CN103384986B - 网络时延组成部分的自动捕获 - Google Patents

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Abstract

一种用于监控经过通信网络（30）的节点（1）的驻留时间的方法，所述通信网络（30）的节点（1）包括基于透明时钟的同步结构，所述方法包括以下步骤：‑配置和生成专用于时延测量的可调和可跟踪的分组；‑通过透明时钟（3）测量（50）经过网络节点（1）的所述分组驻留时间；‑在网络节点（1）的层级存储（60）所述测量的驻留时间；‑通过网络协议获取所述存储的驻留时间。

Description

网络时延组成部分的自动捕获
技术领域
本公开的发明涉及通信网络时延（delay）/延迟时间（latency）监控的技术领域。
背景技术
网络引入的时延是最重要的网络性能度量之一，因为它们直接影响几种广域网应用，这些应用涵盖从诸如IP电话（VoIP）、交互式网络游戏的实时应用到时间要求严苛的金融应用和定位系统的范围。
因此，监控网络内的数据传输时延的性能必须涉及对如何以及在何处引入这些时延的详细理解。
在传统时分复用（TDM）技术中，网络时延可以根据经过TDM交换机的确定性过渡时间来预测（例如，根据系统时钟过渡的数量）。但是，随着带宽需求的大量增长，TDM正逐步被分组交换网络（PSNs）所取代，分组交换网络（PSNs）中的分组抖动（也称为分组时延变化）（本质上由分组排队引入的随机过程）导致网络节点内的分组驻留时间（此后称为网络节点驻留时间或传输时延）不可预测。
因此，PSN（分组交换网络）操作者比以往更加需要用于监控网络时延（也称为网络延迟时间）的方法，以便能够根据网络时延/延迟时间针对遵守服务等级协议（SLAs）并纠正SLA违规而采取适当措施（例如，网络重设计/重构）。
为了解决这些问题，网络操作者通常依赖各种端到端时间延迟测量工具，诸如：
-在因特网控制报文协议（ICMPv4-RFC792和ICMPv6-RFC4443）上定义的PING命令，该协议允许测量IP网络内的从源端到目的地主机的端到端往返时延。
-由RFC 2679描述的单向时延测量方法。该方法可以根据两端上的网络时延/延迟时间值、所需的测量精确度和时钟准确度来要求时间同步。
-路由跟踪（或TraceRT）命令，其允许沿着从源端主机到目的地主机的网络路径计算出每个网络节点（即每个网络层设备）的地址。路由跟踪也分别返回网络路径内的从源端到每个经过节点的端到端时延。为了在网络协议层支持路由跟踪命令，这些端到端时延在应用层返回。
但是，这些工具返回整个端到端时延而不具有任何的网络节点驻留时间（或延迟时间）的精确度。换句话说，通过使用这些工具，返回的时延值是单个的单一组成部分，已经包括不具有任何精确度的网络节点驻留时间。
网络引入的时延可以大体上分为：
-网络节点驻留时间，包括：
○网络节点处理分组（处理时延）和用于（重新）传输而准备分组所需的时间。处理时延主要是协议栈复杂性和每个节点上的可用计算能力（即可用硬件）以及卡驱动（或接口卡逻辑）的作用；以及
○排队时延，即，处理和/或传输之前，在网络节点的缓冲器内的分组的总等待时间，其可以取决于网络节点的交换（或底层交换）的细节。
-沿着链接网络节点的网段的传输/链接时延：
从第一网络节点的输出端口传输整个分组（从第一比特到最后比特）或更基本地单个比特到第二网络节点的输入端口所需的时间。
因此，知道整个端到端时延的单个值而没有给出其组成部分的任何细节，最新的端到端时延测量工具不允许操作者计算出应采取确切校正措施的网段或网络节点。
因此，主要问题仍是本地测量的网络节点和网段传输时延的收集。
而现有技术的另一个问题是它不允许确定整个端到端时延中的什么部分表示经过网络节点或沿着网段的驻留时间。
进一步的问题是现有方法不允许立刻获取网络节点驻留时间的分布式视图，但是每个网络路径的端到端时延是分别产生的。
本发明的一个可能目标是用有关技术解决上述和其他的问题。
本发明的另一个可能目标是查明分布式网络节点内引入的占主导的时延。
本发明的另一个可能目标是提供网络引入的时延的细粒度组成。
本发明的另一个可能目标是同时测定通信网络内每个节点的延迟时间。
本发明的另一个可能目标是提供允许获取每个网络节点的驻留时间的细粒度分布式视图的方法或系统。
本发明的另一个可能目标是提供允许获取每个时延敏感应用的驻留时间的细粒度分布式视图的方法或系统。
本发明的另一个可能目标是将端到端时延分成沿着IP网络内的从源端到目的地的路径区分节点驻留时间的组成部分。
本发明的另一个可能目标是允许操作者根据网络延迟时间做出SLA违规问题（未遵守承诺服务的质量）的快速和精确的诊断。
本发明的另一个可能目标是提供允许精确地和同时地查找重要（应用）延迟时间的源的网络节点的诊断方法。
本发明的另一个可能目标是对于特定应用发现引入最多时延并对时延恶化负有责任的主要网络跳点。
发明内容
本发明的一些实施例的目的是消除以上所阐述的一个或多个问题的影响。以下呈现了本发明的一些实施例的简要概括以提供对本发明某些方面的基本理解。该概括不是本发明的详尽概述。其目的不在于识别本发明的关键要素或者描述本发明的范围。它唯一的目的是以简单的形式呈现一些概念作为稍后讨论的更详细描述的前序。
本发明的实施例涉及用于监控经过包括基于透明时钟的同步结构的通信网络的节点的驻留时间的方法，所述方法包括以下步骤：
-配置并生成专用于时延测量的可跟踪的分组；
-通过透明时钟测量经过网络节点的分组驻留时间；
-在网络节点的层存储测量的驻留时间；
-通过网络协议取出存储的驻留时间。
根据一个主要方面，配置的专用于时延测量的可跟踪的分组是修改的PTPV2分组。
根据另一个主要方面，以上引用的方法进一步包括可跟踪的分组的参数化步骤。关于至少一个时延敏感应用分组的参数来参数化该分组。服务质量（QoS）值和分组长度是所述特征参数的示例。
根据另一个主要方面，以上引用方法进一步包括配置的可跟踪的分组的组播发送步骤。
本发明的实施例进一步涉及提供透明时钟的网络节点，其包括：
-用于在其中存储本地测量的经过所述网络节点的分组驻留时间的方法；
-具有网络协议的交互接口，该网络协议允许该交互接口获得存储的分组驻留时间。
根据一个主要方面，透明时钟是IEEE1588V2对等透明时钟或者IEEE1588V2端到端透明时钟。
本发明的实施例进一步涉及适用于执行以上引用方法的计算机程序产品。
虽然本发明的实施例允许不同的修改和替代形式，但在附图中通过示例的方式示出了其具体实施例。然而，应该理解，这里具体实施例的描述不旨在将本发明限制为所公开的特定形式。
当然可以理解，在任何这样的实际实施例的开发中，应该作出针对实现的决定来达到开发者的具体目的，例如符合系统相关和业务相关的限制。将会理解，这样的开发努力可能是耗费时间的，但不论如何可以为那些受益于本公开的本领域技术人员的例行理解。
附图说明
本发明的目标、优势和其他特点将通过以下公开和权利要求变得更加明显。给出以下优选实施例的非限制性描述的目的是只参考附图举例，附图中相同的参考数字指的是类似元素，并且其中：
-图1示出了实施例的部署情境的框图。
-图2示出了一个实施例的功能元件的框图。
具体实施方式
参照图1，示出了其中部署了IEEE1588V2透明时钟（TC）3结构的通信网络（或子网络）30。
IEEE1588V2协议（也称为精确时间协议第2版（PTPV2））是同步协议，旨在将嵌入在对应的分布式网络节点1中的一个或多个PTPV2从设备4时钟与PTPV2（大）主设备2时钟的时间（或者等同的频率）刻度对齐。网络节点1可以是网桥、路由器、交换机、中继器，或更一般的网络设备。
如图1中描述的，在基于TC的同步结构内，TC3提供对于经过网络节点1的PTPV2分组（例如，SYNC（同步）、DELAY_REQ（时延请求）、DELAY_RES（时延响应）））驻留时间的校正。这里经过网络节点1的PTPV2分组/消息的驻留时间（或传输时延）对应从网络节点1的入口端口传送定时消息到出口端口所需的时间。
因此，给沿着链接PTPV2（大）主设备2时钟和PTPV2从设备4时钟的网络路径的每个网络节点1提供TC3，该TC3被编程用来调整和经过网络节点1或者沿着网段的PTPV2分组的驻留时间有关的PTPV2分组时延。这里网段意在指只链接两个连续网络节点1的网络路径，每个节点由TC3支持。
这里考虑了IEEE 1588V2对等透明时钟（P2P TC3）和端到端透明时钟（E2E TC3）两者。E2E TC允许本地测量（PTPV2消息的）每个穿过的网络节点1的传输时延，该传输时延允许PTPV2分组时延的校正。P2P TC允许测量和校正网段和网络节点1的传输时延。对于展示恒定分组时延的网段，可以在PTPV2从设备4（或PTPV2主设备2）级，甚至在E2E TC级提供整个链路时延。因此E2E TC可以是足够的。
每一个TC3向PTPV2分组的累计的“校正字段”添加其本地测量的关联网络节点1内对应的分组驻留时间（以及还有P2P TC3情况下的链接时延）。
以下通过配置PTPV2消息以使他们代表时间敏感型应用，利用PTPV2 TC3的性能以有利的方式来收集网络节点1和网段传输时延，以便有效解决时间严格型应用的需求。
经由具体的交互来收集网络节点1驻留时间和网段传输时延，该交互设计：
-调整的（修改的）不专用于常规同步任务（即，不旨在指被确认为同步功能的现有技术）的PTPV2信令实例；
-TC3功能性；以及
-网络节点1控制平面。
经由以下描述的功能元件来监控这些交互。
为达到上述目的，配置/生成专用于时延测量的可调的（即，可调节的、可适应的、可变的、可参数化的）和可跟踪的（即，可识别的、可区别的）分组。
实际上，生成PTPV2分组/消息的集合，并且接着传送该PTPV2分组/消息的集合用于经过每个网络节点1和网段（即，与具有相邻链路的网络节点1相关的）。
因此，这些修改的PTPV2消息的目的在于收集网络节点1和/或相邻网段传输时延，从而代表时间敏感型应用参数。这些消息不是专用于同步目的。
在一个实施例中，提出了跟随TLV（类型长度值字段）语义并且包括填充比特的新的PTPV2字段。这样的TLV的目的是提供可调的PTPV2分组大小，该大小从PTPV2标准限制的最小值到允许收集网络时延的最大值。
备选地或组合地，可以类似地调整分组优先代码-服务质量（QoS）-来捕获关联网络节点驻留时间。
专用于时延测量目的的分组集合利用SYNC（同步）和DELAY_REQ（时延请求）消息以便覆盖PTPV2（大）主设备2/PTPV2从设备4以及PTPV2从设备4/PTPV2主设备2两个方向。
实际上，新的TLV字段被添加用于常规PTPV2 SYNC（同步）和DELAY_REQ（时延请求）分组，从而出于延迟时间测量的目的而变为可调的和可跟踪的分组。该TLV专用于填充比特以便捕获有关分组大小的传输时延。
可以采用不同的区别的特征以从（专用于同步目的）常规PTPV2分组/消息中区分专用于延迟时间测量目的的PTPV2分组/消息。作为示例，可以涉及：
-专用“域标识符（domain_Id）”使得PTPV2主设备2和PTPV2从设备4在其同步状态机内忽略这些只专用于监控目的的修改的PTPV2流；
-使用具体的信道/隧道（例如虚拟局域网（VLAN）或多协议标签交换-标签交换路径（MPLS LSP））以便对同步的（常规的）PTPV2和“网络监控”的（修改的）PTPV2流进行隔离。
参照图2，修改的SYNC（同步）20和修改的DELAY_REQ（时延请求）40PTPV2消息都可以持有诸如“时延捕获（delay_capture）”标识符的特殊的域标识符。
PTPV2（大）主设备2和PTPV2从设备4分别生成修改的SYNC（同步）20和修改的DELAY_REQ（时延请求）40消息，其允许收集所有网络节点1/网段驻留时延。为了达到上述目的，可以采用广播或组播方案（意味着组播组收集所有PTPV2普通时钟：网络30内的PTPV2（大）主设备2和PTPV2从设备4）以便使得收集驻留时延变得简单。
作为针对组播或广播发送限制的方式，也可以使用单播发送的叠加。注意到，原则上PTPV2主设备2和PTPV2从设备4是分别位于网络（树）结构的顶层和底层。因此在下行流（从PTPV2主设备2到PTPV2从设备4）的方向通过修改的SYNC（同步）20的多播发送，可收集有关所有网络节点1的时延。对于相反的方向（即，从PTPV2从设备4到PTPV2主设备2），单播DELAY_REQ（时延请求）40消息的组合可以是用于收集所有网络节点1传输时延的直接的解决方案。
要指出的是必须慎重选择修改的SYNC（同步）和DELAY_REQ（时延请求）PTPV2消息的发射速度，以使关联带宽处在与可用的主设备2/从设备4带宽有关的合理水平。
进一步参照图2，由分别位于PTPV2（大）主设备2和PTPV2从设备4级（即，分别用于DELAY_REQ（时延请求）40上行流方向和SYNC（同步）20下行流方向）的交互模块执行交互功能10-11，该交互功能10-11允许用传输协议进行交互，以便触发时延测量，同时改变不同传输参数（那些影响网络时延的参数）。作为这些参数的非限制性示例，可以涉及：
-服务质量（QoS）参数：例如差分服务代码点(DSCP)；
-分组大小/分组分段。
实际上，因为一个应用流和另一个应用流可以引入不同的网络时延，所以可以调整PTPV2分组参数的设置（例如，服务质量（QoS）、生存时间（Time-To-Live）、长度），以便仿制不同时延敏感应用流的特征参数。
换句话说，通过适当地对PTPV2流进行参数化（即，控制PTPV2分组参数的不同值），人们可以估计网络引入的每个应用的时延/延迟时间。
作为说明性示例，可以分配：
-用于第一PTPV2流的高优先级的服务质量（QoS）（例如，相比较尽力而为服务的优质服务）和相对中等的分组长度，旨在反映在IP电话（VoIP）应用情况下对网络引入时延的估计。
-用于第二PTPV2流的高优先级的服务质量（QoS）和相对长的分组长度，旨在反映在实时视频会议应用情况下对网络引入的时延的估计。
值得提及的是PTPV2流的不同参数可以一起监控，以便适合时延敏感应用流的特征参数。
TC3（PTPV2平面）和网络节点1之间的交互功能13配置为分析（例如统计分析）、存储（图2中步骤60）测量的经过所在级的网络节点1（或者关联网段）的驻留时延，并且用网络协议来交互以便在控制平面级捕获网络时延。
E2E TC3测量（图2中步骤50）修改的SYNC（同步）10和修改的DELAY_REQ（请求时延）40PTPV2消息经过网络节点1的传输时延。然后在网络节点1的层级，由交互功能13分析和存储（图2中步骤60）测量的传输时延。备选地，可以执行例如位于网络/同步管理系统内的集中式存储机制。
在考虑网络节点1传输时延的同时，实施例将收集统计时延并存储相关数据，以便有效驱动实时服务。因此，一种方式可以存储平均、最小、最大时延、有关给出的观测时间（间隔）的时延变化（对于驱动实时应用非常重要）的日志。可以选择后者代表平均的应用连接持续时间。
优选地，存储与具体参数/变量（例如，服务质量（OoS）、分组大小）组合关联的传输时延。
在P2P TC3的情况下，测量（图2的步骤50）与网络节点1相邻的链路的传送时延，从而该时延可以通过交互功能13成为存储（图2的步骤60）的信息的一部分。
为了后续通过网络控制平面使用该存储的信息，该信息可由传输协议访问。因此，交互接口在PTPV2协议和网络协议之间，以便获取可由网络控制平面访问的该信息。存储的信息可由诸如RSVP（资源预留协议）、OSPF（开放式最短路径优先）的网络控制平面访问。
作为说明性示例，对于最高服务质量（QoS）（优质分组）和1300字节的分组长度，将会以每秒1的收集速率为每个网络节点1收集有关的传输时延。然后，例如，通过20个连续测量的样本，可以得到最小、最大、平均、变化的参数。
有利地，以上描述的方法和系统允许精确收集分布式视图内的网络节点分组时延，这意味着由于PTPV2平面和网络平面之间的多个协作方案，得以在网络节点1的层级收集和存储时延。
以上描述的方法提供用于有效监控网络的进一步的工具，同时考虑实时应用（例如，语音、视频会议、网络游戏）的延迟时间要求。
以上描述的方法允许操作者找出的（一个或多个）网段或（一个或多个）网络节点以及甚至需要进行校正的(一个或多个)牵连节点（incrimintednode）内的（一个或多个）协议模块。
有利地，以上描述的方法可以通过由TC支持的大多数常规网络节点产品构成的相邻网段中实现。
该提案可以被考虑为用于精确测量网络节点驻留时间和有关给定参数的网段的标准，以及用于随后监控由时间敏感型应用所经历的网络时延的标准。

Claims (19)

1.一种用于监控经过包括根据精确时间协议第2版PTPV2的基于透明时钟的同步结构的通信网络(30)的网络节点(1)的驻留时间的方法，所述方法包括以下步骤：
-配置和生成专用于时延测量的可跟踪的分组，其中所述可跟踪的分组是不专用于同步目的的修改的PTPV2分组，并且针对时延敏感应用分组的至少一个参数来对所述修改的PTPV2分组进行参数化；
-在PTPV2主设备(2)和PTPV2从设备(4)的同步状态机内忽略所述修改的PTPV2分组；
-通过透明时钟(3)测量(50)经过网络节点(1)的所述修改的PTPV2分组的驻留时间；
-在网络节点(1)的层级存储(60)所测量的驻留时间；
-通过网络协议获取所存储的驻留时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数是服务质量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数是分组长度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述PTPV2分组是PTPV2SYNC分组。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述PTPV2分组是PTPV2DELAY_REQ分组。
6.根据上述权利要求中任何一项所述的方法，其中所述存储步骤是集中式存储步骤。
7.根据权利要求1-5中任何一项所述的方法，进一步包括所测量的驻留时间的分析步骤。
8.根据权利要求1-5中任何一项所述的方法，进一步包括所述可跟踪分组的组播发送步骤。
9.一种由透明时钟(3)支持的网络节点(1)，包括：
-用于在其中存储根据权利要求1至8中任何一项所述的方法在本地测量的经过所述网络节点(1)的分组驻留时间的构件(13)；
-具有网络协议的交互接口，所述网络协议允许所述交互接口获得所述存储的驻留时间。
10.根据权利要求9所述的网络节点，其中所述透明时钟(3)是IEEE1588V2对等透明时钟(3)。
11.根据权利要求9所述的网络节点，其中所述透明时钟(3)是IEEE1588V2端到端透明时钟(3)。
12.一种用于监控经过包括根据精确时间协议第2版PTPV2的基于透明时钟的同步结构的通信网络(30)的网络节点(1)的驻留时间的装置，所述装置包括：
-用于配置和生成专用于时延测量的可跟踪的分组的模块，其中所述可跟踪的分组是不专用于同步目的的修改的PTPV2分组，并且针对时延敏感应用分组的至少一个参数来对所述修改的PTPV2分组进行参数化；
-用于在PTPV2主设备(2)和PTPV2从设备(4)的同步状态机内忽略所述修改的PTPV2分组的模块；
-用于通过透明时钟(3)测量(50)经过网络节点(1)的所述修改的PTPV2分组的驻留时间的模块；
-用于在网络节点(1)的层级存储(60)所测量的驻留时间的模块；
-用于通过网络协议获取所存储的驻留时间的模块。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述参数是服务质量。
14.根据权利要求12所述的装置，其中所述参数是分组长度。
15.根据权利要求12所述的装置，其中所述PTPV2分组是PTPV2SYNC分组。
16.根据权利要求12所述的装置，其中所述PTPV2分组是PTPV2DELAY_REQ分组。
17.根据权利要求12-16中任何一项所述的装置，其中所述存储是集中式存储。
18.根据权利要求12-16中任何一项所述的装置，进一步包括用于分析所测量的驻留时间的模块。
19.根据权利要求12-16中任何一项所述的装置，进一步包括用于组播发送所述可跟踪分组的模块。
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