基于QBD結構的網絡端到端通信性能建模與分析研究.pdf

1、網絡端到端通信主要研究發(fā)送節(jié)點通過一個不可靠的網絡向接收節(jié)點發(fā)送一系列報文的問題，是網絡端到端通信協(xié)議及分布式計算的核心內容。端到端通信協(xié)議為了滿足通信的性能要求，通常希望能夠精確地預測通信信道的狀態(tài)，并根據信道狀態(tài)自動調整通信協(xié)議的行為，而信道狀態(tài)預測的準確性通常依賴于信道系統(tǒng)分析模型。然而，不同網絡通信組件交互行為的差異導致了網絡通信的復雜性和不可預測性。這些復雜的網絡交互行為，導致網絡隊列機制變得異常復雜，使得對這些網絡系統(tǒng)進行性

2、能分析非常困難。因此，設計一個新的、系統(tǒng)的方法用于分析網絡端到端通信信道的性能是當前網絡性能優(yōu)化與管理的核心內容。
　　 本文以網絡端到端通信信道與通信瓶頸區(qū)域為研究內容，基于QBD隨機結構設計、建立了概率丟包網絡端到端通信信道丟包性能、無線通信信道狀態(tài)可達性、無線多跳端到端通信性能及大規(guī)模無線網絡通信瓶頸區(qū)域性能的分析模型，提出了系統(tǒng)的分析方法。主要內容包括：
　　 (1)概率丟包網絡(PLCN)端到端通信系統(tǒng)丟包性能

3、分析；通信系統(tǒng)丟包行為精確描述和預測是設計丟包模型的首要目標，已有的丟包分析模型由于狀態(tài)空間的限制，無法描述通信信道狀態(tài)之間的相關性。本研究基于QBD結構分析了概率丟包網絡端到端通信信道處于平衡狀態(tài)下的隨機特性，建立了PLCN端到端通信信道性能分析模型?；谠摲治瞿Ｐ停状斡懻摿薖LCN端到端通信信道系統(tǒng)的穩(wěn)定性、丟包概率等性能的定量分析技術。這些研究成果有助于網絡端到端通信協(xié)議根據信道狀態(tài)信息，自適應地調整其控制行為，提高通信協(xié)議性能

4、。
　　 (2)無線丟包信道系統(tǒng)(WLCS)狀態(tài)可達性的概率分析；基于PLCN，利用連續(xù)時間QBD結構討論了WLCS狀態(tài)可達性概率分析模型的建模過程。在PLCN模型的基礎之上，WLCS模型進一步考慮了報文丟失方式及狀態(tài)轉移規(guī)則對狀態(tài)轉移概率的影響。為計算WLCS模型的狀態(tài)可達性概率，證明了WLCS模型狀態(tài)集S0是其QBD結構的一個吸引子(attractor)。WLCS模型的主要優(yōu)點是可以進行有關穩(wěn)態(tài)和瞬時狀態(tài)概率的定量描述與分析

5、，為研究無線端到端通信系統(tǒng)的通信性能奠定了基礎。
　　 (3)無線多跳網絡中端到端丟包信道(E2E-CSLC)性能建模與分析；基于QBD結構提出了E2E-CSLC性能定量分析模型，與WLCS模型的主要區(qū)別在于，E2E-CSLC模型考慮了中間轉發(fā)節(jié)點的狀態(tài)對通信信道性能的影響?；贓2E-CSLC系統(tǒng)模型，分析了E2E-CSLC系統(tǒng)的丟包率、報文時延及吞吐量等性能，這些研究成果有利于設計及優(yōu)化端到端通信協(xié)議。
　　 (4)

6、大規(guī)模無線網絡通信瓶頸區(qū)域(即(x，S)-bottleneck區(qū)域)性能分析；由于通信流之間復雜的網絡交互行為，使得對(x，S)-bottleneck區(qū)域進行性能分析非常困難?；趦蓪観BD結構，提出了一個(x，S)-bottleneck區(qū)域性能分析模型，并分析了大規(guī)模無線網絡中(x，S)-bottleneck區(qū)域性能特征。模型主要創(chuàng)新點在于同時考慮了(x，S)-bottleneck區(qū)域及其中通信流的特征，(x，S)-bottlenec

7、k區(qū)域的特征通過第一層QBD模型描述，而經過(x，S)-bottleneck區(qū)域每條流的特征由第二層QBD模型描述。基于該性能分析模型，對(x，S)-bottleneck區(qū)域的性能進行了一些概率分析，如經過(x，S)-bottleneck區(qū)域通信流的成功轉發(fā)概率和吞吐量等，確定了上述概率及吞吐量的理論取值范圍。
　　 論文對網絡端到端通信信道建模與分析技術進行了深入研究，提出了端到端通信信道及通信瓶頸區(qū)域基于連續(xù)時間、無窮狀態(tài)空