网络主动带宽测量算法设计

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1、万方数据兰兰竺!，，／网络主动带宽测量算法设计魏梦娟1。卞静2(1．广州市统计局计算中心，广州510030；2．中山大学数学与计算科学学院．广州510275)摘要：本文基于Cruz流量模型．通过主动检测单向时廷连续上升的概率。推断探测速率与端到端可用带宽之同的关系，提出一种网络可用带宽主动洲t-g．法PathPCQ。NS2仿真显示，PathPCQ算法洲量精度和效率都优于现有的带宽潮-IL．r．．Jr-Pathload。关键词：可用带宽测量；主动测量；单向时延0引言带宽测量技术有被动测量和主动测量。被动测量以数据包捕获为基础。需要专门硬件采集

2、．同时要有网络的管理权限：主动测量则相对灵活．通过向网络注入探测流，完成端到端的带宽测量。Pathload，呢典型的主动带宽测量工具．其优点是能根据数据包的时延情况动态逼近网络的可用带宽：在现有带宽测量工具中．精度较高。但运行时需要发送大量的测试报文．统计量大，测量时间较长。针对Pathload算法的不足。本文基于Cruz流鼍模型闭。设计了一种新的可用带宽估测方法PathPCQ(PathParameterbasedonCruzQueue)。1PathPCQ测量原理1．1Cmz流量模型分析Cruz流量模型为：设R(￡)表示t时刻网络的流最，y

3、速率，J月(￡)也@≤)，)表示在扛，办明问网络转发的总数ry据量，则存在tr>，O和p≥o，满足JR(t)dt<踟,+p(y-x)，其中，仃为突发长度的上界，p为平均流量速率。该模型表明：实际网络突发流量和平均流量必有上界，该上界与瓶颈链路有关。设一个端到端路径包含日条链路，i=1，⋯，H，cf4。柚分别为链路i的容量、可用带宽、带宽利用率；Dk、∥、q：、f、e分别是第k个数据包的端到端单向时延、在链路时的排队长度、排队时延、到达链路的时间，离开链路i的时间；尺。、最分别是流入链路i的速率和流出速率；￡为探测包大，小。由路径端到端可用带

4、宽定义[31：A=rain(1一阮)ci，有尺“桃·cjcI+(R‘4‘)，若RH>A；，则链路f在一，‘+，i+rT](T=Lm“)期间进入队列的数据量谚=f。(R“桃·C：)dl—C：·Z'_{C‘+(Rf_l-A‘)卜7二—C：·7T-(尺“-Aj)丁>0，此时有气k+l一屯／t=(矿”+g：“)一(t+g：)=nd，ci。则探测流流出速率尺；=击2葡Li2丽LCiti-ti=jlj+Qi

5、ciLir+Qi可砸LC=：i-iA万2历翻％C：7'+(尺Hi)r(1I+(R-I—-A‘)～1若R，。≤A；，有尺部。。由此得到探测速率和路径

6、可用带宽之间的关系：若探测速率大于可用带宽，则圮积一，在紧凑链路引起排队，使相邻包间单向时延呈增大趋势：若探测速率不大于可用带宽，则飓嘏⋯不会引起数据包排队。数据包的单向时延将没有明显的变化趋势。1．2单向时延趋势检测参数PSPoQ设计以每个数据包的OWD为基准。设其后数据包OWD连续上升趋势概率为坯唧(theProbabilityofSuccessivePCQ)，它反映了OWD随不同探测速率而变化的过程，其阈值对应转折点；此时的发送速率，即认为是路径的可用带宽．设探测包发送时间为Snd。接收时间为Rcv．则单向时延0形D=Rct，一Snd

7、。设接收端一共接收到Ⅳ个数据包．第i个数据包的0WD为Di，统计所有OWD大于Dj并处于OWD分布曲线上升区域内的点的个数sum．_lnc庠∑∑“％，毋，％，跣其中怖易吼03={未裟升㈣，则收稿日期：2007—12—05修稿日期：2008-01—08作者简介：魏梦娟(1965一)，女，广东五华人，工程师。研究方向为网络与信息系统管理137万方数据粥酽号弓芒等‘K，其中K为够正因子，使体PoQ的值接近0．5。1．3PathPCQ算法描迷设带宽迭代区间为【R咖R一，尺～初始化值可以通过PP包对(PacketPair)t41技术得到，R旆取为64

8、bps，探测流的初始发包速率为R(O)=(R～根旆)门2(限制初始探测速率不要远大于路径可用带宽)。PathPCQ算法流程如图1所示。’图1PathPCQ算法流程图2PathPCQ性能测试2．1可用带宽测试PathPCQ性能测试采用图2拓扑结构．1个PathPCQ探测包发送端和3个CBR流发送端．通过CBR流来调节背景流变化。CBR流发送的包大小分别为40字节(发包速率是背景流总速率的7％)、400字节(56％)和900字节(37％)。瓶颈链路带宽为1．5M。路由器R1和R2采用RED队列管理机制。由图3的测量结果可以看到．PathPCQ带

9、宽测量接近予路径的实际可用带宽。图2仿真拓扑2．2PathPCQ算法与Pathload比较沿用图1拓扑结构．对PathPCQ与Pathload进行比较。图4(a)是带宽估测比较，