基于網絡演算的QoS分析方法與保障技術.pdf

1、相比傳統(tǒng)的排隊論而言，網絡演算具有系統(tǒng)的模型結構，能采用靈活的方式表示當前日益復雜的網絡形態(tài)和業(yè)務流特征，進而獲得業(yè)務流和服務單元的精確模型，并且能夠進行最壞情況下的性能分析，因此非常適合網絡的QoS建模。基于以上背景，本課題采用網絡演算研究動態(tài)變化的異構網絡的QoS分析方法和保障技術。內容主要包括：1)一般拓撲的網絡建模；2)面向數據變換的網絡服務模型；3)面向業(yè)務流自相似、多分形等特性的接納控制算法；4)基于業(yè)務流和網絡服務動態(tài)變化

2、的路由算法。四個研究內容循序漸進，構成一個有機整體。
　　 首先，分析影響網絡穩(wěn)定性的三個主要因素：網絡拓撲、輸入網絡業(yè)務量及網絡服務節(jié)點的調度協(xié)議，得到了影響網絡穩(wěn)定性的具體細節(jié)，使后續(xù)網絡穩(wěn)定條件的研究更具有針對性。在網絡穩(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學結構，基本的網絡演算理論已經不能對超鏈表示的數據結構進行建模。因此，借鑒超鏈概念，推導了基于高級網絡演算的統(tǒng)計延遲界和統(tǒng)計積壓界，并用二者表示網元

3、的穩(wěn)定度量，研究一般拓撲網絡穩(wěn)定條件。通過分析數據包之間或業(yè)務流之間的偏序關系及這種偏序關系對延遲的影響，研究業(yè)務流的偏序關系構成的偏序集上的閉包算子，將網絡穩(wěn)定問題轉換為偏序集上該閉包算子的超可加閉包問題。在網絡處于穩(wěn)定狀態(tài)下，通過融合最小加代數和最大加代數卷積實現(xiàn)對一般拓撲網絡的建模，解決目前網絡演算僅能對串聯(lián)拓撲網絡建模的問題。
　　 其次，針對傳統(tǒng)的業(yè)務流聚集不適用于數據變換下的業(yè)務流聚集的不足，本部分給出適合數據變換下

4、的業(yè)務流聚集定義。把數據變換看作是一種數據壓縮過程，從泛函分析的角度對數據變換過程進行定義，給出了基于此定義的業(yè)務流到達過程模型和服務模型。并根據這兩種模型構建具有數據變換能力的QoS性能參數表達式，將QoS性能分析方法應用于網絡編碼的數據變換模式，證明了本部分提出的面向數據變換的網絡服務模型的準確性。
　　 再次，針對網絡數據流突發(fā)更加隨機化導致業(yè)務流建模困難的問題，提出新的接納控制算法。該算法采用統(tǒng)計網絡演算對流進行性能分析

5、，基于分析結果進行接納控制。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，選取適當的時間尺度，判斷流的突發(fā)水平，據此選定流模型；另外，由于多分形流模型還不能直接用于統(tǒng)計網絡演算分析，提出的算法通過有效帶寬和有效包絡轉換定理，獲得多分形流模型的有效包絡，使得多分形流模型能夠用于統(tǒng)計網絡演算分析。由于接納控制算法本身會對流的性能產生影響，因此接納決策時機的選擇

6、對滿足流的性能也至關重要，算法通過推導估計流的突發(fā)期，在此期間對流進行接納控制，以此保障業(yè)務流的統(tǒng)計QoS。
　　 最后，針對網絡資源和網絡業(yè)務流動態(tài)變化情形，在動態(tài)的網絡下實現(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，可以將卷積運算轉換為勒讓德域的加法運算，能降低服務曲線的計算復雜度。對到達曲線和服務曲線進行勒讓德變換，采用勒讓德域到達曲線和服務曲線表示業(yè)務流的統(tǒng)計時延和統(tǒng)計積壓，得到它們之間關系的閉

7、合表達式。將該理論應用于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)務流，而不同的業(yè)務流還具有交叉重復路徑，因此在計算網絡剩余服務曲線就涉及PMOO(PayMultiplexing Only Once)現(xiàn)象。本部分將結合剩余服務曲線，通過對勒讓德域服務曲線的分析，獲得在相同路徑上不同業(yè)務流之間的交叉關系，得到PMOO現(xiàn)象作用下的不同業(yè)務流之間關系的表達式。為實現(xiàn)考慮PMOO現(xiàn)象的動態(tài)路由打下