CN103262605A - 移动通信网络中的性能监控 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例涉及在例如LTE网络中用于检测拥塞的方法和网络节点。在该方法中,经由基站从用户设备接收分组,对该分组进行分析以检测分组的信息以及分组是否包括指示拥塞的标记,并且如果检测到所述标记,则提取用于所述分组的隧道的入口IP号,并且向性能监控节点发送所标记的分组的信息和所提取的用于所述分组的隧道的入口IP号,使得可以在性能监控节点处提取已经将标记插入分组中的基站的标识信息。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及移动通信网络中的性能监控,具体地说,涉及与拥塞有关的性能监控。
背景技术
在移动通信网络中需要性能监控。然而,网络运营商具有能够确保其各自的网络向用户传送可接受的质量的各种需要。就性能监控信息的粒度而论,可以以多种深入到不同程度的方式来完成性能监控。一种用于性能监控的度量是通常与诸如通用移动或固定宽带等的连通性提供(connectivity deliver)相关联的服务诊断度量。这些度量包括例如分组丢失数据、带宽吞吐量、延迟,但是这些度量还可以包括节点运行时间/停机时间、链路利用率;即,聚合测量。
在移动通信网络中,有大量的性能监控数据可用。当然,固定宽带网络中可用的对互联网协议(IP)层进行的所有测量也可以用于无线分组交换(PS)传输业务,但是除此之外,还可以利用与无线电接入有关的性能度量,例如,小区负载水平、功耗、调度器信息、排队时间和各种移动性测量。
因此,当在移动网络中针对PS业务进行性能监控时,来自无线电接入测量和IP层测量的组合信息可以给出可以根据其推断出服务性能和网络利用率的大量信息。
如果性能测量被限制于仅对IP层进行的性能测量,则将显著地减小可用信息的量。即,除去了可以使用专用协议/接口传输的与接入有关的可能测量。
对于与拥塞有关的性能监控,只有对特定的节点使用排队时间测量,确定拥塞的水平才成为可能,并且很难告知其它节点中的拥塞水平。
众所周知,在用户之间利用共享资源的PS网络可能经历拥塞。当共享资源的入口节点(即,进入点)的业务之和超过相同的共享资源的出口节点(即,退出点)的业务之和时,将发生拥塞。最典型的示例是具有特定数量的连接101、102、103、104的路由器100,如图1中所示。即使当路由器具有足以根据链路吞吐量来重新路由业务的处理功率时,当前可用的链路吞吐量也可能限制路由器的输出链路可以处理的业务的量。因此,路由器的缓冲区将建立并且最终溢出。网络现在经历拥塞并且路由器被迫丢弃分组。
当研究具有共享信道的无线网络(例如,无线LAN(IEEE802.11a/b/g))或者移动网络(例如,高速分组接入(HSPA)、长期演进(LTE)和WiMAX)时,可以发现拥塞的另一个示例。在图2中示意性地示出了LTE网络,其包括无线连接到eNodeB(eNB)202的用户设备(UE)201、具有基于IP(互联网协议)的传输网络203。在这些无线网络中,在用户之间至少共享下行链路,并且因此,可能的候选者经历拥塞。在例如LTE的情况下,基站(也称作eNodeB B(eNB))将管理媒体接入控制(MAC)层上的去往移动终端(也称作用户设备(UE))的重传,这将影响eNB在任何给定的时刻可以为其提供吞吐量的业务的量。在UE处进行成功接收所需的重传越多,可用于为其它用户提供吞吐量的功率越少。
用于任何路由节点的通常行为是提供缓冲区,这些缓冲区可以管理输入/输出链路容量的一定量的变化,并且因此吸收较轻的拥塞发生。然而,当拥塞很严重时,路由节点将最终丢弃分组。针对传输控制协议(TCP)业务,发送方将检测到丢弃的分组,这是因为未接收到针对该特定的分组的确认(ACK)并且将发生重传。此外,TCP协议具有固有的速率自适应特征,该特征将在发生分组丢失并且在IP层上发生重传时降低传输比特率。因此,TCP非常适合于应对网络拥塞。
使用TCP的典型示例是例如使用文件传输协议(FTP)的文件传输,如图3所示。将文件从一个位置实际传输到另一个位置是以可靠的方式完成的,这是因为包含文件的片段的每一个TCP分组被接收机确认。如果在特定的超时间隔内未接收到确认,则重传数据。针对每一个连接,基于往返时间来动态地确定TCP重传超时值。在接收机处,序号用于对可能无序接收的分段进行正确排序,并且消除副本。TCP通过随着每一个确认返回窗口,来管理所发送的数据量,该窗口指示在成功接收到上一个分段以后的可接受的序号的范围。该窗口指示在接收到进一步准许之前发送方可以发送的经允许的八位字节数量。因为该流程控制被建立在协议本身中,因此TCP提供了速率自适应特征,而不论使用TCP的是哪一种应用。
为了进一步提高路由节点的性能,已经在IETF RFC3168中开发了称作“Explicit Congestion Notification(ECN)for IP(针对IP的隐式拥塞通知(ECN))”的方案。该方案使用IP报头中的两个比特400来以信号形式告知与拥塞有关的丢失的风险,如图4所示。该字段具有四个代码点,其中两个代码点用于以信号形式告知ECN能力,另外两个代码点用于以信号形式告知拥塞。在例如路由器中设置了针对拥塞的代码点,并且当接收机遇到拥塞通知时,该接收机将该信息传播到流的发送方,该发送方然后可能采用其传输比特率。针对TCP,这是通过使用TCP报头中的先前预留的两个比特来完成的。当接收到这些比特时,这些比特触发发送方减小其传输比特率。
通过引入LTE,引入了新的、简化的无线电接入网络(RAN)架构。简言之,3G网络的无线电网络控制器(RNC)的主要部分以及来自UTRAN架构的NodeB一起形成一个节点,即,eNodeB(eNB)。这意味着从性能监控的角度来看,在LTE中没有与可以在其中重组相当大量的测量数据的RNC类似的节点。
图2如上所述示意性地示出了LTE架构。
这意味着为了以有效的方式进行性能监控,需要使用聚合业务的某个其它节点。查看图5,可以看出,服务网关(sGw)将是适合于在LTE网络中完成上述操作的候选者。sGw可以利用在(eNB与sGw之间的)S1-U(S1用户平面)接口上通过GTP-U(GPRS隧道协议-用户平面)隧道化传输的用户平面数据(即,IP业务),因此所有常规的路由监控功能都适用。S11接口主要用于承载管理,即,在该链路上不发送无线电专用数据。在S1-U接口不发送任何与无线电有关的测量的意义上来讲,S1-U接口是类似的。然而,在sGw中可用的仅有的性能监控功能是传统的IP层测量。
US 7606159 B2示出了用于基于实时拥塞反馈来更新最佳路径的方法和装置。它详细说明了监控实时拥塞信息,并且因此它更新路由路径以避免进一步的拥塞。
发明内容
期望以超越传统的IP层测量的有效方式来进一步提高LTE/SAE(系统架构演进)中的性能监控的可能性。
因此,根据本发明的实施例的第一方面,提供了一种在无线通信网络的网络节点中用于检测拥塞的方法。所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记。在该方法中,经由基站从用户设备接收分组,对所述分组进行分析以检测所述分组的信息以及所述分组是否包括指示拥塞的标记,并且如果检测到所述标记,则提取用于所述分组的隧道的入口IP号,并且向性能监控节点发送所标记的分组的信息和所提取的用于所述分组的所述隧道的入口IP号,使得可以在所述性能监控节点处提取已经将所述标记插入所述分组中的所述基站的标识信息。
根据本发明的实施例的第二方面,提供了一种在无线通信网络的性能监控节点中用于检测拥塞的方法。所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记。在该方法中,接收被检测为包括标记的分组的信息以及用于所述分组的隧道的入口IP号,所述标记指示所述分组已经经历了拥塞。查找用于所述分组的所述隧道的所述入口IP号,以识别已经将所述标记插入所述分组中的所述基站,并且存储所述基站的标识信息和所述分组的信息。
根据本发明的实施例的第三方面,提供了一种无线通信网络的用于检测拥塞的网络节点。所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记。所述网络节点包括:输入/输出单元,被配置为经由基站从用户设备接收分组;处理器,被配置为对所述分组进行分析以检测所述分组的信息。所述处理器被配置为提取用于所述分组的隧道的入口IP号,并且其中,所述输入/输出单元被进一步配置为向性能监控节点发送所标记的分组的信息和所提取的用于所述分组的所述隧道的入口IP号,使得可以在所述性能监控节点处提取已经将所述标记插入所述分组中的所述基站的标识信息。
根据本发明的实施例的第四方面,提供了一种无线通信网络的用于检测拥塞的性能监控节点。所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记。所述性能监控节点包括:输入单元,被配置为接收被检测为包括标记的分组的信息以及用于所述分组的隧道的入口IP号,所述标记指示所述分组已经经历拥塞;处理器,被配置为查找用于所述分组的所述隧道的所述入口IP号,以识别已经将所述标记插入所述分组中的所述基站;以及存储器,被配置为存储所述基站的标识信息和所述分组的信息。
与当前的方法相比,本发明的实施例的优点在于可以得到与sGw中的性能监控有关的额外的信息。ECN CE比特与eNodeB中的上行链路上的拥塞水平具有一对一的映射。没有其它标准化的方式可用于得到与每一个小区中的拥塞有关的针对每一个流的这种信息。技术人员可以设想基于分组抖动来进行某种隐式测量,但是这将具有多个缺点。最明显的缺点可能是测量单元需要知晓服务,从而知道预测的分组速率,以便实现转换为UL负载的可靠的抖动估计手段。这完全避免了使性能测量基于ECN,这是因为ECN CE信号是由eNodeB直接发送的,以指示分组丢失(即,拥塞)的风险。
另一个优点在于本发明的实施例减小了上行链路拥塞,这是因为上行链路是LTE网络中的限制因素。
与纯IP层监控相比,本发明的实施例的另一个优点在于:网络运营商可以获得与小区负载有关的更详细的信息。
附图说明
图1示出了根据现有技术的共享资源的入口节点和出口节点的示例。
图2示出了根据现有技术的长期演进(LTE)网络。
图3示出了根据现有技术的当TCP用于文件传输时的示例。
图4示出了根据现有技术的在TOS字段中具有ECN比特的IP报头。
图5示意性地示出了LTE架构。
图6是示出了根据本发明的一个实施例的方法的信令示意图。
图7至图8是根据本发明的实施例的方法的流程图。
图9示意性地示出了根据本发明的实施例的以sGW为例的网络节点以及性能监控节点。
具体实施方式
下面将参照附图来更全面地描述本发明,在附图中,示出了本发明的优选实施例。然而,本发明可以以很多不同的形式体现,并且不应当被理解为限制于本文所阐述的实施例;相反,提供这些实施例使得本公开内容将彻底和完整,并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在附图中,相似的参考符号指代相似的元件。
此外,本领域技术人员将清楚的是,可以将软件功能与可编程微处理器或通用计算机结合使用,和/或使用专用集成电路(ASIC),来实现下文所解释的装置和功能。还将清楚的是,虽然主要以方法和设备的形式描述了本发明,但是还可以以计算机程序产品以及包括计算机处理器和耦合到该处理器的存储器的系统的形式来体现本发明,其中,存储器编码有可以执行本文所公开的功能的一个或多个程序。
本发明的实施例涉及在LTE网络中用于检测拥塞的方法和网络节点(例如,服务网关(sGw))。然而,应当注意的是,这些实施例不限于LTE,并且它可以是被配置为通过例如根据GPRS隧道协议(GTP)在无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输的任何无线网络。此外,被检测到经历拥塞的分组还应当包括由无线通信网络的基站插入的任意类型的标记。
如根据本发明的实施例的图7的流程图中所示,在网络节点处经由基站从用户设备接收701分组,并且对该分组进行进一步分析702以检测该分组是否包括指示拥塞的标记。
如果检测到所述标记,则提取703用于所述分组的隧道的入口IP号,并且向性能监控节点发送704所标记的分组的信息和所提取的用于所述分组的隧道的入口IP号。通过这种方式,可以在性能监控节点处提取已经将标记插入分组中的基站的标识信息。因此,可以在性能监控节点处检测到发生拥塞的位置。
除了拥塞以外,标记还可以指示以下参数中的一个或多个:时间戳、分组大小和协议信息,使得可以在性能监控节点处获得关于拥塞的更详细的信息。
因此,实施例提供了用于检测拥塞的方法和诸如LTE网络等的无线通信网络的性能监控节点。如上所述,无线通信网络被配置为通过在无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,其中,被检测到经历拥塞的分组包括由无线通信网络的基站插入的标记。如图8的流程图所示,性能监控节点接收801被检测为包括标记的分组的信息以及用于所述分组的隧道的入口IP号,所述标记指示所述分组已经经历了拥塞。然后,性能监控节点查找802用于所述分组的隧道的入口IP号,以识别已经将标记插入所述分组中的基站,并且存储基站的标识信息和分组的信息。标记可以是ECN CE标记。操作系统支持(OSS)从网络收集数据以便能够排查故障并且识别问题。查找802隧道的入口IP号可以由OSS来支持。然而,也可以以其它方式来执行查找。
因此,性能监控节点能够根据本发明的实施例来识别在哪里以及在何时发生拥塞。因为该信息存储在性能监控节点处,因此网络运营商可以利用与拥塞有关的大量信息,这意味着网络运营商可以收集拥塞的不同实例以获得很好的概述。例如,网络运营商可以检测到某个基站在某个时间点时生成拥塞标记。然后,网络运营商可以通过例如添加额外的基站来增加该位置处的容量,或者改变天线倾斜。通过这种方式,网络运营商可以改善网络。如果性能监控节点不具有拥塞数据集合,则网络运营商可能基于单个拥塞指示而做出错误决策。
此外,拥塞信息也可以用于自组织网络。
下面在LTE的上下文中进一步解释本发明的实施例。
如上所述,3GPP已经采用了针对版本9中的LTE使用ECN比特以便进行端对端信号传送。不论何时在上行链路或下行链路中存在拥塞风险时,都将由eNodeB设置ECN比特。在下行链路情况下,这些比特将仅经过eNodeB与UE之间的空中接口;因此它们将不会通过聚合来自多个小区的业务的任何节点。然而,在上行链路的情况下,将由从UE接收上行链路业务的eNodeB设置这些比特,其目的在于使进行接收的UE知道在发送方小区上存在上行链路拥塞的风险。这些比特将经过sGw,并且可以被解释为来自源eNodeB的上行链路拥塞警报。根据本发明的实施例,该ECN信息与在eNodeB和sGw之间发送的GTP-U分组中的目的地IP地址相结合,这导致可以在一个聚合网络节点(即,sGw)中检测和跟踪所有连接的eNodeB中的上行链路拥塞。
本发明的实施例依赖于基站被配置为插入指示上行链路(UL)中的拥塞的标记,例如,ECN标记。其优点在于:这些实施例既不依赖于由UE生成的业务束缚于特定的服务,也不依赖于ECN消息的适合的UE响应。
此外,本发明的实施例可以使用两个可用的协议的组合;在S1-U上使用负责在sGw与eNodeB之间建立隧道的IP和GTP协议传输用户平面数据。在这图5中进行了说明。现在转向图6,图6是示意性地示出了本发明的实施例的序列图。
1、在第一步骤中,建立会话。这是常规的会话建立,其包括EPS(演进分组系统)承载建立和应用层信号传送以建立例如VoIP(基于IP的语音)呼叫。这包括在所有有关的节点之间建立GTP隧道。对于用户平面数据,在eNodeB与sGw之间以及在sGw与PDN Gw之间建立隧道。在该实施例中,使用GTP-U协议来建立所有隧道。
2、可以在会话建立完成时开始媒体传输。在假设没有拥塞的情况下,根据所建立的会话来发送媒体。
在步骤3和步骤4中,从UE向eNodeB发送UL分组。如果检测到拥塞,则由eNodeB B使用ECN CE(拥塞体验)来标记这些分组。可以使用各种方式来触发实际的标记,但是这些方式均涉及在eNodeB中完成的一些与无线电有关的测量。然后,在GTP分组中封装所标记的分组,并且将这些分组转发给sGw。
5、sGw分析所接收的分组,并且被配置为检测设置有ECN CE比特的分组。然后,sGw将进入报告模式,并且触发在性能监控节点与sGw之间的接口上进行新的信号传送。
5a、sGw提取GTP隧道的入口IP号,例如,设置ECN CE比特的eNodeB的IP号。提取可以由OSS支持。
5b、通过接口向性能监控节点发送在5a中提取的IP号。
5c、通过接口向性能监控节点发送所标记的ECN分组的数据。该数据可以包括时间戳、分组大小、协议细节(UDP/TCP)等。
5d、性能监控节点被配置为检测已经设置了ECN CE比特的eNodeB。这可以通过查找GTP入口IP来执行。
5e、性能监控节点将事件的所有信息存储在数据库中。该信息至少包括已经检测到拥塞的eNodeB B的信息。该信息还可以包括时间戳、分组大小和额外的协议信息。
6、在接收到ECN CE比特以后,进行接收的UE可以向进行发送的UE发送速率减小请求,由此进行发送的UE开始以更低的速率来进行发送。
通过使用在性能监控节点中存储的信息,网络运营商可以对网络进行改变以减小拥塞。因此,网络运营商可以检测到在某个eNodeB B中并且还在一天中的特定时间发生拥塞。因此,网络运营商可以采取不同的行动以通过例如添加更多的eNodeB来减小检测的拥塞,或者通过其它方式增加该eNodeB B处的网络容量。此外,实施例使得可以识别与无线电网络中不仅仅是IP层上的问题有关的无线电拥塞。
根据本发明的实施例的其它方面,提供了一种无线通信网络的用于检测拥塞的网络节点901,如图9中示意性地示出的。无线通信网络被配置为通过在无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由无线通信网络的基站插入的标记911。网络节点包括:输入/输出单元903,被配置为经由基站从用户设备接收分组910;处理器902,被配置为对该分组进行分析以检测分组910的信息。处理器902被配置为提取用于所述分组的隧道的入口IP号,并且其中,输入/输出单元903被进一步配置为向性能监控节点发送所标记的分组的信息908和所提取的用于所述分组的隧道的入口IP号909,使得可以在性能监控节点处提取已经将标记插入分组中的基站的标识信息。
根据实施例,标记911是ECN CE标记。隧道可以是使用GTP建立的隧道,并且网络节点可以是sGW。此外,所标记的分组的信息可以包括时间戳、分组大小和协议信息中的至少一个。
此外,还提供了一种无线通信网络的用于检测拥塞的性能监控节点904。无线通信网络被配置为通过在无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由无线通信网络的基站插入的标记。性能监控节点904包括:输入单元907,被配置为接收被检测为包括标记911的分组908的信息以及用于所述分组的隧道的入口IP号909,标记911指示分组908已经经历了拥塞。性能监控节点还包括:处理器905,被配置为查找用于所述分组的所述隧道的所述入口IP号,以识别已经将所述标记插入所述分组中的所述基站;以及存储器906,被配置为存储所述基站的标识信息和所述分组的信息。
本发明不限于上述优选的实施例。可以使用各种替换、修改和等同形式。因此,不应当认为上述实施例限制了由所附权利要求限定的本发明的范围。
Claims (18)
1.一种在无线通信网络的网络节点中用于检测拥塞的方法,其中,所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记,所述方法包括:
经由基站从用户设备接收(701)分组,
对所述分组进行分析(702)以检测所述分组的信息以及所述分组是否包括指示拥塞的标记,并且如果检测到所述标记,则
提取(703)用于所述分组的隧道的入口互联网协议IP号,以及
向性能监控节点发送(704)所标记的分组的信息和所提取的用于所述分组的所述隧道的入口IP号,使得能够在所述性能监控节点处提取已经将所述标记插入所述分组中的所述基站的标识信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述标记是显式拥塞通知ECN CE标记。
3.根据权利要求1至2中的任意一项所述的方法,其中,所述隧道是使用GPRS隧道协议建立的隧道。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的方法,其中,所标记的分组的信息包括时间戳、分组大小和协议信息中的至少一个。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的方法,其中,所述网络节点是服务网关。
6.一种在无线通信网络的性能监控节点中用于检测拥塞的方法,其中,所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记,所述方法包括:
接收(801)被检测为包括标记的分组的信息以及用于所述分组的隧道的入口IP号,所述标记指示所述分组已经经历了拥塞,
查找(802)用于所述分组的所述隧道的所述入口IP号,以识别已经将所述标记插入所述分组中的所述基站,以及
存储(803)所述基站的标识信息和所述分组的信息。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,所述标记是ECN CE标记。
8.根据权利要求6至7中的任意一项所述的方法,其中,所述隧道是使用GPRS隧道协议建立的隧道。
9.根据权利要求6至8中的任意一项所述的方法,其中,所标记的分组的信息包括时间戳、分组大小和协议信息中的至少一个。
10.一种无线通信网络的用于检测拥塞的网络节点(901),其中,所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记,所述网络节点包括:输入/输出单元(903),被配置为经由基站从用户设备接收分组(910);处理器(902),被配置为对所述分组进行分析以检测所述分组(910)的信息,所述处理器(902)被配置为提取用于所述分组的隧道的入口互联网协议IP号,并且,所述输入/输出单元(903)被进一步配置为向性能监控节点发送所标记的分组的信息(908)和所提取的用于所述分组的所述隧道的入口IP号(909),使得能够在所述性能监控节点处提取已经将所述标记插入所述分组中的所述基站的标识信息。
11.根据权利要求10所述的网络节点,其中,所述标记(911)是ECN CE标记。
12.根据权利要求10至11中的任意一项所述的网络节点,其中,所述隧道是使用GRPS隧道协议建立的隧道。
13.根据权利要求10至12中的任意一项所述的网络节点,其中,所标记的分组的信息包括时间戳、分组大小和协议信息中的至少一个。
14.根据权利要求10至13中的任意一项所述的网络节点,其中,所述网络节点是服务网关。
15.一种无线通信网络的用于检测拥塞的性能监控节点(904),其中,所述无线通信网络被配置为通过在所述无线通信网络的节点之间建立隧道来进行分组传输,并且被检测到经历拥塞的分组包括由所述无线通信网络的基站插入的标记,所述性能监控节点(904)包括:输入单元(907),被配置为接收被检测为包括标记(911)的分组(908)的信息以及用于所述分组的隧道的入口IP号(909),所述标记(911)指示所述分组(908)已经经历了拥塞;处理器(905),被配置为查找用于所述分组的所述隧道的所述入口IP号,以识别已经将所述标记插入所述分组中的所述基站;以及存储器(906),被配置为存储所述基站的标识信息和所述分组的信息。
16.根据权利要求15所述的性能监控节点,其中,所述标记(911)是ECN CE标记。
17.根据权利要求15至16中的任意一项所述的性能监控节点,其中,所述隧道是使用GPRS隧道协议建立的隧道。
18.根据权利要求15至17中的任意一项所述的性能监控节点,其中,所标记的分组的信息包括时间戳、分组大小和协议信息中的至少一个。
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