專利名稱：網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型提出了一種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，可應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量、分 析、診斷、網(wǎng)絡(luò)多媒體、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，網(wǎng)絡(luò)路徑可用帶寬的測(cè)量技術(shù)主要基于兩種模型PGM(ProbeGap Model)及PRM(Probe R ate Model),前者是基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)路徑數(shù)據(jù)流統(tǒng)計(jì)的直 接計(jì)算方法；后者是高速發(fā)送不同速率數(shù)據(jù)包流的以迭代檢測(cè)擁塞臨界點(diǎn)。 但是PGM是基于待測(cè)網(wǎng)絡(luò)路徑中網(wǎng)絡(luò)窄鏈路與緊鏈路為同一鏈路及當(dāng)測(cè)量 包對(duì)的第二個(gè)包到達(dá)時(shí)第一個(gè)包還沒(méi)有離開(kāi)的前提假設(shè)，這樣它所需要的網(wǎng) 絡(luò)容量參數(shù)可以由現(xiàn)有的容量測(cè)量工具來(lái)測(cè)量，但是這種假設(shè)在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中 是很難滿足的，由于這個(gè)假設(shè)的限制，該模型在可用帶寬測(cè)量中有其固有的 不足；而PRM模型不斷高速發(fā)送大量數(shù)據(jù)流阻塞網(wǎng)絡(luò)，在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量時(shí)必 會(huì)影響正常的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，而且該方法很難準(zhǔn)確地捕捉到轉(zhuǎn)折點(diǎn)，由于不 斷迭代，在一次測(cè)量中可能需要較長(zhǎng)的測(cè)量周期。
目前市場(chǎng)上沒(méi)有專門(mén)對(duì)可用帶寬進(jìn)行測(cè)量的儀器，相關(guān)技術(shù)和儀器有 Smartbits等網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試和分析的大型網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀，這類設(shè)缺少針對(duì)間接測(cè) 量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量、分析、診斷的功能，特別是可用帶寬進(jìn)行計(jì)算 的功能，而且價(jià)格昂貴。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有測(cè)量方法的上述缺陷，提供了一種網(wǎng) 絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。克服了PRM模型本身在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)包對(duì)網(wǎng) 絡(luò)造成影響，算法迭代導(dǎo)致的周期過(guò)長(zhǎng)，和實(shí)時(shí)測(cè)量精度低的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括有外部控制器l、源測(cè)試器2和目標(biāo)測(cè)試器4;其中所述的源測(cè)試器2包括有中央處理器2. 5和與中央處理器2. 5相連接的顯示 器2. 3，所述的目標(biāo)測(cè)試器4與源測(cè)試器2的電路結(jié)構(gòu)相同；外部控制器1的串口 1. 1與源測(cè)試器2的串口 2. 1相連，外部控制器1向源測(cè)試器2發(fā)送控制命令，接收源測(cè)試器2測(cè)試數(shù)據(jù)和分析結(jié)果；源測(cè)試器2的以太網(wǎng)口 2. 2用于與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3接入點(diǎn)3. 1相連，源測(cè)試 器2向待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)包，并接收待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3反饋的數(shù)據(jù)包；待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3接入點(diǎn)3. 1收到的測(cè)試數(shù)據(jù)包通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3傳到接出點(diǎn)3. 2， 同理，接出點(diǎn)3. 2發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)包通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3傳回接入點(diǎn)3. 1;目標(biāo)測(cè)試器4的以太網(wǎng)口 4. 2用于與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的接出點(diǎn)3. 2相連，接 收源測(cè)試器2發(fā)送來(lái)的測(cè)試數(shù)據(jù)包，并通過(guò)以太網(wǎng)口 4. 2將處理結(jié)果發(fā)送至 待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3接出點(diǎn)3.2，返回源測(cè)試器2，源測(cè)試器2對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，最 終返回外部控制器1，從而構(gòu)成閉環(huán)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。對(duì)點(diǎn)接入時(shí)間序列可用帶寬分析方法，是按如下步驟實(shí)現(xiàn)的步驟l:發(fā)送測(cè)量控制命令；外部控制器1向源測(cè)試器2發(fā)送測(cè)量控制命令，測(cè)量控制命令包括目標(biāo) 測(cè)試器4的IP地址和測(cè)量策略；測(cè)量數(shù)據(jù)流的條數(shù)w(12^w《20)，每個(gè)測(cè)量數(shù) 據(jù)流包含的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)M(3(^M2120)和每個(gè)數(shù)據(jù)包的大小 丄(64^X21500)，這三個(gè)參數(shù)的取值范圍是由正交試驗(yàn)確定的；步驟2:生成、發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)源測(cè)試器2接收到測(cè)量控制命令后，對(duì)測(cè)量控制命令進(jìn)行分析，以遞增 速率&(/",…力向待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3發(fā)送n條測(cè)量數(shù)據(jù)包流，每條測(cè)量數(shù)據(jù)流包含如 下參數(shù)目標(biāo)測(cè)試器4的IP地址、數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)M、每個(gè)數(shù)據(jù)包的大小丄、 測(cè)量數(shù)據(jù)流= 1,…、每條測(cè)量數(shù)據(jù)流內(nèi)相鄰數(shù)據(jù)包間隔A7W (/ = 1,…,w)、 發(fā)送速率&0、1,…")；測(cè)量數(shù)據(jù)包流通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3到達(dá)目標(biāo)測(cè)試器4;步驟4:數(shù)據(jù)采集
對(duì)每條測(cè)量數(shù)據(jù)流內(nèi)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間采樣，得到時(shí)間序列 "(z = l,—^;y = l,...,w)，其中i為測(cè)量數(shù)據(jù)流的ID號(hào)，j為第i條測(cè)量數(shù)據(jù)流內(nèi)
第j個(gè)數(shù)據(jù)包，由于在待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3傳輸過(guò)程中，會(huì)有數(shù)據(jù)包的丟失，所以j<=M; ;'即表示第i條測(cè)量數(shù)據(jù)包流內(nèi)第j個(gè)數(shù)據(jù)包的到達(dá)時(shí)間；通過(guò)接收的時(shí)間序 列數(shù)據(jù)，計(jì)算接收的每條測(cè)量數(shù)據(jù)包流內(nèi)相鄰數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔7b^.: A7b似)=7^,-7; 0' = 1廣.,";乂 = 1,,--，附一1) (1) 步驟5:數(shù)據(jù)預(yù)處理
對(duì)接收的每條測(cè)量數(shù)據(jù)包流內(nèi)相鄰數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)
震動(dòng)過(guò)大的噪音數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，
為:
l顯偏離相鄰數(shù)據(jù)的異常值，刪除原則
對(duì)第y個(gè)r0<與之前或之后各n個(gè)時(shí)間間隔的平均值進(jìn)行求差，其中
(卜a)^)或(y + c0"m-l)，如果差值的絕對(duì)值大于之前或之后"個(gè)時(shí)間間隔的
相鄰間隔之差絕對(duì)值的平均值，則刪除第j'個(gè)r。w;，即
-
J-f
x/ 〉i^-^——
O — l
(2)
(3
^-^-
a — l
(3)公式(2)及(3)中"(o^/^i)為界定強(qiáng)度；如果第y個(gè)r。^滿足(2)或(3)，則刪除該值；對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)后，由公式(4)計(jì)算出第i條測(cè)量數(shù)據(jù)流內(nèi)的數(shù) 據(jù)包的時(shí)間間隔的均值;△r。 w' =—X (厶r贈(zèng);) (4)附-i根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)包流數(shù)據(jù)mv，通過(guò)公式(5)得到at;， a7; = a7w - a7v"' (/ = 1,…，") (5 )該數(shù)據(jù)與測(cè)量數(shù)據(jù)流速率&做為曲線擬合的待擬合數(shù)據(jù)(《，at;):步驟5:曲線擬合使用非線性最小二乘數(shù)據(jù)擬合方法對(duì)預(yù)處理得到(A， at;)的數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，得到曲線擬合方程F (X); 步驟6:估計(jì)可用帶寬值^目標(biāo)測(cè)試器4使用拐點(diǎn)收斂計(jì)算方法，對(duì)數(shù)據(jù)擬合函數(shù)的擬合曲線進(jìn)行 計(jì)算，最終得到擬合曲線的唯一拐點(diǎn)值，即待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的路徑可用帶寬參數(shù)的 測(cè)量估計(jì)值^;步驟7:返回測(cè)量結(jié)果目標(biāo)測(cè)試器4通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3將^返回源測(cè)試器2，然后源測(cè)試器2將待 測(cè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量4結(jié)果返回外部控制器1。 本實(shí)用新型的與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)勢(shì)1.網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)采用了嵌入式硬件電路設(shè)計(jì)，體積小便于手持，帶有針對(duì)間接測(cè)量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量、分析、診斷的功能，同時(shí) 作為一個(gè)低成本的專項(xiàng)測(cè)量?jī)x器，其在性價(jià)比上有其很大的優(yōu)勢(shì)。2. 對(duì)點(diǎn)接入時(shí)間序列可用帶寬分析方法，采用"黑箱"模型，克服了 PGM 模型的假設(shè)限制，導(dǎo)致的模型與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況不符的問(wèn)題。3. 對(duì)點(diǎn)接入時(shí)間序列可用帶寬分析方法，通過(guò)單次發(fā)送測(cè)試流，然后再 對(duì)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)路由的測(cè)試流進(jìn)行曲線擬合，然后對(duì)擬合的曲線進(jìn)行拐點(diǎn)的求值以估計(jì)可用帶寬，克服了PRM模型本身在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)包對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成影響，算法迭代導(dǎo)致的周期過(guò)長(zhǎng)，和實(shí)時(shí)測(cè)量精 度低的問(wèn)題。

附圖1網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)系統(tǒng)連接圖附圖2測(cè)試器硬件框圖 附圖3網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)軟件流程圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1 圖4詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例。本實(shí)施例包括有外部控制器1、源測(cè)試器2和目標(biāo)測(cè)試器4;其中源測(cè)試器2和目標(biāo)測(cè)試器4采用了相同的測(cè)試器5硬件電路，區(qū)別是測(cè)試器5應(yīng) 用于源測(cè)試端時(shí)，運(yùn)行源測(cè)試程序，稱之為源測(cè)試器2，當(dāng)測(cè)試器5應(yīng)用于目 標(biāo)測(cè)試端時(shí)，運(yùn)行目標(biāo)測(cè)試程序，稱之為目標(biāo)測(cè)試器4;其中測(cè)試器5包括有串口 5. 1，以太網(wǎng)口5.2，顯示器5.3，鍵盤(pán)5.4和中 央處理器5. 5五部分組成；測(cè)試器5工作于四種工作模式源測(cè)試器獨(dú)立工 作模式，源測(cè)試器主從工作模式，目標(biāo)測(cè)試器獨(dú)立工作模式，目標(biāo)測(cè)試器獨(dú) 立主從工作模式。串口 5. 1的連接方法根據(jù)測(cè)試器5的四種不同工作方式而定當(dāng)測(cè)試器5 工作于源測(cè)試器獨(dú)立工作模式，目標(biāo)測(cè)試器4獨(dú)立工作模式，目標(biāo)測(cè)試器獨(dú) 立主從工作模式時(shí)，串口5.1無(wú)需連接，即不與外部控制器1相連接；當(dāng)測(cè)試器5工作于源測(cè)試器主從工作模式時(shí)，串口 5. 1即串口 2. 1與外部控制器1
串口相連接，用于接收命令和返回測(cè)量數(shù)據(jù)及分析結(jié)果；串口 5. 1通過(guò)串行 數(shù)據(jù)總線與中央處理器5. 5相連接，實(shí)現(xiàn)中央處理器5. 5與外部控制器1的 通訊；
以太網(wǎng)接口 5.2的連接根據(jù)測(cè)試器5的四種不同工作方式而定當(dāng)測(cè)試 器5工作于源測(cè)試器獨(dú)立工作模式，源測(cè)試器主從工作模式時(shí)，以太網(wǎng)接口 5. 2與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的接入點(diǎn)3. 1相連，發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)并接收反饋數(shù)據(jù)；當(dāng)測(cè)試 器5工作于目標(biāo)測(cè)試器獨(dú)立工作模式，目標(biāo)測(cè)試器獨(dú)立主從工作模式時(shí)，以 太網(wǎng)接口 5. 2與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的接出點(diǎn)3. 2相連，接收測(cè)試數(shù)據(jù)并發(fā)送反饋數(shù) 據(jù)；以太網(wǎng)接口5.2與中央處理器5.5的網(wǎng)絡(luò)接口相連，實(shí)現(xiàn)中央處理器5.5 與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的通訊；
顯示器5.3的圖像輸入接口通過(guò)圖像傳輸數(shù)據(jù)線與中央處理器5.5的圖 像輸出接口相連接，中央處理器5.5將要顯示的圖像數(shù)據(jù)置于顯示緩存中， 通過(guò)上述圖像傳輸數(shù)據(jù)線傳到顯示器5. 3顯示；
鍵盤(pán)5. 4通過(guò)位控制總線直接與中央處理器5. 5的位控制引腳連接，實(shí) 現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的輸入。
1、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案
如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)由外部控制器l、源測(cè)試器2、待測(cè)網(wǎng)絡(luò) 3和目標(biāo)測(cè)試器4四個(gè)主要部分構(gòu)成。以下是這四個(gè)部分的連接關(guān)系
外部控制器1的串口 1. 1與源測(cè)試器2的串口 2. 1相連，外部控制器1 向源測(cè)試器2發(fā)送控制命令，接收源測(cè)試器2測(cè)試數(shù)據(jù)和反饋數(shù)據(jù)；
源測(cè)試器2的以太網(wǎng)口 2. 2和待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3接入點(diǎn)3. 1相連，源測(cè)試器2 向待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)包，并接收待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3反饋的數(shù)據(jù)包；
待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3接入點(diǎn)3. 1收到的測(cè)試數(shù)據(jù)包通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3傳到接出點(diǎn)3. 2， 同理，接出點(diǎn)3. 2發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)包通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3傳回接入點(diǎn)3. 1;
目標(biāo)測(cè)試器4的以太網(wǎng)口 4. 2與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的接出點(diǎn)3. 2相連，接收源測(cè)試器2發(fā)送來(lái)的測(cè)試數(shù)據(jù)包，并通過(guò)以太網(wǎng)口 4. 2將處理結(jié)果發(fā)送至待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3接出點(diǎn)3.2，返回源測(cè)試器2，源測(cè)試器2對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，最終返 回外部控制器1，從而構(gòu)成閉環(huán)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)。本實(shí)施例中選用PC機(jī)作為外部控制器1， PC機(jī)的串口與源測(cè)試器2的 串口 2.1連接，設(shè)置工作方式及控制命令。源測(cè)試器2和目標(biāo)測(cè)試器4采用相同的硬件電路——測(cè)試器5，測(cè)試器的 串口5. 1、以太網(wǎng)口5. 2、顯示器5. 3、鍵盤(pán)5. 4、中央處理器5. 5分別對(duì)應(yīng) 源測(cè)試器的串口 2. 1、以太網(wǎng)口 2. 2、顯示器2. 3、鍵盤(pán)2. 4、中央處理器2. 5， 同理也分別對(duì)應(yīng)目標(biāo)測(cè)試器4的串口4. 1、以太網(wǎng)口4.2、顯示器4.3、鍵盤(pán) 4.4、中央處理器4. 5。測(cè)試器5選用ADI的BlackFin537芯片作為中央處理器5.5。 BlackFin537 自帶兩個(gè)UART接口 ，其中UART1的RX、 TX與通訊芯片MAX232的輸入 端Rin、 Tin連接，MAX232的輸出Rout、 Tout分別與串口端子2， 3腳連接， 串口端子5腳與系統(tǒng)共地，構(gòu)成測(cè)試器的串口 5.1。 UART2預(yù)留用于接串口 LCD顯示器。BlackFin537自帶CAN接口，預(yù)留用于連接工業(yè)設(shè)備。BlackFin537自帶一個(gè)MAC層網(wǎng)絡(luò)控制器，通過(guò)數(shù)據(jù)、地址、控制總線 與網(wǎng)卡芯片LAN83C185輸入端連接。網(wǎng)卡輸出端Txp、 Txn、 Rxp、 Rxn接 RJ45底座，構(gòu)成以太網(wǎng)口5.2，通過(guò)網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連。BlackFin537的位控制總線P0-P7與8只LED連接，構(gòu)成了顯示器5.3; P8-P11與4個(gè)按鍵連接，構(gòu)成了鍵盤(pán)5.4。實(shí)現(xiàn)了工作模式、測(cè)試器狀態(tài)的人 機(jī)交互操作。待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3由路由器、交換機(jī)、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成，在實(shí)際應(yīng)用中 設(shè)備和情況更為復(fù)雜，待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的接入點(diǎn)3.1與源測(cè)試器2的以太網(wǎng)口 2.2 通過(guò)網(wǎng)線連接；待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的接出點(diǎn)3.2與目標(biāo)測(cè)試器4的以太網(wǎng)口 4.2通過(guò) 網(wǎng)線連接。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)與對(duì)點(diǎn)接入時(shí)間序列可用帶寬分析方法測(cè)量的 參數(shù)即為待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3的接入點(diǎn)3.1與接出點(diǎn)3.2之間的情況。對(duì)點(diǎn)接入時(shí)間序列可用帶寬分析方法實(shí)現(xiàn)方法如下網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)與對(duì)點(diǎn)接入時(shí)間序列可用帶寬分析方法是按如下步驟 實(shí)現(xiàn)的步驟l:發(fā)送測(cè)量控制命令外部控制器l向源測(cè)試器2發(fā)送測(cè)量控制命令，測(cè)量控制命令包括目標(biāo) 測(cè)試器4的IP地址和測(cè)量策略；其中測(cè)量策略包括以下參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)流的條數(shù)n(12《"20)，每個(gè)測(cè)量 數(shù)據(jù)流包含的數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)M(30SMS120)和每個(gè)數(shù)據(jù)包的大小 ￡(64^^500)，這三個(gè)參數(shù)的取值范圍是由正交試驗(yàn)確定的，本實(shí)施例中n 取20， M取90， L取128;步驟2:生成、發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)源測(cè)試器2接收到測(cè)量控制命令后，對(duì)測(cè)量控制命令進(jìn)行分析，以遞增 速率W( 1,…M)向待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3發(fā)送M條測(cè)量數(shù)據(jù)包流，每條測(cè)量數(shù)據(jù)包流包含 如下參數(shù)目標(biāo)測(cè)試器4的IP地址、數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)M、每個(gè)數(shù)據(jù)包的大小丄、測(cè)量 數(shù)據(jù)流/D(/"",…，")、每條測(cè)量數(shù)據(jù)流內(nèi)相鄰數(shù)據(jù)包間隔A77"'(hl,…,")、發(fā) 送速率,.=1廣.")；測(cè)量數(shù)據(jù)包流通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3到達(dá)目標(biāo)測(cè)試器4。步驟4:數(shù)據(jù)采集采樣每條測(cè)量數(shù)據(jù)包流流內(nèi)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間序列"(^i,…,";j^i,…，附)， 其中i為探測(cè)流的ID號(hào)，j為第i條探測(cè)流內(nèi)第j個(gè)數(shù)據(jù)包，由于在待測(cè)網(wǎng)絡(luò) 3傳輸過(guò)程中，會(huì)有數(shù)據(jù)包的丟失，所以j〈二M。"即表示第i條測(cè)量數(shù)據(jù)包流內(nèi)第j個(gè)數(shù)據(jù)包的到達(dá)時(shí)間。通過(guò)接收的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算接收的每條測(cè) 量數(shù)據(jù)包流內(nèi)相鄰數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔r卯/;A7W) ="+1-"(/ = 1,.--,";_/ = 1，-",附-1) (1) 步驟5:數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)接收的每條測(cè)量數(shù)據(jù)包流內(nèi)相鄰數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)震動(dòng)過(guò)大的噪音數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，刪除明顯偏離相鄰數(shù)據(jù)的異常值。刪除原則 為對(duì)第7'個(gè)7b^與之前或之后"個(gè)時(shí)間間隔的平均值進(jìn)行求差，其中G-") 20或(y+")《—-1)，如果差值的絕對(duì)值大于之前或之后a個(gè)時(shí)間間隔的相鄰間隔 之差絕對(duì)值的平均值，則刪除第y個(gè)7b^.，即a—ia — l(2)r福)—嚴(yán)！xp>^-a-l(3)公式(2)及(3)中"((^^d)為界定強(qiáng)度。如果第乂個(gè)r?！稘M足(2) 或(3)，則刪除該值。對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)后，由公式(4)計(jì)算出第i條測(cè)量數(shù)據(jù)包流內(nèi)的數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔的均值_ 1 y-!(4)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)包流數(shù)據(jù)Am'，通過(guò)公式(5)得到at;，該數(shù)據(jù)與測(cè)量數(shù)據(jù)包流速率&一起做為曲線擬合的待擬合數(shù)據(jù)<formula>formula see original document page 12</formula> (5) 步驟5:曲線擬合
使用非線性最小二乘數(shù)據(jù)擬合方法對(duì)預(yù)處理得到(i ,， at;)的數(shù)據(jù)進(jìn)行
曲線擬合。具體步驟如下
第1步網(wǎng)絡(luò)可用帶寬非線性回歸模型的建立
經(jīng)過(guò)我們的實(shí)驗(yàn)分析，在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，及在不同網(wǎng)絡(luò)背景流模式環(huán)
境下，包括隨機(jī)數(shù)據(jù)包背景流模式及模擬Intemet數(shù)據(jù)包背景流模式精確Imix。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)接收測(cè)量數(shù)據(jù)包流相鄰數(shù)據(jù)包時(shí)間間隔平均值與該測(cè)試數(shù)包流初 始的時(shí)間間隔之差A(yù)i;.關(guān)于發(fā)送速率^的進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)送速率"大
于及等于當(dāng)前可用帶寬時(shí)，在接收端，at;具有相似的表示形式；相對(duì)的， 當(dāng)化小于當(dāng)前可用帶寬時(shí)，a7;同樣具有相似的表示形式，每個(gè)表達(dá)式對(duì)應(yīng)一
組不同的參數(shù)，這些表達(dá)式就是我們所要建立的非線性回歸模型，表達(dá)式為
<formula>formula see original document page 12</formula> ^ (6)<formula>formula see original document page 12</formula> (7)
<formula>formula see original document page 12</formula> (8)
公式(6)和(7)中x為測(cè)量數(shù)據(jù)包流的發(fā)送速率&， f為a7;， A、 ^、 S、 s2為待估計(jì)的參數(shù)，用一般的非線性回歸模型形式可寫(xiě)為-
<formula>formula see original document page 12</formula> (9)
公式(9)中^為非線性函數(shù)，^為回歸誤差，用簡(jiǎn)寫(xiě)矩陣形式表示該模 型為<formula>formula see original document page 13</formula> (io)公式 (10 ) 中i^(^,F2,…，f")7 ; x卡,x2,…,xJ ; ^(Ha,2)t ;￡ = 7 。第2步非線性最小二乘估計(jì)牛頓法曲線擬合該可用帶寬測(cè)量模型具有一個(gè)回歸自變量《，四個(gè)回歸參數(shù)A、 4、 e,、 &組成回歸參數(shù)向量。通過(guò)對(duì)可用帶寬測(cè)量模型進(jìn)行擬合，估計(jì)其參數(shù)，最 終通過(guò)求擬合曲線的拐點(diǎn)估計(jì)出當(dāng)前可用帶寬值。擬合該模型，我們采用了最小二乘原則，該模型的總平方誤差可表示為<formula>formula see original document page 13</formula> (11)在e為最小的條件下求得參數(shù)估計(jì)A、 A、 a、 ^ 。由于估計(jì)參數(shù)是x的 非線性參數(shù)，我們無(wú)法由S對(duì)A、 A、 e,、 s2的導(dǎo)數(shù)為零來(lái)解出最佳的參數(shù)值。高斯-牛頓法是基于對(duì)非線性回歸模型的近似線性化的原理，所以我們采用非 線性最小二乘數(shù)據(jù)擬合(牛頓法)來(lái)進(jìn)行擬合。在初值《處將可用帶寬測(cè)量參數(shù)回歸函數(shù)展成泰勒級(jí)數(shù)，并取其一階近似 ; 。 = ; ^ ) + 1W - \。)
<formula>formula see original document page 13</formula>(12)在公式(12)中人。,&。,、。,&,。分別是參數(shù)的初值。定義^C,;0對(duì)6的梯度
為
<formula>formula see original document page 14</formula>
其靈敏系數(shù)矩陣為
《 《
叫
《 《《
當(dāng)^ =《時(shí)，G = G。，將(12)式代入(9)中，這時(shí)
F—("o) + Go(^-。 + e (15) 令;/。-F-0(;r;《)，由式(15)可求得參數(shù)e與初值之差^的線性化最小二 乘估計(jì)為》- (《G。)-'G。V。。按如下的迭代格式逐次接近^
An—1 =(di)_1d
迭代過(guò)程直到l〃wl卜"，其中"為精度設(shè)定值，從而獲得"，A ， A ， s2 的最小二乘估計(jì)值。
步驟6:估計(jì)可用帶寬值^
目標(biāo)測(cè)試器4使用拐點(diǎn)收斂計(jì)算方法，對(duì)數(shù)據(jù)擬合函數(shù)的擬合曲線進(jìn)行 計(jì)算，最終得到擬合曲線的唯一拐點(diǎn)值，即待測(cè)網(wǎng)絡(luò)的路徑可用帶寬參數(shù)的 測(cè)量估計(jì)值^。
步驟7:返回測(cè)量結(jié)果
14目標(biāo)測(cè)試器4通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)3將」返回源測(cè)試器2，然后源測(cè)試器2將待測(cè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量4結(jié)果返回外部控制器1。
權(quán)利要求1、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括有外部控制器(1)、源測(cè)試器(2)和目標(biāo)測(cè)試器(4)；其中所述的源測(cè)試器(2)包括有中央處理器(2.5)和與中央處理器(2.5)相連接的顯示器(2.3)，所述的目標(biāo)測(cè)試器(4)與源測(cè)試器(2)的電路結(jié)構(gòu)相同；外部控制器(1)的串口(1.1)與源測(cè)試器(2)的串口(2.1)相連，外部控制器(1)向源測(cè)試器(2)發(fā)送控制命令，接收源測(cè)試器(2)測(cè)試數(shù)據(jù)和分析結(jié)果；源測(cè)試器(2)的以太網(wǎng)口(2.2)用于與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)接入點(diǎn)(3.1)相連，源測(cè)試器(2)向待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)發(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)包，并接收待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)反饋的數(shù)據(jù)包；待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)接入點(diǎn)(3.1)收到的測(cè)試數(shù)據(jù)包通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)傳到接出點(diǎn)(3.2)，同理，接出點(diǎn)(3.2)發(fā)送的反饋數(shù)據(jù)包通過(guò)待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)傳回接入點(diǎn)(3.1)；目標(biāo)測(cè)試器(4)的以太網(wǎng)口(4.2)用于與待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)的接出點(diǎn)(3.2)相連，接收源測(cè)試器(2)發(fā)送來(lái)的測(cè)試數(shù)據(jù)包，并通過(guò)以太網(wǎng)口(4.2)將處理結(jié)果發(fā)送至待測(cè)網(wǎng)絡(luò)(3)接出點(diǎn)(3.2)，返回源測(cè)試器(2)，源測(cè)試器(2)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，最終返回外部控制器(1)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及了一種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，可應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量、分析、診斷、網(wǎng)絡(luò)多媒體、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域。包括有中央控制器、源測(cè)試器、待測(cè)網(wǎng)絡(luò)、目標(biāo)測(cè)試器。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)體積小便于手持，帶有針對(duì)間接測(cè)量網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量、分析、診斷的功能，相對(duì)于現(xiàn)有設(shè)備成本低廉；對(duì)點(diǎn)接入時(shí)間序列可用帶寬分析方法，克服了PGM模型的假設(shè)限制，導(dǎo)致的模型與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況不符的問(wèn)題，和PRM模型本身在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)包對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成影響，算法迭代導(dǎo)致的周期過(guò)長(zhǎng)，和實(shí)時(shí)測(cè)量精度低的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H04L12/26GK201146527SQ20082007887
公開(kāi)日2008年11月5日 申請(qǐng)日期2008年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者何涇沙, 暢 劉, 劉經(jīng)緯, 麗 吳, 蕾 楊, 蘇宏偉, 陳佳明 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)