网络性能端到端主动测量研究与实现

论文摘要

网络性能测量是网络研究的重要内容,它对研究者理解现有网络状况起关键作用,还能为下一代互联网的规划和设计提供依据。对网络性能进行准确测量对流量工程、QoS路由、接纳控制等许多方面都有重要意义,是成功的设计、控制和管理网络的基本需求。端到端主动测量作为网络性能测量的重要手段,因其简单可控而被研究者广泛应用于网络性能测量研究中。本文对端到端主动测量技术进行如下几方面的研究:首先,设计了分布式双向主动测量协议（DTWAMP）,并基于该协议设计实现了分布式端到端网络性能测量系统。DTWAMP以IETF IP Performance Metrics（IPPM）工作组提出的双向主动测量协议（TWAMP）为基础,对其进行分布式扩展。分布式端到端网络性能测量系统基于DTWAMP协议实现,可以同时对多条端到端路径上的双向延迟和丢包性能进行分布式测量,为网络测量研究者提供研究数据。其次,利用实现的分布式端到端网络性能测量系统,在Planetlab网络中进行了实际的测量活动并对结果进行分析。针对丢包性能的结果,本文将丢包分成异常丢包与链路随机丢包,并以此将网络路径划分为调整状态和稳定状态这两个状态,通过分析路径连续两次处于稳定状态的时间间隔（收敛时间）,讨论了实时流媒体等新型网络应用对路径性能的需求。针对延迟性能的测量结果,本文也对路径的稳定性进行了简单的分析。最后,本文对端到端可用带宽的测量进行了研究,设计了新的测量算法。本文设计的TSprobe（a Two-Step probe methode / TSinghua probe）算法不需要紧链路（tight link）与窄链路（narrow link）重合这一不合理假设,解决了PGM（Probe Gap Model）类可用带宽测量算法所普遍面临的问题。在NS2上的实验表明,该算法测量时间短,测量负载低,其测量准确性平均可以达到99%以上,优于已有的测量算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题意义和背景
• 1.2 作者的主要研究工作和贡献
• 1.3 论文的组织结构
• 第2章 互联网端到端主动测量技术综述
• 2.1 IP 网络性能测量技术
• 2.2 网络性能端到端主动测量技术
• 2.2.1 端到端丢包性能的测量技术
• 2.2.2 端到端延迟的测量技术
• 2.2.3 端到端路径带宽的测量
• 2.3 现有网络性能端到端主动测量的不足
• 2.4 本章小结
• 第3章 DTWAMP（分布式双向主动测量协议）及其端到端性能测量方法
• 3.1 TWAMP 协议简介
• 3.2 扩展TWAMP 协议的动机
• 3.3 分布式双向主动测量协议DTWAMP
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 Agent-Control 协议
• 3.3.3 XTWAMP-Control 协议
• 3.3.4 XTWAMP-Test 协议
• 3.3.5 DTWAMP 与TWAMP 的比较
• 3.4 基于DTWAMP 协议的双向延迟以及丢包率测量方法
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于DTWAMP 的分布式端到端网络性能测量系统的设计与实现
• 4.1 通用流媒体测量框架与已有基础
• 4.2 系统设计目标
• 4.3 系统总体框架
• 4.4 Test Center 的扩展设计与实现
• 4.4.1 系统总体结构
• 4.4.2 对测量控制模块的扩展
• 4.4.3 对流媒体数据生成模块的扩展
• 4.5 Test Agent 的设计与实现
• 4.5.1 系统总体结构
• 4.5.2 主线程（Main Thread）结构
• 4.5.3 控制者线程（Controller Thread）结构
• 4.5.4 响应者线程（Responder Thread）结构
• 4.6 用户操作流程
• 4.7 本章小结
• 第5章 实际测量活动和结果分析
• 5.1 测量方案
• 5.1.1 PlanetLab 简介
• 5.1.2 测量拓扑
• 5.1.3 测量目的
• 5.2 双向延迟的测量结果及其分析
• 5.3 单向丢包率和双向丢包率的测量结果及分析
• 5.3.1 相同测量分组大小的前向丢包和反向丢包测量结果
• 5.3.2 不同测量分组大小的双向丢包率测量结果
• 5.3.3 异常丢包与链路随机丢包的分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 端到端路径可用带宽估计研究
• 6.1 端到端路径可用带宽估计研究概述
• 6.2 新的端到端路径可用带宽估计算法——TSprobe
• 6.2.1 TSprobe 算法的设计
• 6.2.2 TSprobe 算法的参数和具体实现
• 6.2.3 TSprobe 算法的特性
• 6.3 TSprobe 算法的性能分析
• 6.3.1 理论分析
• 6.3.2 在NS2 上的实验
• 6.4 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果