專利名稱：分組化網絡中丟失率的估計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及監(jiān)控網絡性能的方法，更具體地，涉及分組丟失率的確定。
技術背景
數據網絡的性能對分組的丟失是敏感的。為了能夠優(yōu)化網絡的性能，運營商需要具有關于在網絡的各種鏈路上分組丟失的信息。例如，分組丟失的一個主要原因是緩沖器溢出。通過識別和量化歸因于網絡的節(jié)點處的緩沖器溢出的丟失率，網絡運營商能夠應用減輕網絡的過載鏈路或過載節(jié)點處的業(yè)務負載的策略。
導致分組丟失的過載的危險在3G或4G無線網絡中已變得特別嚴重。一個原因是在這種網絡上在數據應用、語音應用和視頻及其它應用之間存在對網絡資源的競爭，每一個應用具有不同的帶寬要求和不同的傳送模式。這種競爭由于有限的可用于通過空中接口的內容傳送的帶寬和能夠實現無線通信而通常需要的高容量的信令開銷而加劇。
因此，在高級無線網絡中特別需要監(jiān)控分組丟失。通過監(jiān)控例如諸如WCDMA移動通信網絡的支持GPRS的網絡的GGSN與GGSN所關聯的每個基站之間的大部分或所有鏈路， 可以獲得特別的好處。然而，通過傳統方法來實現需要在每個將被監(jiān)控的鏈路上部署監(jiān)控設備。由于高級無線網絡可能具有幾百甚至幾千個這種鏈路，因此，這樣廣泛地部署監(jiān)控設備通常是不可行的。
因此，仍然需要可根據網絡上有限數量的位置來部署并仍然獲取有關多個單獨鏈路上的丟失率的信息的監(jiān)控分組丟失的方法。發(fā)明內容
我們已發(fā)明了這樣一個方法。該方法包括在網絡中單個點處收集有關下行流分組丟失的數據，并根據所收集的數據，估計在收集點的至少兩個子網下行流上的分組丟失率，其中，所述子網有至少一個鏈路不同。
在特定實施例中，數據收集由專用硬件監(jiān)控設備執(zhí)行。在某些實施例中，這種設備部署在GPRS核心網絡的GGSN(GPRS支持節(jié)點)下面的第一鏈路上。
在特定實施例中，所收集的數據與從監(jiān)控點延伸到多個基站(在一些實施例中甚至延伸到由基站支持的移動站)的核心網絡或其一部分上的分組丟失率有關。


圖1是典型的具有GPRS核心網絡的無線通信網絡的一部分的簡化示意圖。
圖2是圖1的網絡的一部分的視圖，其被修改以示出用于在示例性實施例中實現本發(fā)明的分路器的組成。
圖3是樹形圖的例子。
圖4是用于在示例性實施例中實施本發(fā)明的過程的流程圖。圖3和4應當一起理解。
圖5是圖3的樹形圖的詳情。
圖6是用于在示例性實施例中實施本發(fā)明的過程的流程圖。圖5和圖6應當一起理解。
圖7是圖3的樹形圖的另一個視圖。
具體實施方式
在圖1中示意性地表示了典型的具有GPRS核心網絡的無線通信網絡的一部分。沿著下行流方向，可以看到，從因特網10有到GGSN 20的鏈路，從GGSN有到多個SGSN (服務 GPRS支持節(jié)點)30的鏈路，從每個SGSN有到多個RNC (無線網絡控制器)40的鏈路，從每個 RNC有到多個基站50的鏈路。每個基站可以與多個移動站60聯系。
顯然，根據圖1，從GGSN向下至少到基站，各種網絡單元形成以GGSN為根的樹形圖的節(jié)點，并且從每個單元到它下面的單元的鏈路形成了樹形圖的頂點。
本發(fā)明的方法可應用于任何可用樹形圖表示的分組化通信網絡。如上所述，諸如圖1的網絡的無線GPRS網絡是本發(fā)明的方法特別有用的一個例子。然而，本發(fā)明的方法的應用并不限于GPRS網絡或無線網絡。
本發(fā)明的方法可部署在運行在諸如圖1的GGSN或其它節(jié)點的網絡節(jié)點上的計算機或數字處理器上，或者它可被部署在專用機器上。配置了該方法的機器可以是例如根據軟件指令運行的通用機器或者根據硬件或固件的控制而運行的專用機器。
在某些實施例中，配置了消息的機器可通過將分組業(yè)務的副本通過在鏈路上的中間點處安裝的分路器轉移來收集分組丟失信息。例如，圖2示出圖1的網絡的一部分，其中， 分路器70已被添加到GGSN 20與SGSN 80之間的鏈路上，監(jiān)控設備90從分路器70接收被復制并轉移的分組?？蓮乃D移的分組中搜集信息并具有必要的計算能力以支持本發(fā)明的方法的實施的監(jiān)控設備是眾所周知的，無需在此作詳細描述。
一般地，分路器70可位于在GGSN處或者在GGSN下面的任何點，因為在這種位置， 它通常能夠根據信令信息獲取網絡拓撲結構。監(jiān)控設備需要知道其位置的樹形網絡下行流的拓撲結構，以便能夠根據將要描述的方法來推測分組丟失率。
現在將參照圖3和圖4描述本發(fā)明的方法的示例性實施例。圖3示出具有5級的樹形圖的一般例子。圖4是下面將稱為算法1的過程的步驟的流程圖。
返回到圖3，應當注意樹形圖中級數是任意的，僅為了說明的目的，選擇了 5級圖。 在某些實際的應用中，本發(fā)明的方法可以應用于其樹形圖少于5級的網絡。例如，該方法可有效地應用于以圖1的GGSN為根的圖。如果圖的葉子被認為是移動站，則該圖將具有5級， 反之，如果葉子被認為是基站，則圖將只有4級。
在這一點應當注意，在至少某些實施例中，期望包括移動站作為圖的葉子，但是， 移動站可能很多，以致考慮單獨的空中接口鏈路在計算上是不可行的。在這種情況下，將移動站分組成集中等效的節(jié)點是有利的，在這種方式下，每個基站服務至少兩個等效節(jié)點。盡管這樣的方法不能獲得在單獨的空中鏈路上的丟失率，但它常常會提供有關丟失率的有用信息作為空中鏈路的總體上的平均值。
在圖3中，根節(jié)點被標記為IV將樹形圖的葉子，諸如節(jié)點n4和n6，稱為“端節(jié)點”。 將根與端節(jié)點之間的所有節(jié)點稱為“中間節(jié)點”。中間節(jié)點的例子是節(jié)點n2、n3和n5。4
已經取得的重要觀察是在網絡的一個鏈路上收集的與相關的分組對的丟失有關的信息可以檢驗在網絡的其它下行流鏈路上的丟失率。將該觀察付諸實際，已定義了 “對” 為兩個都是在時間間隔S內從根節(jié)點傳輸的去往不同端節(jié)點的分組。S的值可由運營商規(guī)定或者可適應性地確定。在許多網絡中，在非常接近的時間內傳輸的分組的丟失之間具有高的相關性，并不只是因為如果一個分組由于緩沖器溢出而被丟棄，則很短時間后的分組可能遇到相同的命運。雖然δ的有效值將取決于感興趣的特定網絡的屬性，但在WCDMA 網絡中的典型值可處于50-100毫秒的范圍中。
當前可用的監(jiān)控設備可確定在從監(jiān)控點到用作葉子節(jié)點的網絡單元的端到端路徑上的分組丟失率，即，在合適的平均時間間隔上丟失的分組部分。一個這樣的設備是阿爾卡特朗訊9900無線網絡衛(wèi)士(Wireless Network Guardian)，其可以從在新澤西州莫里山 Mountain Avenue有辦公室的阿爾卡特朗訊公司獲得。當這種設備被放置在例如GPRS核心網絡的GGSN處或者就在其下面時，它能夠容易地測量GGSN與由有關該GGSN所關聯的基站服務的移動站(各自或者分組成等效節(jié)點)之間的端到端分組丟失率。
因此，在許多網絡中可測量的一個量是從根節(jié)點Iitl到端節(jié)點Iii的端到端分組丟失率F”假設兩個不同端節(jié)點叫、nj;另一個經常測量的量是去往Iii的分組和去往η」的分組都丟失的概率Fy ; s，假設兩個分組屬于上述定義的一個對。
在許多網絡中可測量的另一個量是從根節(jié)點傳輸的去往指定的端節(jié)點對ni、Iij的 (在合適的平均周期內計數的)所有分組對的部分(fraction)Wu。也就是說，對于所有端節(jié)點ni、nj，i乒j，使Nij表示去往Oii, nj)的分組對在平均周期上的總數。那么，通常^ =Nij/ Σ Nlm，其中總和(S卩，在索引1、m內)是在不同端節(jié)點的所有對上獲得的。對于將在下面描述的本方法的實現，總和僅在不同的外部節(jié)點的所有對上獲得，這將在下面定義。
現在將描述在此被稱為算法1的用于估計從根節(jié)點Iitl到選定的中間節(jié)點Iii的分組丟失率fM的過程。因此，例如，算法1可用于估計從圖3的根節(jié)點到節(jié)點n2的丟失率， 即，在級聯了路徑I1和I2的路徑上的丟失率。將選定的中間節(jié)點稱為“內部節(jié)點”。本領域的普通技術人員將理解，精確的過程步驟會有許多變化，所描述的僅僅是說明性的。
中間節(jié)點必須滿足一個標準，以便作為內部節(jié)點是合格的。為了是合格的內部節(jié)點，選定的中間節(jié)點必須是相對于經由在選定節(jié)點處交叉的不同分支的至少兩個端節(jié)點的根節(jié)點。例如，圖3的節(jié)點n2是樹形圖的分支點。一個分支去往113并且從那兒有兩個子分支，其中一個子分支在端節(jié)點n4處終止。另一個分支去往節(jié)點n5，然后在端節(jié)點n6處終止。
在此還引入上面提到的外部節(jié)點的概念。假定選定的內部節(jié)點，則一對端節(jié)點是外部節(jié)點，如果(1)選定的內部節(jié)點是相對于選定的端節(jié)點的根，并且⑵至少兩個不同的分支在選定的內部節(jié)點處交叉，其中每一個分支在各自的選定的端節(jié)點處終止。在圖3 的例子中，n4和n6具有作為外部節(jié)點的資格(相對于選定的內部節(jié)點n2)。
現在轉到圖4，過程的第一步驟110是根據測量獲取從根節(jié)點nQ到每個可能的外部節(jié)點np的端到端丟失率Fp、從根節(jié)點Iitl到每個可能的外部節(jié)點對np、np，的對丟失率Fp, p，;s和所有可能的外部節(jié)點對np、np，的對部分Wp,p，。(如在本說明書的其它部分指出的，在有大量的可能的外部節(jié)點的情況下，計算的經濟可通過人工地將多個端節(jié)點分組成集合的等效節(jié)點來實現。)
過程的下一個步驟120是選擇內部節(jié)點η”在圖3的例子中，節(jié)點n2被選為內部節(jié)點。
下一個步驟130是選擇具有作為外部節(jié)點的資格的兩個端節(jié)點η」、nk。下一個步驟140是使用在步驟110中獲得的信息，計算從根部節(jié)點Iitl到選定的內部節(jié)點Iii的分組丟失率的估計值。用于計算的公式在下面提供。在圖3的例子，丟失率f^根據端到端丟失率Fp、對部分Wlm以及F4,6;s估計。
現在將描述在此稱為算法2的用于估計在從選定的中間節(jié)點到樹形圖中位于 η,·下面的選定的中間節(jié)點nk的路徑上的分組丟失率。為了選定的中間節(jié)點r^.和nk符合算法2的應用的條件，每個中間節(jié)點必須相對于至少一個外部節(jié)點對有資格作為內部節(jié)點，如以上結合算法1所定義的。算法2將參照圖5和圖6描述。圖5進一步詳細地示出了圖3的樹形圖。圖6是算法2的步驟的流程圖。本領域的普通技術人員將理解，精確的過程步驟會有許多變化，所描述的僅僅是說明性的。
在圖5的例子中，分組丟失率將在從節(jié)點Ii1到節(jié)點n3的路徑P13上估計。參照圖 5，該路徑可以被描述為鏈路I2和I3的級聯。
現在轉到圖6，該過程的第一個步驟210是選擇中間節(jié)點n」、nk。在圖5的例子中， 如所指出的，選定的中間節(jié)點是nprv
下一個步驟220是使用算法1計算丟失率、和&。在圖5的例子中，所計算的丟失率是fQ1 (即鏈路I1上的丟失率)和fQ3(即鏈路li、I2和I3的級聯的鏈路上的丟失率)。
下一個步驟230是根據在步驟220中獲得的丟失率計算在選定的中間節(jié)點之間的丟失率f’在圖5的例子中，丟失率f13是鏈路I2和I3的級聯的路徑上的丟失率。
顯然，根據圖5，步驟230可以被認為是將三級路徑Iitl到Ii1到n3分解成一對兩級路徑Iitl到Ii1和Iitl到n3，以便獲得在由于分解而產生的兩個路徑之間的差上的分組丟失率。
在步驟230中使用的公式是fjk = (fok-fOJ)/(l-foj)。在圖5的例子中，計算是f13 =(f03-foi)/(l-foi)0在應用該公式中，fjk的負值被入為零。
通過重復地應用算法1和2，可以容易地實現估計在每個合格鏈路上的分組丟失率。鏈路是合格的，如果(a)它在端節(jié)點處終止，或者(b)它在合格的內部節(jié)點處終止。
例如，現在參照圖7描述用于估計在從根節(jié)點Iitl到端節(jié)點n4的每個鏈路上的分組丟失率。
從Iltl到n4的端到端丟失率是可測量的。因此，f04被當作F4。
從Iltl到中間節(jié)點n3的端到端丟失率。使用所測量的從根節(jié)點Iitl到節(jié)點n4和n7 的端到端丟失率的值和所測量的對丟失概率F4,7;s的值通過算法1計算。然后，算法2用于計算鏈路I4上的丟失率f34。
然后，算法1用于使用所測量的從根節(jié)點Iitl到節(jié)點n4和n6的端到端丟失率的值和所測量的對丟失概率&6;8的值來計算從Iltl到中間節(jié)點112的端到端丟失率&2。然后，算法2用于使用所確定的值&和f^來計算鏈路I3上的丟失率f23。
然后，算法1用于使用所測量的從Iitl到n4和另一個節(jié)點n8 (在圖中未標識)的端到端丟失率的值和所測量的對丟失概率F4,8;s的值來計算從Iitl到Ii1的丟失率f^。然后，算法2用于根據。和。計算鏈路I2上的丟失率f12。
從Iic^ljn1的丟失率，即鏈路I1上的丟失率，被設為已使用算法1計算的丟失率f^。
數學詳情〔0051〕 假設是選定的內部節(jié)點，假設和II」是對應的外部節(jié)點。設&是從根節(jié)點II。 到節(jié)點 的分組丟失率，^和、分別是從 到叫和從 到~的分組丟失率。假定分組 對中的兩個分組將經歷相同的丟失事件，即，或者兩個都成功到達或者兩個都未到達，并且 在不同鏈路上的丟失事件是獨立的，則可以表示為
權利要求
1.一種方法，包括在網絡中單個點處收集有關下行流分組丟失的數據；以及根據所收集的數據，估計在收集點的至少兩個子網下行流上的分組丟失率，其中，所述子網有至少一個鏈路不同。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，數據收集由專用硬件監(jiān)控設備執(zhí)行。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，數據收集由在GPRS核心網絡的GPRS支持節(jié)點 (GGSN)下面的第一鏈路上部署的專用硬件監(jiān)控設備執(zhí)行。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所收集的數據與在GPRS核心網絡的從所述收集點延伸到多個基站的部分上的分組丟失有關。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，所收集的數據與在GPRS核心網絡的從所述收集點延伸到多個移動站的部分上的分組丟失有關。
6.一種監(jiān)控設備，包括輸入，用于在網絡中單個點處收集有關下行流分組丟失的數據；以及電路，其被配置為根據所收集的數據計算在收集點的至少兩個子網下行流上的分組丟失率的估計值，其中，所述子網有至少一個鏈路不同。
全文摘要
提供一種方法，根據該方法，在網絡中單個點處收集有關下行流分組丟失的數據。根據所收集的數據，估計在收集點的至少兩個子網下行流上的分組丟失率。各個子網可有一個或多個鏈路不同。
文檔編號H04W24/08GK102550070SQ201080035242
公開日2012年7月4日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權日2009年8月12日
發(fā)明者J·曹, T·卜 申請人:阿爾卡特朗訊公司