目的節(jié)點(diǎn)集合D中選擇兩個(gè)節(jié)點(diǎn) i和j作為目的節(jié)點(diǎn)對(duì)，源節(jié)點(diǎn)S在很短的時(shí)間間隔內(nèi)向這個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送很小的探測(cè)包。由 于組成背靠背包的兩個(gè)小包發(fā)送時(shí)間間隔足夠小，因此它們?cè)诠蚕砺窂缴系男袨閹缀跻?致，即它們會(huì)以很大的概率同時(shí)被傳輸或者丟棄，且時(shí)延值相同。對(duì)于有N個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的集 合D，每一次測(cè)量需要發(fā)送NX(N-1)個(gè)背靠背包即可完成。背靠背包實(shí)質(zhì)上是對(duì)多播包的 一種模擬，能保證兩個(gè)小包的相關(guān)性很高，因此可以用于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量中。
[0008] "三明治"包探測(cè)模型中源節(jié)點(diǎn)S每次選擇一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)對(duì){i，j}進(jìn)行測(cè)量。"三 明治"包探測(cè)模型的探測(cè)包由三個(gè)包<ii，ji，i2>組成：發(fā)往目的節(jié)點(diǎn)i的小包ijpi2，發(fā)往 目的節(jié)點(diǎn)j的大包1。
[0009] "三明治"包探測(cè)模型的原理為：在共享路徑上，探測(cè)包〈L扎i2>中由于大包1的 發(fā)送時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致小包idPi2每經(jīng)過一條共享鏈路，其時(shí)延差值就增加。當(dāng)探測(cè)包到 達(dá)節(jié)點(diǎn)C(i，j)后，由于目的節(jié)點(diǎn)的不同，三個(gè)包將分別傳輸，此后，大包1將不再影響小包 ^和i2的時(shí)延差值，此時(shí)，該時(shí)延差值將不再變化。因此，在目的節(jié)點(diǎn)i處接收到的兩個(gè)小 包的時(shí)延差越大，說明目的節(jié)點(diǎn)對(duì)U，j}的共享路徑的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。顯然，在上述原理中并 沒有考慮實(shí)際背景流量的影響。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，背景流量必然會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此在 實(shí)際應(yīng)用中，常常把背景流量對(duì)時(shí)延差的影響看作是零均值的高斯噪聲。
[0010] 基于網(wǎng)絡(luò)層析成像的拓?fù)涔烙?jì)方法中，通過使用背靠背包、"三明治"包等探測(cè)包 對(duì)拓?fù)溥M(jìn)行端到端測(cè)量，只能獲取時(shí)延差或者丟包率等單一性能參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于丟包率和時(shí)延聯(lián)合的新型探測(cè)模型， 并利用該新型模型探測(cè)包對(duì)拓?fù)溥M(jìn)行度量和估計(jì)，最后形成更快更精確的估計(jì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞?一種基于丟包率和時(shí)延聯(lián)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙?jì)方法。
[0012] 本發(fā)明的基于丟包率和時(shí)延聯(lián)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙?jì)方法，包括如下步驟：
[0013] 步驟1、搭建丟包率和時(shí)延聯(lián)合的拓?fù)涔烙?jì)探測(cè)模型；
[0014] 步驟2、拓?fù)涔烙?jì)計(jì)度量計(jì)算；
[0015] 步驟3、基于度量聯(lián)合的拓?fù)涔烙?jì)。
[0016] 進(jìn)一步地，所述步驟1中的探測(cè)模型為源節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，探測(cè) 包數(shù)量為五個(gè)。
[0017] 進(jìn)一步地，所述的探測(cè)包發(fā)包方式為依次在目的節(jié)點(diǎn)集合中選擇兩個(gè)節(jié)點(diǎn)作為節(jié) 點(diǎn)對(duì)，源節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送探測(cè)包。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟2中的計(jì)算步驟為：
[0019] 步驟21、計(jì)算從源節(jié)點(diǎn)到任意兩個(gè)目的節(jié)點(diǎn)共享路徑的長(zhǎng)度；
[0020] 步驟22、計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的共享路徑度量向量集；
[0021] 步驟23、計(jì)算源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路徑多度量參數(shù)集。
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟21的計(jì)算方法是通過丟包率。時(shí)延和相關(guān)性作為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì) 算。
[0023] 進(jìn)一步地，所述步驟3的步驟為：
[0024] 步驟31、計(jì)算所有源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的拓?fù)涔烙?jì)計(jì)度量，整理成集合；
[0025]步驟32、初始化數(shù)據(jù)；
[0026] 步驟33、查找路徑多度量參數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)對(duì)，并構(gòu)建父節(jié)點(diǎn)，同時(shí)更新數(shù)據(jù)集；
[0027] 步驟34、判斷是否結(jié)束更新；
[0028] 步驟35、輸出結(jié)果。
[0029] 本發(fā)明的有益效果：用這種新型探測(cè)包模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行估計(jì)，通過計(jì)算丟包 率、時(shí)延等多種鏈路性能參數(shù)的統(tǒng)計(jì)信息，能更加準(zhǔn)確地估計(jì)性能參數(shù)，從而得到正確的拓 撲結(jié)構(gòu)；同時(shí)由于聯(lián)合使用了多個(gè)性能參數(shù)，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況下估計(jì)的結(jié)果比單獨(dú)使用丟 包率或者時(shí)延參數(shù)得到的結(jié)果更精確。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0031] 本發(fā)明的基于丟包率和時(shí)延聯(lián)合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙?jì)方法，包括如下步驟：
[0032] 步驟1、搭建丟包率和時(shí)延聯(lián)合的拓?fù)涔烙?jì)探測(cè)模型；所述步驟1中的探測(cè)模型為 源節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，探測(cè)包數(shù)量為五個(gè)。所述的探測(cè)包發(fā)包方式為依次在 目的節(jié)點(diǎn)集合中選擇兩個(gè)節(jié)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)對(duì)，源節(jié)點(diǎn)向節(jié)點(diǎn)對(duì)發(fā)送探測(cè)包。假設(shè)源節(jié)點(diǎn)為S， 目的節(jié)點(diǎn)為U，j}，五個(gè)探測(cè)包為〈L扎i2,j2,i3>，發(fā)往目的節(jié)點(diǎn)i的大包i2和小包ii、i3， 發(fā)往目的節(jié)點(diǎn)j的大包i、j2。由于探測(cè)包iJPji的大小很小，并且發(fā)送時(shí)間間隔也足夠 短，那么這對(duì)探測(cè)包在U，j}的共享路徑上具有一致的傳輸行為，即它們會(huì)以很大的概率 同時(shí)被傳輸或者丟棄，且時(shí)延值相同。同樣由于探測(cè)包1 3和j2的大小很小，并且發(fā)送時(shí)間 間隔也足夠短，因此這對(duì)探測(cè)包在U，j}的共享路徑上同樣具有一致的傳輸行為，即它們 同時(shí)被傳輸或者丟棄的概率很大，且時(shí)延值相同。在共享路徑上，探測(cè)包1、i2、j2中由于 大包12的發(fā)送時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致小包jJPj2每經(jīng)過一條共享鏈路，其時(shí)延差值就增加。當(dāng) 探測(cè)包到達(dá)節(jié)點(diǎn)C(i，j)后，由于目的節(jié)點(diǎn)的不同，三個(gè)包將分別傳輸，此后，大包i2將不再 影響小包jjpj2的時(shí)延差值，此時(shí)，該時(shí)延差值將不再變化。因此，在目的節(jié)點(diǎn)j處接收到 的兩個(gè)小包的時(shí)延差越大，說明目的節(jié)點(diǎn)對(duì)U，j}的共享路徑的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)。與探測(cè)包j\、 i2、九相同，探測(cè)包i1、h、h在通過節(jié)點(diǎn)C(i,j)之前iJPi3之間的時(shí)延差一直在增加，當(dāng) 到達(dá)節(jié)點(diǎn)C(i，j)之后iJPi3之間的