基于网络断层扫描技术的丢包率研究

论文摘要

网络断层扫描技术是一种新型网络性能测量技术,它克服了传统测量方法的一些缺点,只需通过边缘测量就可推断出网络内部链路的性能参数。网络断层扫描技术的提出可以更好地解决大规模和异构化网络的性能测量。本论文首先对网络性能测量技术和网络断层扫描技术进行介绍,并对网络断层扫描技术中的丢包率测量技术进行了主要阐述,然后对单播测量技术的丢包率推理算法进行了分析与研究。单播测量技术采用简单有效的伪似然估计（Pseudo Maximum Likelihood Estimation,PMLE）进行丢包率计算时,由于PMLE存在缺陷,即随着树状拓扑深度的增加计算得到的丢包率误差将会增大,本论文针对此问题,先通过划分子树算法（Divide Subtree,DST）对要进行网络性能测量的网络拓扑进行划分子树,减小树状拓扑的深度,再使用PMLE算法计算每条链路的丢包率。DST算法与PMLE算法的结合能够很好地降低计算的复杂度并提高计算的精确度,同时DST算法保证了划分子树深度的最大化和新增主动节点数量的最小化。已有的单播测量技术的研究多集中在理论方面,而本论文提出的单播丢包率测量体系将单播测量技术应用于实际。在此测量体系中,通过发送背靠背（back-to-back, b2b）探测数据包对来进行测量,但由于原有包对的发包机制不够灵活,探测数据包的发送速率不能随着被测网络环境的变化而变化,所以通过增加两个时间阈值的发包机制来进行探测包的发送,保证发送的数据包为有效的b2b探测数据包对。同时对测量体系的组成、体系中发送节点的功能和接收节点的功能进行了设计。最后借助NS2仿真软件,模拟真实的网络环境,对本论文提出的增加时间阈值的发包机制与DST划分子树算法和PMLE算法结合后的统计推理算法进行仿真测试,通过分析与对比仿真结果,来验证增加时间阈值的发包机制与结合后的统计推理算法的有效性与合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 论文的研究内容与意义
• 1.4 论文结构与安排
• 2 网络性能测量技术与网络断层扫描技术
• 2.1 网络性能测量技术
• 2.1.1 网络测量的性能指标
• 2.1.2 网络性能测量技术分类
• 2.1.3 网络性能测量体系
• 2.2 网络断层扫描
• 2.2.1 网络断层扫描技术基本介绍
• 2.2.2 网络断层扫描技术的分类
• 2.3 网络断层扫描技术丢包率推测原理
• 2.3.1 丢包率测量技术的基本思想
• 2.3.2 链路上的丢包模型
• 2.3.3 丢包率测量技术
• 2.4 本章小结
• 3 结合DST与PMLE的单播丢包率推理算法研究
• 3.1 基于PMLE的单播丢包率推理算法
• 3.1.1 推测模型
• 3.1.2 PMLE算法
• 3.2 DST划分子树算法
• 3.2.1 分层思想
• 3.2.2 DST划分子树算法及其证明
• 3.3 本章小节
• 4 探测数据包与单播丢包率测量体系研究
• 4.1 单播丢包率测量体系
• 4.1.1 单播丢包率测量体系的组成
• 4.1.2 单播丢包率测量体系的执行过程
• 4.2 探测数据包的构造与发送
• 4.2.1 时间阈值的设定
• 4.2.2 利用IP选项域的探测数据包
• 4.2.3 构造与发送探测数据包
• 4.3 探测数据包的接收与统计
• 4.3.1 接收探测数据包
• 4.3.2 对探测数据包进行统计推理
• 4.4 本章小结
• 5 基于NS2的单播丢包率测量技术的仿真测试
• 5.1 NS2仿真软件
• 5.2 网络仿真场景的搭建
• 5.2.1 网络拓扑结构与组成元素的基本性质
• 5.2.2 测量过程中探测包与测量时间的设置
• 5.2.3 验证对比的参考标准
• 5.3 基于时间阈值的单播丢包率的仿真分析
• 5.3.1 不同发包机制下的丢包率测量
• 5.3.2 结合之后的丢包率推理算法与PMLE丢包率推理算法的比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果