[發(fā)明專利]一種面向IPv6網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流測量方法

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• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN114978941A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣定德;王志浩;霍留偉;劉沛然
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L43/062
• 分類號: H04L43/062;H04L43/0876;H04L43/08;H04L45/02;H04L41/14;H04L41/142
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 陳一鑫

1.一種面向IPv6網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流測量方法，該方法步驟如下：

步驟1：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓拢?/p>

使用TraceRoute方法對網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行測量，更新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保存在數(shù)據(jù)庫中由拓?fù)錉顟B(tài)；

步驟2：進(jìn)行主動測量，構(gòu)建流量矩陣；

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)信息產(chǎn)生初步低精度測量結(jié)果，根據(jù)低精度的測量值構(gòu)建流量矩陣；

步驟3：插值和建立優(yōu)化模型；

使用插值理論對低精度的測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)填充，基于填充結(jié)果建立優(yōu)化模型，減小測量結(jié)果與實(shí)際流量之間的差距；

步驟4：求解優(yōu)化模型得到測量結(jié)果；

使用優(yōu)化插值的迭代算法迭代求解優(yōu)化模型，在迭代達(dá)到初始化的最大次數(shù)或結(jié)果滿足迭代停止閾值時(shí)停止迭代，得到對插值進(jìn)行優(yōu)化后的測量結(jié)果；

具體來說，步驟1所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓拢敿?xì)過程如下：

使用TraceRoute方法向網(wǎng)絡(luò)中指定的測量點(diǎn)的不可達(dá)端口發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)，在路徑上的每一個路由器節(jié)點(diǎn)，該數(shù)據(jù)包觸發(fā)一個ICMP消息返回測量主機(jī)，測量主機(jī)記錄下ICMP消息發(fā)送節(jié)點(diǎn)的IP地址和耗時(shí)，當(dāng)該數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)指定測量點(diǎn)后，也觸發(fā)一個ICMP端口不可達(dá)消息返回測量主機(jī)，測量主機(jī)對收到的所有ICMP消息的耗時(shí)進(jìn)行升序排序，排序結(jié)果設(shè)為ICMP_i1＜ICMP_i2＜...＜ICMP_in，則測得路徑上的路由器的IP地址依此為：IP_i1,IP_i2,...,IP_in，這里的IP_i表示發(fā)送第i個ICMP消息的節(jié)點(diǎn)的IP地址；通過對于若干指定的測量點(diǎn)使用TraceRoute技術(shù)進(jìn)行拓?fù)錅y量，得到網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將更新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)保存在測量數(shù)據(jù)庫中；

步驟2所述的進(jìn)行主動測量，根據(jù)初步測量結(jié)果構(gòu)建流量矩陣，詳細(xì)過程如下：

向測量節(jié)點(diǎn)發(fā)送探針包來收集短時(shí)隙檢查點(diǎn)的流量和端口的統(tǒng)計(jì)信息，測量節(jié)點(diǎn)報(bào)告的流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為S(t₁)和S(t₂)，Δt＝t₂-t₁為統(tǒng)計(jì)間隔，則ΔS＝S(t₂)-S(t₁)是統(tǒng)計(jì)間隔內(nèi)的流量增量，t時(shí)刻的瞬時(shí)流量為：

其中，ΔS＝S(t₂)-S(t₁)是統(tǒng)計(jì)間隔內(nèi)的流量增量，Δt＝t₂-t₁為統(tǒng)計(jì)間隔；

根據(jù)用戶指定的流量速率采樣密度生成采樣周期T，通過對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲泄?jié)點(diǎn)的度進(jìn)行比較，選取度大于設(shè)定閾值的節(jié)點(diǎn)作為關(guān)鍵測量節(jié)點(diǎn)，以周期T對這些節(jié)點(diǎn)相關(guān)的鏈路和流的瞬時(shí)速率進(jìn)行采樣，對這些節(jié)點(diǎn)的鏈路和流的統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行處理，得到對應(yīng)鏈路和流的瞬時(shí)流量速率，形成網(wǎng)絡(luò)中流的低精度測量結(jié)果；

根據(jù)低精度的測量值構(gòu)建流量矩陣；用Y＝[L₁,L₂,...,L_M]來表示鏈路上的負(fù)載，其中M為鏈路數(shù)量；用X＝[X₁,X₂,...,X_N]^T來表示流量，用二進(jìn)制變量a_ij來表示路由矩陣的元素，a_ij表示流量j是否通過鏈路i，如果流量j通過鏈路i，則a_ij＝1，否則a_ij＝0，通過流量矩陣函數(shù)，得到流量、鏈路負(fù)載和路由矩陣的關(guān)系如下：

其中,Y＝[Y₁,Y₂,...,Y_M]^T表示網(wǎng)絡(luò)中的鏈路負(fù)載，X＝[X₁,X₂,...,X_N]^T表示流量矩陣，A＝(a_ij)_M×N是路由矩陣鏈接和流之間的路由矩陣；

步驟3所述的插值和建立優(yōu)化模型，詳細(xì)過程如下：

若低精度測量結(jié)果中有n個流j的低精度流量測量點(diǎn)，則這些測量點(diǎn)將整個段測量時(shí)間劃分為n-1個插值區(qū)間，將每個插值區(qū)間表示為t∈[t_h,t_h+1]，將插值點(diǎn)表示為x_j(t)，則高精度的插值測量結(jié)果表示為：

其中，x_j(t)為插值點(diǎn)，[t_h,t_h+1]為第h個插值區(qū)間，c₃,c₂,c₁,c₀為插值多項(xiàng)式系數(shù)；

在流量j的三次插值函數(shù)中，待定系數(shù)c₃,c₂,c₁,c₀用變化趨勢的導(dǎo)數(shù)來確定，使用上一次測量結(jié)果和下一次測量結(jié)果間的直線斜率作為測量的導(dǎo)數(shù)，來獲得平滑的曲線，c₃,c₂,c₁,c₀在導(dǎo)數(shù)為0處計(jì)算得到；

用三次插值法填充得到的流j的高精度測量結(jié)果為x_j，流j的實(shí)際流量記為為了獲得較高的測量精度，對插值結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)造出優(yōu)化函數(shù)如下：

其中，X為高精度流量測量結(jié)果的向量，為實(shí)際流量向量，Y_i為網(wǎng)絡(luò)中第i條鏈路的負(fù)載，x_j為流j的高精度流量測量結(jié)果，A為路由矩陣，x_ij為節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的流量；

約束C1表示鏈路的流量限制約束，即總流量不能超過鏈路的最大流量負(fù)載；C2和C3表示流和鏈接的流量是非負(fù)的，C4表示每個節(jié)點(diǎn)的流量是守恒的，即流入一個節(jié)點(diǎn)的流量等于流出該節(jié)點(diǎn)的流量，其中λ是拉格朗日乘數(shù)；

步驟4所述的求解優(yōu)化模型得到測量結(jié)果，詳細(xì)過程如下：

填充得到的鏈路負(fù)載為：其中，所有二元變量a_ij都在測量主機(jī)中獲取，流量由插值法獲得，記Y_i為鏈路負(fù)載的測試結(jié)果，則x_j和的差別經(jīng)由上式反應(yīng)到Y(jié)_i和上；定義更新步長w_i為：

其中，為恢復(fù)得到的鏈路負(fù)載，Y_i為鏈路負(fù)載的測試結(jié)果；

由于網(wǎng)絡(luò)中的流量是守恒的，在一個OD對中，從起點(diǎn)處發(fā)出的流量必然不小于終點(diǎn)處接受到的流量，表示為：

其中，a_ij為路由矩陣A的第i行j列元素，x_j為流j的高精度流量測量結(jié)果；

在上述約束下求解優(yōu)化問題，首先確定最大迭代次數(shù)K和停止閾值δ，然后通過計(jì)算更新步長，在滿足約束∑_origina_mjx_j＝∑_destinationa_njx_j的前提下使用對進(jìn)行更新并更新插值流量向量比較更新后的向量與更新前向量的絕對距離與閾值δ的大小，若小于閾值，說明算法已經(jīng)收斂到了滿意的結(jié)果，這時(shí)候的插值流量向量即為優(yōu)化模型的解；否則重新計(jì)算更新步長，重復(fù)上述更新過程，直到達(dá)到最大迭代次數(shù)K。