[发明专利]基于时延梯度信息的输入时延自适应平滑处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机网络性能测试技术领域，具体涉及非直接测量网络距离的IP网络坐标系统中时延数据的预处理方式。

背景技术

在目前IP网络中，P2P等分布式应用流量已经占网络总流量的一半以上，并且还有继续增长的趋势。如何优化它们的性能，这不仅是包括ISP和ICP等在内的网络运营商，也是众多用户关心的问题之一。在实际IP网络中，链路带宽、节点间时延等信息均可用于网络性能优化和提高，而节点间时延是优化中最常用的参数之一。例如在目前很多DHT路由设计中，节点之间进行对等通信时，不会考虑优先选取距离自己最近的节点。这样就使得最终形成的重叠网结构混乱，效率低下。如何让节点获得并利用诸如时延等的接近性信息就非常重要。因此时延测量方法和技术一直是IP网络研究领域的一个重要课题。

节点间时延，也常被称作网络距离。直接获取节点间网络距离的方式就是在两两节点间发起主动测量，如Ping方式，其简单直观。但若按需直接测量网络中所有节点间的时延值，其开销大、效率低、可扩展性差。相比之下，另一种非直接测量时延的方式是将IP网络距离嵌入的某一测度空间，建立其网络节点与该空间点的映射关系，并为网络节点赋予一组相应的空间坐标，形成网络坐标系统。坐标系统中两节点的几何距离近似估计了实际网络距离。这种非直接测量的方式仅需要部分邻居节点间的有限次直接测量时延信息，减少了网络负载开销，协调了分布式网络性能优化和可扩展性之间的冲突。

实际IP网络坐标系统的构建和坐标的计算中需要直接测量部分节点间的时延。在现实网络背景中，由于在节点与节点间的链路状况存在多种不稳定的因素，如网络拥塞、网络拓扑变化、路由策略以及随机延迟污染等，使得直接测得的时延值动态波动较大。如果直接测得的时延不作处理就直接用于构建IP网络坐标系统，那么所构建的网络坐标系统不可避免地产生振荡，从而影响时延预测的准确性和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的问题是：如何提供一种基于时延梯度信息的输入时延自适应平滑处理方法，该处理方法能解决IP网络中直接测量的时延值常常受到随机延迟污染而导致的IP网络坐标系统不稳定和定位准确度降低的问题，以减少因排队延迟等导致的随机延迟污染，使输入时延数据保持稳定，从而维持系统的稳定性和距离预测的准确度。

本发明所提出的技术问题是这样解决的：提供一种基于时延梯度信息的输入时延自适应平滑处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

①将IP网络定位系统中每个节点保存在最近一段时间内与其他节点间直接测量获得的时延值记录；

②将该记录输入到一个有限次窗口的基于时延梯度信息的自适应平滑滤波器中；

③经滤波器处理后的输出值作为IP网络定位系统的输入延时，实现时延值的非直接测量；

其中自适应平滑滤波器将某个时刻节点直接测量到与参考节点间的时延值，利用所存储的历史记录的时延值和当前的时延值进行加权计算，滤波器窗口内的当前时刻和前一时刻时延值的差值，作为当前时刻网络时延值的梯度信息，滤波器窗口的权值大小是当前梯度的单调递减函数，窗口内的所有的时延值和权值相乘并累积求和，最后除以调制因子，作为网络距离测度空间的输入时延值。

按照本发明所提供的基于时延梯度信息的输入时延自适应平滑处理方法，其特征在于，具体步骤如下；

①变量定义：

自适应滤波器的窗口长度H值应当不小于3，即H≥3；

为平滑前的原始时延直接测量值，为第k次迭代平滑后滤波器的输出值；

节点N以直接测量的方式从邻居节点Neigh获得时延样本R，并将其储存到自己的时延历史记录窗口中，节点N所存储的关于节点Neigh的最近H次的时延样本历史记录为向量[R_T-h+1，R_T-h+2，...，R_T]N_eigh，该时延样本向量中，时延梯度表征时延测量值的不连续性，即t时刻的时延样本与t-1时刻时延样本的差值，其表达式为f′_T(R)＝R_T-R_T-1，k次迭代后时延梯度的表达式则为k次迭代后最近H次的时延样本的加权系数的表达式如下：