基于層析成像技術的虛擬試驗網絡測量方法研究.pdf

1、虛擬試驗技術憑借其低成本、低風險等優(yōu)勢廣泛應用于武器裝備研制生產過程中,成為軍工試驗與測試領域的發(fā)展趨勢。在基于虛擬試驗技術構建的系統(tǒng)中,時空一致性決定了系統(tǒng)的公平性和正確性,是試驗結果真實有效的保證。為提高虛擬試驗過程的時空一致性,需要實時獲取網絡當前的性能參數和拓撲結構信息,以此為依據及時調整實體在各網絡節(jié)點的部署,優(yōu)化虛擬試驗系統(tǒng)的整體性能。因此,虛擬試驗網絡測量是改善虛擬試驗系統(tǒng)整體性能的基礎,而測量方法的實時性是保證虛擬試驗真

2、實性和有效性的前提條件。
　　隨著虛擬試驗技術的發(fā)展,廣域、跨系統(tǒng)邊界和虛實結合的試驗模式使得虛擬試驗網絡具有異構化和非協(xié)作等特點,傳統(tǒng)的直接測量模式難以滿足虛擬試驗網絡測量的需求。近年來,國際上多個研究機構提出的網絡層析成像技術以端到端模式解決網絡的非協(xié)作測量問題,成為網絡測量領域的研究熱點。目前,網絡層析成像技術的研究主要針對互聯(lián)網測量而開展,所關注的重點在于提高大規(guī)模網絡性能參數的測量精度,現有的方法難以滿足虛擬試驗網絡測量

3、的實時性需求。針對上述問題,本文在網絡層析成像技術框架下,從虛擬試驗網絡性能優(yōu)化相關的參數(丟包率和時延)測量和拓撲結構估計兩方面進行研究,力求提高測量效率(實時性)和測量精度,降低測量過程造成的網絡負載,具體內容如下:
　　在網絡層析成像技術框架下,端到端測量路徑的數量決定了測量的效率和網絡負載情況,而完成端到端測量所需要的最少路徑數量等于路由矩陣的秩。針對現有的鏈路丟包率測量方法存在的測量效率較低、測量過程易造成較大網絡負載和

4、測量精度不高等問題,本文提出一種基于最小覆蓋集的鏈路丟包率測量方法。該方法在端到端測量之前首先通過最小覆蓋集測量尋找網絡中的正常鏈路,化簡路由矩陣,縮小路由矩陣的秩,減少端到端測量所需要的路徑數量;隨后采用線性方程組和Gibbs采樣相結合的方法求解網絡內部鏈路的丟包率,改善由于采用高斯模型描述網路鏈路報文傳輸概率導致測量精度降低的問題。仿真實驗結果表明,該方法可以有效提高鏈路丟包率的測量效率和測量精度,降低測量過程造成的網絡負載。

5、>　　在離散時延模型下,端到端路徑時延分解后的基本計算單元數量越少,鏈路時延分布測量方法的計算速度越快。針對現有的基于離散時延模型的網絡鏈路時延分布測量效率較低,且在測量精度和計算時間方面相互制約的問題,本文提出一種基于層次分解的鏈路時延分布快速測量方法。該方法按照網絡拓撲結構的層次對端到端路徑時延進行子樹分解,以子樹時延作為基本計算單元進行鏈路時延分布的計算。由于子樹時延是子樹所包含鏈路的時延組合,因此將端到端路徑時延分解到子樹時延后

6、的基本計算單元數量顯著少于分解到鏈路時延后的基本計算單元數量,使得該方法的計算速度得到顯著提升。仿真實驗結果表明,該方法可以在保持現有EM算法測量精度的條件下,有效縮短測量時間,提高鏈路時延分布的測量效率。
　　通過對現有的深度優(yōu)先搜索下的網絡拓撲結構估計方法的分析,發(fā)現在對目的節(jié)點進行深度優(yōu)先搜索排序的過程中,參考節(jié)點的選取決定了拓撲結構估計的效率。針對現有的單播測量模式下的網絡拓撲結構估計方法效率和準確性較低的問題,本文提出一

7、種高效的單播網絡自適應拓撲結構估計方法。該方法利用探測包中的TTL信息選取參考節(jié)點對目的節(jié)點進行深度優(yōu)先搜索排序,減少單播測量中所需的背靠背包對數量,提高拓撲結構估計的效率;在拓撲結構計算過程中,根據鏈路加性特征量的估計值實時修正判定閾值,使其對初始判定閾值的選擇具有自適應性,解決網絡內部鏈路參數未知時的判定閾值選擇問題。仿真實驗結果表明,該方法具備較高的拓撲結構估計效率,并且在網絡內部鏈路性能參數未知的情況下仍然具有較高的拓撲結構估計