TW201136353A - Estimation method for loss rates in a packetized network - Google Patents

Description

201136353 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於監測網路的效能之方 關於封包漏失率的判定。 【先前技術】 資料網路的效能對於封包的漏失是 網路的效能最佳化，操作者需要具有網 關於封包漏失的資訊。例如，封包漏失 緩衝區溢位。藉由識別及量化可歸屬於 衝區溢位的漏失率，網路操作者可施加 結或過載節點處之流量負載的手段。 在3G及4G的無線網路中，導致封 害已變成特別嚴重。一個原因是在此類 用、語音應用、及視訊與其他的應用（ 同的頻寬需求及不同的傳送模式）之中 爭。此競爭係因爲透過空中介面之可用 頻寬，且因爲典型上被需要能無線通訊 耗費而惡化。 因此，特別有大的需要來監測先進 包漏失。特別的優點將藉由監測例如言 信網路之支援GPRS的網路之GGSN，ψ 基地台中的各基地台之間的大部分或全 然而’爲了藉由習知方法來達成此，將 法，且更特別是有 敏感的。爲了能使 路的不同鏈結上之 的一個主要原因是 網路的節點處之緩 減緩網路的過載鏈 包漏失的過載之危 網路中，於資料應 其中的每一種有不 ，有網路資源的競 於內容傳送的有限 之高額的發送訊號 的無線網路中之封 者如WCDMA行動電 I和GGSN相關聯之 部鏈結而被獲得。 需要監測裝置被配 -5- 201136353 置於即將被監測之鏈結中的各鏈結上。其中，因爲先進的 無線網路可具有數百，或甚至數千的此類鏈結，所以此種 監測裝置的廣泛配置不是經常可行的。 因此’仍然需要監測封包漏失之方法，其可自網路上 之有限數目的位置中被配置且仍獲得許多個別鏈結上的漏 失率之資訊。 【發明內容】 我們已發現此種方法。我們的方法涉及在網路中的單 點處，收集下行封包漏失上的資料，以及從此經收集的資 料估計此收集點的至少兩個子網路下行上之封包漏失率， 其中，此等子網路之間有至少一個鏈結不同。 在特別的實施例中’此資料收集係藉由專用硬體監測 裝置來予以實施。在某些實施例中，此種裝置係配置於 GPRS核心網路的GGSN ( GPRS支援節點）之下的第一鏈結 上。 在特別的實施例中’此經收集的資料與核心網路或其 部分上的封包漏失有關，該核心網路自此監測點延伸至複 數個基地台’且在某些實施例中，甚至延伸至由基地台所 支援的行動站。 【實施方式】 槪要地繪示於圖1中的是具有GPRS核心網路的典型無 線通訊網路之部分。下行方向上進行的是，其將從網際網 -6 - 201136353 路10中被看見，有GGSN 20的鏈結、有從此GGSN至多個 SGSN (服務GPRS支援節點）30的鏈結、有從各SGSN至多 個RNC (射頻網路控制器）40的鏈結、以及從各RNC至多 個基地台50的鏈結。各基地台可與多個行動站60相連接。 從圖1中將顯然可知的是，從GGSN往下至少至基地台 ，不同的網路元件構成以GGSN爲根源的樹狀圖之節點， 且從各元件至在其底下的元件之鏈結構成此樹狀圖的頂點 〇 一種方法可被應用於可由樹狀圖所表示的任何封包通 訊網路。如以上所提及的，諸如圖1的網路之無線GPRS網 路爲我們的方法特別有用的一個範例。然而，我們的方法 之應用不受限於GPRS網路，或無線網路。 我們的方法可被配置於在諸如圖1的GGSN或其他節點 的網路節點處執行之電腦或數位處理器上。此機器（此方 法係配置於其上）可爲，例如，根據軟體指令操作的一般 用途機器，或根據硬體或韌體的控制操作之特別用途機器 〇 在某些實施例中，此機器（訊息係配置於其上）將藉 由經過安裝於鏈結上的中間點處之分流器（tap )而使封 包流量的副本轉向，來收集封包漏失資訊。例如，圖2顯 示圖1的網路之部分，其中分流器70已被加入GGSN 20與 SGSN 80之間的鏈結上，且監測裝置90接收來自分流器70 之複製且轉向的封包。可收集來自轉向封包的資訊且具有 支援我們的方法之實施的必要計算能力之監測裝置爲熟知 201136353 ，且在此不需被詳細說明。 一般而言，因爲分流器70可被設置於f] 之下的任何點處，所以在此類位置處，分流 獲得來自發送訊號資訊的網路拓樸。此監測 其位置的樹狀網路下行之拓樸，以便能依據 推斷封包漏失率。 我們現在將參考圖3及4來說明我們的方 例。圖3顯示具有五階的樹狀圖之一般化的育 們將參考底下（如演算法1)的程序之步驟β 回到圖3，應該注意的是，此樹狀圖中 的，且僅爲了例示的目的，已選取五階圖形 的應用中，我們的方法將被應用於樹狀圖具 之網路。例如，此方法可有用地被應用於以 根源之圖形。若此圖的葉節點（leaves )被 ，則此圖將有五階，而若葉節點被考慮爲基 將只有四階。 在此方面應該注意的是，在至少某些實 包括作爲此圖的葉節點之行動站，但是行動 目眾多的，使得考慮個別的空中介面鏈結在 行的。在此類情況中，將行動站分組成集總 是有助益的，以使各基地台服務至少兩個等 此種方法不會產生個別空中鏈結上的漏失率 常提供有關如透過群體的空中鏈結所平均之 資訊。 Ϊ於GGSN處或 器70—般將能 裝置需要知道 所述的方法來 法之例示實施 爸例。圖4爲我 丨流程圖。 的階數爲任意 。在某些實際 有比五階更少 圖1的GGSN爲 考慮爲行動站 地台，則此圖 施中，將希望 站可能如此數 計算上不是可 的等效節點將 效節點。雖然 ，但是其將時 漏失率的有用 -8 - 201136353 在圖3中，根節點被標記爲nQ。我們把此樹狀圖的葉 節點（諸如節點n4及n6 )稱之爲「端節點」。我們把根節 點與端節點之間的節點稱之爲「中間節點」。中間節點的 範例爲節點n2、n3、及n5。 我們已達成的一個重要觀察是在此網路的一個鏈結處 所收集之資訊（與共同關連之封包對的漏失有關）可以提 供此網路的其他下行鏈結上的漏失率之證據。爲了實施此 觀察，我們已界定一「對」作爲不同端節點所指定之兩個 封包，其在時間區間δ內，均從根節點被發送。δ的値可藉 由操作者來予以指定，或其可被適應性地判定。在許多網 路中，在足夠接近及時所發送之封包的漏失之間，將有高 相關性，特別是若一個封包由於緩衝區溢位而導致被放棄 ，則緊接在短時間後的封包可能遭遇相同命運。雖然δ的 有用値將根據感興趣之特定網路的特性，但是W-CDMΑ網 路中的典型値可位於50-100 ms的範圍內。 目前有可用的監測裝置，其可在從監測點至用作葉節 點的網路元件之端對端的路徑上，判定封包漏失率，亦即 ，適當平均時間區間期間漏失之封包的片段。一個此種裝 置爲Alcatel-Lucent 9900無線網路保護者，其可從Alcatel-Luce n t 股份有 限公司 （其 具有位 於新澤 西州， M u r r a y H i 11 ，郵遞區號600的Mountain大道之辦公室）取得。當此種 裝置係設置例如於GPRS核心網路的GGSN處或正下方時， 其可立即量測GGSN與藉由與此GGSN相關聯的基地台所服 務之行動站（個別地或被分組成等效節點）之間的端對端 -9 - 201136353 封包漏失率。 因此，在許多網路中可量測的一個數量爲從根節點n〇 至端節點⑴的端對端封包漏失率Fi °給定兩個不同的端節 點ni，nj，另一個時常可量測的數量爲⑴所指定的封包及nj 所指定的封包均將漏失之機率Fi,j ’假定此兩個封包屬 於如以上所界定的一對。 在許多網路中可量測的另一個數量爲從一給定對的端 節點ni，nj所指定之根節點所發送之所有封包對（在適當 平均週期期間被計數）的片段Wij。亦即，對於所有的端 節點ni，rij，j而言，讓Nij代表在平均週期期間，（ni , nj)所指定的封包對之總計數。然後，一般而言，WfNij/ Σ Nlm，其中，總和（亦即，遍及指標1，m )係遍及所有 對的不同端節點而被取得。對於底下所述的方法之實施而 言，總和僅遍及所有對的不同外部節點（其於底下被界定 )而被取得。 我們現在將說明用以估計從根節點n〇至選取的中間節 點ni之封包漏失率fQi的程序（在此稱爲演算法1)。因此 ，例如，演算法1可被應用於估計從圖3的根節點至節點n 2 之漏失率’亦即’遍及爲路徑li與12的連結之路徑的漏失 率。我們將所選取的中間節點稱之爲「內部節點」。熟習 此項技術者將瞭解精確的程序步驟係受到多種變化，且如 上述的僅爲例示。 爲了使中間節點合適作爲內部節點，有中間節點必須 符合的標準。爲了合適，所選取的中間節點必須是根節點 -10- 201136353 ’其相對於經由在所選取的節點處交叉之不同分支的至少 兩個端節點。例如’圖3的節點n2爲此樹狀圖的分支點。 一個分支通往節點ns，且從此具有兩個子分支，其中之一 個分支在節點W處終止。另一個分支通往節點n5，然後在 自卩點η 6處終止。 我們在此也介紹外部節點（其於以上被提及）的槪念 。給定選取的內部節點，若：（1 )所選取的內部節點爲 相對於所選取的端節點之根節點，且（2 )至少兩個不同 分支在所選取的內部節點處交叉，其中的每一分支在所選 取的端節點之各別一個端節點處終止，則—對端節點爲外 部節點。在圖3的範例中，114及！!6符合爲外部節點（相對於 所選取的內部節點η2 )。 現在轉到圖4，此程序的第一步驟1 1 〇爲從以下量測値 獲得：從根節點η 〇至各可能的外部節點η ρ之端對端漏失率 FP '從根節點nQ至各可能對的外部節點ηρ,ηρ，之對漏失率 FP，P’j、以及關於外部節點的所有可能對ηρ，ηρ，的對片段 Wp,p’。（如此說明中的他處所提及的，在有大量的可能外 部節點之事件中’計算經濟可藉由將複數個端節點人工地 分組成集總的等效節點來予以達成）。 此程序的下個步驟12〇爲選取內部節點ni。在圖3的範 例中’節點n2被選取爲內部節點。 下個步驟1 3 0爲選取符合爲外部節點的兩個端節點 nj，nk。下個步驟140爲使用步驟110中所獲得的資訊，來計 算從根節點nG至所選取的內部節點ni之封包漏失率f()i的估 -11 - 201136353 計。實施此計算的公式被提供於底下。在圖3的範例中， 漏失率f〇2係從端對端漏失率Fp、對片段wlm及F4,6;5中予以 估計》 我們現在將說明用以估計從選取的中間節點~至位於 此樹狀圖中的nj之下之選取的中間節點nk之路徑Pjk上的封 包漏失率之程序（在此稱爲演算法2)。爲了使所選取的 中間節點~及^適合用於演算法2的應用，如以上有關演算 法1所述的，其的各節點必須符合爲相對於至少一對的外 部節點之內部節點。演算法2將參考圖5及6來予以說明。 圖5顯示更詳細之圖3的樹狀圖。圖6係演算法2的步驟之流 程圖。熟習此項技術者將瞭解精確的程序步驟係受到多種 變化，且如上述的僅爲例示。 在圖5的範例中，封包漏失率將在從節點ηι至節點113的 路徑P13上被估計。參考圖5，此路徑可被敘述爲鏈結12與13 的連結。 現在轉到圖6，此程序的第一步騾2 1 0爲選取中間節點 nj，nk。在圖5的範例中，如所提及的，所選取的中間節點 爲 π 1 , η 3 ° 下個步驟22〇爲使用演算法1來計算漏失率fGj及fGk。在 圖5的範例中，所計算的漏失率爲f μ (亦即，鏈結丨！上的 漏失率），及f〇3 (亦即，在爲鏈結丨，、12、與13的連結之 路徑上的漏失率）。 下個步驟230爲從步驟220中所獲得的漏失率中，計算 所選取的中間節點之間的漏失率fjk。在圖5的範例中，漏 -12- 201136353 失率3爲鏈結h與h的連結之路徑上的漏失率。 從圖5中將顯然可知的是，步驟2 3 0可被視爲將三階路 徑η 〇至η !至η 3分解成一對二階路徑η 〇至η !，及η 〇至η 3，以便 獲得起因於此分解的兩個路徑之間的差異上之漏失率。 步驟23 0中所使用的公式爲fjk = (f〇k-f〇j)/(l-f〇j)。在圖5 的範例中，此計算爲= 在應用此公式 中，fjk的負値可被四捨五入爲零。 藉由重複地應用演算法1及2，其立即可達成估計每一 合格鏈結上的封包漏失率。若（a )其在端節點上終止， 或（b )其在合適的內部節點上終止，則鏈結合格。 例如，我們現在將參考圖7來說明用以估計從根節點 n〇至端節點n4之路徑的各鏈結上之封包漏失率的程序。 從n〇至n4的端對端漏失率爲可量測的。因此，f〇4被視 爲F 4。 從nQ至中間節點113的端對端漏失率〜係藉由使用從根 節點nG至節點〜及n7的端對端漏失率之所量測的値以及對 漏失機率F4,7;,之所量測的値的演算法1來予以計算。然後 ，演算法2被使用來計算鏈結14上的漏失率f34。 演算法1然後被使用來利用從根節點nQ至節點n4及n6的 端對端漏失率之所量測的値以及對漏失機率F4,6; a之所量 測的値，來計算從no至中間節點n2的漏失率fQ2。演算法2 然後被使用來利用fQ2及f〇3之所判定的値，來計算鏈結13上 的漏失率。 演算法1然後被使用來利用從nQ至n4及另外節點n8 (在 -13- 201136353 及失之 以漏上 値的12 的nl結 測至鏈 量now 所從f02 之算與 率計fo 失來從 漏，算 端値計 對的來 端測用 的量使 > 所被 出之後 識 d,然 辨 8; 2 被F4法 未率算。 中機演fl 式失1°率 圖漏FO失 此對率漏 從n〇至〜的漏失率（亦即，鏈結1,上的漏失率）被設 定爲漏失率fd，其已使用演算法1來予以計算》 數學細節 讓nk爲選取的內部節點，且讓⑴及nj爲對應的外部節 點。讓fok爲從根節點nQ至節點nk的封包漏失率，且fki及fkj 爲從nk至ni及從nk至nj之各別的封包漏失率。根據封包對 中的兩個封包將經歷相同的漏失事件（亦即，均將成功或 均無法到達），且不同鏈結上的漏失事件是相關的之假設 ，其可被表示爲 巧，=^(1-屯)(1-仏） 且因此爲 Σ - F<Fj)=f〇k 0 - f〇k X1 - Σ i关j ， 此總和係遍及所有可能對的外部節點而被得到》 現在界定此對的兩個封包將藉由 ρΡ.Γ=Σ^ > -14· 201136353 而被漏失之機率的加權平均Fpair， 其中，此總和係遍及所有可能對的外部節點而被得到 。因爲fki不能大於Fi，所以其接著爲 f0k (1 - f0k )(1 ~ Σ WijFiFj) - Σ Wij(Fij _ FiFj) = Σ (Fpair ~ ^ΡίΡ]) ~ f〇k (1 _ f〇k ) i^j **) ⑷ 〇 其接著f〇k具有如藉由 \ί _ -^0k - 2 所表示的下及上邊界。 根據用以簡化以上公式的有用近似，其被假設給定葉 節點對的封包對之出現係與葉節點本身無關；亦即，封包 以機率Wi通往分支i，因此

根據以上的假設 Η -15- 201136353 因此，其可被充分追蹤各別封包片段Wi，而不是對片 段Wij，以得到上及下邊界的有用近似。 現在藉由 FL=EWiFi i 9 將平均端對端漏失率FL界定爲葉節點， 此總和係遍及所有葉節點（亦即，端節|纟|爲戶斤 有可能的外部節點）而被得到。 因此， 使用先前的近似。若有許多葉節點，但是在沒有一個

Vwf 居首的葉節點之中，封包到達足夠一致，則總和 i 將是小的。若此總和被視爲小到可忽略，則此接著此近似 其根據此表示式 l-4Fpair~F- ----- "1 _ 0k_ 2 產生近似的下及上邊界。 -16- 201136353 如以上所提及，在有許多葉分支的事件中’計算簡化 可藉由將分支分組成複數個集總的擬分支來予以達成。此 分組有助益地隨機被實施。在估計效率上，這樣可達成沒 有實質上的漏失。亦即，藉由分組所消除的唯一資訊爲與 各自的目的地落入相同群組中之封包對有關。因此’若有 例如至少10個群組，則將漏失不超過封包對的10%上之資 訊。 如以上所述，演算法1的計算中所涉及之不同總和係 遍及所有可能對的外部節點來予以實施。在實施演算法1 之替代的方法中，我們實施底下： 對於給定的內部節點而言，考慮其分支中的各分支， 及使那些分支終止的所有端節點。將使給定分支終止的所 有端節點分組成人工的集總端節點。藉由將集總端節點處 理爲單一節點’從給定的內部節點延伸至集總端節點之樹 狀圖的部分被轉換成二階樹狀圖，其典型上具有許多分支 ，各分支係藉由集總端節點的其中之一集總端節點而被終 止。當應用此替代的方法時，此總和係遍及所有可能對之 (不同）集總端節點而被得到。 在至少某些情況中’上述之替代的方法可同時藉由降 低計算的數量及藉由增加精確度而有助益。此原因是幾乎 沒有有效的外部節點（遍及此來實施總和），且當某些端 節點指定太少封包時’外部節點的合倂減緩可能出現在端 對端漏失率的判定中之不精確。

S -17- 201136353 【圖式簡單說明】 圖1係具有GPRS核心網路的典型無線通訊網路之部分 的簡要槪圖。 圖2係圖1的網路之部分的圖形，其被修改成顯示包括 用以實施範例實施例中的本發明之分流器。 圖3係樹狀圖的範例。 圖4係可使用於範例實施例中的本發明中之程序的流 程圖。圖3及4應該一起被硏讀* 圖5係圖3的樹狀圖之細節。 圖6係可使用於範例實施例中的本發明中之程序的流 程圖。圖5及6應該一起被硏讀。 圖7係圖3的樹狀圖之進一步的圖形。 【主要元件符號說明】

1 〇 :網際網路 20 ： GGSN 30: SGSN(GPRS服務支援節點） 40 : RNC (射頻網路控制器） 5 0 :基地台 60 :行動站 70 :分流器 80 : SGSN 90 :監測裝置 -18-

Claims (1)

1. 201136353 七、申請專利範圍： 1 · 一種方法，包含： 在網路中的單點處，收集下行封包漏失上的資料；以 及 從該經收集的資料估計該收集點的至少兩個子網路下 行上之封包漏失率，其中，該等子網路之間有至少一個鏈 結不同。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該資料收集 係藉由專用硬體監測裝置來予以實施。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，藉由於 GPRS核心網路的GPRS支援節點（GGSN)之下的第一鏈結 上所配置之專用硬體監測裝置來實施該資料收集。 4-如申請專利範圍第1項之方法，其中，該經收集的 資料與自該收集點延伸至複數個基地台之GPRS核心網路 的部分上之封包漏失有關。 5 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中，該經收集的 資料與自該收集點延伸至複數個行動站之GPRS核心網路 的部分上之封包漏失有關。 6. —種監測裝置，包含： 輸入，用以在網路中的單點處，收集下行封包漏失上 的資料；以及 電路，係組構成從該經收集的資料計算該收集點的至 少兩個子網路下行上之封包漏失率的估計，其中，該等子 網路之間有至少一個鏈結不同。 -19- 201136353