基于速率的可用带宽测量研究

带宽是Internet中的一种重要资源,也是诸多网络应用的基础和关键因素。实时的端到端可用带宽测量反映了网络带宽资源的使用状况,是保障网络服务质量,优化网络配置,提升网络使用效率的基础。本文研究基于速率的可用带宽测量,主要工作包括总结和对比分析现有算法;改进现有算法,并提出新的算法;探究影响测量的重要因素;探讨测量算法和测量系统的改进方法。本文梳理了现有带宽测量的常用算法,总结了主动测量系统的通用模型和常见实现方式。整理基于速率算法的思路,提出链路利用率模型,时延参数模型和包速率模型这三类不同模型。介绍了经典测量算法,并设计实验验证其特性。在仿真和实际网络中实现了常见的基于速率测量算法,并设计不同实验场景进行对比测试,总结了三类算法的优缺点。本文提出了一种在实际网络中测算路径利用率的新方法,解决了在仿真环境下性能最好的ABEST算法在实际网络中失效的问题。基于排序后时延的单调性和分段特性,使用分段线性拟合得到部分信息,然后构造判断网络闲忙状态的极值模型,测算路径利用率。新方法让链路利用率类算法在实际网络中得以实现。本文提出了一种基于排队时延的带宽测量新算法。该算法兼具包速率模型测量准确和链路利用率模型对网络友好的优点。使用M/G/1排队模型建模交换设备,推出了探测流速率和平均排队时延的数学关系,基于此提出了新的带宽测量算法。在NS2仿真环境下验证了算法的可用性。在实际网络环境下实现新算法时,解决了时间同步、探测流过载的问题,并分析了探测包长对测量结果的影响。在实际网络中验证了新算法的功能,并分析了算法的优缺点。基于前面的研究,讨论了影响算法性能的重要因素,并提出两项改进策略。设计实验探讨流体流假设对测量的影响,建立模型分析并解释了实验现象;分析并设计实验验证了隐瓶颈现象对现有算法的影响。引入测量不确定度体现数据质量,用于更准确地估计参数,并讨论了测量不确定度的选择方法;分析了探测流速率和测量有效性之间的关系,基于此提出可以提升测量效率并降低对网络影响的闭环测量。