5.6 模擬結果與分析
5.6.2 模擬設計 B 之結果-確認對 Spruce 原設計進行效能改良
模擬設計 B 的設計目的是確認對 Spruce 原設計進行效能改良前後 量測結果的正確性。在模擬設計 A 中，我們已證實對於 Spruce 的效能 改良確實有效，接著我們希望確認效能改良後 Spruce 的量測結果依然 正確。
經過模擬實驗後，實驗結果顯示，在使用網路分類 A 的模擬案例中，
使用效能改良後的實作所量測的網路可用頻寬結果正確性較效能改良 前的原實作提高了 2.28%；而在使用網路分類 B 的模擬案例中，網路可 用頻寬量測結果的正確性也提高了 1.49%。
我們觀察模擬設計 B 的結果中發現，在已使用之頻寬比例較高之案 例裡，使用 Spruce 所得到的量測結果與實際的網路可用頻寬有明顯的 差距，我們將在模擬設計 E 討論並試著解決這個問題。而在已使用頻 寬分類為 H 這樣在量測過程頻寬會變動的案例中，Spruce 也無法準確 的量測出網路可用頻寬。可用頻寬在量測過程中會發生變動的情形我 們將在模擬設計 F 中做進一步的研究。
模擬設計 B 的模擬結果請見表 30、表 31、圖 12 及圖 13。模擬設 計 B 的實驗結果證實我們在對原 Spruce 設計進行效能改良後，對於網 路可用頻寬的量測準確性也有正面的效益。
已 使
8 247.292 2 407.574 5 417.993 2 551.081 8 419.345 0
6 16467.0 6 1262.81 平均差異 7 10000 2 90333.4 4 75815.8 8 51446.3 9 27448.1 0 12334.2 4 10040.1 6 48223.9 3271.8 00 91700.8 46 79461 86 70218.6 37 37430.8 15 11212.2
24 0
11 13135.4 93 24497.8 81
已 使
8 23.220 8 22.982 2 40.114 4 55.310 2 50.299 0
2 616.740 9 172.232 平均差異
6 9034.26 8 7585.37 9 5170.74 1 2753.2 0 1308.14 4 1041.89 4 4840.22 222.4 00 9171.2 64 8144.4 73 7164.4 46 3865.4 25 1569.4
47 0
95 2980.8 27 2900.4 47 thernet
00
-50-
header 之 intra pair gap 的實作對量測結果的影響
模擬設計 C 的設計目的是希望比較使用 Spruce 原設計與使用考慮 Ethernet header 之 intra pair gap 的實作對量測結果的影響。我們 認為在套用公式 6 計算 intra pair gap 時，應該以真正在 link 上傳 遞的資料量大小來計算較為合理，因此應該要將 Ethernet header 的 大小一併計入用來計算 intra pair gap 的 packet size 中。
我們整理模擬設計 C 經模擬實驗後的結果，發現使用網路分類 A 的 案例中，將 Ethernet header 納入計算的實作較原設計的量測準確性 提高了 2.12%；使用網路分類 B 的案例中量測準確性則是提高了 2.52%。
同樣的，對於已使用頻寬較大及量測過程中可用頻寬會變動的案例，
由於存在較大的量測誤差，我們將分別在模擬設計 E 及 F 中進行探討，
在計算準確性比較時暫不計入。
模擬設計 C 的模擬結果請見表 32、表 33、圖 14 及圖 15。模擬設 計 C 的實驗結果證實當在計算 packet pair 內兩個 packets 的 intra pair gap 時，將 Ethernet header 納入計算，對於網路可用頻寬的量 測準確性將會有所提昇。
已 使
8 229.029 3 836.650 0 429.178 6 600.450 2 956.012 0
2 2489.74 6 3742.5 均差異 9 10000 2 90333.4 3 75815.8 9 51446.3 9 27448.1 0 12334.3 4 10063.9 5 48224.1 2116.6 00 95509.4 46 81280.4 86 71928.4 37 40585.2 15 10814.6
35 0
98 31710.2 16 32893.2 68
已 使
6 17.790 4 30.303 4 23.060 4 109.789 0 105.126 0
6 352.898 2 49.2
5 9034.26 8 7585.37 8 5170.74 1 2753.2 0 1308.26 4 1071.84 9 4840.22 252.0 00 9543.2 64 8076 73 6600.6 46 4210 25 1658.6
61 0
48 4010.8 27 3100.8 04
-53-
5.6.4 模擬設計 D 之結果-比較使用不同 inter pair gap 分配對量測結果 的影響
模擬設計 D 的設計目的是比較使用不同 inter pair gap 分配對量 測結果的影響。在原設計中，inter pair gap 的配置是使用 exponention 分配，我們想了解若使用 uniform 分配來配置 inter pair gap 對於量 測結果的影響。
我們整理模擬設計 D 經模擬實驗後的結果，發現使用網路分類 A 的 案例中，採用 uniform 分配配置 inter pair gap 的實作較原設計的量 測準確性提高了 1.25%；使用網路分類 B 的案例中量測準確性則是提高 了 2.32%。同樣的，對於已使用頻寬較大及量測過程中可用頻寬會變動 的案例，由於存在較大的量測誤差，我們將分別在模擬設計 E 及 F 中 進行探討，在計算準確性比較時暫不計入。
模擬設計 D 的模擬結果請見表 34、表 35、圖 16 及圖 17。模擬設 計 D 的實驗結果發現，當我們將 Spruce 原設計配置 inter pair gap 的 exponential 分配改為相同中心的 uniform 分配後，對於網路可用 頻寬的量測準確性將會較使用 exponenetial 分配時更高。
已 使
4 246.473 2 491.056 6 445.588 8 117.406 0 481.782 0
9 22209.6 8 924.624 均差異 7 10000 2 90333.4 2 75815.8 1 51446.3 1 27448.1 0 12333.2 4 10050.
9 48223.9 1248.5 00 95722.6 46 84433.6 86 71766.2 37 41298.6 15 13155.8
21 0
1 40828.4 93 25809.8 56
已 使
4 23.287 2 34.586 8 40.251 8 62.559 8 52.222 0
0 251.931 6 36.922 均差異
1 9034.26 7 7585.37 6 5170.74 6 2753.2 0 1306.08 5 1082.63 9 4840.22 231.5 00 9554.2 64 8479.2 73 7093.4 46 4123 25 1957
81 0
36 4041.8 27 3362 56
-56-
5.6.5 模擬設計 E 之結果-比較對 Spruce 原設計進行量測結果評估方式改 良前後之結果差異
模擬設計 E 的設計目的是比較對 Spruce 原設計進行量測結果評估 方式改良前後之結果差異。我們改良 Spruce 原設計，若 packet pair 量測出的頻寬使用率>100%，則我們將該組 packet pair 的網路可用頻 寬量測結果視為當時頻寬已完全被使用，並將該組 packet pair 的量 測結果視為 0；在評估量測結果時，若有 30%的 packet pairs 沒有被 完整的送到接收端，則我們認為當時的網路可用頻寬已幾乎全部使用，
而不是如原 Spruce 的設計以部份 packet pairs 的量測值來評估得出 當時的網路使用率。以避免過於高估當時的網路可用頻寬。
我們將模擬設計 E 的模擬結果整理於表 36 至表 50 以及圖 18 至圖 31。我們在模擬設計 E 的實驗結果證實，我們對 Spruce 原設計所進行 的量測結果評估方式改良，對於網路可用頻寬的量測正確性將會較原 設計更為準確。並且在頻寬使用率較高的模擬案例中，我們改良後的 實作也能夠較準確的量測出當時的剩餘網路可用頻寬。
表 36、模擬設計 E 之模擬結果匯整
使用之網路分類 背景流量類型 背景流量類型
A-F 平均差異 平均差異
A A 3.34% 5.72%
B A 2.69% 4.96%
A B 2.80% 1.40%
B B 3.19% 1.25%
A C 2.16% 3.51%
B C 2.77% 4.05%
A D 0.99% 0.68%
B D 0.63% 0.30%
A E 3.87% 4.79%
B E 2.89% 4.42%
A F 2.06% 1.16%
B F 3.31% 2.92%
已 使
2 261.274 8 567.626 2 424.356 4 499.215 8 324.784 0
4 1876.57 均差異 2 10000 4 90333.4 8 75815.8 2 51446.3 9 27448.1 0 12334.3 5 10054.3 3335.9 00 95180 46 80694.8 86 71661 37 41187 15 20129.2 35 10662.2
34 0
已 使
8 21.028 3 35.021 9 61.842 8 34.506 2 66.816 4 105.989 4 161.407 均差異
4 9034.26 5 7585.37 5 5170.74 9 2753.2 6 1308.26 2 1069.78 268.9 00 9553 64 8030.8 73 6585.2 46 4163.8 25 2389.6 61 976.8
82 0
已 使
6 238.097 8 488.74 6 280.265 6 572.097 0 2726.54 2 338.093 6 3573.75 均差異 2 10000 4 90362.7 9 75856.8 7 51583.5 4 27294.3 5 12648.7 6 10123.5 2802.0 00 95314.6 79 83718.4 86 75412.8 53 48321.6 37 26343 72 20424.6
53 0
已 使
2 27.896 3 26.191 2 53.686 7 112.869 6 50.821 6 210.050 2 501.675 均差異
6 9005.64 1 7556.99 4 5160.37 3 2804.02 7 1346.95 9 1104.17 318.6 00 9557.4 43 8196.8 97 7253 76 4191 27 2833.8 51 1860.4
76 0
已 使
8 251.29 6 322.751 4 329.314 6 111.963 2 966.466 8 420.444 2 2938.36 均差異 8 10000 1 92579.7 9 81561.3 4 63075.7 6 44582.0 6 33375.3 5 25938.4 2157.0 00 95401.2 73 88564.2 31 75978.8 79 55604.6 05 38624.8 36 29476.2 43 22545.4 05
已 使
4 20.598 4 12.5 6 36.018 2 46.278 8 54.094 8 162.828 2 89.449 均差異
1 9260.59 1 8138.02 5 6281.23 4 4441.80 7 3322.1 4 2579.75 276.8 00 9543.8 96 8512.8 23 7273 38 5595 08 4364.4 19 3013.4 55 2492.4 88
已 使
2 179.332 4 373.908 6 708.969 2 1586.91 6 846.42 4 2087.09 6 8327.32 均差異 7 10000 1 89485.9 5 73591.1 7 47048.2 8 20364.0 2 10117.7 7 10056.6 986.3 00 95498.2 91 82173 11 72717.8 25 42025.4 09 23695.2
72 0
已 使 4 48.185 2 41.805 6 121.619 8 52.198 4 894.81 6 301.360 均差異
1 8955.5 5 7391.6 5 4751.20 7 2125.30 8 1131.32 7 1089.37 63.1 00 9536.2 57 8555 66 6716.2 01 3510.4 08 2575.2
22 0
已 使
8 133.032 2 242.428 8 321.660 8 823.710 4 844.261 3 569.680 4 1611.82 均差異 7 10000 8 91988.4 8 79890.4 6 59763.6 4 39600.4 6 27365.8 6 19182.0 3872.8 00 95285 44 88623 45 77424.2 64 52501.2 48 38633.2 82 26211.6 03 21462.8 87
已 使
2 38.919 8 48.976 6 59.264 8 26.442 2 38.127 2 297.10 2 115.994 均差異
5 9212.74 7 8030.49 4 5974.99 4 3981.54 3 2760.82 4 1988.05 288.5 00 9565.2 49 8901.8 99 7553.2 93 5458.6 44 3507 25 2470.2 55 1970.2 53
已 使
4 202.041 6 1151.07 0 427.630 4 567.161 4 945.946 6 2737.25 7 6524.54 均差異 6 10000 8 90102.2 1 75110.5 8 49863.1 5 24503.0 4 12476.5 4 10653.
2058.1 00 95362 21 80768.6 52 65818 18 37785 05 23141 55 8176
1 45
已 使
5 24.433 1 18.708 6 11.414 4 62.472 8 211.917 4 700.549 均差異
6 8994.45 3 7549.32 9 5068.80 4 2402.65 9 1338.08 3 1147.45 331.2 00 9541.4 57 8205 28 7071.2 05 4258 53 1978 82 1604.6 58 922.8 22
-69-
在模擬設計 E 中，我們也將背景流量使用 Greedy UDP、Greedy TCP 以及 UDP 與 TCP 混合流量的模擬案例加入模擬。模擬實驗所得到的 Spruce 量測結果整理如表 49、表 50 及圖 30、圖 31。
觀察量測結果發現，在 Greedy UDP 的背景流量下，Spruce 無法正 確的進行網路可用頻寬量測，量測結果會錯誤的認定當時可用頻寬尚 有 60-95%；而在 Greedy TCP 或 UDP 混合 TCP 的背景流量，不論當時實 際加載的背景流量大小為何，Spruce 原設計所量測出的可用頻寬都只 有 10-15%；而我們改良對量測結果評估方式後的實作所測出的網路可 用頻寬則大約在當時 TCP 流量的一半左右，我們認為由於 TCP 具有流 量控制的特性，因此我們改良後的實作所得到的結果應該較原設計的 結果合理。
表 49、網路分類 A—模擬設計 E—背景流量類型 G、H、I 之模擬結果
網路分類 A 模擬
設計
E 背 景 流 量
類型
G、H、I C (kbps) 100000
已 使 用 頻 寬 分 類 / 背 景 流 量 類型
可 用 頻 寬 (kbps)
(1)組別 0 實 際 可 用
頻 寬
(kbps)
(2) 組 別 0 量測結 果 (kbps)
組別 0 量 測 結 果 標 準差
(3)組別 1 實 際 可 用
頻 寬
(kbps)
(4) 組 別 1 量測結 果 (kbps)
組別 1 量 測結果標 準差
差 異
=|(1)-(2)|
減
|(3)-(4)|
G / G 0 7666.525 62146.4 34724.95 7660.958 66475.6 37169.09 -4334.77 G / H 0 9324.239 16999.2 8821.821 9324.45 46863.2 6977.222 -29863.79 G / I 0 58282.65 11744.2 8715.725 58284.72 40061 2532.881 28314.73
圖
圖 30、網路路分類 A——模擬設計
-70-計 E—背景景流量類型型 G、H、I 之模擬擬結果圖
已 使
2 293.856 4 716.56 6 201.91
計 E—背景
6 931.623 6 1086.21 9 5900.92
景流量類型
36 9330.4 17 4810.6 21 4692.8
型 G、H、
-72-
5.6.6 模擬設計 F 之結果-比較量測過程中可用頻寬變化對量測結果的影 響
模擬設計 F 的設計目的是希望探討在量測過程中可用頻寬變化對於 量測結果的影響。我們的模擬設計使用各種不同的背景流量類型，討 論量測過程中平均頻寬使用率為 50%，但可用頻寬在量測期間會發生變 動的情境。在量測開始的前三秒，我們加載 25%頻寬使用率的背景流量，
三到六秒則提高背景流量至頻寬使用率的 75%，六秒之後則維持在頻寬 使用率的 50%，藉由這樣的設計來了解頻寬變動對於量測結果的影響。
我們將模擬設計 F 的實驗結果整理如表 51、表 52、圖 32 及圖 33。
在使用網路分類 A 的模擬案例中，相較於原 Spruce 設計，使用我們改 良後的 Spruce 實作對於網路可用頻寬量測結果的正確性提升了 7.42%；
同樣的，在使用網路分類 B 的模擬案例中，使用我們改良後的 Spruce 實作所得到的量測結果正確性也提高了 8.27%。在前述模擬案例 E 中，
我們改良後的實作在背景流量為已使用頻寬約 50%時，量測結果的誤差 大約在 3-12%，但在模擬設計 F 中，量測結果的誤差通常在 11-18%之 間，顯然在量測過程中頻寬發生變動的情形會降低 spruce 量測結果的 準確性。
表 51、網路分類 A—模擬設計 F—背景流量類型 A、B、C、D、E 之 模擬結果
網路分類 A 模擬
設計
F 背 景 流 量
類型
A、B、C、
D、E
C (kbps) 100000
背 景 流量
可 用 頻 寬 (kbps)
(1)組別 0 實 際 可 用
頻 寬
(kbps)
(2) 組 別 0 量測結 果 (kbps)
組別 0 量 測 結 果 標 準差
(3)組別 1 實 際 可 用
頻 寬
(kbps)
(4) 組 別 1 量測結 果 (kbps)
組別 1 量 測結果標 準差
差 異
=|(1)-(2)|
減
|(3)-(4)|
A 50000 48224.16 27474.2 4336.734 48224.27 30750.8 1088.299 3276.49 B 50000 48282.51 19632.2 3990.515 48282.71 37002.4 2236.403 17370.01 C 50000 60539.52 43914.2 896.8897 60539.5 42708 362.3796 -1206.18 D 50000 43430.82 17658.6 844.3917 43430.87 29133.2 2665.961 11474.55 E 50000 56984.4 36314.4 627.463 56984.4 42489.8 1456.839 6175.40 結果： 平均差異 7418.05
差異% 7.42%
圖 3 果圖
32、網路 圖
路分類 A—模模擬設計
-73-計 F—背景景流量類型型 A、B、CC、D、E 之之模擬結
背 景
9 55.031 4 70.521 4 61.842 8 84.974 6 75.407
計 F—背景 8 4840.22 6 4822.74 5 6034.3 7 4390.63 6 5716.85
景流量類型 27 3581.8 48 3801 37 4617 34 2759.4 57 4315.4 結果：
-75-
5.6.7 模擬設計 G 之結果-研究 Spruce 在 multi hops 環境下的量測結果 模擬設計 G 的設計目的是想要研究 Spruce 在 multi hops 環境下的 量測表現。我們首先設計了網路分類 C 及 D 這兩種類型的案例，在這 兩個網路分類中，router 與 router 間的鏈路頻寬都是相同的，並且在 各 router 的 link 上，我們加載相同大小的背景流量。因此所有 router 與 router 之間的 link 都是 bottleneck link。
我們將模擬設計 G 中，使用網路分類 C 及 D 的模擬結果整理於表 53 至表 62 及圖 34 至圖 43。在模擬設計 G 中，經由模擬實驗我們發現，
使用網路分類 C 及 D 的模擬案例在沒有背景流量的情況下，尚能量測 出當時的網路可用頻寬；但隨著背景流量逐漸加大，量測的準確度快 速的下降。當背景流量達到頻寬的 50%時，量測出的結果數值已非常小 或為 0。由此可知 Spruce 並不具備處理 multi hop 上多重 bottleneck 的能力。
表 53、網路分類 C—模擬設計 G—背景流量類型 A 之模擬結果
網路分類 C 模擬
設計
G 背 景 流 量
類型
A C (kbps) 10000
已 使 用 頻 寬 分 類
可 用 頻 寬 (kbps)
(1)組別 0 實 際 可 用
頻 寬
(kbps)
(2) 組 別 0 量測結 果 (kbps)
組別 0 量 測 結 果 標 準差
(3)組別 1 實 際 可 用
頻 寬
(kbps)
(4) 組 別 1 量測結 果 (kbps)
組別 1 量 測結果標 準差
差 異
=|(1)-(2)|
減
|(3)-(4)|
A 100000 100000 88956.6 428.678 100000 92701.2 381.039 3744.60 B 90000 90333.46 56769.2 977.2603 90333.46 64261.4 773.7321 7492.20 C 75000 75815.86 9372.8 1215.94 75815.86 20434.2 2492.431 11061.40 D 50000 51446.37 0 0 51446.37 611.4 221.0878 611.40
E 25000 27448.15 0 0 27448.15 0 0 0.00
F 10000 12334.24 0 0 12333.21 0 0 1.03
G 0 10010.5 336.4 8.5029 10008.9 336 8.9163 1.21 H 50000 48224.04 0 0 48223.93 221.2 332.2156 221.31
圖 34、網路分類類 C—模擬
-76-擬設計 G——背景流量量類型 A 之之模擬結果果圖
已 使
4 30.851 6 108.412 8 204.33 0
6 9034.26 8 7585.37 0 5170.74 0 2753.2 0 1306.08 4 1000.8 0 4840.22
—背景流量 00 9284 64 7057.8 73 1934.8 46 168.6
25 0
81 0
81 44.8 27 114.2
量類型 A 之
已 使
6 467.906 6 674.314 4 985.583 0 3 10000 7 90362.7 7 75856.8 0 51583.5 0 27294.1 0 12646.1 0 10109.6 0 48282.5
—背景流量 00 92606 79 66300.2 86 37355.2 53 13416.6 17 737.8 16 588.6
63 0
51 6702.2
量類型 B 之
已 使
8 49.766 4 76.816 6 137.02 0
0 0
8 24.376 0
7 9005.64 3 7556.99 0 5160.37 0 2804.02 0 1330.26 2 1066.43 0 4822.74
—背景流量 00 9284.4 43 6356.8 97 3143.4 76 1322.8 27 141.6 61 32.6
31 8.8
48 870.8
量類型 B 之
已 使
8 350.266 6 1053.94 4 1358.13 0 6 10000 7 91988.4 3 79890.4 0 59763.6 0 39600.4 0 27365.8 0 19181.9 0 56984.
—背景流量 00 92967 44 70110.8 45 47489.6 64 19374.4 48 5001 82 1582.4 96 404.6 4 11685.6
量類型 E 之
已 使
4 39.566 2 109.53 4 114.172 8 58.216 0
4 9212.74 2 8030.49 8 5974.99 0 3981.54 0 2760.82 0 1988.05 0 5716.85
—背景流量 00 9265.8 49 6976.8 99 4762.6 93 2251.4 44 349.4
25 217
55 40.2 57 1110.2
量類型 E 之
已 使
8 568.112 8 668.898 8 872.211 0
0
6 131.963 1 3.162 8 10000 1 90102.2 4 75110.5 0 49863.1 0 24499.
3 12424.4 3 10609.2
—背景流量 00 92842.2 21 69363 52 24386 18 3798.6 2 1300.4 49 293.6 21 242.2
量類型 F 之
已 使 2 110.45 6 104.65 0
9 8994.45 8 7549.32 0 5068.80 0 2402.65 0 1372.51 6 1146.78
—背景流量 00 9259.2 57 6560 28 2990.2 04 498.8 53 28.8
已 使
4 546.306 6 663.117 1 533.06 0
0 0
8 179.600 0 5 10000 9 90362.7 8 75856.8 0 51583.5
0 2729
0 12646.3 1 10119.4 0 48281.9
—背景流量 00 92734 79 65821.4 86 42381.4 53 13977.6 94 68.8
34 0
48 59.2 94 5718
量類型 X 之
已 使
6 45.401 6 67.766 2 107.157 0
0 0
8 24.688 0
5 9005.64 4 7556.99 0 5160.37 0 2804.02 0 1329.87 1 1063.18 0 4822.73
—背景流量 00 9262.2 43 6983.6 97 4351.6 76 1367.8 27 37.6
77 0
83 27.8 37 728.2
量類型 X 之
-86-
在模擬設計 G 中，我們另外設計了網路分類 E，用來探討在 multi hops 單一 bottleneck link 的情境。在使用網路分類 E 的模擬案例中，
Spruce 原設計雖能量測出當時的網路可用頻寬，但隨著已使用頻寬比 例的上升，量測的誤差程度也逐漸放大；相對於原 Spruce 設計，我們
Spruce 原設計雖能量測出當時的網路可用頻寬，但隨著已使用頻寬比 例的上升，量測的誤差程度也逐漸放大；相對於原 Spruce 設計，我們