基于網(wǎng)絡(luò)演算的自相似網(wǎng)絡(luò)性能上界模型研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)所承載的通信量是一切網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)，它不僅能夠直接反映網(wǎng)絡(luò)性能的好壞，而且在某種意義上可以用來表示網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)行為特征，一直以來從網(wǎng)絡(luò)通信量的角度來研究網(wǎng)絡(luò)性能倍受人們關(guān)注。隨著信息社會的到來和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，Interaet等高速網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)逐步形成了一個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。隨之而來，網(wǎng)絡(luò)通信量呈現(xiàn)“爆炸式”增長，其固有統(tǒng)計特征發(fā)生了改變，這使得基于通信量的網(wǎng)絡(luò)性能研究也變得越來越重要。自相似性作為高速網(wǎng)絡(luò)通信量的一種重要統(tǒng)計特征，對網(wǎng)絡(luò)

2、性能具有影響作用。因此，基于自相似通信量的網(wǎng)絡(luò)性能建模對高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。 到目前為止，人們已經(jīng)對基于通信量的網(wǎng)絡(luò)性能或網(wǎng)絡(luò)自相似通信量等方面分別進行了深入研究，但這些研究均是針對網(wǎng)絡(luò)性能或自相似通信量單獨進行的，缺乏基于自相似通信量的網(wǎng)絡(luò)性能方面的研究。此外，目前對自相似通信量的研究也主要集中于分析、建模等方面，缺乏自相似通信量控制方面的深入研究。為了提高自相似網(wǎng)絡(luò)性能，研究如何有效實施自相似網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)

3、控制，以避免自相似網(wǎng)絡(luò)擁塞，將具有重要的研究價值。本論文針對自相似性對網(wǎng)絡(luò)性能所造成的影響，利用網(wǎng)絡(luò)演算理論的方法綜合系統(tǒng)地研究了基于自相似通信量的網(wǎng)絡(luò)性能模型。本論文的主要工作和創(chuàng)新性成果如下： (1)基于網(wǎng)絡(luò)演算理論提出了適應(yīng)于自相似通信量控制的分形整形器模型及其性能模型在對自相似通信量的控制研究方面，綜述了目前國內(nèi)外在網(wǎng)絡(luò)自相似通信量研究方面所做的主要研究工作，基于現(xiàn)有研究成果，引入網(wǎng)絡(luò)演算理論，給出了適應(yīng)于自相似通信量控

4、制的分形整形器的一般數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了無損和有損兩種分形整形器的輸出特性與輸入流的自相似參數(shù)以及整形器的整形曲線之間的關(guān)系，分析了分形整形器的隊列長度與延遲等性能，討論了分形整形器的引入對網(wǎng)絡(luò)端到端延遲、數(shù)據(jù)丟失總數(shù)以及平均丟失率等性能的影響。上述分析工作和得出的結(jié)果對自相似通信量控制方案的評價和分形整形器參數(shù)的設(shè)計具有實際意義，為基于自相似通信量的網(wǎng)絡(luò)性能研究提供基礎(chǔ)。 (2)利用網(wǎng)絡(luò)演算理論，提出了基于分形整形器的通用處理器共

5、享 (GPS)系統(tǒng)的性能統(tǒng)計上界與確定上界模型在對基于自相似通信量的單節(jié)點網(wǎng)絡(luò)性能研究方面，綜述了國內(nèi)外在GPS系統(tǒng)性能方面所做的主要研究工作，基于已有研究成果，引入分形整形器來對傳輸?shù)紾PS系統(tǒng)入口處的自相似通信量進行整形，建立了以自相似通信量作為輸入的GPS系統(tǒng)的性能統(tǒng)計上界模型和性能確定上界模型，包括隊列長度統(tǒng)計上界和確定上界、延遲統(tǒng)計上界和確定上界、有效帶寬確定上界以及延遲抖動確定上界等性能模型。數(shù)學(xué)分析表明，基于分形整形器的G

6、PS系統(tǒng)的性能統(tǒng)計上界模型和確定上界模型能夠反映通信量的自相似性，并把其輸出可用帶寬公平地分配給各通信流，并隔離不同的通信流。 (3)基于網(wǎng)絡(luò)演算理論提出了自相似通信量的端到端延遲上界模型在對以自相似通信量作為輸入的網(wǎng)絡(luò)端到端延遲研究方面，利用網(wǎng)絡(luò)演算理論計算了自相似通信量端到端延遲確定上界問題，推導(dǎo)了利用GPS調(diào)度器和分形整形器作為節(jié)點模型的自相似通信量端到端延遲理想確定上界及其近似確定上界。數(shù)學(xué)分析表明，自相似通信量的端到端

7、延遲確定上界隨通信量自相似參數(shù)的增大而有所減小，這有利于改善通信量自相似程度越高延遲越大所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)性能下降。 (4)基于網(wǎng)絡(luò)演算理論提出了一種保證服務(wù)性能模型在對保證服務(wù)性能模型研究方面，提出了一種通用的保證服務(wù)性能模型，在邊沿．核心網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，基于到達益線和服務(wù)曲線概念給出了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的二級調(diào)度模型，利用網(wǎng)絡(luò)演算理論推導(dǎo)了該模型的隊列長度上界和延遲上界、端到端延遲上界和端到端延遲抖動上界以及有效帶寬上界等性能保證。數(shù)學(xué)分