分布式网络信息系统的构建与性能改进

【摘要】：随着信息社会的发展,人们对信息的需求量及信息的获取方式有着越来越高的要求,各种网络信息系统也应运而生。本文研究的网络信息系统包括信息采集、传输及处理三大部分。提高信息系统的吞吐率并保证信息的传输质量具有重要的研究意义和应用价值。 在网络信息系统中,负责信息采集及传输的通常是由传感器节点组成的无线Ad Hoc网络。为了将前端传感器节点收集的信息更多、更快地传回后台数据中心,由传感器节点构成的无线Ad Hoc网络的总吞吐率亟需改进。在无线网络中,节点的传输受多个传输参数(例如,载波侦听阈值,传输速率等)影响。本文分析了各传输参数对单个节点及整个网络吞吐率的影响,给出了一个优化网络总吞吐率的模型,提出了一种启发式的参数调整算法。各节点可以根据参数调整算法分布式地、动态地调整自己的传输参数,从而在保证自身吞吐率的同时,提高整个网络吞吐率。 除了信息系统前后端之间的通信,在系统内部各子网络内的信息共享也越来越多。共享的信息已经由单纯的文本信息扩展到语音、视频等多种类型。本文研究了无线Ad Hoc网络中视频、音频等实时业务流的服务质量保证问题,提出了两种基于节点的准入控制机制。一种工作在单速率的Ad Hoc网络中,并以两跳干扰模型作为判断节点干扰的条件;另一种则工作在链路速率动态可调的无线网络,以物理干扰模型作为判断节点干扰的条件。两种准入控制机制都充分考虑链路发送节点处各节点对信道的竞争使用以及接收节点处所受的干扰情况,从而在充分利用网络带宽资源的前提下,保证了所有准入数据流的传输质量。 网络信息系统后端的数据中心主要负责信息的计算与处理。随着所需处理信息量的增大,业务请求通常被分配到多个服务器上同时进行处理。为各服务器提供快速可靠的通信路径是数据中心要解决的首要问题。本文通过引入随机图理论,提出了一种大规模数据中心中网络连接的新方法。该方法使得数据中心能够随着业务需求量的增加而动态扩展;并且新的网络架构能够提供较高的网络吞吐率和容错性。在此网络架构的基础上,本文还提出了一种路由选择及修复机制。新的路由算法能够在降低路由开销的前提下,为服务器间找到较短的通信路径。当节点和链路随机失效率控制在一定范围时,路由修复机制保证了数据中心能够有效工作。

【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN929.5