Internet包延遲行為分析和主動測量技術(shù)研究.pdf

1、Internet經(jīng)過30多年的發(fā)展取得極大成功，已經(jīng)成為社會信息基礎(chǔ)設(shè)施。另一方面由于其發(fā)展的特殊性，人們對Internet網(wǎng)絡(luò)行為的了解還很膚淺。因而隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴大，用戶數(shù)量的迅速增長，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用種類層出不窮，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理面臨著日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)測量是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理的基本手段，而通過網(wǎng)絡(luò)測量了解網(wǎng)絡(luò)行為，對于深刻理解網(wǎng)絡(luò)運行規(guī)律，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，合理配置網(wǎng)絡(luò)資源，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用協(xié)議具有重要的意義。 本論文圍繞Inter

2、net測量與行為分析中的三個問題，即Internet往返延遲行為、主動測量采樣技術(shù)和Internet自動協(xié)作式測量技術(shù)與系統(tǒng)進行了深入研究。論文的創(chuàng)新性工作主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1．論文在高密度測量(測量間隔為10毫秒)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)小時間尺度下Internet往返延遲表現(xiàn)出規(guī)律的鋸齒狀突發(fā)態(tài)和平穩(wěn)態(tài)兩種截然不同的特性。論文根據(jù)突發(fā)態(tài)往返延遲的特性提出一種基于相圖的突發(fā)態(tài)數(shù)據(jù)分離算法，該算法可以剔除往返延遲測量數(shù)據(jù)中呈鋸齒狀的

3、突發(fā)態(tài)數(shù)據(jù)。我們使用該算法對所有測量數(shù)據(jù)進行了處理，并研究了突發(fā)態(tài)往返延遲對原始往返延遲數(shù)據(jù)標(biāo)度行為(Scaling behavior)的影響。論文使用Detrended Fluctuation Analysis(DFA)分析方法對Internet往返延遲標(biāo)度行為進行了分析并發(fā)現(xiàn)：總體上看，Internet路徑往返延遲不具有單一的標(biāo)度行為；雖然突發(fā)態(tài)數(shù)據(jù)所占比例很小，但卻極大地影響著整個往返延遲序列的標(biāo)度行為，剔除突發(fā)態(tài)數(shù)據(jù)后，平穩(wěn)態(tài)往

4、返延遲可以很好的用長程相關(guān)模型進行刻畫，Hurst指數(shù)在0.55和0.8之間。論文使用數(shù)值模擬的方法對上述結(jié)論進行了驗證。 2．論文對將主動測量用于用戶流包延遲性能測量的問題進行了建模，并將該問題抽象為主動測量采樣問題。在對該問題進行形式化描述的基礎(chǔ)上，論文利用離散時間ASTA(Arrivals See Time Averages)理論對主動測量采樣問題進行了分析并得出結(jié)論：只有在主動測量采樣過程與包延遲過程不相關(guān)時，測量結(jié)果才

5、能夠無偏；在具有長程相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)流量中，由于流量強烈的突發(fā)特征和測量在時間上的均勻特征，主動測量目前最常使用的采樣技術(shù)，即泊松采樣和周期采樣，會低估用戶流包延遲性能。論文提出了“模擬主動測量試驗”方法，并利用該方法對Internet測量數(shù)據(jù)進行了分析，分析結(jié)果驗證了理論分析結(jié)果并得到結(jié)論：主動測量誤差程度不受采樣頻率的影響。隨后論文利用Internet流量數(shù)據(jù)結(jié)合仿真試驗的方法在更加廣泛的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置中對主動測量應(yīng)用于用戶流包延遲性能測量

6、的問題進行了分析，除了驗證了上述結(jié)論外，論文進一步得到結(jié)論：測量誤差將隨著鏈路利用率的增長而減小。 3．針對目前已有的測量系統(tǒng)不能很好地支持協(xié)作式測量的自動執(zhí)行，因而限制了大規(guī)模協(xié)作式測量這一現(xiàn)狀，論文提出一種基于主/從代理的自動協(xié)作式測量技術(shù)。該技術(shù)可以實現(xiàn)協(xié)作式測量的自動執(zhí)行，具有測量控制交互安全，額外流量少，簡單靈活的優(yōu)點。并且論文研發(fā)了通用、可擴展的Internet測量與分析系統(tǒng)FOX。FOX系統(tǒng)實現(xiàn)了上述基于主/從代理

7、的自動協(xié)作式測量技術(shù)，可以很好地支持大規(guī)模協(xié)作式測量。同時FOX系統(tǒng)還具有以下特點：靈活高效的測量命令調(diào)度機制，可靠的測量命令執(zhí)行方式，可靠的測量結(jié)果收集、報告機制，測量的安全保證，有效的測量任務(wù)執(zhí)行進程監(jiān)控，對各種測量工具的可擴展的支持。此外FOX還提供了統(tǒng)一的測量數(shù)據(jù)分析框架，能夠容納和分析不同測量工具的測量結(jié)果，能夠在不更改系統(tǒng)框架的前提下容納和分析新增測量工具的測量結(jié)果。FOX提供強大的過濾功能，可以只對有效數(shù)據(jù)或某一類特定的數(shù)