CN1812350A - 一种单向延迟的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单向延迟的测量方法，用于测量报文从发送方到接收方的传输延迟，包括：A)发送方将到其相邻下一节点的延迟记载于当前报文中发送给其相邻下一节点；B)接收该报文的节点作为当前的发送方，重复步骤A，直到当前节点为接收方；C)接收方提取出报文中记载的各个延迟，并计算总延迟。或者在每次将报文发送给下一节点时，将记载的延迟进行累加计算。使用本发明，可以在不需要网络各节点设备之间时间同步的基础上，实现较精确的单向延迟的测量。

Description

一种单向延迟的测量方法

技术领域

本发明涉及信号传输测量技术领域，特别是指一种单向延迟的测量方法。

背景技术

在信号传输中，业务质量(QoS)的基本指标有：带宽、丢失率、延迟、抖动(即延迟变化)。QoS的目的就是在网络拥塞等情况下，将约定业务的带宽、丢失率、延迟和抖动控制在约定的范围之内。实时语音、视频、VPN等业务一般都会有QoS方面的要求。

其中传输报文的丢失主要由设备或链路失效、线路误码或缓冲队列溢出引起的，以缓冲队列溢出最为常见。延迟是QoS的指标之一，当出口带宽远大于入口带宽时，报文不会进入缓冲队列排队，会很快以最小延迟被转发出去，报文不会出现丢失，其延迟和抖动很小。而当入口流量增大，部分报文会进入缓冲队列排队等待，使得延迟增加，同时导致抖动增加，并有可能造成队列溢出引起报文丢失。如图1示出的报文负载和延迟的关系。

当延迟过大时，可能会造成如上所述的报文丢失、抖动增加，对于用户侧则体现在业务的滞后、断续等。而要对延迟进行监控，以能够评价和监测业务是否符合约定的服务质量，则必定要对报文从接收方传送到对方的延迟(单向延迟)进行测量。同时，延迟的测量结果也是进一步优化业务的依据。目前单向延迟测量方式包括以下方式：

单向延迟测量方式一：报文从源端点发送时，插入时标T；目的端点收到报文，记录接收时标R；单向延迟等于(R-T)。实现这种延迟测量方式，要求转发路径上设备的时间同步，这样才能够进行时间的比较。通常单设备的延迟小于10ms，所以同步的精度至少应该小于1ms。不借助全球定位系统(GPS)等专用设备很难在广域网达到这样一个精度。而现有网络已存在的设备大多数无法满足该精度要求，所以该测试方法在现有网络上很难实施，另一方面，在设备上增加精确时间同步功能也会带来成本的增加。

单向延迟测量方式二：报文从源端点开始发送，加入时标T；目的端点收到报文，交换源地址和目的地址后发送出去；报文返回到最初的发送方，记录时标R；往返延迟等于(R-T)，单向延迟则为(R-T)/2。由于R和T都是同一设备记录的时间点，所以避免了设备之间时间同步的问题。这种计算单向延迟的基础是报文往返走相同的路径、相同的带宽等要求，但是，实际上报文往返两个方向可能走不同的路径，甚至不同的传输介质，或者两个方向的带宽、拥塞程度不同，这些均会导致两个方向的延迟不同，因而计算出的单向延迟是存在较大误差的。可以看出，通过测量往返延迟虽然避免了时间同步的问题，但显然无法保证单向延迟测量的精度。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供了一种单向延迟的测量方法，在不需要网络各节点设备之间时间同步的基础上实现较精确的单向延迟测量。

本发明提供的一种单向延迟的测量方法，用于测量报文从发送方到接收方的传输延迟，包括步骤：

A、发送方将到其相邻下一节点的延迟记载于当前报文中发送给其相邻下一节点；

B、接收该报文的节点作为当前的发送方，重复步骤A，直到当前节点为接收方；

C、接收方提取出报文中记载的各个延迟，并计算总延迟。

其中，步骤A进一步包括：将当前作为发送方的节点ID对应于延迟记载于当前报文中；步骤C进一步包括：根据提取的各个延迟和对应的节点ID得到各个节点的延迟分布。

其中，所述延迟和/或节点ID记载于报文的预留字节或新增的字节中。

其中，所述到其相邻下一节点的延迟包括设备延迟、串行化延迟、和相邻节点间传输延迟；设备延迟为：节点收到报文时刻到开始转发报文时刻的时长；串行化延迟为：节点开始发送报文时刻到发送报文完毕的时长；相邻节点间传输延迟为：当前节点到相邻下一节点的路径上传播报文需要的时长。

其中，所述获得串行化延迟的步骤包括：读取当前节点发送接口的速率，根据L/r公式计算出串行化延迟；其中L是当前报文的长度，r是所述发送接口的速率。

其中，当从发送方到接收方共涉及N个节点时，步骤C所述计算总延迟为：根据 $D_N=\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[(T_i-R_i)+L_i/r_i+p_i]$ 公式计算出总延迟；其中R_i是第i节点收到报文时刻，T_i是第i节点开始转发报文时刻，且T₁＝R₁；L_i是第i节点发送报文的长度，r_i是第i节点发送接口的速率；p_i是第i节点到其相邻下一节点的相邻节点间传输延迟。

本发明还提供了另一种单向延迟的测量方法，用于测量报文从发送方到接收方的传输延迟，其特征在于，包括步骤：

A、发送方将到相邻下一节点的延迟记载于当前报文中发送给其相邻下一节点；

B、接收该报文的节点将到其相邻下一节点的延迟累加入报文所记载的延迟中；将报文发送给其相邻下一节点；

重复步骤B，直到当前节点为接收方；

C、接收方提取出报文中记载的延迟。

其中，所述的延迟记载于报文的预留字节或新增的字节中。

其中，所述到其相邻下一节点的延迟包括设备延迟、串行化延迟、和相邻节点间传输延迟；设备延迟为：节点收到报文时刻到开始转发报文时刻的时长；串行化延迟为：节点开始发送报文时刻到发送报文完毕的时长；相邻节点间传输延迟为：当前节点到相邻下一节点的路径上传播需要的时长。

其中，所述获得串行化延迟的步骤包括：读取当前节点发送接口的速率，根据L/r公式计算出串行化延迟；其中L是当前报文的长度，r是所述发送接口的速率。

由上述方法可以看出，通过每个节点都记录到下一跳节点的延迟，本发明简单有效的实现了单向延迟的测量，并且因为增加了节点ID，本发明还可以得到延迟在传输路径的各段节点间路径的延迟分布情况。这种延迟测量方法避免了增加时间同步设备，从而保持了单向延迟精确测量的低成本、低复杂性。并且本发明在每个节点将记录的延迟向下传输时，可以置于所传输的报文的预留字节中，从而实现了不会增加额外的延迟。

附图说明

图1为负载和延迟的关系图；

图2为本发明测量流程图。

具体实施方式

本发明根据信号传输中延迟的构成，将QoS中提到的延迟分为4部分组成：转发延迟和队列排队延迟、传输延迟、串行化延迟。并根据延迟的产生是基于固有设备特性还是可变特性，将延迟划分为单设备可测量和单设备不可测量两部分。下面详细说明：

转发延迟指设备从接收到某报文的最后一个比特，到开始发送该报文的第一个比特所需要的最短时间，属于设备特性。排队延迟指报文未能及时转发时，在缓冲队列中排队等待的时间。转发延迟与排队延迟之和称为设备延迟，记为D_d，是单设备可测量的。若在收到报文时记录时标R，报文开始转发时刻记录时标T，则D_d＝T-R。

串行化延迟指从开始发送报文的第一个比特，到最后一个比特发送完毕所需要的时间，跟报文长度和接口速率有关。串行化延迟记为D_s，虽然不方便用在报文中插入时标的方式测量，但可计算。若待发送的报文长度L，该报文的发送接口的速率为r，则D_s＝L/r。报文长度L包括链路层封装，因此L可能随接口类型不同而不同。接口速率r，在速率自协商情况下由自协商结果确定；其他情况，则由管理员的配置来确定。

传输延迟是信号在介质上传播需要的时间，仅与传输介质和传输距离有关，一般情况下该延迟是固定不变的。传输延迟涉及长距离和多设备，即信号从一个设备通过传输介质到另外一个设备，故是单设备不可测量的。传输延迟记为p，可用其他手段获得，例如在双向等距对称介质上可测量往返延迟D_r，则p＝(D_r-D_d-2D_s)/2，从而可以由间接测量的方式得到p；在一般情况下，传输介质和距离在网络规划和设计时便已确定，因此传输延迟可预先计算或者通过专用设备测量获得，并由管理员配置在各个节点的设备上。

根据延迟的组成，则相邻两个节点之间的单向延迟为D＝D_d+D_s+p＝(T-R)+L/r+p。当发送方到接收方之间经过N个节点设备(包括发送者和接收者)时，则单向延迟D_N为各个相邻节点之间单向延迟的和，记为：

$D_N=\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[(T_i-R_i)+L_i/r_i+p_i],$ 其中T₁＝R₁，N≥2

不难理解，在实际应用中，可以根据网络情况配置上述的延时，当某个延迟意义不大时，可以设定该延迟是0。例如，在短距离传输时，由于两节点间传输延迟会很小而忽略不计时，可设定该传输延迟为0。而当节点接口速率很高，而传输的报文很短时，串行化延迟很小而忽略不计时，可设定该节点串行化延迟为0。

下面结合实施例，如图2所示，具体描述报文从源节点(即发送方)到接收方的单向延迟测量方法，包括以下步骤：

步骤201：报文从源节点开始发出，在发出的报文中填入到达下一跳(即下一节点)的延迟D₂＝L₁/R₁+p₁。

步骤202：当判断所述的下一节点j不是接收方时，所述下一节点j在接收完了完整的报文时刻，记录时间T_j；当节点j即将开始发送该报文时，记录时间R_j，用报文中上一跳填入的延迟D_j加上自身产生的延迟(T_j-R_j)+L_j/r_j+p_j计算出到达下一跳的延迟D_j+1，将报文中记录的上一跳填入的值D_j替换为D_j+1之后发送给下一节点。下一节点的执行步骤和202相同。其中，这里的j节点指发送方和接收方之间的、报文经过的节点设备。

所述的p从节点设备中读取；而L的长度，在节点设备接收报文时即可得知，或者根据传输协议对报文长度的要求、或报文中携带的长度字节(Length)便可知道。

步骤203：报文到达最终目的接收方，便可从报文中读出所携带的D_N，得到单向延迟D_N。

根据上述思想，也可以采用下面的实施方式二实现本发明，包括：

第一步骤：报文从源节点开始发出，在报文中填入节点ID和到达下一跳的延迟D₂＝L₁/r₁+p₁。

第二步骤：下一节点j参照步骤202的方式，得到自身产生的延迟(T_j-R_j)+L_j/r_j+p_j，记录在报文中，并添加节点j的ID；之后发送给下一节点。下一节点的执行步骤和本步骤相同。

第三步骤：报文到达接收方，便可从报文中读出各个节点ID及对应的延迟，从而得到延迟分布，并可计算所有的延迟记录之和，得到单向延迟。

基于上面两个实施例，可以将两个实施例结合进一步得到下面的实施例三，进行简述：

第一步骤：报文从源节点开始发出，在报文中填入节点ID和到达下一跳的延迟D₂＝L₁/r₁+p₁。

第二步骤：下一节点j参照实施例一、二的方式，计算出到达下一跳的延迟D_j+1，以及得到自身产生的延迟(T_j-R_j)+L_j/r_j+p_j，均记录在报文中，并添加节点j的ID；之后发送给下一节点。下一节点的执行步骤和本步骤相同。

第三步骤：报文到达接收方，便可从报文中读出各个节点ID及对应的延迟，从而得到延迟分布；以及读出报文中记录的D_N，得到单向延迟。

以上实施例二和实施例三会因为报文长度增加而引入额外的串行延迟，从而增加测量误差。而该部分所占字节远远小于所承载的数据字节，故可忽略不计其产生的延迟。例如假设节点ID和延迟均以32bit表示，每经过一个节点，报文长度会增加64bit，由公式D_s＝L/r，在56Kbps链路上会仅引入约1.14毫秒延迟，而在高速链路上，这个额外的延迟便更小，如155Mbps链路上不到0.5微秒，更可忽略不计。另外，也可以使用始发报文的预留字节来记录节点ID和延迟，这样可以避免报文长度的增加，从而避免引入额外的延迟。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种单向延迟的测量方法，用于测量报文从发送方到接收方的传输延迟，其特征在于，包括：

A、发送方将到其相邻下一节点的延迟记载于当前报文中发送给其相邻下一节点；

B、接收该报文的节点作为当前的发送方，重复步骤A，直到当前节点为接收方；

C、接收方提取出报文中记载的各个延迟，并计算总延迟。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A进一步包括：将当前作为发送方的节点ID对应于延迟记载于当前报文中；

步骤C进一步包括：根据提取的各个延迟和对应的节点ID得到各个节点的延迟分布。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述延迟和/或节点ID记载于报文的预留字节或新增的字节中。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述到其相邻下一节点的延迟包括设备延迟、串行化延迟、和相邻节点间传输延迟；其中：

设备延迟为：节点收到报文时刻到开始转发报文时刻的时长；

串行化延迟为：节点开始发送报文时刻到发送报文完毕的时长；

相邻节点间传输延迟为：当前节点到相邻下一节点的路径上传播报文需要的时长。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得串行化延迟的步骤包括：读取当前节点发送接口的速率，根据L/r公式计算出串行化延迟；

其中L是当前报文的长度，r是所述发送接口的速率。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当从发送方到接收方共涉及N个节点时，步骤C所述计算总延迟为：根据 $D_N=\underset{i=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}[(T_i-R_i)+L_i/r_i+p_i]$ 公式计算出总延迟；

其中R_i是第i节点收到报文时刻，T_i是第i节点开始转发报文时刻，且T₁＝R₁；L_i是第i节点发送报文的长度，r_i是第i节点发送接口的速率；p_i是第i节点到其相邻下一节点的相邻节点间传输延迟。

7、一种单向延迟的测量方法，用于测量报文从发送方到接收方的传输延迟，其特征在于，包括：

A、发送方将到相邻下一节点的延迟记载于当前报文中发送给其相邻下一节点；

B、接收该报文的节点将到其相邻下一节点的延迟累加入报文所记载的延迟中；将报文发送给其相邻下一节点；

重复步骤B，直到当前节点为接收方；

C、接收方提取出报文中记载的延迟。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的延迟记载于报文的预留字节或新增的字节中。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述到其相邻下一节点的延迟包括设备延迟、串行化延迟、和相邻节点间传输延迟；其中：

设备延迟为：节点收到报文时刻到开始转发报文时刻的时长；

串行化延迟为：节点开始发送报文时刻到发送报文完毕的时长；

相邻节点间传输延迟为：当前节点到相邻下一节点的路径上传播需要的时长。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述获得串行化延迟的步骤包括：读取当前节点发送接口的速率，根据L/r公式计算出串行化延迟；

其中L是当前报文的长度，r是所述发送接口的速率。