智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)下基于需求感知的資源適配方法研究.pdf

1、隨著用戶規(guī)模的擴(kuò)大和應(yīng)用種類的增加，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一個承載數(shù)據(jù)、多媒體等種類繁多、特征各異、海量應(yīng)用的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。然而，傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系僅提供盡力而為且粗粒度的服務(wù)，而不承載用戶具體需求和業(yè)務(wù)特征，使得網(wǎng)絡(luò)難以根據(jù)用戶具體需求和業(yè)務(wù)特征對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行智能分配，導(dǎo)致了用戶體驗不佳、資源利用低、服務(wù)質(zhì)量差等弊端。為此，本文以國家973項目“智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)研究”為背景，從網(wǎng)絡(luò)如何感知用戶和服務(wù)需求、如何利用用戶和服務(wù)需求等問題

2、出發(fā)，研究基于需求感知的資源適配方法。論文的主要研究工作與創(chuàng)新點如下:
　　(1)針對網(wǎng)絡(luò)如何感知用戶和服務(wù)需求的問題，提出了一種需求感知通用基礎(chǔ)框架，并在原型系統(tǒng)中驗證了其可行性。首先，分析了在網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中提供用戶和服務(wù)需求感知能力的必要性，并討論了架構(gòu)設(shè)計時面臨的主要挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，提出利用XML語言對用戶和服務(wù)需求進(jìn)行描述，在報頭中攜帶XML語言描述的需求信息，并利用控制器讀取用戶和服務(wù)需求。再次，在智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)

3、中對提出的需求感知通用基礎(chǔ)框架進(jìn)行了實現(xiàn)，并以感知服務(wù)內(nèi)容大小這一服務(wù)需求為例，結(jié)合域內(nèi)路由適配機(jī)制，從可行性和大流探測兩方面進(jìn)行了測試評估。實驗結(jié)果表明，該框架能夠?qū)崿F(xiàn)對需求信息的合理感知，且具有良好的架構(gòu)兼容性，顯著減輕了數(shù)據(jù)流探測和網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化等方面的負(fù)擔(dān)開銷。
　　(2)針對如何利用用戶需求提升用戶體驗的問題，提出了一種感知用戶需求的個性化服務(wù)選擇模型和自適應(yīng)分級傳輸機(jī)制，可實現(xiàn)面向用戶的差異化服務(wù)適配并提升鏈路帶寬利用率

4、。針對服務(wù)獲取的解析階段，建立了基于用戶偏好需求的服務(wù)選擇統(tǒng)計概率模型，并運用蒙特卡洛仿真對服務(wù)選擇過程進(jìn)行隨機(jī)抽樣。從理論和仿真兩個角度分析不同場景下用戶偏好對服務(wù)選擇的影響，得到了服從負(fù)指數(shù)分布的服務(wù)選擇變化規(guī)律。針對服務(wù)獲取的傳輸階段，提出了基于用戶級別感知的自適應(yīng)分級傳輸機(jī)制，通過引入用戶級別需求與用戶級別管理器模塊，設(shè)計了一種基于用戶級別的鏈路帶寬適配方案。仿真結(jié)果表明，該方案實現(xiàn)面向用戶的差異化分級傳輸質(zhì)量，并提升鏈路帶寬利

5、用率25％以上。
　　(3)針對網(wǎng)絡(luò)在已知服務(wù)需求時的資源動態(tài)適配問題，提出了一種基于期限需求的低開銷數(shù)據(jù)流傳輸控制機(jī)制(DSLO)，可降低數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)無效期限流所引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)開銷。DSLO提出了最大化期限滿足率和最小化無效流開銷的總體設(shè)計思路，以及接受、預(yù)測和中止三種資源適配控制功能。在此基礎(chǔ)上，通過發(fā)送端驅(qū)動的平均傳輸速率監(jiān)測，實現(xiàn)了一種基于發(fā)送速率的無效流預(yù)測方法，并對該方案進(jìn)行魯棒性分析。與此同時，在交換機(jī)端建立了與降速倍數(shù)

6、相關(guān)的無效期限流概率預(yù)測模型，并提出了一種基于預(yù)測概率的自適應(yīng)預(yù)測方法。最后，在典型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎?，針對包括DSLO在內(nèi)的不同期限流傳輸機(jī)制，從網(wǎng)絡(luò)開銷、期限滿足率、參數(shù)選擇合理性及機(jī)制魯棒性四個方面進(jìn)行仿真測試與評估。仿真結(jié)果表明，DSLO機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)對無效期限數(shù)據(jù)流的合理預(yù)判，最優(yōu)情況將網(wǎng)絡(luò)開銷從10％削減至1％以內(nèi)并維持90％以上的期限滿足率。
　　(4)針對服務(wù)需求感知如何有效提升服務(wù)質(zhì)量的問題，提出了一種基于期限需求

7、的數(shù)據(jù)流調(diào)度機(jī)制(FBDS)，實現(xiàn)了基于期限約束的集中式停等調(diào)度決策，可有效提升數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)高并發(fā)流情況下的期限滿足率。FBDS機(jī)制的核心思想是采用集中式的控制方案，推遲一些數(shù)據(jù)流至期限到達(dá)時刻完成，通過預(yù)留傳輸空間的方式，緩解高并發(fā)流情況下的期限流失效問題。FBDS機(jī)制通過引入傳輸調(diào)度塊和停等操作，設(shè)計了期限流的停等調(diào)度算法，并從調(diào)度塊獨立性和停等機(jī)制合理性兩個方面對停等調(diào)度進(jìn)行理論推導(dǎo)驗證。最后從數(shù)據(jù)流平均完成時間、期限滿足率、停等