专利名称：网络丢包率探测方法
技术领域：
本发明涉及计算机网络技术领域，特别是涉及一种网络丢包率探测方法。
背景技术：
近年来，随着计算机网络规模日益扩大，受设备多样性与网络复杂性影响，网络中的不稳定因素也在增加；与此同时，网络流量急剧增长，各类新型业务，如视频会议、视频点播、P2P等，也以极快的速度吞噬着网络资源，人们对网络的可靠性、稳定性和高效性的要求越来越高，对网络的管理提出了严峻的考验。网络测量——精确地捕捉定量的因特网及其活动的测量数据——作为系统中获取信息的关键环节，其根本目的是全面了解网络行为，总结网络行为的规律，研究制约网络性能提高的因素，为人们正确、高效地管理网络提供了有力的理论依据。按照测量系统所处 的位置，网络测量可分为基于路由器的测量、端到端的测量以及路由器协助的测量。当前广泛应用的是路由器测量方法，即在网络节点或者网络节点之间直接主动或被动测量网络性能，但该方法存在着很多潜在的局限，如成本、安全、性能、可行性等。以上这些原因使得需要引进新的测量方法，能够在没有路由节点的配合下，通过端到端的测量来诊断网络性能问题。网络层析成像，是将医学上的计算机断层成像思想引入到网络测量中，在网络边界上进行端到端的测量，根据网络边界的测量信息来分析和探测网络的内部性能，是一种在没有网络节点协作条件下，通过主动发送探测或被动收集网络内部有用信息的新技术，结合统计学方法能够较准确地探测出网络所有链路的参数。丢包率探测技术作为其中一个分支，是了解网络行为、进行网络控制、消除网络瓶颈、提高网络性能的基础和重要环节，因此具有十分重要的意义。现有的丢包率探测技术可以采用多播探测或单播探测，基于多播探测的探测技术是指各网络节点使用多播数据包进行探测，通过路径间的相关性信息探测丢包率；而基于单播探测的探测技术是指各节点使用单播数据包进行探测，视算法不同可能需要进行多次探测或特殊形式的探测。较早的层析成像技术多采用多播探测，R. Caceres等人早在1999年就对其进行了较为系统的研究。基于多播探测的丢包率探测技术通常采用极大似然法进行探测，在探测中需要采用多播探测包探测，精度较高。但是支持多播的网络环境较少，因而这类方法的应用受到较大限制。为了解决多播探测应用环境受限的问题，可以采用单播探测。公开号为CN102299829A的中国专利申请提供了一种网络故障探测与定位的方法，通过将网络模拟成贝叶斯模型进行概率探测来定位丢包率大的故障链路；公开号为CN101296133A的中国专利申请提供了一种丢包率的推测方法，在网络内部设置监测点，通过极大似然法和期望最大化法探测链路丢包率；公开号为CN1921422A的中国专利申请提供了一种估计丢包率的方法，通过包组模拟多播环境，并通过最小二乘法探测链路丢包率。H. X. Nguyen等人提出的LIA算法是目前较为先进的丢包率探测算法，通过多次探测计算链路丢包率的方差，根据方差探测链路丢包率。但这些算法对探测要求较高，并且计算复杂，不能满足大规模网络探测的需求。具体来说，上述现有技术存在以下缺陷(I)早期基于多播探测的探测算法以及公开号为CN101296133A的中国专利申请提供的丢包率探测算法，其应用环境受限。现有的基于多播探测的丢包率探测算法需要被探测网络内部所有设备支持多播，而大多数网络无法满足这一要求，因而基于多播探测的丢包率探测算法缺乏实用价值。在网络内部设置监测点同样存在这个缺陷。(2) LIA算法以及公开号为CN1921422A的中国专利申请提供的包组探测法对网络造成负载较重，探测时间长。现有的基于单播探测的丢包率探测技术为了获取网络中的信息而采取了较为复杂的探测模式。例如LIA算法需要对每条路径进行多次探测，包组法需要对每一组路径发送探测包组，也会使每条路经被多次探测，这都将产生较大的网络流量，从而可能人为造成拥塞，对测量结果造成影响。多次探测所需的探测时间也比较长，更容易 受到网络内不稳定因素的干扰。(3)公开号为CN102299829A的中国专利申请提供的方法复杂度较高。实际网络节点规模比较大的情况下，运算时间比较长，已经失去探测的意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何快速、准确、简便地探测丢包率。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种网络丢包率探测方法，其特征在于，包括以下步骤101、使用单播数据包探测网络的拓扑以及每条探测路径的丢包率，并根据所述网络的拓扑和路径的丢包率进行建丰吴;102、根据所建的模型计算链路丢包率；103、判断步骤102是否能计算出所有链路丢包率，若是，则结束；否则执行步骤104 ；104、根据步骤102所计算的链路丢包率建立目标函数；105、根据所述目标函数求出剩余链路的丢包率；106、将步骤102和步骤105所计算出的链路丢包率合并，得到所有链路丢包率结果。优选地，步骤101中，使用线性代数模型进行建模。优选地，所述建模的步骤具体为建立代数方程y = Dx，式中y是已知列向量，表示每条路径通过率的对数，通过率=I-丢包率，X是未知列向量,表示每条链路通过率的对数；D是路由矩阵，所述路由矩阵的一行表示一条路径，一列表示一条链路，Di,,为矩阵D的第i行第k列的元素。优选地，步骤102中，将方程y = Dx的解X表示为非齐次线性方程组的导出组0=Dx的基础解系Zr，与非齐次线性方程的一组特解Xtl之和，X = Zr+x0, Z为矩阵D的零空间中的一组基，r为任意实数向量，X0为非齐次线性方程y = Dx的一组特解。优选地，步骤103具体为判断步骤102是否已经计算出所有链路丢包率，若Z为空矩阵，表示所有链路丢包率都能够唯一确定，则结束；若Z非空，表示不能唯一确定所有链路丢包率，则方程y = Dx的解包含任意实数向量r，执行步骤104。优选地，步骤104中，根据矩阵Z中每一行是否包含非0元素，将方程组y = Dx的解X拆分成两组xA = x0A和XB = ZBr+x0B,上标A、B用于标识这两组解，根据步骤102所计算出的链路丢包率求出对应的链路通过率的均值歹，然后以歹为先验概率建立非线性规划的目标函数min f(r),其中，
权利要求
1.一种网络丢包率探测方法，其特征在于，包括以下步骤 101、使用单播数据包探测网络的拓扑以及每条探测路径的丢包率，并根据所述网络的拓扑和路径的丢包率进行建模； 102、根据所建的模型计算链路丢包率； 103、判断步骤102是否能计算出所有链路丢包率，若是，则结束；否则执行步骤104； 104、根据步骤102所计算的链路丢包率建立目标函数； 105、根据所述目标函数求出剩余链路的丢包率； 106、将步骤102和步骤105所计算出的链路丢包率合并，得到所有链路丢包率结果。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，步骤101中，使用线性代数模型进行建模。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建模的步骤具体为建立代数方程y=Dx，式中y是已知列向量，表示每条路径通过率的对数，通过率=I-丢包率，X是未知列向量，表示每条链路通过率的对数；D是路由矩阵，所述路由矩阵的一行表示一条路径，一列表示一条链路，Dijk为矩阵D的第i行第k列的元素。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤102中，将方程y= Dx的解x表示为非齐次线性方程组的导出组O = Dx的基础解系Zr与非齐次线性方程的一组特解Xtl之和，X = Zr+x0, Z为矩阵D的零空间中的一组基，r为任意实数向量，X0为非齐次线性方程y =Dx的一组特解。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤103具体为判断步骤102是否已经计算出所有链路丢包率，若Z为空矩阵，表示所有链路丢包率都能够唯一确定，则结束；若Z非空，表示不能唯一确定出所有链路丢包率，方程y = Dx的解包含任意实数向量r，执行步骤104。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤104中，根据矩阵Z中每一行是否包含非O元素,将方程组y = Dx的解X拆分成两组xA = x0A和xB = ZBr+x0B,上标A、B用于标识这两组解，根据步骤102所计算出的链路丢包率求出对应的链路通过率的均值歹，然后以歹为先验概率建立非线性规划的目标函数min f (r)，其中，
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤105具体为使用非线性规划方法求出满足约束条件且使目标函数最小的一组r，再代入Xb的表达式解出xB，从而求出剩余链路的丢包率。
8.如权利要求3所述的方法，其特征在于,Di,k取值为O或1，当Di,k= O时表示路径i不包含链路k,当Di,k = I时表示路径i包含链路k。
9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤102中使用最小范数解作为特解X(1。
全文摘要
本发明涉及计算机网络技术领域，公开了一种网络丢包率探测方法，包括以下步骤101、使用单播数据包探测网络的拓扑以及每条探测路径的丢包率，并根据所述网络的拓扑和路径的丢包率进行建模；102、根据所建的模型计算链路丢包率；103、判断步骤102是否能计算出所有链路丢包率，若是，则结束；否则执行步骤104；104、根据步骤102所计算的链路丢包率建立目标函数；105、根据所述目标函数求出剩余链路的丢包率；106、将步骤102和步骤105所计算出的链路丢包率合并，得到所有链路丢包率结果。本发明针对应用环境受限的问题，采用单播探测，无需内部节点协助，快速、准确地探测丢包率。
文档编号H04L12/26GK102739527SQ201210195830
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者亓峰, 孟洛明, 王颖, 邱雪松, 陈兴渝, 顾然, 高志鹏 申请人:北京邮电大学