流媒體技術(shù)發(fā)展及帶寬測量研究報告流媒體技術(shù)在經(jīng)歷了2000年前后的火爆后，曾一度低迷，而近年來寬帶接入的迅速普及3G的應(yīng)用，使得流媒體技術(shù)再次成為了發(fā)展的焦點。高清晰度、連貫流暢的流媒體節(jié)目需要較高的帶寬來傳輸數(shù)據(jù)，電信運營商還無法為大多數(shù)用戶提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)帶寬來欣賞高質(zhì)量的節(jié)目。作為一種技術(shù)體系已經(jīng)比較完備的服務(wù)，目前流媒體在國內(nèi)發(fā)展的關(guān)鍵還是要解決如何與實際的市場應(yīng)用相結(jié)合的問題，而國外Triple-Play業(yè)務(wù)的發(fā)展已經(jīng)形成了良好的局面，提升了寬帶的贏利能力。正文目錄TOC\o"1-3"\n\u第一章流媒體概述第一節(jié)流媒體的系統(tǒng)組成框架、結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一、節(jié)目源二、流媒體采集編碼制作子系統(tǒng)三、媒體服務(wù)器平臺四、客戶端播放器五、流媒體的傳輸網(wǎng)絡(luò)第二節(jié)流媒體的三種主要技術(shù)及其比較一、RealMedia二、WindowsMedia三、QuickTime第三節(jié)流媒體技術(shù)特征一、流式傳輸二、支持流媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議三、流媒體播放方式第四節(jié)流媒體文件格式一、壓縮媒體文件格式二、流式文件格式三、媒體發(fā)布格式第五節(jié)流媒體緩存技術(shù)一、選擇緩存算法二、基于間隔的緩存算法三、基于分段的緩存四、結(jié)合編碼轉(zhuǎn)換的緩存算法五、結(jié)合可擴(kuò)展編碼的緩存算法第六節(jié)流媒體傳輸協(xié)議一、RTP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議二、RTP控制協(xié)議-RTCP三、RTSP協(xié)議四、RSVP協(xié)議第二章網(wǎng)絡(luò)帶寬測量方法研究第一節(jié)一種新的IPv6網(wǎng)絡(luò)帶寬測量方法一、IPv6中PTTS帶寬測量方法設(shè)計二、帶寬統(tǒng)計算法第二節(jié)面向?qū)崟r應(yīng)用的可用帶寬自適應(yīng)測量方法一、相關(guān)工作二、理論基礎(chǔ)三、自適應(yīng)端到端可用帶寬測量算法(AABw)第三節(jié)INTERNET網(wǎng)絡(luò)帶寬的主動測量技術(shù)第四節(jié)Internet帶寬測量技術(shù)研究第五節(jié)端到端網(wǎng)絡(luò)帶寬測量技術(shù)研究一、探測報文間隔模型二、探測報文速率模型三、瓶頸鏈路隊列模型四、三種模型的簡單對比第三章網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸研究第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸、存儲與控制技術(shù)分析一、視頻傳輸技術(shù)二、視頻流控制技術(shù)三、帶寬控制技術(shù)四、總結(jié)第二節(jié)網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸設(shè)計第三節(jié)網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器傳輸原理一、傳輸原理二、傳輸方式第四章基于無線網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸系統(tǒng)的研究第一節(jié)無線視頻傳輸技術(shù)一、數(shù)字視頻信號的特點二、無線環(huán)境的特點三、視頻壓縮編碼技術(shù)四、視頻編碼實時性研究五、碼率控制研究六、魯棒性研究七、無線視頻傳輸系統(tǒng)的優(yōu)化與管理第二節(jié)無線網(wǎng)絡(luò)中的視頻傳輸一、無線局域網(wǎng)技術(shù)及其優(yōu)點二、無線視頻流編碼技術(shù)三、WLAN視頻傳輸技術(shù)第三節(jié)技術(shù)方案一、基于終端的技術(shù)方案二、基于網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案第四節(jié)視頻傳輸系統(tǒng)設(shè)計及說明一、數(shù)據(jù)流程二、端對端傳輸?shù)膶崿F(xiàn)三、RTP實時視頻傳輸?shù)谖骞?jié)問題與分析一、TCP與RTP在實時通信中的比較二、DirectShow對網(wǎng)絡(luò)視頻數(shù)據(jù)適配的支持第五章流媒體在以太網(wǎng)中傳輸?shù)难芯康谝还?jié)流媒體在以太網(wǎng)中傳輸?shù)默F(xiàn)狀第二節(jié)以太網(wǎng)中的流媒體及其QOS控制技術(shù)一、以太網(wǎng)中的流媒體技術(shù)二、常用QoS控制技術(shù)概述三、非均勻QoS控制四、網(wǎng)絡(luò)中間層驅(qū)動控制技術(shù)第三節(jié)緩存管理技術(shù)分析一、INTERNET高速緩存的工作原理二、INTERNET高速緩存的實現(xiàn)與特點1、基于瀏覽器的客戶端緩存2、代理服務(wù)器緩存3、網(wǎng)絡(luò)緩存三、系統(tǒng)功能模塊第四節(jié)其他相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)一、視音頻壓縮---流媒體技術(shù)發(fā)展的核心二、IP組播技術(shù)三、實時傳輸協(xié)議RTP／RTCP的應(yīng)用第五節(jié)實時媒體組播應(yīng)用研究一、軟件開發(fā)平臺二、發(fā)送和接收FILTER的實現(xiàn)三、FILTER的數(shù)據(jù)流方式四、關(guān)于時延的討論五、關(guān)于音視頻同步六、應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)第六章基于主動帶寬測量的多碼率流媒體系統(tǒng)設(shè)計研究第一節(jié)流媒體和網(wǎng)絡(luò)帶寬測量技術(shù)一、流媒體網(wǎng)絡(luò)主動帶寬測量算法二、基于流的媒體語言-SMIL語言第二節(jié)基于帶寬測量的流媒體編碼傳輸系統(tǒng)設(shè)計一、系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)二、系統(tǒng)設(shè)計框架三、帶寬測量技術(shù)的選擇第三節(jié)基于帶寬測量的流媒體系統(tǒng)實現(xiàn)一、流媒體帶寬測量子系統(tǒng)實現(xiàn)二、基于帶寬協(xié)商的流媒體播放器的實現(xiàn)三、多碼率流媒體編碼采集子系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)第四節(jié)流媒體客戶端測試與仿真一、客戶端測試二、流媒體客戶端仿真第七章嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控的系統(tǒng)接口與網(wǎng)絡(luò)帶寬測量第一節(jié)嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)總體設(shè)計一、嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)二、嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)的功能三、嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器部分四、嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控部分五、小結(jié)第二節(jié)嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)自檢模塊設(shè)計一、嵌入式網(wǎng)絡(luò)數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)自檢模塊概述二、LCD子模塊設(shè)計實現(xiàn)三、與主控機的通信子模塊設(shè)計實現(xiàn)四、鍵盤掃描子模塊設(shè)計實現(xiàn)五、密鑰存儲子模塊設(shè)計實現(xiàn)六、自檢模塊安全性設(shè)計七、小結(jié)第三節(jié)客戶端到服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)帶寬測量一、帶寬指標(biāo)二、帶寬測量技術(shù)分析三、網(wǎng)絡(luò)通路瓶頸帶寬測量實現(xiàn)四、Windows下主動瓶頸帶寬測量的實現(xiàn)五、模塊試驗測量第二章網(wǎng)絡(luò)帶寬測量方法研究第一節(jié)一種新的IPv6網(wǎng)絡(luò)帶寬測量方法提出一種新的應(yīng)用于IPv6網(wǎng)絡(luò)的帶寬測量方法PTTS(PacketTrainTimeStamp)。源端主動向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送報文序列(Mh-L—Mtpacketstrain)，序列中負(fù)載報文反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量特征，測試報文帶有IPv6時間戳擴(kuò)展報文頭，逐跳記錄路由器的當(dāng)前時間，獲得報文序列通過鏈路所花費時間，得到可用帶寬。同時利用IPv6基本報文頭中流標(biāo)簽字段定義測試流，確保報文列中測試報文和負(fù)載報文路徑一致；利用流量類型字段，增設(shè)用于網(wǎng)絡(luò)測量的測試級消除其與背景業(yè)務(wù)的相互影響。仿真證明，報文設(shè)計合理，測量方法可行。一、IPv6中PTTS帶寬測量方法設(shè)計1、基本概念與數(shù)學(xué)模型傳送過程中分組k經(jīng)過鏈路i經(jīng)歷排隊時延，傳播時延，傳輸時延和處理時延，即其中表示分組k經(jīng)過鏈路i的時間，tk是分組k經(jīng)過整個路徑的時間。當(dāng)測試分組序列的發(fā)送間隔滿足一定要求，可以求出鏈路可用帶寬B。其中LEN表示探測分組序列長度，△T表示序列在鏈路的分離時間。包對法測量就是通過測量報文的分離時間獲得可用帶寬，在測量過程中做如下假設(shè)：(1)路由器對于到達(dá)的數(shù)據(jù)包采用先進(jìn)先出(FIFO)的方式調(diào)度、轉(zhuǎn)發(fā)；(2)探測序列中的所有分組路徑一致。本文提出的方法類屬于包對法測量，設(shè)計了全新的測試報文序列，增設(shè)了測試級和測試流解決包對法固有的測量假設(shè)問題。同時采用離散化濾波方法對測量的樣本空間進(jìn)行處理，獲得鏈路的可用帶寬。二、測試報文序列的設(shè)計為了更好地反映網(wǎng)絡(luò)真實情況，PTTS方法不發(fā)送等長探測報文，而是發(fā)送探測報文序列。其結(jié)構(gòu)如圖所示。序列由測試報文(MH，MT)和負(fù)載報文(LOAD)兩部分組成。其中負(fù)載報文用于反映網(wǎng)絡(luò)的流量特性。圖表測試報文序列的結(jié)構(gòu)資料來源：《電子與信息學(xué)報》IPv6擴(kuò)展頭通過IPv6頭中“下一報頭”字段標(biāo)識。根據(jù)國際組織IANA所給出的“ProtocolNumber”列表，目前未指派的編號是138—252。對于時間戳擴(kuò)展頭，使用138來標(biāo)識。根據(jù)RFC2460N規(guī)定的格式，IPv6時間戳選項擴(kuò)展頭格式如圖。圖表IPv6時間戳選項報文格式資料來源：《電子與信息學(xué)報》二、帶寬統(tǒng)計算法探測報文序列中第k個頭部測試報文獲得的時間戳序列為，第k個尾部測試報文的時間戳序列為，其中M為被測路徑的鏈路數(shù)。報文經(jīng)過測試路徑中每跳所花費的時間序列(由時間戳增加的報文長度忽略不計)，N表示頭部測試報文數(shù)目，亦即尾部測試報文數(shù)目。為第k個頭部與尾部測試報文探測得到的通路中每跳鏈路的可用帶寬序列。在W時間內(nèi)，以頻率f對鏈路進(jìn)行探測，得到每跳鏈路帶寬的樣本數(shù)為n=WfN，對n個樣本進(jìn)行濾波處理，最終得到鏈路的可用帶寬。本方法中采用離散化低通濾波器，濾波公式為其中;T為濾波器的取樣周期；△k為時間差；Bk一1為k-1時刻濾波處理后得到的帶寬統(tǒng)計值，Bk/Bk一1分別為Bk/Bk一1時刻帶寬樣本值。離散化低通濾波器能有效地將突發(fā)的干擾流量濾除，利用相鄰測量結(jié)果的相關(guān)性，收斂速度快，計算量較小。能夠很好地滿足PTTS方法對測量實時性、算法運算量和收斂速度等各方面要求。第二節(jié)面向?qū)崟r應(yīng)用的可用帶寬自適應(yīng)測量方法一、相關(guān)工作帶寬測量按照是否向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部注入探測包，可分為被動測量和主動測量。大多數(shù)帶寬測量技術(shù)采用主動測量方式。主動測量是源主機(發(fā)送端)首先按某種方式初始化探測包序列，將其注入網(wǎng)絡(luò)，到達(dá)目的主機(接收端)時，其間隔由于受到傳輸延時、緩沖排隊、流量等因素的影響而發(fā)生改變；目的主機基于探測包中包間隔變化所攜帶的信息來估測網(wǎng)絡(luò)帶寬。目前端到端路徑的可用帶寬測量方法，基本都屬于主動探測方式。這些可用帶寬測量技術(shù)可劃分為直接探測和迭代探測兩大類。經(jīng)典的幾種端到端可用帶寬測量方法中，Delphi、Spruce屬于直接探測；TOPP、SLoPS、Pathchrip是迭代探測的典型方法。迭代探測方法不必知道瓶頸鏈路帶寬，但是需要迭代多次；直接探測方法測量簡單、速度快，但是需要已知瓶頸鏈路帶寬。這兩種方法各自都有優(yōu)缺點。但是這些經(jīng)典算法基于共同的假設(shè)：背景流量是恒定的，至少在幾分鐘至幾個小時內(nèi)是恒定的，即要求測量可用帶寬時背景流量的速率不變，而計算機網(wǎng)絡(luò)負(fù)載具有突發(fā)性，即使短時問內(nèi)也存在突發(fā)流量，這給測量結(jié)果帶來誤差。二、理論基礎(chǔ)定義1鏈路帶寬。相距為一跳的兩個節(jié)點間鏈路所能達(dá)到的最大傳輸速率。鏈路帶寬是恒定的，不會因為鏈路中流量的變化而改變。定義2鏈路平均利用率。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中一條存儲轉(zhuǎn)發(fā)的鏈路i，其鏈路帶寬為Ci，則鏈路i在時刻t的鏈路瞬時利用率為,,即在時刻t鏈路要么空閑，要么以最大速率傳輸數(shù)據(jù)。鏈路i在時間段(t，t+r)內(nèi)的平均利用率ui(t，t+f)定義為定義3鏈路可用帶寬。在時間(t，t+)內(nèi)，鏈路i的可用帶寬A(t，t+f)為在此時間段內(nèi)平均可利用的鏈路帶寬，則定義4端到端路徑可用帶寬。對于一條端到端路徑來說，假設(shè)這條路徑由條鏈路構(gòu)成，那么最小的鏈路可用帶寬就是路徑的可用帶寬，即端節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)狀況是未知的，因此路徑的可用帶寬不能在端節(jié)點上直接測量出來，通過向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送探測包，根據(jù)獲得的探測流性能來估測路徑可用帶寬。這是目前常用的測量端到端可用帶寬的方法。主動測量本質(zhì)上是辨識所建立的估測目標(biāo)(可用帶寬)與探測流可測的性能測度方面之間的關(guān)系，從而推斷出可用帶寬。直接探測法(PGM)模式需要探測是否輸出的報文間距(Aout)比輸入的報文間距(Ain)大。迭代探測法(PRM)需探測出單向延時(OWD)，根據(jù)單向延時發(fā)生轉(zhuǎn)折時刻的發(fā)送速率來估測可用帶寬。假設(shè)背景流量恒定，這種關(guān)系可用下式表達(dá)：其中：Ri為探測流輸入速率；Ro為探測流到達(dá)接收端的速率；A為可用帶寬。那么探測流到達(dá)接收端的速率與可用帶寬存在如下關(guān)系：假設(shè)背景流量恒定且鏈路帶寬為C。當(dāng)Ri>A時，Ro>A。三、自適應(yīng)端到端可用帶寬測量算法(AABw)自適應(yīng)端到端可用帶寬測量算法(AABw)發(fā)送UDP探測包進(jìn)行端到端可用帶寬估測。前面討論的PGM和PRM兩種模式根源于同一種模型。因此，可以結(jié)合這兩種方式來進(jìn)行算法設(shè)計。探測方發(fā)送UDP探測包串，接收端接收到探測包后，根據(jù)分析結(jié)果決定下次迭代探測包串的發(fā)送速率。當(dāng)探測包串的單向延時到達(dá)轉(zhuǎn)折點，將上次迭代的探測包串發(fā)送速率作為可用帶寬的估測值，這是迭代探測的方法，而在接收端利用直接探測的方法計算探測包串到達(dá)接收端的速率，根據(jù)接收速率指導(dǎo)迭代探測包串的發(fā)送速率。探測包串的結(jié)構(gòu)參數(shù)方面充分考慮了背景流量的突發(fā)性和路徑負(fù)載情況。這樣，在路徑負(fù)載嚴(yán)重時，估測方法有良好的非干擾性，在背景流量突發(fā)嚴(yán)重時，減小對估測值的不良影響。第三節(jié)INTERNET網(wǎng)絡(luò)帶寬的主動測量技術(shù)隨著Internet重要性的逐步提高和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，越來越有必要對網(wǎng)絡(luò)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)行為進(jìn)行深入的了解、分析，以利于加強網(wǎng)絡(luò)管理和改善網(wǎng)絡(luò)的運行。通過對網(wǎng)絡(luò)行為的測量和分析可以掌握網(wǎng)絡(luò)行為的基本特征，有助于尋找網(wǎng)絡(luò)行為變化的規(guī)律，構(gòu)造并驗證網(wǎng)絡(luò)行為的數(shù)學(xué)模型。因此網(wǎng)絡(luò)行為的測量與分析已成為學(xué)術(shù)界、企業(yè)界和國家政府部門普遍關(guān)心的重要問題之一。目前，網(wǎng)絡(luò)行為測量的研究工作大致可劃分為三部分:端到端性能測量(主要包括拓?fù)涔烙?，時延、丟包率測量，帶寬測量等)，路由器相關(guān)測量(包括流量抽樣技術(shù)、路由測量、網(wǎng)絡(luò)距離估計等)，應(yīng)用層測量(NEB測量、DNS系統(tǒng)性能測量等)。限于篇幅，本文主要介紹端到端性能測量中的帶寬測量技術(shù)。帶寬測量技術(shù)根據(jù)在測量過程中是否發(fā)送探測包可分為被動測量技術(shù)和主動測量技術(shù)。被動測量是利用一定的軟、硬件被動地監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中的分組流來推測網(wǎng)絡(luò)帶寬，由于不向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送探測包，因此不會增加額外的網(wǎng)絡(luò)流量，也就不會對網(wǎng)絡(luò)的正常運行產(chǎn)生影響。但當(dāng)被測鏈路上數(shù)據(jù)流量少或沒有時，被動測量會產(chǎn)生誤差甚至得不到結(jié)果。另外終端用戶無法取得用于測量的流量數(shù)據(jù)，因此在端到端的帶寬測量中很少采用被動測量技術(shù)。主動測量技術(shù)不存在被動測量技術(shù)的缺點，它通過向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送探測包，并根據(jù)探測包所攜帶的信息來推測網(wǎng)絡(luò)帶寬。但是由于主動測量需要向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送流量，將加重網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，對網(wǎng)絡(luò)性能產(chǎn)生影響。大量的流量可能會在瓶頸處產(chǎn)生擁塞，從而使測量值偏離實際值，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，即heisenberg效應(yīng)(heisenberg效應(yīng)是指不可能同時精確地測量出粒子的動量和位置，因為在測量過程中儀器會對測量過程產(chǎn)生干擾，測量其動量就會改變其位置，反之亦然)。主動測量技術(shù)還大量應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)路由測量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔烙嬛?，它是端到端的網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)，是終端用戶唯一可以使用的測量技。第四節(jié)Internet帶寬測量技術(shù)研究隨著Internet得到越來越廣泛的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)性能也越來越受到關(guān)注，影響網(wǎng)絡(luò)性能的因素很多，帶寬就是其中最重要的因素之一。對于網(wǎng)絡(luò)運營商來說?？梢愿鶕?jù)帶寬的狀況來指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和運行、擴(kuò)容規(guī)劃工作；對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用的開發(fā)者來說，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬的狀況優(yōu)化其協(xié)議和應(yīng)用的性能，如根據(jù)帶寬的狀況決定一個http服務(wù)器的放置位置；網(wǎng)絡(luò)用戶也可以根據(jù)帶寬選擇合適的服務(wù)器，如流媒體服務(wù)器或代理的選擇；同樣對移動計來說，移動用戶也可以根據(jù)帶寬的不同來選擇不同網(wǎng)絡(luò)接口和服務(wù)。這些都有助于網(wǎng)絡(luò)性能的提高。可見，通過優(yōu)化帶寬的使用和分配可以提升網(wǎng)絡(luò)性能，而網(wǎng)絡(luò)帶寬測量為人們了解帶寬的狀況提供了可能。帶寬測量存在著許多潛在的應(yīng)用：比如overlay網(wǎng)絡(luò)中路由多播樹的建立；內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)中最優(yōu)服務(wù)器的選擇；流媒體應(yīng)用中最佳的編碼速率；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器多鏡像選擇；p2p網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用層拓?fù)涞慕ⅲ籚PN用戶對所租用網(wǎng)絡(luò)帶寬的自主監(jiān)測；網(wǎng)絡(luò)運營維護(hù)和瓶頸故障檢測；基于速率的擁塞控制；基于策略的接納控制以及異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的移動切換性能優(yōu)化等。圖表帶寬測量分類資料來源：《北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報》第五節(jié)端到端網(wǎng)絡(luò)帶寬測量技術(shù)研究當(dāng)前大多帶寬測量算法從設(shè)計思想上來說大體可以分為三種模型，分別是探測報文間隔模型(PGM)、探測報文速率模型(PRMY~和瓶頸鏈路隊列模型(BQM。一、探測報文間隔模型基于探測報文間隔模型的帶寬測量算法一般都是往被測網(wǎng)絡(luò)中注入一些以探測網(wǎng)絡(luò)性能為目的的探測報文，通過分析這些探測報文進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時的時間間隔與離開網(wǎng)絡(luò)時的時間間隔之間的關(guān)系，進(jìn)而了解端到端的瓶頸帶寬或可用帶寬。其典型的探測技術(shù)是報文對(packetpair)~Isl，它最初是由V．Jacobson引入并用于TCP自同步研究中，后來逐步演變成為報文對和報文列(packettrain)兩種思想，目前主要有以報文對探測和以此為基礎(chǔ)派生出的報文列探測為原型的多種測量技術(shù)，分別測量端到端瓶頸帶寬和端到端可用帶寬。報文對測量原理：若報文對在進(jìn)入瓶頸鏈路前近似背靠背傳輸，在瓶頸鏈路處需要排隊，則兩報文在后續(xù)鏈路和反向鏈路上的時間間隔保持相對不變且此間隔由報文大小和瓶頸帶寬共同決定，由可測的時間間隔和已知的報文大小就可以計算出端到端的瓶頸帶寬，如圖所示，△tm為報文對進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時的時間間隔，△為報文對離開網(wǎng)絡(luò)時的時間間隔，Si表示探測報文長度，為瓶頸帶寬，則有△t=max(△tm／Si/Ch)。報文對探測技術(shù)實施起來比較簡單，也不需要過多的其它設(shè)備參與，它的重點部分是測量數(shù)據(jù)的后分析處理，即如何從測量數(shù)據(jù)中有效濾除掉其它報文引起的噪聲。目前針對這個問題有兩種解決辦法：帶寬估計的最大密度方法與核密度估計算法.圖表探測報文間隔模型測量原理資料來源：《電信科學(xué)》在使用報文對測量技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能測量時，需要滿足如下一些假設(shè)條件：每組報文對的兩個報文都必須在瓶頸鏈路處排隊，而在后續(xù)的其它鏈路上都不再需要排隊，以保證報文對到達(dá)測試終端時的時間間隔值反映瓶頸處的隊列特征。報文對中的兩個報文之間的時間間隔要足夠小，至少要小于報文在瓶頸處的傳輸時延，以保證報文對中的兩個報文在瓶頸鏈路處緊鄰，達(dá)到背靠背的效果，使測量終端能反映出瓶頸帶寬。瓶頸處的路由排隊模型采用HFO(先入先出)機制，且將探測報文當(dāng)作普通報文對待，排除各種報文特殊處理方式對測量結(jié)果的影響。路由器存儲／轉(zhuǎn)發(fā)速率相對固定，傳輸時延和報文大小呈線性關(guān)系，排除異常硬件導(dǎo)致的測量偏差。端到端鏈路的正向鏈路瓶頸帶寬和反向鏈路瓶頸帶寬相等。測量結(jié)果呈單模分布，且峰值對應(yīng)于端到端瓶頸鏈路帶寬，這是由報文對方法測量結(jié)果分析得出的回。在網(wǎng)絡(luò)輕負(fù)載時一般能夠滿足；在重負(fù)載的情況下，由于排隊現(xiàn)象復(fù)雜，測量結(jié)果出現(xiàn)多模特征。報文列探測原理：已知端到端的鏈路瓶頸帶寬，源端通過待測路徑向宿端發(fā)送一列以探測鏈路特性為目的的探測報文，探測報文要與網(wǎng)絡(luò)中的背景流量一起完全占用端到端的鏈路帶寬，宿端負(fù)責(zé)對探測報文列的接收和確認(rèn)。源端計算出第一個與最后一個確認(rèn)報文返回時間段差值，采用一定的處理方法(如回歸迭代算法等)就可以計算出瓶頸鏈路處的背景流量負(fù)載大小，從而可以計算出端到端的可用帶寬。使用報文列探測技術(shù)時同樣需要一些假設(shè)條件，如端到端的可用帶寬需由瓶頸鏈路帶寬決定、排隊系統(tǒng)及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速率恒定使報文列中探測報文的間隔與可用帶寬成反比等。二、探測報文速率模型探測報文間隔模型的技術(shù)原理比較簡單，但針對同一網(wǎng)絡(luò)路徑在不同時刻的測量結(jié)果并不完全相同，而且有時變化很大，這主要是因為網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的動態(tài)特性的影響。因為對于一條實際的通信路徑而言，鏈路中存在背景流量很難避免，而且這種背景流量存在著較大的突發(fā)程度。這樣就無法保證兩個分組在瓶頸鏈路中相鄰地排在一起，從而在接收端出現(xiàn)“時間壓縮”或“時間延伸”現(xiàn)象?！皶r間壓縮”會造成對瓶頸帶寬的估計過高，而“時間延伸”會低估瓶頸帶寬。探測報文速率模型的帶寬測量技術(shù)是建立在自導(dǎo)擁塞思想上的。一般來講，如果在網(wǎng)絡(luò)端到端路徑上，源端以小于可用帶寬的速率周期性地發(fā)送探測報文，那么接收端收到的探測報文的平均端到端時延應(yīng)該可以維持在一個常值(即固定的端到端傳輸時延)上，使得接收端收到探測報文的速率應(yīng)該和發(fā)送端的發(fā)送速率總體上相匹配；如果進(jìn)一步增大探測報文的發(fā)送速率，直到與可用帶寬速率相等時，探測報文到達(dá)接收端時的平均時延也應(yīng)該維持在同樣的常值上，報文到達(dá)速率還應(yīng)該和發(fā)送端發(fā)送速率基本相匹配，如果再進(jìn)一步增大發(fā)送速率，那么在接收端就能明顯地感受到由于網(wǎng)絡(luò)排隊時延而導(dǎo)致的端到端時延增大，且探測報文接收速率不再與發(fā)送速率相匹配。因而，整個探測過程中引起端到端傳輸時延增大的轉(zhuǎn)折點的探測報文發(fā)送速率就應(yīng)當(dāng)對應(yīng)于端到端可用帶寬。PRM模型基本思想如圖所示，其中橫軸表示探測報文發(fā)送速率，縱軸表示探測報文傳輸時延，當(dāng)探測報文發(fā)送速率小于鏈路帶寬時，傳輸時延相對固定，且由網(wǎng)絡(luò)物理特性決定；當(dāng)探測報文發(fā)送速率大于鏈路帶寬時網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)排隊現(xiàn)象，傳輸時延增大，則導(dǎo)致時延增大的發(fā)送速率轉(zhuǎn)折點處對應(yīng)的速率即代表了鏈路帶寬。由于該算法是通過注人周期性探測流的方式，易于實現(xiàn)，但也有一個困難之處在于如何能有效地快速檢測到周期性探測流發(fā)送速率的轉(zhuǎn)折點，即快速定位出可用帶寬值。針對這個問題，可以采用速率調(diào)整回歸迭代算法來解決。圖表探測報文速率模型原理資料來源：《電信科學(xué)》三、瓶頸鏈路隊列模型以上兩種基本測量模型都是直接考察探測報文的端到端傳輸時間特性，而沒有深人研究路徑中節(jié)點的排隊模型，從一定程度上說這些方法還沒有理解網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)及特性。瓶頸鏈路隊列模型的測量技術(shù)主要是針對網(wǎng)絡(luò)路徑中報文排隊時間特性進(jìn)行建模，并將已有的背景流量和探測流量分別模擬成不同的數(shù)據(jù)源模型，然后使其疊加通過一個有限容量的單服務(wù)器排隊系統(tǒng)，通過分析報文離開隊列時的二階或高階統(tǒng)計特性來推算出可用帶寬等重要的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)。該模型的一個假設(shè)條件是端到端的可用帶寬由瓶頸鏈路帶寬決定，因而級聯(lián)起來的端到端網(wǎng)絡(luò)路徑上的隊列串可以等效為一個FIFO類型的單服務(wù)器隊列模型，如圖4所示，隊列系統(tǒng)的顧客源為背景流量到達(dá)和探測流量到達(dá)疊加而成，其中瓶頸帶寬與背景流量的差值即為端到端的可用帶寬。圖表瓶頸鏈路隊列模型原理資料來源：《電信科學(xué)》因為探測報文在網(wǎng)絡(luò)路徑上傳輸必然要受到可用帶寬值、網(wǎng)絡(luò)隊列模型及突發(fā)的背景流量等因素的影響，因而它們離開網(wǎng)絡(luò)時的統(tǒng)計特性與進(jìn)人網(wǎng)絡(luò)時的統(tǒng)計特性之間的差異必然要反映出這些網(wǎng)絡(luò)特征，從而可以間接推演出端到端的可用帶寬，例如當(dāng)探測報文以泊松分布的方式