CN101272290A - Ip网络中路径拥塞状态的测量方法、测量装置和转发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种IP网络中路径拥塞状态的测量方法、测量装置和数据转发装置。该测量方法包括步骤：测量网络中所述路径的报文排队延迟度量；测量网络中所述路径的报文丢失率度量；根据所述报文排队延迟度量和报文丢失率度量来获得所述路径的拥塞状态的综合度量。通过测量报文排队延迟度量和丢失率度量获得综合度量，能够更准确地反映实际网络中路径的负载水平。

Description

IP网络中路径拥塞状态的测量方法、测量装置和转发装置

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种IP网络中路径拥塞状态的测量方法、测量装置和转发装置。

背景技术

因特网(Internet)流量工程是关于IP网络的性能评估和性能优化的网络工程。它主要包含三方面的内容：路由控制、负载均衡和网络测量。其中，路由控制是研究网络拓扑、服务质量(QoS)和约束路由的各种路由算法，以及各种路由策略。负载均衡既包括多协议标签交换(MPLS)网络中的多条并行标签交换路径(LSP)各种基于动态或静态流量映射方法，也包括传统路由网络中基于等价多径(ECMP)的负载均衡。负载均衡的重点是在多条并行的链路上，依据一定的策略，实现对流量的最优化分配。网络测量主要指对网络各种性能参数的测量，如对时延、带宽、丢包率以及吞吐率等性能参数的测量。网络测量在因特网流量工程中占据着至关重要的地位。准确的网络测量结果可以为流量工程的控制策略提供准备的依据，有利于优化网络性能，进而保证整个网络的健康运行。

网络测量根据测量的方式分为主动测量和被动测量。被动测量是指在链路或设备(交换机或路由器等)上对网络进行监测。被动测量是一种不需要产生流量的测量方法，不会增加网络负担，但是，由于被动测量基本上是对单个设备的监测，很难对网络端到端的性能进行分析。主动测量是在选定的测量点上有目的地产生测量流量注入网络，并根据测量数据流的传送情况来分析网络性能。主动测量由于可以主动发送测量数据，对测量过程的控制性比较高，并易于对端到端的性能进行直观统计。主动测量的缺点是注入测量流量本身会改变网络运行情况，即改变被测对象本身，使得测量结果与实际情况存在一定偏差，而且注入的网络流量会增加网络的负担。网络中路径拥塞状态的测量是网络测量的一个重要方面。

目前，经常采用的网络中路径拥塞状态的测量方法是报文延迟测量法。这类基于延迟的测量不能够准确反映网络的拥塞状态。比如在测量两条不同速率链路的延迟时，因为低速链路比高速链路需要花费报文更多的传输时间，即使在低速链路的负载很轻，而高速链路的负载很重的情况下，低速链路的延迟仍有可能比高速链路的延迟大得多。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种网络中路径拥塞状态的测量方法，能够更准确地反映网络中路径的实际拥塞状态。

本发明提供了一种网络中路径拥塞状态的测量方法，包括步骤：测量网络中所述路径的报文排队延迟度量；测量网络中所述路径的报文丢失率度量；根据所述报文排队延迟度量和报文丢失率度量来获得所述路径的拥塞状态的综合度量。

根据本发明的测量方法的一个实施例，上述测量网络中路径的报文排队延迟度量包括：从所述路径的源测量点发送带有发送时间戳的延迟探测报文；所述路径的目的测量点在延迟探测报文打上接收时间戳，并返回所述路径的源测量点；根据所述延迟探测报文中的发送时间戳和接收时间戳确定所述路径的报文延迟度量。

进一步，待测路径的源测量点周期性地发送一个或多个延迟探测报文，根据下列等式确定所述路径的报文排队延迟度量D：

D＝D^avg-min{D^new}；

其中，D^avg为本周期内的一个或多个延迟探测报文的平均延迟，min{D^new}表示历史测得的报文延迟的最小值。

根据本发明的测量方法的一个实施例，可以根据下列等式计算所述平均报文延迟：

D_c ^avg＝(1-α)D_p ^avg+αD_c ^new    (0≤α≤1)

其中，D_c ^avg表示本周期计算得到的的平均报文延迟，D_p ^avg表示上一周期计算得到的平均报文延迟，D_c ^new表示本周期实际测量到的平均报文延迟，α为可调参数。

根据本发明的测量方法的一个实施例，上述测量路径的报文丢失率度量的步骤包括：从所述路径的源测量点发送一组丢失探测报文；所述路径的目的测量点返回的带有该组总接收报文数目的所述丢失探测报文；根据源测量点已发送的丢失探测报文数量与目的测量点接收到的探测报文数量确定路径的报文丢失率度量。

根据本发明的测量方法的一个实施例，进一步，报文丢失率度量为根据下列等式获得的平均报文丢失率度量：

L_c ^avg＝(1-α)L_p ^avg+αL_c ^new    (0≤α≤1)

其中，L_c ^avg表示本周期计算得到的平均报文丢失率，L_p ^avg表示上个周期计算得到的平均报文丢失率，L_c ^new表示本周期实际测量得到的报文丢失率，α为可调参数。

本发明的IP网络中路径拥塞状态的测量方法，同时测量报文排队延迟和丢失率这两个与网络拥塞状况最为相关的性能测量参数，更能够准确地反映实际网络中路径的负载水平。

进一步，本发明的测量方法中基于报文延迟度量与历史最小报文延迟度量之差来计算报文排队延迟度量，解决了源、目的测量点时钟同步的问题。

进一步，根据本发明的测量方法的一个实施例，本发明的测量方法在计算每个测量周期的报文的平均延迟和丢失率时，使用低通滤波器可以平滑由于突发流量产生的测量偏差，使得报文平均延迟和丢失率参数更能客观反映某个测量周期的网络性能。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种网络中路径拥塞状态的测量装置，能够更准确地反映网络中路径的实际拥塞状态。

本发明提供一种网络中路径拥塞状态的测量装置，包括：排队延迟测量模块，用于创建并发送具有发送时间戳的延迟探测报文；接收返回的带有接收时间戳的延迟探测报文，根据返回延迟探测报文中的发送时间戳和接收时间戳来获得路径的单向延迟度量，进而计算出排队延迟度量；丢失率测量模块，用于创建并发送预定数量的丢失探测报文；接收返回的丢失探测报文，根据返回的丢失探测报文获得目的测量点接收到的丢失探测报文的数量，根据发送的丢失探测报文的数量和目的测量点接收到的丢失探测报文的数量获得路径的丢失率度量；综合度量获取模块，用于分别从排队延迟测量模块和丢失率测量模块获得报文排队延迟度量和丢失率度量，进而计算得到路径的综合度量。

进一步，测量装置的排队延迟测量模块包括：延迟探测报文发送单元，用于生成延迟探测报文，在延迟探测报文中写入发送时间戳，将延迟探测报文发向路径的目的节点；延迟探测报文接收单元，用于接收返回的延迟探测报文，获得报文中的发送时间戳和接收时间戳，并将获得的时间戳发送给排队延迟度量获取单元；排队延迟度量获取单元，用于根据接收的发送时间戳和接收时间戳，获得路径的排队延迟度量。

进一步，测量装置的丢失率测量模块包括：丢失探测报文发送单元，用于生成预定数目的丢失探测报文，将丢失探测报文发向路径的目的测量点，将已发送的丢失探测报文的数目发送给丢失率度量获取单元；丢失探测报文接收单元，用于接收返回的丢失探测报文，从返回的丢失探测报文中获得目的测量点接收到的探测报文的数量并发送给所述丢失率度量获取单元；丢失率度量获取单元，用于接收的已发送的丢失探测报文的数量和目的测量点接收到的丢失探测报文的数量，获得路径的丢失率度量。

本发明还提供一种IP网络中路径的数据转发装置，包括：延迟报文转发模块，用于接收延迟探测报文，在延迟探测报文中写入接收时间戳，并返回发送延迟探测报文的源测量点；丢失报文转发模块，用于接收丢失探测报文，对已经接收的丢失探测报文进行计数，将计数值写入丢失探测报文并返回发送丢失探测报文的源测量点。

本发明的网络中路径拥塞状态的测量装置和转发装置，同时测量报文排队延迟和丢失率这两个与网络拥塞状况最为相关的性能测量参数，更能够准确地反映实际网络中路径的负载水平。

附图说明

图1为示出根据本发明的网络中路径拥塞状态的测量方法的一个实施例的流程图；

图2为示出根据本发明的测量方法中单向报文排队延迟度量的一个实施例的流程图；

图3为示出根据本发明的测量方法中报文丢失率度量的一个实施例的流程图；

图4为示出根据本发明的源测量点的测量装置的一个实施例的结构示意图；

图5为示出根据本发明的目的测量点的转发装置的一个实施例的结构示意图；

图6示出了基于本发明的综合度量在入口节点和出口节点间的路径中实现负载均衡的一个应用实例。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

报文延迟包括单向延迟和往返延迟两种测量方法。单向延迟测量方法通常是指在被测路径的两端(也称为测量点)发送测试报文，通过目的端收到测试报文与源端发送的测试报文的时间之差来获得延迟度量。往返延迟测量方法是指在被测路径的源端发送测试报文，目的端收到测试报文后立即回送，源端收到回送的测试报文的时间与发送该测试报文的时间之差来获得延迟度量。单向延迟测量通常需要保持各测量点的时钟同步。当前时钟同步所采用方法主要有网络时钟协议(NTP，Network Time Protocol)和全球定位系统(GPS，Global PositionSystem)。往返延迟测量通常不需要源端和目的端的时钟同步。单纯依据报文延迟度量不能全面反映路径的拥塞状态。

报文丢失率也是反映网络拥塞状况的重要性能参数。报文丢失发生在当网络处于过载状态由于网络资源(包括设备处理能力、缓存大小)不够而产生的丢包行为。网络发生一定程度的拥塞时不一定会产生丢报现象，只有当网络资源不足以承载更多的负荷时才产生报文的丢失。单纯依据报文丢失率也不能全面反映路径的拥塞状态。

下面首先介绍本发明的网络中路径拥塞状态的综合度量的一种定义。

报文延迟和丢失率是与网络拥塞状况具有非常紧密相关性的度量，结合这两种度量的综合度量能够较准确地反映网络中路径的拥塞状态。而报文延迟由多个部分构成，诸如报文的处理时间、排队延迟、传输延时及传播延时等。报文的处理包括转发报文的CRC校验、报文的解/封装、报文的匹配过滤规则等处理，这些处理可以通过硬件来实现，占用的时间通常认为是一常数；报文的传输延时与接口速率及分组大小相关；报文传播延时与报文在链路上的传播距离成正比。对于同一路径，这三部分延时基本可以认为是常数。但是报文的排队延迟和网络中路径拥塞状态密切相关。同时，由于实际节点的队列长度是有限的，网络拥塞可能导致报文丢失，所以报文丢失率也是反映拥塞状态的一种度量。本发明的一个实施例中定义网络中路径负载的综合度量反映报文排队延迟度量和报文丢失率度量，称该综合度量为流导(Traffic Conductance，TC)，表示成如下等式：

$\mathrm{TC}=\frac{1}{\mathrm{\γD}\×\mathrm{\βL}}---\left(1\right)$

其中，TC为被测量路径上负载的流导、D为报文排队延迟度量、L为报文丢失率度量，γ和β分别为报文排队延迟度量和丢失率度量的权重系数。通过调整γ和β可以调整对应度量的重要性程度。例如，VOIP业务对时延较为敏感，可减小系数γ以提高排队延迟度量D在TC中的权重；IPTV业务对丢包率较为敏感，通过减小系数β以提高报文丢失率度量L在TC中的权重。

应该注意，本领域的技术人员可以理解，本发明的网络中路径的负载的综合度量也可以根据报文排队延迟度量和报文丢失率度量以不同于等式(1)的多种方式获得，例如，定义 $\mathrm{TC}=\frac{1}{\sqrt{\mathrm{\γ}{D}^2+\mathrm{\β}{L}^2}}$ 等。

图1为示出根据本发明的网络中路径拥塞状态的测量方法的一个实施例的流程图。

如图1所示，在步骤101，通过从路径的源测量点向路径的目的测量点发送带有时间戳的延迟探测报文来获得路径的报文排队延迟度量D。稍后将参考图2描述一个具体实现的流程。可以周期性地发送延迟探测报文，每周期可以发送一个或者多个延迟探测报文。本发明中的延迟探测报文的格式可沿用因特网控制协议(ICMP)中的时间戳请求与应答报文格式，具体如下表1所示：

表1

其中，类型字段可以用来标识该报文是时间戳请求还是时间戳应答报文，例如用15表示源测量点发出的时间戳请求探测报文，用16表示目的测量点返回的时间戳应答探测报文。也可以使用ICMP中未预留的其它数字表示探测报文类型。报文格式中的三个时间戳字段都是32位。在本发明的延迟测量中，为了使单向报文延迟结果更能精确反映实际网络的拥塞状态，可以以100微秒(0.1毫秒)作为初始时间戳和接收时间戳的计时单位。

在步骤103，通过从路径的源测量点向路径的目的测量点发送一定数目的丢失探测报文获得路径的报文丢失率度量L。稍后将参考图3描述一个具体实现的流程。同样，可以周期性地发送丢失探测报文。本发明的丢失探测报文的格式也可以沿用ICMP命令格式，具体如下表2所示：

表2

其中，可以用类型20表示丢失请求探测报文，用类型21表示对丢失请求探测报文的应答。当然也可使用ICMP中未占用的其它数字表示丢失探测报文的类型。标识符字段用来区分不同的测试组。发送结束标志字段用来表示该组的最后一个探测报文。序号字段用来表示该报文在测试组中的序号，而报文总数字段用来表示该测试组的总的测试报文的数量。在本发明对单向报文丢失率测量当中，源测量点在每个测量周期发送一定数量的丢失请求探测报文，目的测量点并不必须对每个丢失请求探测报文一一进行应答。目的测量点对一组丢失请求探测报文可以回送一个或者多个丢失应答探测报文。

在步骤105，根据计算得到的报文排队延迟度量和丢失率度量来获得综合度量。具体来说，根据理论分析，路径上负载存在如下四种情形：

1)当路径轻载时，无拥塞发生，路径的单向排队延迟D和单向报文丢失率L都为0，根据等式(1)计算的TC值为无穷大；

2)当路径遭受轻微拥塞，由于节点队列缓存比较大，该路径上报文将遭遇较小的排队延迟(D＞0)，但报文丢失率仍然为0(L＝0)。此时根据下列等式计算流导TC：

TC＝1/γD    L＝0；                   (3)

3)当路径上拥塞程度加重时，通常该路径上既产生排队延迟(D＞0)，又产生报文丢失(L＞0)，在根据等式(1)计算流导TC；

4)在无线网络环境或链路信号劣化时，由于传输中误码的产生将导致误包和错包的出现，即使网络处于非过载状态，在目的测量点也会产生报文的丢失。表现为该路径上排队延迟D＝0，报文丢失率L＞0。

一般在未发生拥塞的有线网络环境下，一个合法报文很少会产生报文丢失现象，即D＝0且L＞0的情形不会发生，因此本发明可以不考虑情形4)这种极端情况。

图2为示出根据本发明的测量方法中单向报文排队延迟度量的一个实施例的流程图。

在步骤201，从网络中路径的源测量点生成延迟探测报文，将报文的类型设置为请求类型，并将延迟探测报文打上发送时间戳t₁，通过路径发送到对应的目的测量点。

在步骤203，该路径的目的测量点接收到延迟探测报文后，在其上打上接收时间戳t₂，将报文的类型设置为应答类型，然后返回源测量点。

在步骤205，路径的源测量点接收到从路径的目的测量点返回的延迟探测报文，根据延迟探测报文中的时间戳t₁和t₂计算获得时延差，即单向报文延迟。在每个周期可以发送一个或者多个探测报文。在发送多个探测报文的情况下通过求平均值的方式得到本周期内报文的平均延迟D^avg。单向排队延迟D可以通过如下等式获得：

D＝D^avg-min{D^new}                (2)

在等式(2)中，min{D^new}表示历史测得的报文延迟的最小值。通过等式(2)的路径的排队延迟测量中，只计算路径的相对延迟，不需要计算路径上的绝对延迟，因此路径的排队延迟测量不需要源测量点和目的测量点的时钟同步，从而解决了为测量路径的延迟需要源测量点和目的测量点的时钟同步问题。为保证测量路径的排队延迟的准确性，需要被测路径上源测量点和目的测量点的时钟的准确性和时钟精度保持一致。

图3为示出根据本发明的方法中报文丢失率的度量的一个实施例的流程图。

在步骤301，在路径的源测量点创建丢失请求探测报文，源测量点在每个测量周期发送一组丢失请求探测报文，用探测报文中的标识符字段来区分不同的组。序号字段用以标识该探测报文在该组中的序号，可以从1开始编号。报文总数字段用来表示该组中探测报文的总数。当下一组丢失请求探测报文开始发送时，序号字段重新开始。将每组最后一个丢失请求探测报文的发送结束标志字段各比特位设置为例如全1，其他的探测报文的发送结束标志字段各比特位设置为例如全0。不同长度的丢失请求探测报文的分布可模拟实际流量中报文大小分布情况。

在步骤303，目的测量点接收到来自源测量点发送的具有相同标识符的一组丢失请求探测报文并计数，同时检测每一个探测报文的发送结束标志字段各比特位是否置1，如果是，则创建丢失应答探测报文。目的测量点通过分析报文中的标识符字段来确定是否是新的一组测试报文，如果是新的一组，则为其重新从1开始计数。当创建应答丢失探测报文，把接收到的丢失请求探测报文中的标识符字段、发送结束标志及报文总数字段复制到丢失应答探测报文中相同的字段。然后把该丢失请求探测报文中的可选变长数据也一并复制到丢失应答探测报文中对应的区域，并把计数结果填入丢失应答探测报文的序号字段，然后将丢失应答探测报文返回源测量点。

在步骤305，当丢失应答探测报文返回到源测量点时，源测量点根据已发送的丢失探测报文数量与目的测量点接收到的丢失探测报文数量之差来确定该路径上报文丢失率L。由于丢失探测报文在发送过程中可能丢失，所以并不能完全根据发送结束标志字段来判断该周期的测试是否已经结束。解决这个问题的一个方法是为每个周期的测试设置一个定时器，当定时器超时，如果仍然没有收到发送结束标志表示为最后一个探测报文的报文，则将此时为止收到的丢失探测报文中的最大计数设定为本周期目的测量点收到的探测报文的数量。

根据本发明的测量方法的一个优选实施例，可以使用低通滤波器计算报文的平均延迟D^avg，以便平滑由于流量突发产生的延迟偏差，计算的等式为：

D_c ^avg＝(1-α)D_p ^avg+αD_c ^new    (0≤α≤1)       (4)

在等式(4)中，D_c ^avg表示本周期计算得到的平均报文延迟，D_p ^avg表示前个周期计算得到的平均报文延迟，D_c ^new表示本周期实际测量到的平均报文延迟，α为可调参数。

同样，可以使用低通滤波器方法来平滑由于突发流量产生的报文丢失率偏差。平均报文丢失率可表示如下：

L_c ^avg＝(1-α)L_p ^avg+αL_c ^new    (0≤α≤1)      (5)

在等式(5)中，L_c ^avg表示本周期计算得到的平均报文丢失率，L_p ^avg表示上个周期计算得到的平均报文丢失率，L_c ^new表示本周期实际测量得到的报文丢失率，α为可调参数。

应该注意，参数α的选择需要综合考虑，如果α选得太大，平均处理值将不能过滤掉瞬间拥塞产生的影响；如果α设置得太小，平均处理值将不能反应实际测量结果。

根据本发明的一个实施例，在上面等式(4)和(5)中的参数α优选设置为0.5。需要指出，等式(4)和(5)中的参数α可以设置为不同的值，并且可以根据网络负载波动的剧烈程度和发送探测报文的周期分别调整参数α的大小。例如，在负载波动越剧烈且测量周期较短的情况下，宜将参数α调整得小些；在负载波动小且测量周期较长的情况下，宜参数α调整得大些。参数α的引入减少了由于突发流量产生的偏差。

源测量点向与各条路径对应的各个目的测量点周期性的发送探测报文将对被测网络注入额外测试流量。探测报文的发送周期与数量不仅决定网络拥塞状况测量结果的有效性，而且会增加网络的负载，影响被测网络的实际性能参数。可以根据被测路径的链路速率和负载确定探测报文的发送周期和数量，以便使被测网络性能改变最小，同时又能真实反映网络的实际拥塞状况。

测试路径报文延迟的探测报文流量非常小，基本不会影响被测路径负载运行状况。路径上报文丢失率的测量则需要每周期发送相当数量的探测报文。例如，要使报文丢失率的测量结果精确到千分之一，至少需要发送1000个探测报文。假设以10秒为一个周期发送测试丢失率的探测报文，探测报文的字节长度为64字节，则每条路径上要产生至少50kbit/s的额外流量，这会较大地改变低速路径的链路上的负载状况，使测量结果和实际情况差别较大。因此，为了得到高精度的报文丢失率测量结果，又不至于影响被测路径的网络性能，对高速链路而言，可减少探测报文的发送周期，增加每周期内发送探测报文的数量；对低速链路而言，可适当增加探测报文的发送周期，从而减少单位时间内产生的额外测试流量。

本发明的网络中路径拥塞状态的测量方法，同时测量与网络拥塞状况最为相关的两个性能测量参数：报文排队延迟和丢失率，因此更能够准确地反映实际网络中路径的负载水平。测量方法中报文排队延迟和丢失率度量的测量数据只需在被测路径上从源测量点向目的测量点发送探测报文来获得，沿路的中间节点无需参与测量过程，因此易于实现。进一步，本发明的测量方法中基于报文延迟度量与历史最小报文延迟度量差来计算报文排队延迟度量，避开了源、目的测量点时钟同步的问题。进一步，本发明在计算每个测量周期的报文的平均延迟和丢失率时，低通滤波器的使用可平滑由于突发流量产生的测量偏差，使得报文平均延迟和丢失率参数更能客观反映某个测量周期的网络性能。

图4为示出根据本发明的路径拥塞状态的源测量点的测量装置的一个实施例的结构框图。如图4所示，该测量装置包括排队延迟测量模块40、丢失率测量模块41和综合度量获取模块42。

其中，排队延迟测量模块40，用于创建时间戳请求的延迟探测报文，在该延迟探测报文中写入发送时间戳，并将该延迟探测报文发向待测路径的目的测量点；接收从待测路径的目的测量点返回的带有接收时间戳的应答延迟探测报文，根据时间戳应答延迟探测报文中的发送时间戳和接收时间戳获得路径的排队延迟度量。

丢失率测量模块41，用于创建预定数目的丢失请求探测报文，将丢失请求探测报文发向待测路径的目的测量点；接收从待测路径的目的节点返回的丢失应答探测报文，根据发送的丢失探测报文的数量和接收的丢失探测报文的数量获得待测路径的丢失率度量。

综合度量获取模块42，用于分别从排队延迟测量模块40和丢失率测量模块41获得报文排队延迟度量和丢失率度量，并由此获得路径的综合度量。

根据本发明的路径拥塞状态的测量装置的一个优选实施例，排队延迟测量模块40包括延迟探测报文发送单元401、延迟探测报文接收单元402和排队延迟度量获取单元403。

其中，延迟探测报文发送单元401，用于生成延迟探测报文，在延迟探测报文中写入发送时间戳，将延迟探测报文发向路径的目的节点。

延迟探测报文接收单元402，用于接收返回的延迟探测报文，从报文中获得报文的发送时间戳和接收时间戳，并将获得的时间戳发送给排队延迟度量获取单元403。

排队延迟度量获取单元403，用于根据接收的发送时间戳和接收时间戳，获得路径的排队延迟度量。根据一个实施例，排队延迟度量获取单元403存储路径的最小延迟度量，根据接收时间戳和发送时间戳获得路径的当前延迟度量后，再根据当前延迟度量和最小延迟度量之差获得路径的排队延迟度量。

根据本发明的路径拥塞状态的测量装置的一个优选实施例，丢失率测量模块41包括丢失探测报文发送单元411、丢失探测报文接收单元412和丢失率度量获取单元413。

其中，丢失探测报文发送单元411，用于生成预定数目的丢失探测报文，将丢失探测报文发向路径的目的测量点，将发送的丢失探测报文的数目发送给丢失率度量获取单元413。

丢失探测报文接收单元412，用于接收返回的丢失探测报文，从返回的丢失探测报文中获得目的测量点接收到的探测报文的数量并发送给丢失率度量获取单元413。

丢失率度量获取单元413，用于接收的已发送的丢失探测报文的数量和接收到的丢失探测报文的数量，获得路径的丢失率度量。丢失率度量可以是已发送的丢失探测报文的数量减去接收到的丢失探测报文的数量。进一步，可以对丢失率度量进行归一化。将上述获得的差值除以已发送的丢失探测报文的数量，从而使得丢失率度量的值位于1和0之间。

图5为示出根据本发明的路径拥塞状态的目的测量点的报文转发装置的一个实施例的结构框图。如图5所示，该报文转发装置包括延迟报文转发模块50和丢失报文转发模块51。

其中，延迟报文转发模块50，用于接收延迟探测报文，在延迟探测报文中写入接收时间戳，并返回发送延迟探测报文的源测量点。

丢失报文转发模块51，用于接收丢失请求探测报文，对已经接收的丢失探测报文进行计数，将计数值写入丢失应答探测报文，并返回发送丢失请求探测报文的源测量点。

根据本发明的报文转发装置的一个实施例，延迟报文转发模块50包括延迟报文接收单元501和延迟报文回送单元502。

其中，延迟报文接收单元501，用于接收路径上的延迟探测报文，在延迟探测报文中写入接收时间戳，将延迟探测报文发送给延迟报文回送单元502。

延迟报文回送单元502，用于接收来自延迟报文接收单元501的延迟探测报文，将延迟探测报文发送给路径的源测量点。

根据本发明的报文转发装置的一个实施例，丢失报文转发模块51包括丢失报文接收单元511、计数单元512和丢失报文回送单元513。

其中，丢失报文接收单元511，用于接收路径上的丢失探测报文，向计数单元512发送丢失报文接收消息，将丢失探测报文发送给丢失报文回送单元513。

计数单元512，用于接收丢失报文接收消息，对接收到的丢失探测报文进行计数。

丢失报文回送单元513，用于接收来自丢失报文接收单元511的丢失探测报文，从计数单元512获得已接收的丢失报文数，写入丢失探测报文，并发送给路径的源测量点。

图6示出了一种基于本发明的综合度量在入口节点和出口节点间的多条并行路径中实现负载均衡的应用实例。入口节点周期性的向每一条并行路径1、2...、n发送测量单向报文延迟及丢失率的探测报文，根据出口节点返回的相应探测报文获得各条路径中的周期性单向报文延迟及丢失率数据，然后计算每个周期各条路径的综合度量。入口节点根据本周期得到的各条路径的综合度量，在下一个周期开始时，依据某种策略把输入流量分离到各条并行路径中，从而实现输入流量在多条路径的负载均衡，充分利用多路径资源，最小化网络拥塞，提升业务的服务质量。

本发明的网络中路径拥塞状态的测量装置和转发装置，同时测量报文排队延迟和丢失率这两个与网络拥塞状况最为相关的性能测量参数，更能够准确地反映实际网络中路径的负载水平。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (14)

1.一种IP网络中路径拥塞状态的测量方法，其特征在于，包括步骤：

测量网络中所述路径的报文排队延迟度量；

测量网络中所述路径的报文丢失率度量；

根据所述报文排队延迟度量和报文丢失率度量来获得所述路径的拥塞状态的综合度量。

2.根据权利要求1所述的路径拥塞状态的测量方法，其特征在于，所述测量网络中路径的报文排队延迟度量包括：

从所述路径的源测量点发送带有发送时间戳的延迟探测报文；

所述路径的目的测量点在接收到的延迟探测报文打上接收时间戳，并返回所述路径的源测量点；

根据所述延迟探测报文中的发送时间戳和接收时间戳来确定所述路径的报文排队延迟度量。

3.根据权利要求2所述的路径拥塞状态的测量方法，其特征在于，所述路径的源测量点周期性地发送一个或多个延迟探测报文，根据下列等式确定所述路径的报文排队延迟度量D：

D＝D^avg-min{D^new}；

其中，D^avg为本周期内的一个或多个延迟探测报文的平均延迟，min{D^new}表示历史测得的报文延迟的最小值。

4.根据权利要求3所述的路径拥塞状态的测量方法，其特征在于，由下列等式计算所述平均报文延迟：

D_c ^avg＝(1-α)D_p ^avg+αD_c ^new    (0≤α≤1)

其中，D_c ^avg表示本周期计算得到的平均报文延迟，D_p ^avg表示上一周期计算得到的平均报文延迟，D_c ^new表示本周期实际测量到的平均报文延迟，α为可调参数。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的路径拥塞状态的测量方法，其特征在于，所述测量路径的报文丢失率度量的步骤包括：

从所述路径的源测量点发送一组丢失探测报文；

所述路径的目的测量点返回的带有该组总接收报文数量的所述丢失探测报文；

根据源测量点已发送的丢失探测报文数量与目的测量点接收到的探测报文数量确定路径的报文丢失率度量。

6.根据权利要求5所述的路径拥塞状态的测量方法，其特征在于，所述报文丢失率度量为根据下列等式获得的平均报文丢失率度量：

L_c ^avg＝(1-α)L_p ^avg+αL_c ^new    (0≤α≤1)

其中，L_c ^avg表示本周期计算得到的平均报文丢失率，L_p ^avg表示上个周期计算得到的平均报文丢失率，L_c ^new表示本周期实际测量得到的报文丢失率，α为可调参数。

7.根据权利要求1所述的路径拥塞状态的测量方法，其特征在于，根据下列等式计算路径拥塞状态度量：

$\mathrm{TC}=\left\{\begin{array}{cc}1/\mathrm{\γD}\×\mathrm{\βL}& D\≠0,L\≠0\\ 1/\mathrm{\γD}& D\≠0,L=0\\ \∞& D=0,L=0\end{array}\right.;$

其中，TC为路径的拥塞状态度量、D为报文排队延迟度量和L为报文丢失率度量，γ和β分别为报文延迟度量和丢失率度量的权重系数。

8.一种IP网络中路径拥塞状态的测量装置，其特征在于，包括：

排队延迟测量模块，用于创建并发送具有发送时间戳的延迟探测报文；接收返回的带有接收时间戳的延迟探测报文，根据返回的延迟探测报文中的发送时间戳和接收时间戳来获得路径的排队延迟度量；

丢失率测量模块，用于创建并发送预定数量的丢失探测报文；接收返回的丢失探测报文，根据返回的丢失探测报文获得目的测量点接收到的丢失探测报文的数量，根据发送的丢失探测报文的数量和目的测量点接收到的丢失探测报文的数量获得路径的丢失率度量；

综合度量获取模块，用于分别从排队延迟测量模块和丢失率测量模块获得报文排队延迟度量和丢失率度量，计算获得路径的综合度量。

9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述排队延迟测量模块包括：

延迟探测报文发送单元，用于生成延迟探测报文，在延迟探测报文中写入发送时间戳，将延迟探测报文发向路径的目的节点；

延迟探测报文接收单元，用于接收返回的延迟探测报文，获得报文中的发送时间戳和接收时间戳，并将获得的时间戳发送给排队延迟度量获取单元；

所述排队延迟度量获取单元，用于根据接收的发送时间戳和接收时间戳，获得路径的排队延迟度量。

10.根据权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述排队延迟度量获取单元还用于存储路径的最小延迟度量，根据当前延迟度量和最小延迟度量之差获得路径的排队延迟度量。

11.根据权利要求8至10中任意一项所述的测量装置，其特征在于，所述丢失率测量模块包括：

丢失探测报文发送单元，用于生成预定数目的丢失探测报文，将丢失探测报文发向路径的目的测量点，将已发送的丢失探测报文的数目发送给丢失率度量获取单元；

丢失探测报文接收单元，用于接收返回的丢失探测报文，从返回的丢失探测报文中获得目的测量点接收到的探测报文的数量并发送给所述丢失率度量获取单元；

所述丢失率度量获取单元，用于接收的已发送的丢失探测报文的数量和目的测量点接收到的丢失探测报文的数量，获得路径的丢失率度量。

12.一种网络中路径的数据转发装置，其特征在于，包括：

延迟报文转发模块，用于接收时间戳请求的延迟探测报文，在时间戳应答的延迟探测报文中写入接收时间戳，并返回发送延迟探测报文的源测量点；

丢失报文转发模块，用于接收丢失请求探测报文，对已经接收的丢失探测报文进行计数，将计数值写入丢失应答探测报文并返回发送丢失探测报文的源测量点。

13.根据权利要求12所述的数据转发装置，其特征在于，所述延迟转发模块包括：

延迟报文接收单元，用于接收路径上的时间戳请求的延迟探测报文，在延迟探测报文中写入接收时间戳，将延迟探测报文发送给延迟报文回送单元；

延迟报文回送单元，用于接收来自延迟报文接收单元的包含发送时间戳和接收时间戳的延迟探测报文，创建时间戳应答延迟探测报文，将该延迟探测报文发送给路径的源测量点。

14.根据权利要求12或13所述的数据转发装置，其特征在于，所述丢失报文转发模块包括：

丢失报文接收单元，用于接收路径上的丢失请求探测报文，向计数单元发送丢失请求报文接收消息，并将带有发送结束标志的丢失请求探测报文发送给丢失报文回送单元；

所述计数单元，用于接收丢失请求报文接收消息，对接收到的丢失请求探测报文进行计数；

所述丢失报文回送单元，用于接收带有发送结束标志的丢失请求探测报文，从所述计数单元获得已接收的丢失请求报文数，写入丢失应答探测报文，并将丢失应答探测报文发送给路径的源测量点。

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