基于網(wǎng)絡(luò)演算的qos分析方法與保障技術(shù)

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1、哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文基于網(wǎng)絡(luò)演算的QoS分析方法與保障技術(shù)姓名：陳艷平申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：王慧強(qiáng)2012-06基于網(wǎng)絡(luò)演算的QoS分析方法與保障技術(shù)摘要相比傳統(tǒng)的排隊(duì)論而言，網(wǎng)絡(luò)演算具有系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)，能采用靈活的方式表示當(dāng)前日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)和業(yè)務(wù)流特征，進(jìn)而獲得業(yè)務(wù)流和服務(wù)單元的精確模型，并且能夠進(jìn)行最壞情況下的性能分析，因此非常適合網(wǎng)絡(luò)的QoS建模。基于以上背景，本課題采用網(wǎng)絡(luò)演算研究動(dòng)態(tài)變化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的QoS分析方法和保障技術(shù)。內(nèi)容主要包括：1)一般拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)建模；2)面向數(shù)據(jù)變換的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型；3)面向

2、業(yè)務(wù)流自相似、多分形等特性的接納控制算法；4)基于業(yè)務(wù)流和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)動(dòng)態(tài)變化的路由算法。四個(gè)研究?jī)?nèi)容循序漸進(jìn)，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體。首先，分析影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的三個(gè)主要因素：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、輸入網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的調(diào)度協(xié)議，得到了影響網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的具體細(xì)節(jié)，使后續(xù)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定條件的研究更具有針對(duì)性。在網(wǎng)絡(luò)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(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，基本的網(wǎng)絡(luò)演算理論已經(jīng)不能對(duì)超鏈表示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模。因此，借鑒超鏈概念，推導(dǎo)了基于高級(jí)網(wǎng)絡(luò)演算的統(tǒng)計(jì)延遲界和統(tǒng)計(jì)積壓界，并用二者表示網(wǎng)元的穩(wěn)定度量，研究一般拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定條件。通過分析數(shù)據(jù)包之

3、間或業(yè)務(wù)流之間的偏序關(guān)系及這種偏序關(guān)系對(duì)延遲的影響，研究業(yè)務(wù)流的偏序關(guān)系構(gòu)成的偏序集上的閉包算子，將網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定問題轉(zhuǎn)換為偏序集上該閉包算子的超可加閉包問題。在網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)下，通過融合最小加代數(shù)和最大加代數(shù)卷積實(shí)現(xiàn)對(duì)一般拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的建模，解決目前網(wǎng)絡(luò)演算僅能對(duì)串聯(lián)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)建模的問題。其次，針對(duì)傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)流聚集不適用于數(shù)據(jù)變換下的業(yè)務(wù)流聚集的不足，本部分給出適合數(shù)據(jù)變換下的業(yè)務(wù)流聚集定義。把數(shù)據(jù)變換看作是一種數(shù)據(jù)壓縮過程，從泛函分析的角度對(duì)數(shù)據(jù)變換過程進(jìn)行定義，給出了基于此定義的業(yè)務(wù)流到達(dá)過程模型和服務(wù)模型。并根據(jù)這兩種模型構(gòu)建具有數(shù)據(jù)變換能力的Qo

4、S性能參數(shù)表達(dá)式，將QoS性能分析方法應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)變換模式，證明了本部分提出的面向數(shù)據(jù)變換的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型的準(zhǔn)確性。再次，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流突發(fā)更加隨機(jī)化導(dǎo)致業(yè)務(wù)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(jì)網(wǎng)絡(luò)演算對(duì)流進(jìn)行性能分析，基于分析結(jié)果進(jìn)行接納控制。由于流在不同時(shí)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(cè)量，選取適當(dāng)?shù)臅r(shí)間尺度，判斷流的突發(fā)水平，據(jù)此選定流模型；另外，由于多分形流模型還不能直接用于哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算分析，提出的算法通過有效帶

5、寬和有效包絡(luò)轉(zhuǎn)換定理，獲得多分形流模型的有效包絡(luò)，使得多分形流模型能夠用于統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)演算分析。由于接納控制算法本身會(huì)對(duì)流的性能產(chǎn)生影響，因此接納決策時(shí)機(jī)的選擇對(duì)滿足流的性能也至關(guān)重要，算法通過推導(dǎo)估計(jì)流的突發(fā)期，在此期間對(duì)流進(jìn)行接納控制，以此保障業(yè)務(wù)流的統(tǒng)計(jì)QoS。最后，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流動(dòng)態(tài)變化情形，在動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)路由優(yōu)化。主要考慮背景流獨(dú)立和非獨(dú)立兩種情況。對(duì)于背景流獨(dú)立的情況，可以將卷積運(yùn)算轉(zhuǎn)換為勒讓德域的加法運(yùn)算，能降低服務(wù)曲線的計(jì)算復(fù)雜度。對(duì)到達(dá)曲線和服務(wù)曲線進(jìn)行勒讓德變換，采用勒讓德域到達(dá)曲線和服務(wù)曲線表示業(yè)務(wù)流的統(tǒng)計(jì)時(shí)延和統(tǒng)

6、計(jì)積壓，得到它們之間關(guān)系的閉合表達(dá)式。將該理論應(yīng)用于QoS路由優(yōu)化算法，證明提出方法的正確性。對(duì)于背景流非獨(dú)立的情況，由于同一條路徑存在多個(gè)業(yè)務(wù)流，而不同的業(yè)務(wù)流還具有交叉重復(fù)路徑，因此在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)剩余服務(wù)曲線就涉及PM00(PayMultiplexingOnlyOnce)現(xiàn)象。本部分將結(jié)合剩余服務(wù)曲線，通過對(duì)勒讓德域服務(wù)曲線的分析，獲得在相同路徑上不同業(yè)務(wù)流之間的交叉關(guān)系，得到PM00現(xiàn)象作用下的不同業(yè)務(wù)流之間關(guān)系的表達(dá)式。為實(shí)現(xiàn)考慮PM00現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)路由打下基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)演算；數(shù)據(jù)變換；接納控制；服務(wù)曲線；到達(dá)曲線基于網(wǎng)絡(luò)演算的QoS分析方

7、法與保障技術(shù)AbstractComparedwiththetraditionalqueuingtheory,networkcalculuspossessessystemmodelstructureandcanadoptaflexiblemarinertoexpressanincreasinglycomplexnetworkmorphologyandtrafficflowcharacteristics，thusanaccuratemodelofthetrafficflowandserviceunitcanbeobtainedandnetworkca

8、lculushastheabilitytoworst．caseperformanceanalysis，itisverysuitablef