[发明专利]预测因特网端节点间端到端路径可用带宽的方法与系统

说明书

技术领域

本发明属于网络数据通信领域，具体地讲是提出一种预测因特网中任意 节点间端到端路径可用带宽的方法及系统。

背景技术

因特网端到端路径的可用带宽对分布式应用性能具有重要影响，当前许 多大型分布式应用都需要依赖该信息进行性能优化，例如，在基于P2P模式 的IPTV应用中，到对等节点路径可用带宽的高低将直接影响视频传输质量； 基于CDN的流媒体服务，可以根据网络性能状况选择最优服务器为用户提供 服务；在Skype等需要使用中继节点桥接位于NAT/防火墙后主机节点的VoIP 系统中，性能信息能够帮助选择具有最优性能的节点作为桥接节点，从而为 用户提供最佳通话质量等。然而因特网服务被定义为尽力而为的分组交付服 务，它并不向上层应用提供不同路径的可用带宽等信息，导致分布式应用无 法直接从网络中获取所需信息。

鉴于网络端到端路径可用带宽信息的重要性，目前人们提出了多种网络 可用带宽测量预测机制^[1，2]。然而从本质上说，这些机制都是利用直接测量的 方式获取可用带宽信息，一方面测量需要花费一定的时间，导致系统无法及 时响应用户的性能信息查询请求；另一方面如果大量用户都采用该方式将会 严重侵扰网络。对于具有N个节点的网络，为获取任意两个节点间可用带宽 的测量负载为O(N²)，该方法对网络造成的侵扰过大，无法应用到诸如因特网 这样大规模网络中。此外，当前人们提出的基于空间嵌入的网络坐标系统能 够基于部分测量信息实现节点间往返时延的预测，将O(N²)的测量复杂度降低 为O(N)^[3]，然而与具有加性特征的节点间时延不同，可用带宽本质上是一种 凹性参数，一段路径的可用带宽取决于该路径所经过链路中可用带宽的最小 值，亦即端到端路径可用带宽由该路径的瓶颈带宽决定，该性质与欧氏空间 中节点间距离特征具有本质区别。在这种情况下，简单采用欧氏空间嵌入进 行可用带宽预测将会导致较大的预测误差。目前还没有一种有效的以低负载 实现网络可用带宽预测的机制，需要我们结合因特网结构以及端到端可用带 宽的基本特征，构建网络可用带宽预测系统。

从结构上说，因特网形成复杂的多级层次结构，可以将之简要概述为国 际连接、国家主干和区域接入网络等。图1给出了典型的因特网层次结构， 其中核心网络由一些Tier-1和Tier-2ISP互联所组成，而边缘网络接入网络则 由一些区域性质的ISP所组成，普通用户节点通过边缘接入网络连接到因特 网中。因特网的这种层次结构导致网络性能呈现区域不均匀性，例如，为了 适应不断发展的网络应用，ISP在规划网络的过程中，通常对核心网络进行过 配置，因此其性能相对稳定。而在边缘网络，由于带宽等资源有限，例如目 前端用户广泛使用DSL以及Cable等因特网接入方式，导致最后一跳经常出 现性能瓶颈^[4]。另外，不同ISP网络之间出口带宽也通常受限，进而容易出现 性能瓶颈。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种科学、客观和简单易行 的因特网端节点间可用带宽预测方法及其系统。

本发明的技术方案是：

一种因特网任意端节点之间端到端路径可用带宽的预测方法，包含下列 步骤：

A.根据因特网中不同ISP网络之间的连接关系划分性能预测域，每个性 能预测域对应于一个或多个连续的网络；

B.在每个预测域中部署i个在预测域中均匀分布的基准节点，i的范围是 5～7，各基准点均具有高接入带宽，在各基准节点放置可用带宽测量设备；

C.在每个预测域设置一个逻辑上唯一的管理服务器，不同预测域的管理 服务器之间组成覆盖网络，在管理服务器中记录基准节点相关信息和测量信 息；