CN101304345B - 用于自组织网络的介入式测量节点及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种用于自组织网络的介入式测量节点，包括应用层处理模块、UDP处理模块和IP处理模块，是一种能为其它节点路由和交换数据、并具备测量能力的网络节点，它能对其他节点的数据进行处理和重定向，能响应其它节点发起的测量请求，协助采集网络中不断变化的路由或其他信息，以供人们了解网络拓扑的瞬态和常态；当介入式测量节点为网络的中间节点时，能够根据IP选项内容对数据报文采取三种传输方式：直接转发、拷贝转发和处理转发，使得中间节点能够接收报文；介入式测量节点由其应用层处理模块的执行机构执行测量任务和获得网络/操作系统的支持，采集中间节点的网络性能信息附加到报文中向目的节点传送，完成自组织网络的介入式测量。

Description

用于自组织网络的介入式测量节点及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种网络测量方法，确切地说，涉及一种用于自组织网络的介入式测量节点及其测量方法，属于网络互联通信技术领域。

背景技术

自组织网络原来只是特指无线自组织网络(Ad hoc网络)，但是，随着P2P等具有明显自组织特性的网络出现，自组织网络的概念也逐渐宽泛化，不但包括通常所指的无线自组织网络，而且包括具有自组织特性的P2P文件传输网络。而且，战场网络(battlefield network)、车载网络(VANET)、传感器网络(SensorNetwork)等都属于无线自组织网络。无线自组织网络具有下述独特性能：

网络的独立性：相对于常规通信网络，自组织网络的最大区别是可以在任何时刻、任何地点，快速构建起一个通信网络。它的建立不依赖于现有的网络通信设施(如无线自组织网络)，或现有的网络无法感知其存在(如P2P网络)，具有一定的独立性。

网络拓扑结构处于动态变化中：在无线自组织网络中，移动节点可以在网中随意移动。节点的移动会导致节点之间的链路增加或消失，节点之间的关系不断发生变化。在P2P网络中也是如此，节点能够自由地加入或退出，造成了网络拓扑的变化较为频繁。因此，自组织网络的拓扑结构处于不断的变化中，而且，变化的方式和速度都是不可预知的。如何评价自组织网络的稳定性，也将成为一个研究的热点。

网络节点具有中转数据的能力：在自组织网络中，各个节点在发送和接收数据的同时，还能够为其它节点中转、路由和交换数据。

网络的分布式特性：在自组织网络中没有中心控制节点，主机通过分布式协议互联。一旦网络的某个或某些节点发生故障，其余的节点仍然能够正常工作。由于当前的大多数通信系统，包括电信通信网络和部分Internet的服务都是集中式的，所以对当前网络的许多功能必须重新设计，才能够应用于分布式环境中。例如，寻址和认证。

由于无线自组织网络的拓扑架构始终处于动态变化中，使得如何为其部署测量探针带来了很大难度。例如(参见图1)，要在无线自组织网络中部署两台移动测量设备A、B，就很难保证这两台移动测量设备A、B能够随时跟随着被测目标节点A、B一起移动。实际上，有线的自组织网络也存在同样问题。如P2P网络，因其网络节点能够自由地加入或退出，没有相对稳定的网络拓扑结构，同样也很难部署测量探针。因此，如果被测节点能够具备自动执行测量的功能，即将测量设备的测量软件内置于测量目标节点，就不会存在测量设备无法紧跟着测量目标节点移动的情况了。

另外，在进行无线自组织网络的端到端测量过程中，难以获得被测路径上不固定存在的中间节点的网络性能信息，例如路由信息等。对于现有的测量技术，若需获得中间节点的信息，就要将预定的测量协议或测量部件事先部署到中间节点上。然而，自组织网络的网络拓扑处于动态变化中，不可能实现预先部署。所以，现有的测量技术，已经不能满足在动态变化的自组织网络中，获取某条路径上中间节点瞬时信息的需求。

例如，IPMP协议(一种路由器协作的主动测量协议)需要在路由器上预先部署IPMP协议，该路由器才能参与到测量中来。而在自组织网络中，没有专门的交换和路由设备，完全由移动节点自己来完成路由和交换数据的功能。即它们在作为一个终端节点完成发送和接收数据的任务的同时，也为其他网络节点充当中转路由器和交换设备的角色。

因此，由于链路上的路由交换设备处于不断地动态变化的状态中，根本无法预测哪些节点会担当测量目标节点的中继设备，也就无法部署或执行现有的类似于IPMP协议，即依赖于路由器的参与和协作来进行主动测量的测量协议来获得有效的中间节点的信息。

综上所述，目前还没有获得对自组织网络的动态中间节点的网络性能进行测量的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于自组织网络的介入式测量节点及其测量方法，该介入式测量节点作为一种新的测量装置，为解决自组织网络中的测量探针难以部署、被测路径上没有固定设置的中间节点、从而难于获得中间节点的网络性能信息等问题，提供了一种新的、行之有效的测量机制，即介入式测量，并引入了可交互网络概念，以各个节点之间进行交互的反馈互动方式，为自组织网络提供一种新的测量方法；且该测量方法也可作为一种新的测量模式应用于其他通信网络。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于自组织网络的介入式测量节点，其特征在于：所述介入式测量节点是一种能够为其它节点路由和交换数据、并且具备测量能力的网络节点，该介入式测量节点能够对其他节点的数据进行处理和重定向，能够响应其它节点发起的测量请求，协助采集网络中不断变化的路由信息或其他信息，以供人们了解网络拓扑的瞬态和常态；所述介入式测量节点包括下述软件功能模块：

应用层处理模块，由收发模块和执行机构所组成，其中收发模块负责完成数据传输和交换，执行机构负责执行和完成介入式测量数据报文中携带的包括单向和双向时延、单向和双向丢包、瓶颈带宽的测量任务；

UDP处理模块，负责读取和设置与IP层通信的控制信息；

IP处理模块，负责设置和读取IP选项中的标志位，控制介入式测量数据报文的流向；即当该介入式测量节点作为网络的中间节点时，该IP处理模块根据IP选项内容对数据报文采取下述三种传输方式：

直接转发(DT，Direct Transfer)，中间节点对数据不做任何处理，在网络层直接将数据路由到下一个目的节点，或在数据链路层直接将其交换到下一个输出端口；

拷贝转发(CT，Copy Transfer)，中间节点截获来自上游节点发来的数据后，在转发或交换出去之前，先在IP层拷贝一份，并将该拷贝直接向上发送到应用层，原IP数据包则继续向前发送；

处理转发(MT，Modify Transfer)，中间节点截获来自上游节点发来的数据，将该数据报文中的可读信息剥离出来进行分析处理后，再决定如何处理该数据；该方式不但能够修改数据报文的目的地址和涉及寻址、定向的控制信息，而且能对数据报文中携带的数据信息进行处理、添加、删减：若修改报文的目的地址，即对该报文进行重定向操作；若对报文的数据信息进行处理，则将自己感知到的网络状况写入到由其转发的数据报文中，从而采集到被测路径上不固定存在的中间节点的网络性能信息；且在处理转发过程中，能够根据处理结果，生成其它的与所述报文原始版本不同的新报文，衍生和变换出报文的其他转发方式。

所述介入式测量节点藉由网络中的各个介入式测量节点之间相互反馈、通力合作，共同完成测量行为；并对上游节点的控制做出响应，动态收集网络性能信息，这些测量节点构成的网络形态是交互式的，被称之为“可交互网络”；所述可交互网络中的各个测量节点根据其本身收集到的其它节点的反馈信息，来指导其之后的行为和动作。

所述介入式测量节点使用的数据结构是在应用数据报文的IP头部的IP选项中和应用层数据报头部分别增设标志位，其中IP选项中的标志位是传递数据的中间节点在IP层判断采取哪种方式传输和处理数据的依据，应用层数据报头中的标志位则由测量节点中的UDP处理模块负责处理，用于在IP选项中设置标志位；应用层数据包的数据中还携带使用介入式测量方法能够执行的包括单向和双向时延，单向和双向丢包，瓶颈带宽的测量任务。

所述应用层处理模块中的执行机构设有下述结构，以形成节点处理报文的能力：

核心层，作为执行机构的处理中心，用于完成从词法分析到语义分析完整的编译、解释功能，并负责执行包括数组、循环、过程命令的内建命令的功能；

应用扩展层，负责执行包括发送测量报文、执行测量任务、统计测量结果的具体测量命令；

通用扩展层，负责对获取当前节点的IP地址、获取当前时间的网络和操作系统的通用操作的处理。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用上述介入式测量节点的测量方法，其特征在于：用户给源节点输入一个测量任务，开始进行的测量操作包括下列步骤：

(1)在源端节点：执行机构执行测量任务，进行开始测量的操作：创建应用层数据包，分别设置应用层数据报头、UDP报文头和IP报文头，建立连接；

(2)在中间节点：如果该节点支持介入式测量方式，则该节点根据报文中的IP选项中的标志位：直接转发DT、拷贝转发CT或处理转发MT，分别执行相应的传输方式，执行机构执行测量任务，进行采集中间节点信息的操作；如果该节点不支持介入式测量方式，将该报文直接转发给下一节点；

(3)在目的节点：不再查看IP选项，直接将报文交付上层处理，然后，由执行机构执行测量任务，完成协助测量的操作或结束测量的操作。

所述步骤(1)进一步包括下列操作内容：

(11)执行机构开始进行测量操作：执行机构先要判断出当前节点是源节点，且当前时间不早于在测量任务中指定的测量开始时间，才开始进行测量；

(12)应用层处理模块中的收发模块创建应用层数据包，设置应用层数据报文头，并在该数据报文头中设置下述三种类型之一的标志位：直接转发DT、拷贝转发CT和处理转发MT；然后，将数据包递交给传输层；

(13)UDP处理模块在应用层数据包外添加UDP报文头，再查看应用层数据报文头，根据其中的标志位创建从UDP到IP的控制信息，将该标志位中携带的DT、CT或MT的控制信息和数据包一起传递给IP层；

(14)IP处理模块在传输层数据包外添加IP报文头，再根据收到的UDP控制信息，设置IP报文中的选项字段的标志位为DT、CT或MT后，将数据包发向网络。

所述步骤(2)中，如果该节点支持介入式测量方式，则进一步包括下列操作内容：

(21)该节点的IP处理模块先查看IP选项中的标志位，若为直接转发DT，则执行对应的路由协议，为数据报文寻找下一跳节点；若为拷贝转发CT，则将数据报文复制一份，递交上层，同时将原报文转发出去；若为处理转发MT，则将报文直接递交上层，等待上层处理结束，交还IP层后，再向前转发；

(22)对MT数据包和CT的拷贝数据包先创建从IP到UDP的控制信息，以便将数据包递交UDP传输层；UDP传输层为该数据包设置端口号后，即将其递交应用层；

(23)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，交给执行机构，由执行机构先判断当前节点是否为中间节点，如果是中间节点，则执行机构采集中间节点的网络性能信息，如能够获得该中间节点的路由表，需要将该路由表添加到报文的相应字段中；如果不是中间节点，结束该流程操作；

(24)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，若为拷贝转发CT，则对该报文中携带的信息进行相应处理后丢弃；若为处理转发MT，则再向下层发送，即交还给IP层网络向前转发。

所述步骤(3)进一步包括下列操作内容：

(31)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，交给执行机构，由执行机构对该报文中携带的测量任务执行相关操作；

(32)执行机构先判断当前节点为目的节点后，再判断当前时间是否早于测量结束时间；如果满足该条件，则执行机构进行协助测量的操作：在测量包括单向时延或单向丢包的单向网络性能信息时，统计测量结果；在测量包括双向时延或双向丢包的双向网络性能信息时，将测量数据报文发回给源节点，以供源节点统计测量结果；

(33)执行机构继续判断当前时间是否晚于测量结束时间，以便执行结束测量任务的操作，并拆除连接。

本发明介入式测量节点的优点是：结构简单，使用便利，工作可靠，其中的执行机构设置有编译、解释机构及对其测量功能的扩展、对网络/操作系统调用的封装。并在该基础上形成节点处理报文的能力。作为一种创新的测量装置，为解决自组织网络中的测量探针难以部署、被测路径上没有固定设置的中间节点、从而难于获得网络性能信息等许多难题，提供了一种新的、行之有效的测量机制：介入式测量，并引入了可交互网络概念，以各个节点之间进行交互的反馈互动方式，为自组织网络提供一种新的介入式测量方法。其中转发方式的改变使得中间节点能够收到报文，加上执行机构能够提供测量和网络/操作系统的支持，使得本发明介入式测量节点能将其节点采集到的网络测量信息(如，路由表信息等)附加到报文中向目的节点传送。

本发明测量方法具有以下特点：三种传输方式的跨层性，通过在传输层查看应用层报文头设置的标志位，并向IP传输层传递控制信息设置IP选项的方式，达到根据应用层协议报文的内容设置IP选项的跨层控制。IP层需要先查看IP选项再运行路由协议。应用层则由其执行机构对数据进行处理。而且，该测量方法也可作为一种新的测量模式应用于其他通信网络。

附图说明

图1是测量设备很难保证跟随被测节点一起移动的示意图。

图2是本发明介入式测量节点结构组成示意图。

图3是本发明介入式测量节点中的执行机构结构组成示意图。

图4是本发明介入式测量节点使用的数据结构组成图。

图5是本发明介入式测量节点执行介入式测量的直接转发方式示意图。

图6是本发明介入式测量节点执行介入式测量的拷贝转发方式示意图。

图7是本发明介入式测量节点执行介入式测量的处理转发方式示意图。

图8是本发明介入式测量节点执行介入式测量方法的操作步骤流程图。

图9是本发明介入式测量节点执行介入式测量方法中的源节点操作流程图。

图10是本发明介入式测量节点执行介入式测量方法中的中间节点流程图。

图11是本发明介入式测量节点执行介入式测量方法中的目的节点流程图。

图12本发明介入式测量节点中的执行机构操作流程图。

图13是本发明进行介入式测量的一实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明提出一种新的测量体系架构，下面先介绍本发明涉及的概念“介入式测量”的应用来源。所谓“介入式”是相对于“非介入式”而言的，现有的网络节点基本都属于“非介入式”测量节点。

本发明用于自组织网络的介入式测量节点，是一种能够为其它节点路由和交换数据、并且具备测量能力的网络节点，该介入式测量节点能够对其他节点的数据进行处理和重定向，能够响应其它节点发起的测量请求，协助采集网络中不断变化的路由信息或其他信息，以供人们了解网络拓扑的瞬态和常态。如果节点无法“介入”到网络中，就无法参与到网络的数据传输，更不能完成其测量任务。

参见图2，介绍介入式测量节点的结构组成，它包括下述软件功能模块：

应用层处理模块，由收发模块和执行机构所组成，其中收发模块负责完成数据传输和交换，执行机构负责执行和完成介入式测量数据报文中携带的包括单向和双向时延、单向和双向丢包、瓶颈带宽的测量任务；

UDP处理模块，负责读取和设置与IP层通信的控制信息；

IP处理模块，负责设置和读取IP选项中的标志位，控制介入式测量数据报文的流向。

参见图3，介绍本发明应用层处理模块中的执行机构的功能软件组成架构，以便以此能够实现节点处理报文的能力，执行和完成数据包中携带的测量任务：

核心层，它是执行机构的处理中心，用于完成从词法分析到语义分析完整的编译、解释功能，并负责执行内建命令(包括数组、循环、过程命令等)的功能；

应用扩展层，负责对包括发送测量报文、执行测量任务、统计测量结果的具体测量命令的执行、操作；

通用扩展层，负责对获取当前节点的IP地址、获取当前时间的网络和操作系统应用的通用操作的处理。

需要说明的是，执行机构必须获取当前节点的IP地址和操作系统当前的时间，然后据此，才能够控制测量命令的正确执行。例如，测量单向时延和双向时延：测量双向时延的目的节点需要执行将报文往回发送的功能，再由源节点统计时延值；而测量单向时延时，直接由目的节点统计时延值。因此，当节点收到报文时，执行机构先要判断是执行记录时延值的操作，还是执行将报文发回给源节点的操作；为此，必需知道该节点的IP地址来进行判断。又如，获取当前IP地址来判断是否为中间节点，从而决定是否要采集该节点的路由信息；并将获取的路由信息，附加到介入式测量报文的末尾传送出去。

本发明的该执行机构具有下述性能：

健壮性，在网络数据报文较多的情况时仍然能正常工作；

无状态性，报文到达的先后次序不影响最终的执行结果；

无记忆性，只根据当前到达的数据包中的数据或该数据中标明的状态，判断对该数据应该选择执行的分支操作，对此前到达的任何数据不作存储处理；

能够对接收到的数据和代码的副本进行修改，并能够将新生成的数据和代码放到报文中，发给下一个节点；

一定的实时性能。以保证该执行机构的工作效率，优化自身的运行机制。

因为在每个转发数据的中间节点(包括不参与测量的中间节点)，都需要执行报文中携带的控制命令，以判决自己是否要做出动作响应。这样势必对网络中的数据包传播时延造成一定的影响。因此，执行机构必需提供一定的实时性，以保证其运行效率，加快执行速度，优化自身的运行机制。也只有在保证执行机构具备上述性能的前提下，由该节点的执行机构参与的包括时延或其它对时间开销较为敏感的参数的测量结果才有实用价值和意义。否则，只能将相关节点处于直接转发的工作方式(即不需执行机构参与的模式下)。

本发明的介入式测量节点藉由网络中的多个同样的介入式测量节点之间相互反馈、通力合作，共同完成测量行为；并对上游节点的控制做出响应，动态收集网络性能信息，这些测量节点构成的网络形态是交互式的，被称之为“可交互网络”。另外，该可交互网络中的各个测量节点根据其本身收集到的其它节点的反馈信息，来指导其之后的行为和动作。这种反馈交互方式，不论对网络性能信息的采集，或是无线网络中的服务质量QoS都是极有意义的。

由于介入式测量方法使得网络的中间节点参与到数据流的转发中，因此，流的有向边变得很丰富。因此，本发明介入式测量节点作为网络的中间节点时，它将根据数据包中的IP选项内容对数据报文采取下述三种传输方式：

直接转发Direct Transfer(参见图5)：与非介入式测量节点一样，数据流的中间节点对数据不做任何处理，在网络层直接将数据路由到下一个目的节点，或在数据链路层直接将其交换到下一个输出端口。

拷贝转发Copy Transfer(参见图6)，与非介入式测量不同，中间节点截获来自上游节点发来的数据后，在转发或交换出去之前，先在IP层拷贝一份，并将该拷贝向上发送到应用层，原IP数据包则继续向前发送；

处理转发Modify Transfer(参见图7)，与非介入式测量不同，中间节点截获来自上游节点发来的数据，将该数据报文中的可读信息剥离出来进行分析处理后，再决定下一步如何处理该数据。该方式不但能够修改数据报文的目的地址和涉及寻址、定向的控制信息，而且能对数据报文中携带的数据信息进行处理、添加、删减：若修改报文的目的地址，即对该报文进行重定向操作；若对报文的数据信息进行处理，则将自己感知到的网络状况写入到由其转发的数据报文中，从而采集到被测路径上不固定存在的中间节点的网络性能信息；且在处理转发过程中，能够根据处理结果，生成其它的与所述报文原始版本不同的新报文，衍生和变换出报文的其他转发方式，也就对该转发方式实现了功能扩展。

通过这种转发方式，使得人们能够采集到被测路径上，不固定存在的中间节点的网络性能信息。因为，在移动的中间节点为数据源节点路由、交换数据的同时，也将自己感知到的网络状况，写入了它转发的数据报文中。

为了实现上述三种转发方式，必须获得沿途各个节点的支持，需要数据传送时经过的节点，在执行具体的路由协议选路、转发数据之前，根据IP选项来决定数据的转发方向。

为此，本发明介入式测量方法的数据结构是在应用数据报文的报文头部增设标志位，以区别三种不同的转发方式。执行测量任务的用户正是通过设置应用数据报文头部的标志位，来控制采用哪种转发方式进行测量。

参见图4，介绍本发明数据报文的结构组成：在应用数据报文的IP头部和应用层数据报头部分别增设标志位，其中IP选项中的标志位是传递数据的中间节点在IP层判断采取哪种方式传输和处理数据的依据，应用层数据报头中的标志位则由测量节点中的UDP处理模块负责处理，用于在IP选项中设置标志位，IP选项内容是传递数据的中间节点在IP层判断采取哪种方式传输和处理数据的依据。应用层数据包的数据中还携带使用介入式测量方法能够执行的包括单向和双向时延，单向和双向丢包，瓶颈带宽的测量任务。

本发明还提供了一种采用介入式测量节点的测量方法，参见图8，介绍当用户给源节点输入一个测量任务，开始进行的测量操作所包括的下列步骤：

步骤1、在源端(数据的发送节点)：执行机构执行测量任务，进行开始测量的操作：创建应用层数据包，分别设置应用层数据报头、UDP报文头和IP报文头，建立连接。

参见图9，介绍该步骤1的具体操作内容：

(11)执行机构开始进行测量操作：执行机构先要判断出当前节点是源节点，且当前时间不早于在测量任务中设定的测量开始时间，才开始进行测量；

(12)应用层处理模块中的收发模块创建应用层数据包，设置应用层数据报文头，并在该数据报文头中设置下述三种类型之一的标志位：直接转发DT(Direct Transfer)、拷贝转发CT(Copy Transfer)和处理转发MT(ModifyTransfer)；然后，将数据包递交给传输层；

(13)UDP处理模块在应用层数据包外添加UDP报文头，再查看应用层数据报文头，根据其中的标志位创建从UDP到IP的控制信息，将该标志位中携带的DT/CT/MT的控制信息和数据包一起传递给IP层；

(14)IP处理模块在传输层数据包外添加IP报文头，再根据收到的UDP控制信息，设置IP报文中的选项字段的标志位为DT、CT、或MT后，将数据包发向网络(可用UDP或TCP，这里以UDP为例)。

步骤2、在数据传送过程中的中间节点：在节点的IP层先比较它是否到达目的节点；然后，如果该节点支持介入式测量方式，则该节点根据报文中的IP选项中的标志位：DT/CT/MT，分别执行相应的传输方式，并由执行机构执行测量任务；如果该节点不支持介入式测量方式，将该报文直接转发给下一节点。

当节点支持介入式测量方式，参见图10，介绍该步骤2的具体操作内容：

(21)该节点的IP处理模块先查看IP选项中的标志位，若为直接转发DT，则执行对应的路由协议，为数据报文寻找下一跳节点；若为拷贝转发CT，则将数据报文复制一份，递交上层，同时将原报文转发出去；若为处理转发MT，则将报文直接递交上层，等待上层处理结束，交还IP层后，再向前转发；

(22)对MT数据包和CT的拷贝数据包先创建从IP到UDP的控制信息，以便将数据包递交UDP传输层；UDP传输层为该数据包设置端口号后，即将其递交应用层；

(23)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，交给执行机构，由执行机构对该报文中携带的测量任务执行相关操作后，将测量结果添加到报文的相应字段中；

(24)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，若为拷贝转发CT，则对该报文中携带的信息进行相应处理后丢弃；若为处理转发MT，则再向下层发送，即交还给IP层网络向前转发。

步骤3、在目的节点：不再查看IP选项，直接将报文交付上层处理，然后，由执行机构执行测量任务，对该报文中携带的命令或可执行代码完成协助测量的操作或结束测量的操作。参见图12，介绍该步骤3的具体操作内容：

(31)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，交给执行机构，由执行机构对该报文中携带的测量任务执行相关操作；

(32)执行机构先判断当前节点为目的节点后，再判断当前时间是否早于测量结束时间；如果满足该条件，则执行机构进行协助测量的操作：在测量包括单向时延或单向丢包的单向网络性能信息时，统计测量结果；在测量包括双向时延或双向丢包的双向网络性能信息时，将测量数据报文发回给源节点，以供源节点统计测量结果；

(33)执行机构继续判断当前时间是否晚于测量结束时间，以便执行结束测量任务的操作，并拆除连接。

本发明已经在有关科研课题中进行了试验实施，实施过程中，首先搭建、实现了完整的介入式测量节点，并用该介入式测量节点进行了介入式测量方式的试验，在试验中，使用介入式测量方式在MANET网络中进行时延、丢包、瓶颈带宽等端到端网络性能测量，同时，该介入式中间节点能够对中转报文携带的介入式测量命令进行解读，自主地向中转报文填入路由表等网络状态信息，从而达到了获取中间节点的网络状况的发明目的。

实验的网络架构如图13所示，在网络中部署3台以上支持介入式测量的移动终端，数据传送方向如图中箭头所示。由测量源节点A向测量目标节点C发送数据，三台机器的移动符合随机路点模型。覆盖范围是只能覆盖相邻节点，不能跨节点覆盖。

在某个时刻，测量源节点A需要通过测量中间节点B向节点C发送数据。各个节点都支持介入式测量，中间节点能够将路由信息附加到测量报文的数据字段中而发送给目的节点。

例如，测量单向时延，并在沿途节点采集路由信息，转发方式为处理转发MT，传输层(可用UDP或TCP，这里以UDP为例)的具体流程如下：

在测量源节点A(数据的发送节点)，先创建测量报文，设置应用层数据报文头，并在报文头中设置标志位MT后，在该报文中记录发送的时间戳，再将数据包递交给传输层。

在传输层，添加UDP报文头；查看应用层数据的报文头，再根据标志位创建从UDP到IP的控制信息，将标志位中携带为MT的控制信息传递给IP层。

第三步是在IP层添加IP报文头；根据收到的控制信息，设置IP报文中的选项字段，并发向网络。

在测量中间节点B(数据的中间节点)，先在IP层查看IP选项：为处理转发MT，则将报文直接递交上层，等待上层处理结束并交还IP层后，再向前转发。因为IP选项设为MT，当报文递交给应用层，将调用执行机构解析并执行报文中携带的测量命令，获取当前路由表，并将其附加到报文的数据字段的末尾后，向目的节点发送。

到达测量目的节点C(数据的目的节点)，在IP协议查看目的地址时可知已到达目的节点，直接向上层递交，执行机构获取当前节点的IP地址，判断当前节点是为目的节点，则计算时延值(收到报文时间减发送报文时间)，并将时延值和路由表信息记录到结果文件中。

总之，本发明的实施试验是成功的，实现了发明目的。

Claims (8)

1.一种用于自组织网络的介入式测量节点，其特征在于：所述介入式测量节点是一种能够为其它节点路由和交换数据、并且具备测量能力的网络节点，该介入式测量节点能够对其他节点的数据进行处理和重定向，能够响应其它节点发起的测量请求，协助采集网络中不断变化的路由信息或其他信息，以供人们了解网络拓扑的瞬态和常态；所述介入式测量节点包括下述软件功能模块：

应用层处理模块，由收发模块和执行机构所组成，其中收发模块负责完成数据传输和交换，执行机构负责执行和完成介入式测量数据报文中携带的包括单向和双向时延、单向和双向丢包、瓶颈带宽的测量任务；

UDP处理模块，负责读取和设置与IP层通信的控制信息；

IP处理模块，负责设置和读取IP选项中的标志位，控制介入式测量数据报文的流向；即当该介入式测量节点作为网络的中间节点时，该IP处理模块根据报文IP选项内容对数据报文采取下述三种传输方式：

直接转发Direct Transfer，中间节点对数据不做任何处理，在网络层直接将数据路由到下一个目的节点，或在数据链路层直接将其交换到下一个输出端口；

拷贝转发Copy Transfer，中间节点截获来自上游节点发来的数据后，在转发或交换出去之前，先在IP层拷贝一份，并将该拷贝直接向上发送到应用层，原IP数据包则继续向前发送；

处理转发ModifyTransfer，中间节点截获来自上游节点发来的数据，将该数据报文中的可读信息剥离出来进行分析处理后，再决定如何处理该数据；该方式不但能够修改数据报文的目的地址和涉及寻址、定向的控制信息，而且能对数据报文中携带的数据信息进行处理、添加、删减：若修改报文的目的地址，即对该报文进行重定向操作；若对报文的数据信息进行处理，则将自己感知到的网络状况写入到由其转发的数据报文中，从而采集到被测路径上不固定存在的中间节点的网络性能信息；且在处理转发过程中，能够根据处理结果，生成其它的与所述报文原始版本不同的新报文，衍生和变换出报文的其他转发方式。

2.根据权利要求1所述的用于自组织网络的介入式测量节点，其特征在于：所述介入式测量节点藉由网络中的各个介入式测量节点之间相互反馈、通力合作，共同完成测量行为；并对上游节点的控制做出响应，动态收集网络性能信息，这些测量节点构成的网络形态是交互式的，被称之为“可交互网络”；所述可交互网络中的各个测量节点根据其本身收集到的其它节点的反馈信息，来指导其之后的行为和动作。

3.根据权利要求1所述的用于自组织网络的介入式测量节点，其特征在于：所述介入式测量节点使用的数据结构是在应用数据报文的IP头部的IP选项中和应用层数据报头部分别增设标志位，其中IP选项中的标志位是传递数据的中间节点在IP层判断采取哪种方式传输和处理数据的依据，应用层数据报头中的标志位则由测量节点中的UDP处理模块负责处理，用于在IP选项中设置标志位；应用层数据包的数据中还携带使用介入式测量方法能够执行的包括单向和双向时延，单向和双向丢包，瓶颈带宽的测量任务。

4.根据权利要求1所述的用于自组织网络的介入式测量节点，其特征在于：所述应用层处理模块中的执行机构设有下述结构，以形成节点处理报文的能力：

核心层，作为执行机构的处理中心，用于完成从词法分析到语义分析完整的编译、解释功能，并负责执行包括数组、循环、过程命令的内建命令的功能；

应用扩展层，负责执行包括发送测量报文、执行测量任务、统计测量结果的具体测量命令；

通用扩展层，负责对获取当前节点的IP地址、获取当前时间的网络和操作系统的通用操作的处理。

5.一种采用权利要求1所述的用于自组织网络的介入式测量节点的测量方法，其特征在于：用户给源节点输入一个测量任务，开始进行的测量操作包括下列步骤：

(1)在源端节点：执行机构执行测量任务，进行开始测量的操作：创建应用层数据包，分别设置应用层数据报头、UDP报文头和IP报文头，建立连接；

(2)在中间节点：如果该节点支持介入式测量方式，则该节点根据报文中的IP选项中的标志位：直接转发DT、拷贝转发CT或处理转发MT，分别执行相应的传输方式，执行机构执行测量任务，进行采集中间节点信息的操作；如果该节点不支持介入式测量方式，将该报文直接转发给下一节点；

(3)在目的节点：不再查看IP选项，直接将报文交付上层处理，然后，由执行机构执行测量任务，完成协助测量的操作或结束测量的操作。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤(1)进一步包括下列操作内容：

(11)执行机构开始进行测量操作：执行机构先要判断出当前节点是源节点，且当前时间不早于在测量任务中设定的测量开始时间，才开始进行测量；

(12)应用层处理模块中的收发模块创建应用层数据包，设置应用层数据报文头，并在该数据报文头中设置下述三种类型之一的标志位：直接转发DT、拷贝转发CT和处理转发MT；然后，将数据包递交给传输层；

(13)UDP处理模块在应用层数据包外添加UDP报文头，再查看应用层数据报文头，根据其中的标志位创建从UDP到IP的控制信息，将该标志位中携带的DT、CT或MT的控制信息和数据包一起传递给IP层；

(14)IP处理模块在传输层数据包外添加IP报文头，再根据收到的UDP控制信息，设置IP报文中的选项字段的标志位为DT、CT或MT后，将数据包发向网络。

7.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中，如果该节点支持介入式测量方式，则进一步包括下列操作内容：

(21)该节点的IP处理模块先查看IP选项中的标志位，若为直接转发DT，则执行对应的路由协议，为数据报文寻找下一跳节点；若为拷贝转发CT，则将数据报文复制一份，递交上层，同时将原报文转发出去；若为处理转发MT，则将报文直接递交上层，等待上层处理结束，交还IP层后，再向前转发；

(22)对MT数据包和CT的拷贝数据包先创建从IP到UDP的控制信息，以便将数据包递交UDP传输层；UDP传输层为该数据包设置端口号后，即将其递交应用层；

(23)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，交给执行机构，由执行机构先判断当前节点是否为中间节点，如果是中间节点，则执行机构采集中间节点的网络性能信息，如能够获得该中间节点的路由表，需要将该路由表添加到报文的相应字段中；如果不是中间节点，结束该流程操作；

(24)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，若为拷贝转发CT，则对该报文中携带的信息进行相应处理后丢弃；若为处理转发MT，则再向下层发送，即交还给IP层网络向前转发。

8.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述步骤(3)进一步包括下列操作内容：

(31)应用层处理模块中的收发模块收到数据包后，交给执行机构，由执行机构对该报文中携带的测量任务执行相关操作；

(32)执行机构先判断当前节点为目的节点后，再判断当前时间是否早于测量结束时间；如果满足该条件，则执行机构进行协助测量的操作：在测量包括单向时延或单向丢包的单向网络性能信息时，统计测量结果；在测量包括双向时延或双向丢包的双向网络性能信息时，将测量数据报文发回给源节点，以供源节点统计测量结果；

(33)执行机构继续判断当前时间是否晚于测量结束时间，以便执行结束测量任务的操作，并拆除连接。

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