AT519683A1 - Verfahren zur Abschätzung der Übertragungskapazität eines Netzwerkpfads - Google Patents

Verfahren zur Abschätzung der Übertragungskapazität eines Netzwerkpfads Download PDF

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AT519683A1 ATA50197/2017A AT501972017A AT519683A1 AT 519683 A1 AT519683 A1 AT 519683A1 AT 501972017 A AT501972017 A AT 501972017A AT 519683 A1 AT519683 A1 AT 519683A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung der Übertragungskapazität eines Netzwerkpfads einer digitalen Datenverbindung zwischen einem Sender (4) und einem Empfänger (5), wobei der Netzwerkpfad mehrere Knoten (1a, 1b, 1c, 1d) mit zumindest je einem Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) aufweist, wobei am Sender (4) mehrere digitale Datenpakete (3) derart eingespeist werden, dass zumindest einer der Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) gefüllt wird, und die Übertragungskapazität nach Empfang der Datenpakete (3) am Empfänger (5) aus der Entleerungsrate des zumindest einen gefüllten Sendepuffers (2a, 2b, 2c, 2d) berechnet wird.

Description

Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung der Übertragungskapazität eines Netzwerkpfads einer digitalen Datenverbindung zwischen einem Sender (4) und einem Empfänger (5), wobei der Netzwerkpfad mehrere Knoten (1a, 1b, 1c, 1d) mit zumindest je einem Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) aufweist, wobei am Sender (4) mehrere digitale Datenpakete (3) derart eingespeist werden, dass zumindest einer der Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) gefüllt wird, und die Übertragungskapazität nach Empfang der Datenpakete (3) am Empfänger (5) aus der Entleerungsrate des zumindest einen gefüllten Sendepuffers (2a, 2b, 2c, 2d) berechnet wird.
Fig. 1a / 21
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Verfahren zur Abschätzung der Übertragungskapazität eines Netzwerkpfads
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung der Übertragungskapazität eines Netzwerkpfads einer digitalen Datenverbindung zwischen einem Sender und einem Empfänger, wobei der Netzwerkpfad mehrere Knoten mit zumindest je einem Sendepuffer aufweist.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Übertragungskapazität einer digitalen Datenverbindung dadurch zu bestimmen, indem zwischen einem Sender und einem Empfänger für einen gewissen Zeitraum, beispielsweise 10 Sekunden, Daten ausgetauscht werden. Die Summe der übertragenen Daten geteilt durch die dafür benötigte Zeit wird als Wert für die verfügbare Übertragungskapazität herangezogen. Die Messung wird in der Regel im TCP-Protokoll durchgeführt, bei der die Datenrate erst nach einer gewissen Einschwingzeit stabil bleibt, sodass die Messdauer hoch ist. Diese Methode verbraucht deshalb hohe Ressourcen und blockiert den Netzwerkpfad für die gesamte Messdauer.
Ebenfalls bekannt ist es, die Dispersion von Paketen im Netzwerk zur Abschätzung der Übertragungskapazität heranzuziehen.
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Diese Methode nützt den Zusammenhang zwischen verfügbarer Kapazität in einem Netzwerkpfad und dem sich daraus ergebenden minimal möglichen Abstand zwischen zwei Paketen als Indikator für die verfügbare Kapazität. Durch die Versendung von Paketströmen, bei denen die zeitlichen Abstände und/oder die Paketgrößen variiert werden, kann an Hand der Abweichung der Empfangszeitpunkte der Pakete von SollWerten die verfügbare Kapazität abgeschätzt werden.
Diese Methode verbraucht zwar wenige Ressourcen, funktioniert jedoch nur zuverlässig, wenn die Kapazität entlang eines Netzwerkpfades konstant ist. Dies ist in modernen Netzwerken, besonders in mobilen Netzwerken, jedoch nicht der Fall, da die Ressourcen hier nach der Anfrage der Benutzer gesteuert werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese und andere Probleme zu beheben und ein einfaches, schnelles und ressourcenschonendes Verfahren zur Schätzung der Übertragungskapazität einer digitalen Netzwerkverbindung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am Sender mehrere digitale Datenpakete derart eingespeist werden, dass zumindest einer der im Netzwerkpfad befindlichen Sendepuffer zumindest teilweise gefüllt wird, und die Übertragungskapazität nach vollständigem Empfang der Datenpakete am Empfänger aus der Entleerungsrate des zumindest einen zumindest teilweise gefüllten Sendepuffers berechnet wird.
In der Regel sind an einer Übertragung von einem Sender zu einem Empfänger zahlreiche Netzwerkknoten beteiligt. Datenpakete, die durch einen Netzwerkknoten nicht sofort weitergeschickt werden können, werden in einem Sendepuffer des Netzwerkknotens zwischengespeichert. Derartige Sendepuffer sind unterschiedlich dimensioniert und können in der Regel mehrere tausend Datenpakete oder auch ein bestimmtes Datenvolumen aufnehmen. Die Latenzzeit eines Netzwerkpfades ist weitgehend durch jene Zeit bestimmt, welche die Datenpakete in den verschiedenen Sendepuffern der Netzwerkknoten auf ihre Abfertigung warten.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene absichtliche Befüllen dieser Sendepuffer erlaubt es, diese Latenzzeit zu messen, indem die Sendepuffer absichtlich durch Einspeisen zahlreicher Datenpakete mit hoher Datenrate gefüllt werden, und danach die Entleerungsrate gemessen wird. Da die Größe und Art der im Netzwerk verwendeten Sendepuffer in der Regel eine Konstante ist, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, dass die Schätzung verlässliche und reproduzierbare Werte liefert, auch wenn das übertragene Datenvolumen vergleichsweise niedrig ist und somit eine durch die Messung verursachte Leistungsreduktion des Netzwerks vermieden wird.
Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nicht erforderlich, die Sendepuffer komplett zu füllen; eine teilweise Füllung ist hinreichend, um zu erreichen, dass die Übertragungskapazität durch die Entleerungscharakteristik der Sendepuffer bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen:
In einem ersten Schritt Einspeisen einer Abfolge digitaler Datenpakete mit jeweils einer eindeutigen Identifikationsnummer am Sender, wobei die Datenpakete ein vorbestimmtes Datenvolumen aufweisen und eine vorbestimmte Zahl an Datenpaketen in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand versendet wird.
In einem zweiten Schritt Empfangen der Datenpakete am Empfänger, wobei jeweils der Zeitpunkt des Empfangs und ein Identifikator des Datenpakets aufgezeichnet werden.
In einem dritten Schritt nach dem Empfang sämtlicher eingespeister Datenpakete am Empfänger Bestimmung des empfangenen Datenvolumens sowie der Zeitspanne zwischen dem Empfang des ersten eingespeisten Datenpakets und dem Empfang des letzten eingespeisten Datenpakets.
Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Datenpakete am Empfänger vollständig oder auch nur teilweise empfangen werden.
In einem vierten Schritt Berechnung der Übertragungskapazität durch Division des empfangenen Datenvolumens durch die gemessene Zeitspanne. Dies entspricht einer linearen Mittelwertbildung des empfangenen Datenvolumens am Empfänger.
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Alternativ dazu kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Übertragungskapazität dadurch berechnet wird, dass eine lineare Regression des kumulierten empfangenen Datenvolumens in Abhängigkeit der Zeit berechnet wird, wobei die Übertragungskapazität der Steigung der berechneten Regressionsgerade entspricht.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die eingespeisten Datenpakete jeweils das gleiche Datenvolumen aufweisen. Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Datenpakete ein Datenvolumen von jeweils unter 1400 Byte aufweisen, vorzugsweise jeweils im Bereich von 500 Byte bis 1400 Byte.
Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, dass das gesamte zur Durchführung der Messung übertragene Datenvolumen weniger als 500 kByte beträgt. Dadurch bleibt der durch die Messung verursachte Datenverkehr auch bei mehrmaliger Messung vernachlässigbar gering.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Datenpakete jeweils in identischem zeitlichen Abstand eingespeist werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Abstand T, in dem die
Datenpakete eingespeist werden, folgende Ungleichung erfüllt:
In dieser Formel bezeichnet S die Größe eines Datenpakets in Byte und C die erwartete Übertragungskapazität des zu messenden Pfades in Byte/s. Somit kann beispielsweise vorgesehen sein, dass für S = 1400 Byte und C = 100 Mbit/s ein zeitlicher Abstand der Datenpakete von unter 112 ps eingehalten wird.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der zeitliche Abstand T um einen Faktor x, beispielsweise einen Faktor x = 1,1 - 20, niedriger gewählt wird. Der zeitliche Abstand T erfüllt dann vorzugsweise folgende Ungleichung:
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine möglichst niedrige, vorbestimmte Anzahl von Datenpaketen eingespeist wird, vorzugsweise lediglich 30 bis 500 Datenpakete. Die gesamte zur Versendung der Datenpakete vorgesehene Zeitdauer Ts, also jene Zeitdauer, für die der Sender mit dem Senden von Datenpaketen beschäftigt ist, berechnet sich dann aus der Anzahl N der gesendeten Pakete durch ts <n’ C im obigen Beispiel und der Versendung von 30 bis 500 Datenpaketen beträgt die gesamte Sendedauer aller Datenpakete Ts somit lediglich 3,36 ms bis 56 ms. Die gesamte Dauer der Messung bestimmt sich im Wesentlichen aus der zur Versendung der Datenpakete sowie der zum Empfang der Datenpakete benötigten Zeitdauer, gegebenenfalls zuzüglich der zum Senden der Messanfrage und zum Empfang des Messberichts benötigten Zeitdauer.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass vorab, beispielsweise aus früheren Messungen, eine für den Netzwerkpfad erwartete Übertragungskapazität C bestimmt wird, und die Datenrate der eingespeisten Datenpakete höher, insbesondere um einen Faktor 1,1 bis 20 höher, gewählt wird als die erwartete Übertragungskapazität des Netzwerkpfades.
Erfindungsgemäß kann die Datenrate der eingespeisten Datenpakete aber auch auf den vom Sender höchstmöglichen Wert gesetzt werden.
Erfindungsgemäß kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die vom Empfänger gemessene durchschnittliche Datenrate mit der vom Sender gesendeten Datenrate verglichen wird. Ergibt sich dabei kein wesentlicher Unterschied, so kann dies als Anzeichen gewertet werden, dass die Sendepuffer nicht befüllt wurden. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Datenrate der eingespeisten Datenpakete bei der nächsten Messung erhöht wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass vorab, beispielsweise aus gespeicherten Informationen über den Netzwerkpfad, die minimale Größe der für diesen Netzwerkpfad erwarteten Sendepuffer bestimmt wird, und das eingespeiste Datenvolumen größer, vorzugsweise um einen Faktor eins bis fünf größer, gewählt wird.
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Alternativ dazu kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass vorab die kumulierte Größe der für diesen Netzwerkpfad erwarteten Sendepuffer bestimmt oder geschätzt wird, und das eingespeiste Datenvolumen im Bereich von 10% bis 100% dieser kumulierten Größe gewählt wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Verzögerungszeiten zwischen den am Empfänger empfangenen Datenpaketen ermittelt werden, und für die Berechnung der Übertragungskapazität lediglich jene Datenpakete herangezogen werden, die nach dem Auftreten der größten ermittelten Verzögerungszeit empfangen wurden.
Dadurch wird erreicht, dass auch die Kapazität sogenannter reaktiver Netzwerke gemessen werden kann.
Derartige reaktive Netzwerke haben eine variable Übertragungskapazität: bei geringem Datenübertragungsvolumen werden anfangs nur geringe Ressourcen zur Übertragung bereitgestellt. Steigt das zu übertragende Datenvolumen, zu werden zusätzliche Ressourcen freigegeben. Die Umschaltzeit zwischen dem Status niedriger Leistung und dem Status hoher Leistung macht sich am Empfänger dadurch bemerkbar, dass eine längere Verzögerungszeit zwischen den empfangenen Datenpaketen auftritt. Für die Schätzung der Übertragungskapazität soll jedoch nur die Phase hoher Leistung herangezogen werden. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zwischen der Messung eines reaktiven und eines regulären Netzwerkes unterschieden wird, um zu verhindern, dass längere Verzögerungszeiten fälschlicherweise einem reaktiven Netz zugeordnet werden. Zur Feststellung, ob ein reaktives Netzwerk vorliegt, kann vorab eine Messung der Verzögerungszeit zwischen den empfangenen Datenpaketen durchgeführt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Datenpakete im User Datagram Protocol (UDP) übertragen werden und einen eindeutigen Identifikator sowie Zufallsdaten mit vorzugsweise maximaler Entropie enthalten. Die Zufallsdaten sollen vorzugsweise nicht oder nur geringfügig komprimierbar sein, um die Effekte einer allfällig angewandten Komprimierung zu vernachlässigen.
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Die Verwendung des UDP-Protokolls hat gegenüber der Verwendung des TCPProtokolls den Vorteil, dass das TCP-Protokoll nicht die Möglichkeit bietet, Datenpakete in beliebigen Datenraten einzuspeisen, und die korrekte Lieferung der Datenpakete überwacht. Bei der Verwendung von UDP besteht prinzipiell die Möglichkeit, dass Datenpakete verloren gehen, wenn die Kapazität der Sendepuffer überschritten wird. Zwar können auch bei der Verwendung von TCP Datenpakete verlorengehen, die Protokollsteuerung sorgt jedoch bei der Verwendung von TCP dafür dass die verlorenen Datenpakete erneut übertragen werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein Server vorgesehen ist, der mit dem Sender verbunden ist oder diesen umfasst, die Datenpakete von dem Server eingespeist werden, und die Information über die empfangenen Datenpakete an diesen Server zurückübertragen wird.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Datenverbindung ein leitungsgebundenes Netz und/oder ein Mobilfunknetz umfasst. Die Datenverbindung kann insbesondere das Kernnetz eines Internetproviders umfassen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Datenpakete von einem Server eines Internetproviders eingespeist werden, von einem Endgerät eines Benutzers empfangen werden, und dieses Endgerät Informationen über die empfangenen Datenpakete an den Server zurück überträgt. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Datenpakete von einem Server eines Internetproviders eingespeist werden, von einem Endgerät eines Benutzers empfangen werden, dieses Endgerät die Berechnung der Übertragungskapazität selbst durchführt und das Ergebnis an den Server überträgt.
Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass die Datenpakete von einem Endgerät eines Benutzers eingespeist werden, von einem Endgerät eines anderen Benutzers empfangen werden, und dieses Endgerät Informationen über die empfangenen Datenpakete an einen Server zur Berechnung der Übertragungskapazität übermittelt. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das Endgerät die Berechnung der Übertragungskapazität selbst durchführt und das Ergebnis an den Server überträgt.
Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass an den Endgeräten der Benutzer eigens dafür vorgesehene Applikationen installiert sind.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass erfindungsgemäßen Schritte zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mehrfach, vorzugsweise drei- bis fünfmal ausgeführt werden, und ein Mittelwert und/oder ein Medianwert der erhaltenen Schätzwerte gebildet wird.
Die Erfindung betrifft weiters ein computerlesbares Speichermedium umfassend ein Computerprogramm zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Computerprogramm kann beispielsweise auf einem Server oder einer mobilen Applikation eines Benutzers ausgeführt werden.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand eines nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1a - 1c zeigen eine schematische Darstellung der Funktionsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dieser Darstellung ist ein Sender 4 und ein Empfänger 5 durch einen schematisch dargestellten Netzwerkpfad umfassend die Netzwerkknoten 1a, 1b, 1c, 1d verbunden. Bei diesen Netzwerkknoten handelt es sich in der Regel um Router, die Teil des Internets, eines spezifischen Verteilungsnetzwerks (sogenanntes Content Distribution Network), des Kernnetzes eines Providers oder eines lokalen Netzwerks sind. Bei jedem Knoten kann es sich auch um eine Zusammenfassung mehrerer Stationen handeln, über die die Datenpakete übertragen werden. Der letzte dargestellte Netzwerkknoten 1e entspricht dem Empfänger 5, der die gesendeten Datenpakete entgegennimmt, sodass der Sendepuffer für diesen Netzwerkknoten nicht dargestellt ist.
Die Netzwerkknoten 1a - 1d weisen einen Sendepuffer 2a, 2b, 2c, 2d auf. Im unteren Teil der Figur ist die Bandbreite der einzelnen Netzwerkknoten schematisch dargestellt, wobei eine größere vertikale Ausdehnung einer größeren Bandbreite entspricht.
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Im konkreten Ausführungsbeispiel hat der Netzwerkknoten 1b die größte Bandbreite, und der Netzwerkknoten 1d die niedrigste Bandbreite. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff Bandbreite die Datenrate in bit/s, die der Netzwerkknoten ohne Zwischenspeicherung der Daten im Sendepuffer übertragen kann.
In Fig. 1a ist die Situation am Beginn der Messung dargestellt. Im Sender 4 befinden sich Datenpakete 3, wobei ein erstes Datenpaket 3 in den Netzwerkknoten 1a eingespeist wurde. Die Sendepuffer 2a, 2b, 2c, 2d sind leer.
Fig. 1b zeigt die Situation während der Messung. Alle Datenpakete 3 befinden sich im Netzwerk, wobei jedoch Datenpakete 3 in den Sendepuffern 2b und 2c zwischengespeichert wurden, da die Bandbreite der Netzwerkknoten 1c und 1d wesentlich niedriger ist, als die Bandbreite des Netzwerkknotens 1b.
Fig. 1c zeigt schließlich die Situation kurz vor Ende der Messung. Aufgrund der geringen Bandbreite des Netzwerkknotens 1d sind mehrere Datenpakete im Sendepuffer 2c zwischengespeichert und warten auf ihre Abfertigung. Die Übertragungskapazität dieses Netzwerkpfades wird hauptsächlich durch die Entleerungscharakteristik des Sendepuffers 2c bestimmt.
Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung des gesendeten (links) und empfangenen (rechts) kumulierten Datenvolumens im Laufe der Zeit. Die durchschnittliche Datenrate der gesendeten Daten ist dabei höher als die durchschnittliche Datenrate der empfangenen Daten, sodass die Übertragungskapazität durch die Sendepuffer beschränkt wird. Die durchschnittliche Datenrate der empfangenen Daten wird durch lineare Mittelwertbildung berechnet, indem zunächst die Anfangszeit tstart und Endzeit tstop der empfangenen Datenpakete aufgezeichnet wird, und danach die Übertragungskapazität als Quotient aus dem empfangenen Datenvolumen und der Zeitspanne (tstop - tstart) berechnet wird.
Fig. 2b zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Schätzung der Übertragungskapazität für ein reaktives Netzwerk, wobei das gesendete (links) und empfangene (rechts) kumulierte Datenvolumens im Laufe der Zeit abgebildet ist.
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Wiederum erfolgt die Einspeisung der Datenpakete mit einer hohen Datenrate. Am Empfänger kommen zunächst zwei Datenpakete an, danach schaltet das Netzwerk auf eine höhere Leistung um. Diese Umschaltzeit 6 äußert sich in einer deutlichen Verzögerung der am Empfänger empfangenen Datenpakete. Nach der Verzögerung werden die Datenpakete kontinuierlich empfangen. In diesem Fall würde ein Messung der durchschnittlichen Datenrate vom Zeitpunkt des ersten empfangenen Datenpakets tstart an eine zu niedrige Übertragungskapazität ergeben, sodass die Messung erst nach Ablauf der Verzögerungszeit zum Zeitpunkt tstart‘ beginnt. Die Übertragungskapazität berechnet sich als Quotient aus dem ab dem Zeitpunkt tstart‘ empfangenen Datenvolumen und der Zeitspanne (tstop - tstart‘).
Fig. 2c zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schätzung der Übertragungskapazität für ein Netzwerk, wobei das gesendete (links) und empfangene (rechts) kumulierte Datenvolumen im Laufe der Zeit abgebildet ist. Zur Schätzung der Übertragungskapazität wird in diesem Fall nicht der lineare Mittelwert berechnet, sondern es wird eine lineare Regressionsgerade durch die gekennzeichneten Messwerte des kumulierten Datenvolumens über der Zeit gebildet. Die Übertragungskapazität entspricht der Steigung der ermittelten Regressionsgerade.
Die Figuren 3a - 3c zeigen verschiedene Anwendungsfälle von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der Ausführungsform von Fig. 3a ist ein Sender 4 in Form eines dedizierten Mess-Servers vorgesehen. Der Mess-Server ist über ein proprietäres Netzwerk 9 (beispielsweise ein Content Distribution Network) mit dem Internet 8 und in Folge dem Kernnetz 7 eines Mobilfunk-Providers verbunden. An das Kernnetz 7 ist ein stationäres Endgerät 10, beispielsweise ein ADSL-Modem, angeschlossen. Ebenfalls mit dem Kernnetz 7 verbunden ist eine Basisstation 11 für Mobilfunk. Ein mit der Basisstation 11 über eine drahtlose Verbindung, beispielsweise UMTS oder LTE, verbundenes mobiles Endgerät dient als Empfänger 5. Gemessen wird in diesem Fall die Übertragungskapazität einerseits für den Netzwerkpfad vom Mess-Server zum mobilen Endgerät, und andererseits für den Netzwerkpfad vom MessServer zum stationären Endgerät 10.
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In der Ausführungsform von Fig. 3b ist wiederum ein Sender 4 in Form eines dedizierten Mess-Servers vorgesehen. Der Mess-Server ist an das Kernnetz 7 eines Mobilfunk-Providers angeschlossen. An das Kernnetz 7 ist ein stationäres Endgerät 10, beispielsweise ein ADSL-Modem, angeschlossen. Ebenfalls mit dem Kernnetz 7 verbunden ist eine Basisstation 11 für Mobilfunk. Ein mit der Basisstation 11 über eine drahtlose Verbindung, beispielsweise UMTS oder LTE, verbundenes Endgerät dient als Empfänger 5. Gemessen wird in diesem Fall die Übertragungskapazität des Kernnetzes 9, einerseits vom Mess-Server zum mobilen Endgerät 5, und andererseits vom MessServer zum stationären Endgerät 10.
In der Ausführungsform von Fig. 3c ist ein Sender 4 in Form eines mobilen Endgeräts vorgesehen. Das mobile Endgerät ist über eine drahtlose Verbindung, beispielsweise UMTS oder LTE, mit einer ersten Basisstation 11a verbunden. Die erste Basisstation 11a ist an ein Kernnetz 7 eines Mobilfunk-Providers angeschlossen. Eine zweite Basisstation 11b ist über eine weitere drahtlose Verbindung mit einem weiteren mobilen Endgerät verbunden, das als Empfänger 5 fungiert. Gemessen wird in diesem Fall die Übertragungskapazität vom ersten mobilen Endgerät als Sender 4 zum zweiten mobilen Endgerät als Empfänger 5 über die beiden Basisstationen 11a, 11b und das Kernnetz 7.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform wird die Messung bei bewegten mobilen Endgeräten durchgeführt. Durch die wesentlich verkürzte Messdauer im Vergleich zur Messung im TCP-Protokoll kann eine Einzelmessung einer deutlich kleineren lokalen Ausdehnung zugeordnet werden. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere zur Messung der Übertragungskapazität entlang von Eisenbahntrassen oder mit Autos befahrenen Straßen („drive tests“) oder Fußgängern („walk tests“) durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
1a, 1b, 1c, 1d, 1e Netzwerkknoten
2a, 2b, 2c, 2d, 2e Sendepuffer
3 Datenpaket
4 Sender
5 Empfänger
6 Umschaltzeit
7 Kernnetz
8 Internet
9 Content Distribution Network
10 Modem
11, 11a, 11b Basisstation
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Claims (15)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Abschätzung der Übertragungskapazität eines Netzwerkpfades einer digitalen Datenverbindung zwischen einem Sender (4) und einem Empfänger (5), wobei der Netzwerkpfad mehrere Knoten (1a, 1b, 1c, 1d) mit zumindest je einem Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am Sender (4) mehrere digitale Datenpakete (3) derart eingespeist werden, dass zumindest einer der Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) zumindest teilweise gefüllt wird, und die Übertragungskapazität nach Empfang der Datenpakete (3) am Empfänger (5) aus der Entleerungsrate des zumindest einen zumindest teilweise gefüllten Sendepuffers (2a, 2b, 2c, 2d) berechnet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    a. Einspeisen einer Abfolge digitaler Datenpakete (3) mit jeweils einer eindeutigen Identifikationsnummer am Sender (4), wobei die Datenpakete (3) ein vorbestimmtes Datenvolumen aufweisen und eine vorbestimmte Zahl an Datenpaketen (3) in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand versendet wird,
    b. Empfangen der Datenpakete (3) am Empfänger (5), wobei jeweils der Zeitpunkt des Empfangs und ein Identifikator des Datenpakets (3) aufgezeichnet werden,
    c. nach dem vollständigen oder teilweisen Empfang sämtlicher eingespeister Datenpakete (3) am Empfänger (5) Bestimmung des empfangenen Datenvolumens sowie der Zeitspanne zwischen dem Empfang des ersten eingespeisten Datenpakets (3) und dem Empfang des letzten eingespeisten Datenpakets (3),
    d. Berechnung der Übertragungskapazität durch Division des empfangenen Datenvolumens durch die gemessene Zeitspanne.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Übertragungskapazität dadurch berechnet wird, dass eine lineare Regressionsgerade des kumulierten empfangenen Datenvolumens in Abhängigkeit der Zeit berechnet wird, wobei die Übertragungskapazität der Steigung der berechneten Regressionsgerade entspricht.
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  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eingespeisten Datenpakete (3) jeweils das gleiche Datenvolumen von unter 1400 Byte aufweisen, vorzugsweise jeweils im Bereich von 500 Byte bis 1400 Byte, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass das gesamte zur Durchführung der Messung übertragene Datenvolumen weniger als 500 kByte beträgt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenpakete (3) jeweils in identischem zeitlichen Abstand T eingespeist werden, wobei der zeitliche Abstand T vorzugsweise niedriger als S/C ist, wobei S die Größe der eingespeisten Datenpakete (3) und C eine vorab erwartete Übertragungskapazität bezeichnet, und wobei der zeitliche Abstand T besonders bevorzugt um einen Faktor x = 1,1 - 20 niedriger gewählt wird als der Wert von S / C.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine möglichst niedrige, vorbestimmte Anzahl von Datenpaketen (3) eingespeist wird, vorzugsweise lediglich 30 bis 500 Datenpakete (3).
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorab, beispielsweise aus früheren Messungen, eine für den Netzwerkpfad erwartete Übertragungskapazität C bestimmt wird, und die Datenrate der eingespeisten Datenpakete (3) höher, insbesondere um einen Faktor 1,1 - 20 höher, gewählt wird als die erwartete Übertragungskapazität C des Netzwerkpfades.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vorab, beispielsweise aus gespeicherten Informationen über den Netzwerkpfad, die minimale Größe der für diesen Netzwerkpfad erwarteten Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) bestimmt wird, und das eingespeiste Datenvolumen größer, vorzugsweise um einen Faktor eins bis fünf größer, als diese minimale Größe gewählt wird.
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    15 - 56090/AG/Technische Universität Wien, Karlsplatz 13, 1040 WIEN (AT)
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vorab, beispielsweise aus gespeicherten Informationen über den Netzwerkpfad, die kumulierte Größe der für diesen Netzwerkpfad erwarteten Sendepuffer (2a, 2b, 2c, 2d) bestimmt oder geschätzt wird, und das eingespeiste Datenvolumen im Bereich von 10 % bis 100 % dieser kumulierten Größe gewählt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerungszeiten (6) zwischen den am Empfänger (5) empfangenen Datenpaketen (3) ermittelt werden, und für die Berechnung der Übertragungskapazität lediglich jene Datenpakete (3) herangezogen werden, die nach dem Auftreten der größten ermittelten Verzögerungszeit (6) empfangen wurden.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenpakete (3) im User Datagram Protocol (UDP) übertragen werden und einen eindeutigen Identifikator sowie Zufallsdaten mit vorzugsweise maximaler Entropie enthalten.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Server vorgesehen ist, der mit dem Sender (4) verbunden ist oder diesen umfasst, die Datenpakete (3) von dem Server eingespeist werden, und die Information über die empfangenen Datenpakete (3) und/oder die geschätzte Übertragungskapazität an diesen Server zurückübertragen wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverbindung ein leitungsgebundenes Netz, ein Mobilfunknetz und/oder das Kernnetz eines Internetproviders umfasst, wobei die die Datenpakete (3) vorzugsweise von einem Server eines Internetproviders eingespeist werden, von einem Endgerät eines Benutzers empfangen werden, und dieses Endgerät Informationen über die empfangenen Datenpakete (3) zur Berechnung der Übertragungskapazität an den Server zurück überträgt, oder die Berechnung der Übertragungskapazität selbst durchführt und das Ergebnis an den Server übermittelt.
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    16 - 56090/AG/Technische Universität Wien, Karlsplatz 13, 1040 WIEN (AT)
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
    Datenpakete (3) von einem Endgerät eines Benutzers eingespeist werden, von einem Endgerät eines anderen Benutzers empfangen werden, und dieses Endgerät Informationen über die empfangenen Datenpakete (3) an einen Server überträgt, oder die die Berechnung der Übertragungskapazität selbst durchführt und das Ergebnis an einen Server übermittelt.
  15. 15. Computerlesbares Speichermedium, umfassend ein Computerprogramm zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
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