專利名稱：一種基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的ip網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能測量領(lǐng)域，具體涉及一種時延預(yù)測精度更高且能滿足有差異性時延預(yù)測需求的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著計算機(jī)普及、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)出的高度復(fù)雜性和異構(gòu)性，使得IP網(wǎng)絡(luò)性能的可知性變差，同時新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序需要依賴該信息進(jìn)行性能優(yōu)化，如基于CDN(內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò))的流媒體服務(wù)中，可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能狀況選擇最優(yōu)服務(wù)器為用戶提供服務(wù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)使用率。能作為反映實際IP網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)有很多， 如節(jié)點間時延、帶寬、路由跳計數(shù)等，其中節(jié)點間時延也常被稱之為“網(wǎng)絡(luò)距離”(Network Distance)，是作為反映網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵參數(shù)之一，在網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化和改善中發(fā)揮著重要作用，而目前網(wǎng)絡(luò)性能測量領(lǐng)域研究熱點便是如何快速準(zhǔn)確地獲得節(jié)點間時延信息。與傳統(tǒng)的直接測量方式相比(如Ping主動測量)，近來提出的基于IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)的非直接測量方法，以度量空間嵌入理論為基礎(chǔ)，僅僅需要部分節(jié)點間的直接測量時延信息，就能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點間的時延預(yù)測，時間復(fù)雜度從0(N2)降到O(N)；并且可以采用幾何方法相互獨(dú)立的對網(wǎng)絡(luò)時延進(jìn)行存儲、計算和處理的操作，方便了分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對路由選擇進(jìn)行優(yōu)化決策。但是目前研究工作存在如下缺點單一層次關(guān)系的IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)難以同時提高長、短距離時延預(yù)測精度，并且對外提供的都是細(xì)節(jié)一致的時延預(yù)測信息，不能滿足有差異性的時延預(yù)測需求(如某些應(yīng)用只關(guān)心節(jié)點粗略的遠(yuǎn)近相對排序信息即可，而有些則需要節(jié)點的精細(xì)位置信息，這就要求坐標(biāo)系統(tǒng)在時延預(yù)測時具有縮放能力)，使得實際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用難以基于IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)時延預(yù)測能力來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)使用率。另一方面，本發(fā)明申請人在先發(fā)明申請“基于彈簧系統(tǒng)模型的IP坐標(biāo)系統(tǒng)快速收斂實現(xiàn)方法”，公開了一種建立節(jié)點全局坐標(biāo)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是如何提供一種基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，能滿足有差異性時延預(yù)測需求且時延預(yù)測精度更高。本發(fā)明所提出的技術(shù)問題是這樣解決的提供一種基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于包括以下步驟A通過系統(tǒng)模型和實測時延確定節(jié)點的全局坐標(biāo)；B選取實測時延值位于
內(nèi)的參考節(jié)點，N < 100，并依據(jù)參考節(jié)點時延信息確定節(jié)點的局部坐標(biāo)，所述時延信息包括實測往返時延值RTT和參考節(jié)點的局部坐標(biāo)值；C根據(jù)不同預(yù)測需求選擇利用全局坐標(biāo)和/或局部坐標(biāo)，預(yù)測節(jié)點間時延。按照本發(fā)明所提供的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，優(yōu)選N = 80。
按照本發(fā)明所提供的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，所述系統(tǒng)模型是單彈簧系統(tǒng)模型、多彈簧系統(tǒng)模型或粒子力場模型(Big Bang Simulation) 0按照本發(fā)明所提供的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，所述確定節(jié)點的局部坐標(biāo)采用高精度的網(wǎng)絡(luò)定位算法(GlcAal Network Positioning)、實用因特網(wǎng)坐標(biāo)算法(Practical Internet Coordinate)或'j丁塔算法(Lighthouse)。按照本發(fā)明所提供的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，所述確定節(jié)點的局部坐標(biāo)包括將不同節(jié)點的局部坐標(biāo)放在一致性的參考坐標(biāo)系中進(jìn)行比較。按照本發(fā)明所提供的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，預(yù)測節(jié)點間時延包括以下三種情況(一)所述步驟C包括僅利用全局坐標(biāo)預(yù)測節(jié)點間時延，所述預(yù)測需求是全網(wǎng)節(jié)點間的相對位置排序；(二)所述步驟C包括僅利用局部坐標(biāo)預(yù)測節(jié)點間時延，所述預(yù)測需求是相鄰節(jié)點間精確時延值；(三)所述步驟C包括同時利用全局坐標(biāo)和局部坐標(biāo)預(yù)測節(jié)點間時延通過全局坐標(biāo)獲得途經(jīng)各節(jié)點、再疊加對應(yīng)局部坐標(biāo)預(yù)測的時延，所述預(yù)測需求是獲取時延代價最小路徑。按照本發(fā)明所提供的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，還包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點存儲包括自身和相鄰節(jié)點全局坐標(biāo)的全局位置信息，還存儲包括自身和相鄰節(jié)點局部坐標(biāo)的局部位置信息。按照本發(fā)明所提供的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，還包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定期與其直接相鄰節(jié)點交互并更新所述位置信息，同時更新路由選擇表。本發(fā)明有益效果在于1、構(gòu)建具有上下層次化關(guān)系的IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)，相互獨(dú)立全局坐標(biāo)系統(tǒng)和局部坐標(biāo)系統(tǒng)，能避免長、短時延相互干擾影響時延預(yù)測精度；2、全局坐標(biāo)用于預(yù)測節(jié)點間相對位置排序，而局部坐標(biāo)用于預(yù)測節(jié)點間的時延值，從而能對外提供差異性的時延預(yù)測需求；3、通過全局坐標(biāo)和局部坐標(biāo)相互配合來提供時延預(yù)測服務(wù)，滿足網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對時延信息的不同需求。


圖1是層次化IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建策略流程圖；圖2是全局坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建策略示意圖；圖3是局部坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建策略示意圖；圖4是網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)包報文結(jié)構(gòu)圖；圖5是節(jié)點間信息交互格式結(jié)構(gòu)圖；圖6是坐標(biāo)信息共享解決方案示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述單一層次關(guān)系的IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)無法對外提供差異性的時延預(yù)測需求，并且在構(gòu)建過程中存在著長、短時延相互干擾等因素的影響，其時延預(yù)測精度并不高；并且節(jié)點僅能了解部分節(jié)點的位置信息，而無法進(jìn)一步了解到全網(wǎng)節(jié)點的位置信息。目前難以基于IP 網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行IP數(shù)據(jù)包路由轉(zhuǎn)發(fā)，使其離實際部署優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用還有很大差距。針對上述情況，多層次IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)能夠?qū)ν馓峁┎町愋缘臅r延預(yù)測需求，并且其在構(gòu)建過程中避免了長、短時延相互干擾，能有效的提高時延預(yù)測精度；而有效的坐標(biāo)信息共享維護(hù)方法，使得節(jié)點能對網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的位置信息、更多網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)有所了解。如圖1所示，多層次IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)依據(jù)實測時延樣本，依據(jù)不同構(gòu)建策略分別建立具有上下層次化關(guān)系的全局坐標(biāo)系統(tǒng)和局部坐標(biāo)系統(tǒng)。1.多層次IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)建流程如圖1所示，節(jié)點依據(jù)實測時延樣本，首先選擇具有可擴(kuò)展性高、收斂性強(qiáng)和計算開銷小等優(yōu)勢的算法進(jìn)行全局坐標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)建。當(dāng)節(jié)點計算出其全局坐標(biāo)后，依賴于滿足一定約束條件的參考節(jié)點時延信息(本發(fā)明優(yōu)選處于區(qū)間W，80ms]的參考節(jié)點)，選擇時延預(yù)測精度高的算法進(jìn)一步構(gòu)建局部坐標(biāo)系統(tǒng)。本發(fā)明中選擇新節(jié)點的全局坐標(biāo)初始值為坐標(biāo)原點值，而局部坐標(biāo)初始值為其當(dāng)前全局坐標(biāo)值。2.全局坐標(biāo)系統(tǒng)構(gòu)建策略(1)變量描述如圖5所示，本地節(jié)點L獲取發(fā)送信息節(jié)點的全局坐標(biāo)更新信息UDi, RTTi, Wi, CJ，分別表示其唯一標(biāo)識、往返時延值、誤差因子和全局坐標(biāo)值；Cold和Cnew是節(jié)點L更新前后的全局坐標(biāo)值；W-和Wnew是節(jié)點L更新前后的誤差因子。其值越小，節(jié)點L對節(jié)點間相對位置排序信息預(yù)測準(zhǔn)確性越高。(2)構(gòu)建策略實施過程方法輸入
權(quán)利要求
1.一種基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟A通過系統(tǒng)模型和實測時延確定節(jié)點的全局坐標(biāo)；B選取實測時延值位于
內(nèi)的參考節(jié)點，N < 100，并依據(jù)參考節(jié)點時延信息確定節(jié)點的局部坐標(biāo)，所述時延信息包括實測往返時延值RTT和參考節(jié)點的局部坐標(biāo)值；C根據(jù)不同預(yù)測需求選擇利用全局坐標(biāo)和/或局部坐標(biāo)，預(yù)測節(jié)點間時延。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， N = 80。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 所述系統(tǒng)模型是單彈簧系統(tǒng)模型、多彈簧系統(tǒng)模型或粒子力場模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 所述確定節(jié)點的局部坐標(biāo)采用高精度的網(wǎng)絡(luò)定位算法、實用因特網(wǎng)坐標(biāo)算法或燈塔算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 所述確定節(jié)點的局部坐標(biāo)包括將不同節(jié)點的局部坐標(biāo)放在一致性的參考坐標(biāo)系中進(jìn)行比較。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 所述步驟C包括僅利用全局坐標(biāo)預(yù)測節(jié)點間時延，所述預(yù)測需求是全網(wǎng)節(jié)點間的相對位置排序。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 所述步驟C包括僅利用局部坐標(biāo)預(yù)測節(jié)點間時延，所述預(yù)測需求是相鄰節(jié)點間精確時延值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 所述步驟C包括同時利用全局坐標(biāo)和局部坐標(biāo)預(yù)測節(jié)點間時延通過全局坐標(biāo)獲得途經(jīng)各節(jié)點、再疊加對應(yīng)各局部坐標(biāo)預(yù)測的時延，所述預(yù)測需求是獲取時延代價最小路徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 還包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點存儲包括自身和相鄰節(jié)點全局坐標(biāo)的全局位置信息，還存儲包括自身和相鄰節(jié)點局部坐標(biāo)的局部位置信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于層次型坐標(biāo)系統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)測方法，其特征在于， 還包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定期與其直接相鄰節(jié)點交互并更新所述位置信息，同時更新路由選擇表。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于層次型IP網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系統(tǒng)的節(jié)點間時延預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟A通過系統(tǒng)模型和實測時延確定節(jié)點的全局坐標(biāo)；B選取實測時延值位于
內(nèi)的參考節(jié)點，N＜100，并依據(jù)參考節(jié)點時延信息確定節(jié)點的局部坐標(biāo)，所述時延信息包括實測往返時延值RTT和參考節(jié)點的局部坐標(biāo)值；C根據(jù)不同預(yù)測需求選擇利用全局坐標(biāo)和/或局部坐標(biāo)，預(yù)測節(jié)點間時延。本發(fā)明能滿足有差異性時延預(yù)測需求且時延預(yù)測精度更高。
文檔編號H04L12/26GK102195833SQ20111013266
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者周亮, 王文琳, 陽小龍, 隆克平 申請人:電子科技大學(xué)