网络中自相似业务流的特性及其影响研究

论文摘要

自从1994年关于网络业务流自相似现象的论文发表以来，学者开始关注和研究自相似网络业务流的产生原因和检测方法，着力研究自相似业务流对Internet、光突发交换网络、无线通信网络等网络性能的影响，特别是对网络的排队性能，包括丢失率、延迟、延迟抖动，及相关算法的研究越来越深入，提出了一系列的在自相似条件下改善排队性能的理论和方法，并给出了仿真结果。本论文从自相似的各种定义入手，力图找出各种从不同角度给出的自相似定义之间的联系，通过定理和定理的证明过程将它们之间的关系表现出来，为进一步的研究奠定了重要的数学基础。论文的主要结论如下：1．指出了网络中文件长度的分布不一定是Pareto分布—重尾分布，而更接近于对数正态分布-非重尾分布，网络业务流的自相似现象产生的原因不一定是重尾分布的文件长度，非重尾分布的文件长度也会引起业务流的自相似现象。2．对自相似业务流的各种物理模型和统计模型进行了总结，分析了各种模型的产生机理，对获取模型参数的运算量进行了估算，指出了各种模型的优点和缺点，为研究自相似现象的产生机理提供了重要的物理基础。3．在光突发交换（OBS）网络的组装算法方面，对固定时间门限组装算法、固定长度门限组装算法、统装算法、自适应长度门限组装算法进行了系统的分析和研究，提出了改进的自适应长度门限组装算法，在自相似业务流输入情况下，该算法具有明显的优于其他算法的性能，如分组阻塞率降低了一个数量级。4．在自相似业务流输入的情况下，分析了无线通信网络的网关在功率控制模式和实时转发模式下的业务流自相似程度的变化，通过理论分析和实际仿真，结果表明，A．P．Petropulu等人的“在某种条件下，网关输出的自相似性消失”的结论是不正确的，并且给出了更合理的结论。5．对自相似业务流的两种预测方法进行分析与研究，提出了基于后向传播算法的5层神经网络的预测结构和加权因子计算方法，进行了理论分析和仿真实验，并将预测结果应用于缓冲区的分配方案中，取得了优于其它分配方案的分组丢失率和更好的公平性。6．根据有效带宽的概念，提出了自相似业务流的有效带宽的估算方法，仿真结果表明对数正态-FARIMA模型的带宽计算方法能较好地满足溢出率的要求。自相似网络业务流对网络性能的影响，特别是对排队性能（如对缓冲区大小的要求、延迟、丢失率）和算法（如RED等）的影响、对一些重要传输机制（如TCP／IP）的影响、对资源管理（如带宽管理等）的影响等方面的研究对改善网络性能、传输机制和资源管理方法具有重要的意义和进一步研究的价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 通信网络中业务流的突发现象
• 1.2 通信网络中的业务流突发现象对网络性能的影响
• 1.3 本论文的研究任务及结构安排
• 1.3.1 本论文的研究任务
• 1.3.2 论文的结构安排
• 第二章 通信网络中业务流的突发现象产生的原因
• 2.1 重尾分布
• 2.2 对数正态分布
• 2.3 文件大小的分布
• 2.3.1 用户操作模型
• 2.3.2 模型的实用性
• 2.4 仿真实验及结果分析
• 2.5 小结
• 第三章 通信网络业务流突发现象的模型研究
• 3.1 自相似业务流的概念
• 3.1.1 自相似过程的定义
• 3.1.2 自相似过程的性质
• 3.2 自相似业务流的模型研究
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 统计模型
• 3.2.3 对几种模型的评价
• 3.2.4 建立模型需捕获参数的复杂度计算
• 3.3 自相似业务流的检测方法研究
• 3.3.1 定义
• 3.3.2 小波检测法
• 3.3.3 仿真实验及结果分析
• 3.4 无线网关对业务流自相似程度的影响
• 3.4.1 系统模型
• 3.4.2 网关对数据流的影响
• 3.4.3 仿真实验及结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 自相似业务流下的OBS组装算法的改进研究
• 4.1 OBS的组装算法
• 4.2 组装算法与业务流自相似程度的关系仿真
• 4.2.1 固定时间门限和固定长度门限组装算法与自相似的关系
• 4.2.2 统装算法与自相似的关系
• 4.2.3 自适应长度门限组装算法与自相似的关系
• 4.3 组装算法与阻塞率的关系仿真
• 4.4 改进的自适应长度门限组装算法
• 4.4.1 自适应长度门限组装算法
• 4.4.2 自适应长度门限组装算法的改进
• 4.4.3 自适应长度门限组装算法对分组阻塞率影响的分析
• 4.4.4 仿真实验及结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 自相似业务流的预测研究
• 5.1 基于FARIMA模型的自相似业务流的预测研究
• 5.1.1 FARIMA模型与自相似过程
• 5.1.2 基于FARIMA模型的预测
• 5.1.3 仿真实验
• 5.2 基于神经网络模型的自相似业务流的预测研究
• 5.2.1 利用改进的反向传播算法实现对自相似业务流的预测
• 5.2.2 四种缓冲区分配方案
• 5.2.3 基于预测结果降低分组丢失率的原理及算法
• 5.2.4 仿真实验及结果分析
• 5.3 小结
• 第六章 自相似业务流的带宽估计算法研究
• 6.1 自相似业务流的有效带宽的估计
• 6.1.1 短相关模型下的有效带宽
• 6.1.2 长相关模型下的有效带宽
• 6.1.3 仿真实验及结果分析
• 6.2 网络视频业务流有效带宽的计算
• 6.2.1 业务流模型及其带宽计算
• 6.2.2 FARIMA模型与有效带宽
• 6.2.3 视频业务流的带宽计算
• 6.2.4 仿真实验及结果分析
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的研究成果
• 一、攻博期间发表的论文
• 二、攻博期间主持或参与的科研项目
• 三、攻博期间申请并授权的国家发明专利