[发明专利]分组交换通信网络中的可用带宽估计

说明书

技术领域

本发明涉及通信网络。更具体地，并且不限制，本发明针对一种确定分组交换通信网络中的端到端可用带宽的方法。

背景技术

网络路径的可用带宽是该路径上从端到端的没有使用的业务容量。在包括准入控制、服务等级协商检验、智能路由、服务器选取以及网络监视在内的多个上下文中，测量通信网络的端到端可用带宽能力是有用的。端到端可用带宽可以通过将有效的测量工具用于识别“链中最弱的链路”，即瓶颈链路，来确定。

若干可用带宽测量工具已经发展了多年，其中的大部分是基于探测速率模型(PRM)，该模型依赖于自感应拥塞，即以足够高以至于瞬间使网络路径的瓶颈链路过载的速率注入探测业务。可用带宽与连续分组之间的分组间时间间隔的变化的探测速率相关性强相关。在拥塞的情况下，期望该时间间隔增大，其在探测接收机处是可观测的。假如具有该时间间隔增加对探测速率和可用带宽的相关性的合理模型，这使得估计可用带宽是可行的。

如果以低于可用带宽的速率发送探测分组，则期望探测分组到达接收机的速率匹配所使用的传输速率。如果探测分组速率高于最小的未使用的容量，则在瓶颈路由中发生拥塞，并且探测分组将被延迟；这增大了分组间时间间隔，其在探测接收机处是可观测的。通过以多种速率传输探测分组，通过识别拥塞点来测量可用带宽是可行的，所述拥塞点即时间间隔开始增加的探测速率。

其它可用带宽测量工具是基于探测间隔模型(PGM)。通过采用两个连续探测分组之间的时间间隔变化方面的信息，PGM估计瓶颈路由器处的交叉业务的量。通过从瓶颈链路容量中减去测量的交叉业务来估计可用带宽。

在实际中，基于PRM的工具比PGM工具更可靠，因为为了产生可靠的估计，后者需要知道瓶颈链路的容量。此外，PGM工具还假定瓶颈链路(即具有最小未使用容量的链路)与窄链路(即具有最小容量的链路)相同，这不必然是现实中的情况。

在未决的公开号为2007/0115849的美国专利申请中，公开了这种类型的带宽估计方法，被称为BART。BART方法将卡尔曼滤波应用于带宽估计，卡尔曼滤波是数值方法，允许(在特定条件下)对系统状态的实时估计(“跟踪”)，其是不可直接观测的，但是通过与系统状态相关的可观测量可以间接地对其测量。卡尔曼滤波已经被成功应用在许多其它工程领域，但是BART方法是第一次用于估计网络路径可用带宽的问题。

图1是分组间时间间隔变化或应变(strain)(ε)作为探测速率或探测业务强度(u)的函数的模型的图形表示。应变ε实质上为0，遵循l₁线，直到探测业务强度达到有折点10的水平。该折点指示可用带宽(B)。在折点之上的过载范围内，应变ε随着探测业务强度的增加而线性增加，遵循l₂线。该线性关系允许卡尔曼滤波。

在BART方法中，典型地组织为探测串的一系列探测分组对被传输用于可用带宽的每一测量。探测分组速率被随机选取，但是对于在一个探测序列内的所有分组是不变的。因此，该串探测分组在时间上等距地传输，即许多探测对以相同探测速率发送。测量中所有分组对的平均分组间间隔应变ε被用作卡尔曼滤波器的输入，该滤波器的输出是倾斜直线l₂的估计。

另一个已知的方法，被称为pathChirp，注入了时间上不等距的探测分组。更确切地，分组间时间间隔在发送方是变化的。这允许在每一采样以大范围的探测速率采样。然而，PathChirp使用了不太有效的分析方法，该方法没有利用诸如卡尔曼滤波的滤波方法。

发明概述

本发明为BART方法的弱点提供了解决方案，所述弱点即在图1描述的u-ε平面上，系统状态的每一采样仅给出一个点。仅在该点在折点10右边过载范围的情况下，那么才获得有用信息。如果不是，则丢弃样本。对于每一样本，探测速率是随机选择的。如果选择的探测速率太低或太高，测量的时间间隔的有用性将被忽略。因为事先确定探测速率的最佳选择是困难的，因此许多样本被丢弃，并且在收集到足够信息以允许折点的合理估计之前，可能需要大量的样本。

本发明的示范实施例被称为期望最大化有效探测(Expectation-maximization Active Probing，E-MAP)。在E-MAP方法中，系统的每一采样使用调频信号(chirp)，即在每一测量中覆盖了大范围的探测速率的探测分组串。在u-ε平面中每一调频信号提供若干点。更快更有效地收集有用信息。仍然保持滤波的优点。