基于主動(dòng)測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，承載在IP網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)日益趨于多樣化和復(fù)雜化，IP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被要求從提供簡(jiǎn)單連接與控制的網(wǎng)絡(luò)逐漸向高品質(zhì)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的方向發(fā)展。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能提出了更高的要求。但由于Internet固有的高度異構(gòu)性、復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)整體的性能特征及其行為的透徹理解也變得越來越困難。 網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)通過直接采集網(wǎng)絡(luò)性能原始數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行特征化描述，是充分理解并正

2、確認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)的基本手段，是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制、管理，以及業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)的重要依據(jù)，也是解決網(wǎng)絡(luò)所面臨挑戰(zhàn)的前提。本文系統(tǒng)地總結(jié)了網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)領(lǐng)域迄今為止的主要研究工作、進(jìn)展及特點(diǎn)，指出了采用主動(dòng)測(cè)試方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)測(cè)所面臨的一些難點(diǎn)問題，針對(duì)各協(xié)議層次重要指標(biāo)測(cè)量方法，流量數(shù)據(jù)采樣方法，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等問題進(jìn)行了深入研究并取得如下創(chuàng)新性成果： （1）提出了一種低開銷、快速收斂的可用帶寬測(cè)量改進(jìn)方法。針對(duì)PRM（Probe Rate Mod

3、el）可用帶寬測(cè)量方法存在測(cè)量開銷大、收斂慢的問題，提出了一種可用帶寬測(cè)量的改進(jìn)方法WPathload，該方法基于時(shí)延變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，改進(jìn)發(fā)送速率調(diào)整算法，并采用周期流組到達(dá)目的端的速率代替周期流的發(fā)送速率，更新可用帶寬上界，從而加快收斂速度，降低測(cè)量開銷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的方法能快速反映可用帶寬的變化，增強(qiáng)了跟蹤帶寬變化的能力。 （2）深入研究了可用帶寬測(cè)量中的包對(duì)行為特征。PGM（Probe Gap Model）可用帶寬

4、測(cè)量方法中探測(cè)包對(duì)間隔容易受到路徑上背景流量、數(shù)據(jù)包異常等因素的干擾，從而造成對(duì)可用帶寬的高估或低估。本文結(jié)合理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)分析，定量分析這些干擾因素對(duì)探測(cè)包對(duì)間隔行為特性的影響，觀察這些因素與測(cè)量結(jié)果精度之間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，分析得到了一系列有價(jià)值的結(jié)論，為PGM測(cè)量工具的改進(jìn)與完善提供了依據(jù)。 （3）提出一個(gè)基于四狀態(tài)Gilbert丟包機(jī)制的TCP吞吐量模型。現(xiàn)有TCP吞吐量模型采用的簡(jiǎn)單丟包、Bernoulli丟包等機(jī)制已經(jīng)成為

5、制約提高吞吐量模型精確度的重要原因。本文采用四狀態(tài)Gilbert模型來描述測(cè)量過程中端到端路徑上的丟包行為，對(duì)TCP的擁塞控制過程進(jìn)行建模，重新推導(dǎo)出一個(gè)基于四狀態(tài)Gilbert丟包機(jī)制的TCP吞吐量模型。實(shí)驗(yàn)證明該模型具有更高的精確度，在此模型上實(shí)現(xiàn)的吞吐量間接測(cè)量工具，不需要產(chǎn)生很大的測(cè)量流量，對(duì)網(wǎng)絡(luò)幾乎不造成任何影響，可以很好地支持長期在線測(cè)量。 （4）提出了一種基于主動(dòng)業(yè)務(wù)仿真的流媒體業(yè)務(wù)性能測(cè)量方法。目前已有的流媒體業(yè)

6、務(wù)性能測(cè)量工具主要用于對(duì)服務(wù)進(jìn)行壓力測(cè)試，不能反映終端用戶的實(shí)際使用性能。本文從端用戶角度提出了合理反映流媒體業(yè)務(wù)性能的指標(biāo)，借鑒主動(dòng)測(cè)試技術(shù)，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于主動(dòng)業(yè)務(wù)仿真的流媒體業(yè)務(wù)性能測(cè)量方法RealMeasure。 并應(yīng)用該工具，通過仿真實(shí)驗(yàn)，深入分析帶寬、幀速率、丟包率和延遲對(duì)流媒體業(yè)務(wù)性能的影響，并在分析的基礎(chǔ)上提出了一種流媒體業(yè)務(wù)性能預(yù)警方法；最后，提出一種流媒體客戶端緩沖區(qū)監(jiān)測(cè)管理機(jī)制，能有效提升緩沖區(qū)包容包失

7、序的能力，精確有效地監(jiān)測(cè)包失序的嚴(yán)重程度及其對(duì)業(yè)務(wù)性能的影響。上述工作能及時(shí)向流媒體服務(wù)器反饋信息，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的質(zhì)量控制，并且為流媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)化提供依據(jù)。 （5）提出了一種自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)采樣方法。針對(duì)目前常用的流量采樣方法無法在網(wǎng)絡(luò)流量突發(fā)時(shí)及時(shí)、準(zhǔn)確反映真實(shí)流量特征的問題?；诩系挠^點(diǎn)，提出一種自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)流量的采樣方法ADSA（Adaptive Sample），該方法通過對(duì)已采取樣本的分析，估計(jì)網(wǎng)絡(luò)流量當(dāng)前的變化程

8、度，自動(dòng)調(diào)整樣本間的采樣間隔和采樣概率，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量指標(biāo)較細(xì)致準(zhǔn)確的反映，能以較小的采樣代價(jià)獲知實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)流量行為特征。既達(dá)到了采樣速率自適應(yīng)于流量變化的目的，又可以控制對(duì)測(cè)量設(shè)備資源的消耗，而且該方法易于實(shí)現(xiàn)。 （6）提出了面向網(wǎng)絡(luò)行為特征分析的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了分布式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)NetMonitor。該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的流量行為、端到端行為、路由行為、業(yè)務(wù)行為，提取網(wǎng)絡(luò)行為的基本特征，構(gòu)造并驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)行為的數(shù)學(xué)