移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中被動模式時延測量方法

周紫陽 魏松杰

(南京理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 南京 210094)

移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中被動模式時延測量方法

周紫陽1魏松杰2

(南京理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇 南京 210094)

移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)在時延模型上有較大的差異?；谝苿臃涓C通信的特點，提出一種針對移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的時延被動測量方法，依據(jù)通信鏈路中RRC(Radio Resource Control)的不同狀態(tài)，將網(wǎng)絡(luò)時延分為空閑態(tài)時延和連接態(tài)時延。通過對骨干網(wǎng)測量點的流量分析，計算出RRC不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)往返時延并進行有效性判定，據(jù)此對各個終端到測量點之間的空閑態(tài)時延和連接態(tài)時延分別進行測量。與傳統(tǒng)的測量技術(shù)相比，該方法對移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的時延測量更加精確細致，過程對用戶無影響，更具實際應(yīng)用價值。實驗結(jié)果表明，提出的方法有較高的測量效率和準確性。

移動蜂窩網(wǎng)絡(luò) RRC 網(wǎng)絡(luò)時延 被動測量 流量分析

0 引 言

時延作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標，一直受到重視。隨著3G/4G的快速發(fā)展，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為越來越多人的選擇，而移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)開放的無線通信環(huán)境，大大制約了終端接入網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時延等性能方面的提升。因此，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)時延的測量和分析對運營商提高服務(wù)質(zhì)量，挖掘移動互聯(lián)網(wǎng)市場潛力，有著重要的意義。目前網(wǎng)絡(luò)時延的測量方法有很多，但研究對象局限于有線網(wǎng)絡(luò)，并沒有考慮移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特點，因此不能完全適用于移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量中的時延測量。例如傳統(tǒng)的測量方法基于交換式以太網(wǎng)的鏈路模型，模型中傳輸鏈路是獨享的，傳輸時延收斂于一個值，并且服從特定分布模型。而在移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，無線鏈路資源是共享的，通信鏈路有建立和釋放的過程，傳輸時延可能有多個收斂區(qū)間，不屬于單一的分布模型。移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)在時延模型上存在較大的差異,因此要對其提出針對性的時延測量方法。

本文分析了移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信鏈路的特點，以及鏈路協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)時延的影響，提出了一種針對移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的被動模式時延測量方法：首先依據(jù)通信鏈路中RRC處于不同狀態(tài)下時延構(gòu)成因素的不同，將移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)時延分為空閑態(tài)時延和連接態(tài)時延；其次通過分析移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的流量數(shù)據(jù)，計算RRC處于不同狀態(tài)下的數(shù)據(jù)傳輸往返時延；最后篩選出有效時延采樣，完成對終端到測量點之間的時延測量。實驗以ping主動測量得到的時延作為對比基準，提出的被動模式測量方法能取得較高的測量效率和準確性。

1 相關(guān)研究

現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)時延被動測量方法，主要采用分析TCP流量的方式實現(xiàn)，即依據(jù)TCP協(xié)議的特點，分析不同條件下數(shù)據(jù)報之間的觸發(fā)關(guān)系，據(jù)此選取特定的數(shù)據(jù)報計算網(wǎng)絡(luò)時延。SYN-ACK方法[1]依據(jù)TCP中的三次握手協(xié)議，通過定位握手報文，利用不同方向的SYN和ACK報文時間差來估計端到端的網(wǎng)絡(luò)時延。PRE算法[2]是在上傳或下載產(chǎn)生的塊流量中，計算數(shù)據(jù)發(fā)送輪次的間隔時間，以此表示網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。Karn提出的方法[3]是利用TCP有效載荷大于0的數(shù)據(jù)報和其觸發(fā)的ACK報文之間的時間間隔來計算網(wǎng)絡(luò)時延，并忽略重傳導(dǎo)致的可疑情形。Timestamp(TS)方法[4]通過觀測TCP數(shù)據(jù)流中可能出現(xiàn)的時間戳選項來計算數(shù)據(jù)往返時延。

網(wǎng)絡(luò)流量中時延的影響因素較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的研究方向以有線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為主，將網(wǎng)絡(luò)時延分為兩個部分[5]：鏈路傳輸所需的固定時延dfixed、存儲轉(zhuǎn)發(fā)隊列引起的可變時延dvar。為過濾掉TCP協(xié)議實現(xiàn)差異、網(wǎng)絡(luò)擁塞等不確定性因素導(dǎo)致的無效時延樣本，擁塞窗口跟蹤方法[6](Running方法)維持一個有限狀態(tài)機(FSM)來跟蹤TCP發(fā)送方的擁塞控制窗口(congestion window)，Gating方法[7]則是以每個終端的最小時延采樣值估計鏈路傳輸導(dǎo)致的固定時延，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)擁塞時延的高斯分布模型，使用門限函數(shù)判斷時延采樣的有效性。

上述理論和方法均未考慮移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特殊性，不能完全適用于移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量的時延測量。首先，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)不同于有線網(wǎng)絡(luò)，其通信鏈路在有數(shù)據(jù)傳輸時建立，長時間無數(shù)據(jù)傳輸時釋放，傳輸任務(wù)會引起鏈路在帶寬和速率等方面的變化[8]，這就導(dǎo)致其鏈路通信的時延并不收斂，鏈路狀態(tài)變化導(dǎo)致的時延波動甚至遠超過隊列及擁塞帶來的影響。其次，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端主要為智能移動終端，操作系統(tǒng)以Android、IOS為主，通信數(shù)據(jù)主要以交互式數(shù)據(jù)為主，塊流量較少，且絕大部分的數(shù)據(jù)報不攜帶時間戳。最后，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的接入側(cè)是區(qū)域內(nèi)用戶共享的，引起時延波動的主要因素不僅限于路由隊列，同時鏈路速率及帶寬變化也使時延波動更加復(fù)雜[9]，時延分布不能用簡單的函數(shù)模型或門限函數(shù)進行預(yù)測判斷。

2 測量方法

2.1 基本測量思路

當(dāng)前，提供互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)類型主要為3G/4G網(wǎng)絡(luò)，本文下述提到的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)也主要是指3G/4G網(wǎng)絡(luò)。圖1為用戶終端通過移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)示意圖。用戶終端設(shè)備UE(User Equipment)通過空中的無線信號與基站進行交互。基站和運營商的核心網(wǎng)絡(luò)負責(zé)用戶的接入、計費、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。

圖1 移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

被動測量點設(shè)置在互聯(lián)網(wǎng)的骨干結(jié)點或運營商的核心網(wǎng)。用戶終端到測量點之間的網(wǎng)絡(luò)可主要分為兩部分：終端到運營商核心網(wǎng)之間的接入網(wǎng)絡(luò)、運營商核心網(wǎng)到測量點的傳輸網(wǎng)絡(luò)。傳輸網(wǎng)絡(luò)一般采用光纖通信，時延主要受網(wǎng)絡(luò)隊列(網(wǎng)絡(luò)擁塞)的影響，符合傳統(tǒng)的時延分析模型。接入網(wǎng)絡(luò)是移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)區(qū)別最大的部分，受無線通信協(xié)議、鏈路速率、鏈路負載等因素影響，與有線網(wǎng)絡(luò)有較大的差別。移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，接入網(wǎng)絡(luò)的屬性是影響時延測量結(jié)果的重要因素。

在3G/4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，用戶終端并不是一直處于高速通信狀態(tài)，一定范圍內(nèi)的終端共用有限的無線資源(頻率、時隙)。為了保證無線資源能合理地分配給有數(shù)據(jù)傳輸需求的用戶，蜂窩網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議中包含了一個獨特的模塊——無線電資源控制器Radio Resource Control(RRC)來動態(tài)的分配無線鏈路[10]。設(shè)備在傳輸數(shù)據(jù)時建立無線鏈路，在沒有數(shù)據(jù)傳輸時釋放無線鏈路，這樣既能滿足用戶的通信需求，又可以合理地利用無線通信資源，這就是RRC的設(shè)計思路。RRC的主要作用是在無線通信過程中為協(xié)議上層提供來自網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的無線資源參數(shù)，同時控制下層的參數(shù)和行為，對無線資源進行分配并發(fā)送相關(guān)信令。

在移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，RRC狀態(tài)代表著鏈路的狀態(tài)，其中對網(wǎng)絡(luò)時延有較大影響的RRC狀態(tài)有兩種：空閑態(tài)(RRC_IDLE)、連接態(tài)(RRC_CONNECTED)?？臻e態(tài)也稱睡眠態(tài)，表示終端長時間無數(shù)據(jù)傳輸時，無線鏈路被釋放后的狀態(tài)。此時若上層(TCP/IP)有網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，需先通過RRC信令建立無線鏈路，轉(zhuǎn)換成連接態(tài)，數(shù)據(jù)報才能得以傳輸。連接態(tài)也稱激活態(tài)，用戶占有無線鏈路資源，此時若有網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，數(shù)據(jù)可通過無線鏈路正常收發(fā)。一些移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的連接態(tài)還分為高速連接(CELL_DCH)和低速連接(CELL_FACH)等狀態(tài)，代表不同數(shù)量的鏈路資源和網(wǎng)絡(luò)通信速率。RRC處于不同狀態(tài)，時延構(gòu)成不同，測量得到的網(wǎng)絡(luò)時延也會有較大的差異。因此，在時延測量過程中，需對RRC處于不同狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)時延分別進行測量。

2.2 空閑態(tài)時延測量方法

移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端在特定的時間內(nèi)無數(shù)據(jù)傳輸時，無線鏈路會被釋放，RRC轉(zhuǎn)換為空閑態(tài)，空閑態(tài)時延便是指此時傳輸數(shù)據(jù)報所產(chǎn)生的時延。空閑態(tài)時延由無線鏈路建立過程引起的時延和鏈路傳輸所需的時延構(gòu)成。不同的運營商網(wǎng)絡(luò)，RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)換的時間閾值不完全相同。

在終端無其他數(shù)據(jù)傳輸?shù)臈l件下，間隔不同的時間，采用主動ping的方法，測量不同運營商網(wǎng)絡(luò)終端到某骨干網(wǎng)結(jié)點的往返時延。當(dāng)ping間隔大于某個閾值時，RRC在間隔時間內(nèi)轉(zhuǎn)換為空閑態(tài)，測量得到的往返時延會明顯增大，這個閾值便是運營商網(wǎng)絡(luò)的RRC轉(zhuǎn)換閾值。ping間隔大于閾值測得的時延即為空閑態(tài)時延，小于閾值即為連接態(tài)時延，不同運營商網(wǎng)絡(luò)的RRC轉(zhuǎn)換的時間參數(shù)并不完全一致。對國內(nèi)常用的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)進行測量，ping發(fā)送間隔和往返時延測量值的關(guān)系如圖2所示。

圖2 移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)ping間隔和往返時延關(guān)系

圖2中還可以看出實驗過程中測量得到的三大運營商3G/4G網(wǎng)絡(luò)的空閑態(tài)轉(zhuǎn)換閾值如表1所示。

表1 RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)換閾值

移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)終端主要以智能手機終端為主，從用戶角度分析，其流量大致可以劃分為用戶操作產(chǎn)生的交互流量和用戶無操作時的背景流量。交互流量主要是指用戶主動打開操作APP應(yīng)用產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量，例如用戶瀏覽新聞、觀看視頻產(chǎn)生的流量。背景流量主要是指終端休眠時，后臺APP服務(wù)產(chǎn)生的背景業(yè)務(wù)流量，例如即時通信軟件的消息推送、郵件查詢等行為產(chǎn)生的流量，這類流量具有周期性、離散性等特點。

交互流量中，數(shù)據(jù)頻繁傳輸，用戶需要高速的數(shù)據(jù)服務(wù)，此時RRC基本處于連接態(tài)。背景流量中，終端處于休眠狀態(tài)，正常的APP應(yīng)用需考慮流量資費和手機電量消耗的等因素，會將周期性的傳輸任務(wù)間隔至數(shù)分鐘，此時RRC大多處于空閑態(tài)?？臻e態(tài)時延測量主要以背景流量為研究對象。日常生活中，手機終端使用愈發(fā)頻繁，但終端處于休眠態(tài)，無人機交互的時間仍遠遠大于人機交互的時間，因此盡管背景流量較為稀疏，但持續(xù)時間相對較長、有一定的周期，被動測量時成功采樣的概率較大。

圖3標識了空閑態(tài)時延測量的典型架構(gòu)，在終端與服務(wù)器保持TCP連接，但一段時間內(nèi)持續(xù)無數(shù)據(jù)傳輸，RRC轉(zhuǎn)換為空閑態(tài)后傳輸?shù)谝粋€數(shù)據(jù)報的往返時延可表示空閑態(tài)時延，其包含了鏈路建立產(chǎn)生的RRC時延和鏈路傳輸時延。

圖3 空閑態(tài)時延測量

數(shù)據(jù)報往返時延的計算主要依據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的數(shù)據(jù)報觸發(fā)關(guān)系，目前已有較多的研究成果[11]，本文不再討論，統(tǒng)一將觸發(fā)報文記為pkttigger，其回應(yīng)數(shù)據(jù)報記為pktresp，如果其滿足條件：

fretry(pkttigger)=fretry(pktresp)=0

(1)

ftime(pkttigger)-ftime(pkttigger-1)>t

(2)

則可計算空閑態(tài)時延采樣為：

Delaypkt=ftime(pktresp)-ftime(pkttigger)

(3)

式中:fretry獲取指定數(shù)據(jù)報的重傳次數(shù)；ftime獲取指定數(shù)據(jù)報的捕獲時間；pkttigger-1是在傳輸pkttigger數(shù)據(jù)報前，源地址發(fā)送或接收的上一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報；t是相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間的臨界值。式(1)要求數(shù)據(jù)報pkttigger與pktresp無重傳，排除可疑采樣，式(2)要求數(shù)據(jù)報pkttigger與前一個數(shù)據(jù)報pkttigger-1的間隔時間落在區(qū)間(t,+∞)中，即保證pkttigger發(fā)送時RRC處于空閑態(tài)。

實際網(wǎng)絡(luò)測量過程中，并不一定能將終端所有的流量捕獲到，經(jīng)常會出現(xiàn)漏掉少部分流量的情況，例如局域網(wǎng)通信的數(shù)據(jù)報等，此時滿足式(2)約束的數(shù)據(jù)報的RRC狀態(tài)可能不是空閑態(tài)，而是連接態(tài)。因此，需要對結(jié)果進行適當(dāng)?shù)倪^濾。由于RRC處于空閑狀態(tài)的時延會明顯大于處于連接態(tài)的時延，這里采用K-means聚類算法，將測量得到的結(jié)果分成兩類，過濾掉取值小的一類，將取值較大的一類作為空閑態(tài)時延的有效采樣。

2.3 連接態(tài)時延測量方法

RRC處于連接態(tài)時，占有數(shù)據(jù)鏈路，數(shù)據(jù)可以及時發(fā)送，但在移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)共享式的無線環(huán)境中，用戶分配得到的無線資源是有限的，這使得接入網(wǎng)絡(luò)在上下行速率上都受到一定的限制。如果遇到大量突發(fā)的傳輸任務(wù)，數(shù)據(jù)在終端與基站之間就可能產(chǎn)生較大的隊列時延，甚至產(chǎn)生擁塞。與有線網(wǎng)絡(luò)不同，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)擁塞主要產(chǎn)生在當(dāng)前用戶分配的無線鏈路上，一般不會對基站連接的其他用戶產(chǎn)生影響。有線網(wǎng)絡(luò)擁塞瓶頸在路由轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上，這會對該設(shè)備下接入的所有用戶產(chǎn)生影響。有線網(wǎng)絡(luò)考慮的擁塞因素是大量網(wǎng)絡(luò)用戶的整體行為導(dǎo)致，有較好的統(tǒng)計特征(例如高斯分布)，而移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的擁塞因素主要有當(dāng)前終端用戶導(dǎo)致，個體行為影響較大。因此移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的中終端連接態(tài)時延分布不能使用簡單的函數(shù)預(yù)測。

移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信的鏈路帶寬瓶頸，使得傳輸需求小于該瓶頸時，測量得到的往返時延接近于通信鏈路時延，反之，如果需求瞬時大于該瓶頸值，則測量得到的時延會受到排隊時延的影響[12]。網(wǎng)絡(luò)帶寬和時延是網(wǎng)絡(luò)的兩個不同層面的重要指標，在流量分析的過程中，時延的被動式測量要盡量去除網(wǎng)絡(luò)帶寬限制(網(wǎng)絡(luò)負載變化)的影響，需要對測量得到的時延進行過濾，選擇合適的時延采樣代表通信鏈路時延。本文通過設(shè)置閾值N對時延采樣進行有效性判斷，考察觸發(fā)報文pkttigger及其回應(yīng)數(shù)據(jù)報pktresp之間的一段時間內(nèi)，源地址傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報數(shù)量是否小于N，作為此次時延是否有效的條件。

圖4標識了連接態(tài)時延測量的典型架構(gòu)，對于所示流量中包含的觸發(fā)數(shù)據(jù)報pkttigger及對其回應(yīng)的數(shù)據(jù)報pktresp，如果其滿足條件：

fretry(pkttigger)=fretry(pktresp)=0

(4)

findex(pktresp-findex(pkttigger)≤N

(5)

則計算空閑態(tài)時延采樣為：

Delaypkt-ftime(pktresp)-ftime(pkttigger)

(6)

式中：findex為獲取指定數(shù)據(jù)報在流量文件中的序號的函數(shù)，這里的流量文件是指該特定源地址發(fā)送和接收的流量，如果獲取的流量中包含多個源地址，需先將獲得流量依源地址切分成不同的流量文件。fretry獲取指定數(shù)據(jù)報的重傳次數(shù)，ftime獲取指定數(shù)據(jù)報的捕獲時間，N是一個大于0的常量。

式(5)要求觸發(fā)/回應(yīng)數(shù)據(jù)報之間該源地址傳輸?shù)膱笪臄?shù)量不大于N，此時不僅僅考慮當(dāng)前連接，而是考慮該終端的所有網(wǎng)絡(luò)行為。如果網(wǎng)絡(luò)繁忙，觸發(fā)/回應(yīng)包間可能仍會傳輸大量的數(shù)據(jù)報，否則可能處于等待應(yīng)答狀態(tài)。觸發(fā)/回應(yīng)數(shù)據(jù)報之間無數(shù)據(jù)報傳輸，不能表示網(wǎng)絡(luò)沒有發(fā)生擁塞，但N越小，網(wǎng)絡(luò)擁塞的概率越小，樣本的可信度越大，但采樣率較??；反之，N越大，采樣率越大，但網(wǎng)絡(luò)擁塞的概率也越大，樣本可信度越小。實驗中選擇合適的N值，獲得可接受的采樣率的同時要盡量排除擁塞的影響。

圖4 連接態(tài)時延測量

3 測量實驗

實驗中的測量點是位于IDC骨干結(jié)點上的一臺服務(wù)器，為獲取終端產(chǎn)生的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)流量，如圖5所示，在服務(wù)器上搭建了SOCK代理平臺，手機終端安裝代理軟件，通過代理平臺訪問互聯(lián)網(wǎng)。服務(wù)器環(huán)境為CentOS 6.5，CPU為六核E5-2603(1.6 GHz)，100 M獨享帶寬。實驗終端接入中國聯(lián)通4G提供的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)，采用其他類型的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)也能得到一致的結(jié)果。

圖5 時延測量實驗架構(gòu)

實驗終端為真實用戶的手機，手機操作系統(tǒng)類型為Android。連接態(tài)時延測量過程中，主動模式和被動模式的測量使用相同的手機終端?？臻e態(tài)時延測量過程中，主動測量會改變終端的數(shù)據(jù)鏈路狀態(tài)，從而影響被動測量的結(jié)果，因此使用不同的手機終端。被動測量的流量來自于用戶實際產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，主動測量的結(jié)果來源于構(gòu)造特定條件下的ping包測得的往返時延。為驗證被動測量方法的準確性，將被動測量結(jié)果和同時段的主動測量結(jié)果進行比對。

圖6是分別通過主動、被動模式測量得到的空閑態(tài)時延累積分布。主動測量中ping包間隔和被動測量中使用閾值t都設(shè)為10 s,主動及被動的測量結(jié)果都是經(jīng)過聚類算法過濾后得到的時延值。

圖6 中國聯(lián)通4G空閑態(tài)時延測量累積分布

當(dāng)鏈路處于空閑態(tài)時，中國聯(lián)通4G中使用被動模式測量得到的時延與主動測量得到的時延分布有很高的相似度。同時，被動模式測量得到的時延要略大于主動測量得到的時延，這是由于主動測量時的ICMP包的長度為64 B，要普遍小于被動模式測量所使用的數(shù)據(jù)報長度。實驗中被動模式測量所用的數(shù)據(jù)報文約為156 B。較大的數(shù)據(jù)報在無線傳輸時可能會產(chǎn)生較大的傳輸時延。

圖7顯示，連接態(tài)時延被動測量中：取N=1時，采樣率過低，樣本對總體的代表性不足，與主動的測量結(jié)果偏離較大；取N=10時，網(wǎng)絡(luò)擁塞的影響較大，與主動的測量結(jié)果偏離也較大；取N=5時，計算得到的時延分布與主動測量得到的結(jié)果有很高的相似度。這說明：N較小時，理論上與主動測量結(jié)果的相似度較高，但時延的采樣率相對較小，致使測量結(jié)果產(chǎn)生偏差；N較大時，可以獲得較多的時延采樣，但負載影響較大，與主動的測量結(jié)果也會有較大的偏差，網(wǎng)絡(luò)負載越重時偏差越明顯，因此測量過程中還要依據(jù)采樣率來確定合適的N值。

圖7 聯(lián)通4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接態(tài)時延測量累積分布

圖8可以看出，N值與采樣率成正相關(guān)，實驗中還發(fā)現(xiàn)，終端用戶產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)流量中，使采樣率保持在15%～30%之間的N值，據(jù)此計算出的連接態(tài)時延可獲得較高的準確性。

圖8 采樣率與N值關(guān)系圖

4 結(jié) 語

本文分析了移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)時延的影響因素，從數(shù)據(jù)鏈路建立與釋放的角度，將時延分為空閑態(tài)時延和連接態(tài)時延，并提出了一種被動模式下的測量方法，可分別測量空閑態(tài)和連接態(tài)的時延。本文提出的被動測量方法可在不影響網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的情況下，對蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的時延進行測量，適于在移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)骨干結(jié)點上部署和應(yīng)用。

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ADELAYMEASUREMENTMETHODFORPASSIVEMODEINMOBILECELLULARNETWORKS

Zhou Ziyang1Wei Songjie2

(SchoolofComputerScienceandEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210094,Jiangsu,China)

Mobile cellular network and traditional wired network have great difference in delay model. Based on the characteristics of mobile cellular communication, this paper proposes a delay passive measurement method for mobile cellular networks. According to different states of RRC (Radio Resource Control) in the communication link layer, the network delay was divided into idle state delay and connected state extension. By analyzing the traffic flow of the measurement points in the backbone network, we calculated the round-trip time delay of RRC in different states to determine the validity. We measured the idle state delay and the link state delay between the terminals and the measurement points. Compared with the traditional measurement technology, this method is more precise and detailed for the delay measurement of the mobile cellular network, which has no effect on the user and has more practical application value. Experimental results show that the proposed method has higher measurement efficiency and accuracy.

Mobile cellular network RRC Network with time delay Passive measurement Traffic analysis

2017-03-02。國家自然科學(xué)基金面上項目(61472189)。周紫陽，碩士生，主研領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)安全。魏松杰，副教授。

TP393

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.11.027