Internet包延遲行為分析和主動(dòng)測(cè)量技術(shù)研究.pdf

1、Internet經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展取得極大成功，已經(jīng)成為社會(huì)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(duì)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(kuò)大，用戶數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，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(cè)量是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和管理的基本手段，而通過(guò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量了解網(wǎng)絡(luò)行為，對(duì)于深刻理解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(jì)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(cè)量與行為分析中的三個(gè)問(wèn)題，即Internet往返延遲行為、主動(dòng)測(cè)量采樣技術(shù)和Internet自動(dòng)協(xié)作式測(cè)量技術(shù)與系統(tǒng)進(jìn)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(gè)方面： 1．論文在高密度測(cè)量(測(cè)量間隔為10毫秒)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)小時(shí)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(cè)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(duì)所有測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，并研究了突發(fā)態(tài)往返延遲對(duì)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(duì)Internet往返延遲標(biāo)度行為進(jìn)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(gè)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(zhǎng)程相關(guān)模型進(jìn)行刻畫(huà)，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(duì)上述結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。 2．論文對(duì)將主動(dòng)測(cè)量用于用戶流包延遲性能測(cè)量的問(wèn)題進(jìn)行了建模，并將該問(wèn)題抽象為主動(dòng)測(cè)量采樣問(wèn)題。在對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行形式化描述的基礎(chǔ)上，論文利用離散時(shí)間ASTA(Arrivals See Time Averages)理論對(duì)主動(dòng)測(cè)量采樣問(wèn)題進(jìn)行了分析并得出結(jié)論：只有在主動(dòng)測(cè)量采樣過(guò)程與包延遲過(guò)程不相關(guān)時(shí)，測(cè)量結(jié)果才

5、能夠無(wú)偏；在具有長(zhǎng)程相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)流量中，由于流量強(qiáng)烈的突發(fā)特征和測(cè)量在時(shí)間上的均勻特征，主動(dòng)測(cè)量目前最常使用的采樣技術(shù)，即泊松采樣和周期采樣，會(huì)低估用戶流包延遲性能。論文提出了“模擬主動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)”方法，并利用該方法對(duì)Internet測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，分析結(jié)果驗(yàn)證了理論分析結(jié)果并得到結(jié)論：主動(dòng)測(cè)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(yàn)的方法在更加廣泛的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置中對(duì)主動(dòng)測(cè)量應(yīng)用于用戶流包延遲性能測(cè)量

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

7、的自動(dòng)協(xié)作式測(cè)量技術(shù)，可以很好地支持大規(guī)模協(xié)作式測(cè)量。同時(shí)FOX系統(tǒng)還具有以下特點(diǎn)：靈活高效的測(cè)量命令調(diào)度機(jī)制，可靠的測(cè)量命令執(zhí)行方式，可靠的測(cè)量結(jié)果收集、報(bào)告機(jī)制，測(cè)量的安全保證，有效的測(cè)量任務(wù)執(zhí)行進(jìn)程監(jiān)控，對(duì)各種測(cè)量工具的可擴(kuò)展的支持。此外FOX還提供了統(tǒng)一的測(cè)量數(shù)據(jù)分析框架，能夠容納和分析不同測(cè)量工具的測(cè)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(cè)量工具的測(cè)量結(jié)果。FOX提供強(qiáng)大的過(guò)濾功能，可以只對(duì)有效數(shù)據(jù)或某一類特定的數(shù)