基于测量的Internet延迟分析与建模

论文摘要

当前随着网络技术的高速发展和Internet服务的普遍深入,Internet的规模日益庞大,其提供的服务和用户的服务需求也更加多样化和复杂化,同时也对网络性能和网络服务质量不断提出新的要求。网络延迟是网络性能的重要参数之一,了解网络延迟的特性对提高服务质量也有着重要意义。本文的研究目标是根据测量到的延迟数据,结合拓扑信息、网络状态以及一些可能影响延迟相关因素,发掘Internet延迟的一般规律,寻找延迟与这些影响因素的关系。在此基础上,探索有效估计延迟的方法,进而建立一个或多个有效的数学模型用以预测Internet延迟。通过对全国十几万路由IP进行的长期周期性测量,获得了全国路由级拓扑图和对应于该拓扑图的延迟数据,并在这批数据的基础上,结合APNIC公布的ISP信息数据,围绕延迟进行了大量的研究工作。通过曲线拟合等数据统计方法,研究了节点度、延迟和跳数的分布特征,以及跳数、自治域和IP地址共同前缀对延迟的影响,通过使用数据挖掘的方法研究了介数、承载量、度与延迟的关系,发现介数和承载量共同影响着链路延迟的分布区间。本文在最后提出了两个与延迟有关的模型:端到端延迟预测模型适用于短期内对通过较少测量,甚至不测量的情况下对任意两IP之间的端到端延迟进行估计;在网络坐标(GNP)理论的启发下,设计了基于测量数据的延迟合成模型,该模型以延迟为距离,建立起一个延迟空间。这样,求节点间的延迟就转变为计算空间中点的距离,结合随机点过程理论,还可以获得比测量数据规模更大的延迟数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 相关工作
• 1.2.1 延迟测量
• 1.2.2 延迟分析
• 1.2.3 延迟预测
• 1.2.4 延迟建模
• 1.3 论文内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 数据准备及预处理
• 2.1 测量工具简介
• 2.2 拓扑数据
• 2.2.1 拓扑数据的概要信息
• 2.2.2 节点度分布特征
• 2.2.3 介数特征
• 2.2.4 数据存在的问题说明
• 2.3 端到端跳数
• 2.4 延迟数据
• 2.4.1 静态延迟数据
• 2.4.2 动态延迟数据
• 2.5 AS数据
• 2.6 承载量
• 2.7 本章小结
• 第3章 延迟的综合分析
• 3.1 延迟分布特征
• 3.1.1 重尾分布的概念
• 3.1.2 链路延迟分布
• 3.1.3 端到端延迟分布
• 3.2 跳数与延迟的关系
• 3.2.1 高延迟边与跳数的关系
• 3.2.2 端到端延迟与跳数的关系
• 3.3 延迟与自治域
• 3.4 IP地址共同前缀的长度与端到端往返的关系
• 3.5 拓扑信息与延迟的关系
• 3.5.1 方法论
• 3.5.2 数据预处理
• 3.5.3 延迟与拓扑中介数的关系
• 3.5.4 延迟与承载量的关系
• 3.5.5 介数、承载量和延迟三个维度上的分析
• 3.5.6 延迟与拓扑中度的关系
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于延迟分析结果的建模
• 4.1 端到端延迟预测模型
• 4.1.1 端到端延迟的直接估计方法
• 4.1.2 端到端延迟的间接估计方法
• 4.2 基于测量数据的延迟合成模型框架设计
• 4.2.1 关键技术
• 4.2.2 模型框架
• 4.2.3 模型评价
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢