基于網(wǎng)絡(luò)演算的QoS分析方法與保障技術(shù).pdf

1、相比傳統(tǒng)的排隊論而言，網(wǎng)絡(luò)演算具有系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)，能采用靈活的方式表示當(dāng)前日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)和業(yè)務(wù)流特征，進(jìn)而獲得業(yè)務(wù)流和服務(wù)單元的精確模型，并且能夠進(jìn)行最壞情況下的性能分析，因此非常適合網(wǎng)絡(luò)的QoS建模?；谝陨媳尘?，本課題采用網(wǎng)絡(luò)演算研究動態(tài)變化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的QoS分析方法和保障技術(shù)。內(nèi)容主要包括：1)一般拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)建模；2)面向數(shù)據(jù)變換的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型；3)面向業(yè)務(wù)流自相似、多分形等特性的接納控制算法；4)基于業(yè)務(wù)流和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)動態(tài)變化

2、的路由算法。四個研究內(nèi)容循序漸進(jìn)，構(gòu)成一個有機(jī)整體。
　　 首先，分析影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的三個主要因素：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、輸入網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點的調(diào)度協(xié)議，得到了影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的具體細(xì)節(jié)，使后續(xù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定條件的研究更具有針對性。在網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性條件研究中引入超鏈的概念，但由于超鏈定義采用向量的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，基本的網(wǎng)絡(luò)演算理論已經(jīng)不能對超鏈表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。因此，借鑒超鏈概念，推導(dǎo)了基于高級網(wǎng)絡(luò)演算的統(tǒng)計延遲界和統(tǒng)計積壓界，并用二者表示網(wǎng)元

3、的穩(wěn)定度量，研究一般拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定條件。通過分析數(shù)據(jù)包之間或業(yè)務(wù)流之間的偏序關(guān)系及這種偏序關(guān)系對延遲的影響，研究業(yè)務(wù)流的偏序關(guān)系構(gòu)成的偏序集上的閉包算子，將網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定問題轉(zhuǎn)換為偏序集上該閉包算子的超可加閉包問題。在網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，通過融合最小加代數(shù)和最大加代數(shù)卷積實現(xiàn)對一般拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的建模，解決目前網(wǎng)絡(luò)演算僅能對串聯(lián)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)建模的問題。
　　 其次，針對傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流聚集不適用于數(shù)據(jù)變換下的業(yè)務(wù)流聚集的不足，本部分給出適合數(shù)據(jù)變換下

4、的業(yè)務(wù)流聚集定義。把數(shù)據(jù)變換看作是一種數(shù)據(jù)壓縮過程，從泛函分析的角度對數(shù)據(jù)變換過程進(jìn)行定義，給出了基于此定義的業(yè)務(wù)流到達(dá)過程模型和服務(wù)模型。并根據(jù)這兩種模型構(gòu)建具有數(shù)據(jù)變換能力的QoS性能參數(shù)表達(dá)式，將QoS性能分析方法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)變換模式，證明了本部分提出的面向數(shù)據(jù)變換的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型的準(zhǔn)確性。
　　 再次，針對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流突發(fā)更加隨機(jī)化導(dǎo)致業(yè)務(wù)流建模困難的問題，提出新的接納控制算法。該算法采用統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)演算對流進(jìn)行性能分析

5、，基于分析結(jié)果進(jìn)行接納控制。由于流在不同時間尺度上表現(xiàn)出不同特性，因而有不同的流模型，本部分考慮自相似和多分形兩類主要流模型。接納控制算法首先通過在線測量，選取適當(dāng)?shù)臅r間尺度，判斷流的突發(fā)水平，據(jù)此選定流模型；另外，由于多分形流模型還不能直接用于統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)演算分析，提出的算法通過有效帶寬和有效包絡(luò)轉(zhuǎn)換定理，獲得多分形流模型的有效包絡(luò)，使得多分形流模型能夠用于統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)演算分析。由于接納控制算法本身會對流的性能產(chǎn)生影響，因此接納決策時機(jī)的選擇

6、對滿足流的性能也至關(guān)重要，算法通過推導(dǎo)估計流的突發(fā)期，在此期間對流進(jìn)行接納控制，以此保障業(yè)務(wù)流的統(tǒng)計QoS。
　　 最后，針對網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流動態(tài)變化情形，在動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)下實現(xiàn)路由優(yōu)化。主要考慮背景流獨立和非獨立兩種情況。對于背景流獨立的情況，可以將卷積運算轉(zhuǎn)換為勒讓德域的加法運算，能降低服務(wù)曲線的計算復(fù)雜度。對到達(dá)曲線和服務(wù)曲線進(jìn)行勒讓德變換，采用勒讓德域到達(dá)曲線和服務(wù)曲線表示業(yè)務(wù)流的統(tǒng)計時延和統(tǒng)計積壓，得到它們之間關(guān)系的閉

7、合表達(dá)式。將該理論應(yīng)用于QoS路由優(yōu)化算法，證明提出方法的正確性。對于背景流非獨立的情況，由于同一條路徑存在多個業(yè)務(wù)流，而不同的業(yè)務(wù)流還具有交叉重復(fù)路徑，因此在計算網(wǎng)絡(luò)剩余服務(wù)曲線就涉及PMOO(PayMultiplexing Only Once)現(xiàn)象。本部分將結(jié)合剩余服務(wù)曲線，通過對勒讓德域服務(wù)曲線的分析，獲得在相同路徑上不同業(yè)務(wù)流之間的交叉關(guān)系，得到PMOO現(xiàn)象作用下的不同業(yè)務(wù)流之間關(guān)系的表達(dá)式。為實現(xiàn)考慮PMOO現(xiàn)象的動態(tài)路由打下