[發明專利]基于鏈路擁塞強度分布的網絡擁塞鏈路診斷方法及系統

有效

• 申請號: 201910362446.1
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110149277B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 潘勝利;曾德澤;李沖
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: H04L12/801
• 分類號: H04L12/801;H04L12/24
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 孫麗麗

本發明公開了基于鏈路擁塞強度分布的網絡擁塞鏈路診斷方法及系統，針對IP網絡路由的動態特性，根據多路端到端探測獲取的路徑性能及拓撲結構的探測結果，對IP網絡擁塞鏈路進行推斷，建立EM算法模型得到待測IP網絡的各鏈路的擁塞強度概率分布，在此基礎上基于該模型對IP網絡擁塞鏈路進行推斷，實現了動態路由下IP網絡擁塞鏈路的推斷。通過對不同類型及規模IP網絡進行模擬實驗和仿真實驗，在相同場景下，分別利用傳統CLINK和SCFS算法及本發明的方法進行擁塞鏈路推斷，實驗證明了本發明的方法較現有傳統算法有更高的推斷準確性。

技術領域

本發明涉及網絡擁塞控制領域，更具體地說，涉及基于鏈路擁塞強度分布的網絡擁塞鏈路診斷方法及系統。

背景技術

IP網絡鏈路性能推斷技術對廣大網絡用戶，特別是網絡運營、管理商非常重要。隨著 IP網絡規模的迅速擴大，網絡結構日益多樣，人工定期檢查已不能適應大規模網絡的需要。網絡層析成像能夠在網絡內部節點不提供測量協作的情況下，根據端到端的測量結果，間接地估計網絡內部鏈路性能參數，是一種重要的網絡測量手段，能直接指導網絡管理和網絡優化。

在當前類traceroute工具所測數據包含有低轉發優先級的ICMP報文測量部分以及 Internet中大部分玩過不提供測量協助的背景下，基于端到端測量的網絡層析成像技術被提出來了。網絡層析成像將目標網絡視為一個黑盒子。自從1996年Vardi首次提出在IP網絡性能推斷中使用類似醫學層析掃描(tomography)技術以來，借助網絡tomography技術推斷 IP網絡內部鏈路性能的方法主要包括兩類：第一類方法使用多播方式或多簇單播模擬多播的方式，通過構建IP網絡線性方程組求解各鏈路丟包率，并假設鏈路性能服從特定分布或具有時空獨立性和平穩性等。出于安全等因素，當前IP網絡中的大部分路由器對單播的支持度高于多播，時間相關性難以保證，且tomography技術以盡可能少的E2E路徑探測推斷網絡內部鏈路性能，常導致構建的系統線性方程組因系數矩陣維度過大，求逆計算復雜，甚至導致算法失效。第二類方法將路徑及鏈路性能借助布爾(Boolean)二進制代數值0、1進行表示。

H.X.Nguyen，V.N.Padmanabhan，N.G.Duffield等人提出借助不相關的E2E路徑探測，推斷IP網絡最有可能發生擁塞的鏈路集合，簡化了鏈路性能推斷過程。其中，Huang X.等人提出測CLINK算法較不使用先驗概率的MCMC(Monte Carlo Markov Chain)算法及使用一致先驗概率的SCFS(Smallest Consistent Failure Set algorithm)算法在推斷性能上有較大程度的提升。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對上述目前傳統借助主動網絡層析成像技術推斷 IP網絡擁塞鏈路的方法均不能對動態路由IP網絡進行準確建模，且忽略網絡擁塞強度的客觀存在，從而使得推斷擁塞鏈路產生一定誤差的技術問題，提出了基于鏈路擁塞強度分布的網絡擁塞鏈路診斷方法及系統來解決上述問題。

基于鏈路擁塞強度分布的網絡擁塞鏈路診斷方法，包括：

S1、對待測IP網絡中端到端路徑進行t時刻快照，獲得t時刻待測IP網絡中各端到端路徑性能及拓撲結構的探測結果，使用快照獲得待測IP網絡鏈路的初始概率，初始概率包括鏈路的初始擁塞概率以及鏈路的初始擁塞強度概率；

S2、根據t時刻快照所得到的初始概率使用EM算法模型計算得到待測IP網絡的先驗概率，先驗概率包括先驗擁塞概率和鏈路的先驗擁塞強度概率；

S3、建立待測IP網絡中各鏈路的先驗擁塞概率求解的線性方程組；

S4、根據步驟S2得到待測IP網絡的先驗概率，結合步驟S3得到的線性方程組，計算推斷待測IP網絡中最有可能發生擁塞的鏈路集合。

進一步的，所述步驟S2計算先驗概率具體包括：