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Internet包延迟行为分析和主动测量技术研究

王恺  
【摘要】: Internet经过30多年的发展取得极大成功,已经成为社会信息基础设施。另一方面由于其发展的特殊性,人们对Internet网络行为的了解还很肤浅。因而随着网络规模的不断扩大,用户数量的迅速增长,网络应用种类层出不穷,网络监控与管理面临着日益严峻的挑战。网络测量是网络监控和管理的基本手段,而通过网络测量了解网络行为,对于深刻理解网络运行规律,指导网络建设,合理配置网络资源,设计网络及应用协议具有重要的意义。 本论文围绕Internet测量与行为分析中的三个问题,即Internet往返延迟行为、主动测量采样技术和Internet自动协作式测量技术与系统进行了深入研究。论文的创新性工作主要体现在以下几个方面: 1.论文在高密度测量(测量间隔为10毫秒)的基础上发现小时间尺度下Internet往返延迟表现出规律的锯齿状突发态和平稳态两种截然不同的特性。论文根据突发态往返延迟的特性提出一种基于相图的突发态数据分离算法,该算法可以剔除往返延迟测量数据中呈锯齿状的突发态数据。我们使用该算法对所有测量数据进行了处理,并研究了突发态往返延迟对原始往返延迟数据标度行为(Scaling behavior)的影响。论文使用Detrended Fluctuation Analysis(DFA)分析方法对Internet往返延迟标度行为进行了分析并发现:总体上看,Internet路径往返延迟不具有单一的标度行为;虽然突发态数据所占比例很小,但却极大地影响着整个往返延迟序列的标度行为,剔除突发态数据后,平稳态往返延迟可以很好的用长程相关模型进行刻画,Hurst指数在0.55和0.8之间。论文使用数值模拟的方法对上述结论进行了验证。 2.论文对将主动测量用于用户流包延迟性能测量的问题进行了建模,并将该问题抽象为主动测量采样问题。在对该问题进行形式化描述的基础上,论文利用离散时间ASTA(Arrivals See Time Averages)理论对主动测量采样问题进行了分析并得出结论:只有在主动测量采样过程与包延迟过程不相关时,测量结果才能够无偏;在具有长程相关的网络流量中,由于流量强烈的突发特征和测量在时间上的均匀特征,主动测量目前最常使用的采样技术,即泊松采样和周期采样,会低估用户流包延迟性能。论文提出了“模拟主动测量试验”方法,并利用该方法对Internet测量数据进行了分析,分析结果验证了理论分析结果并得到结论:主动测量误差程度不受采样频率的影响。随后论文利用Internet流量数据结合仿真试验的方法在更加广泛的网络环境配置中对主动测量应用于用户流包延迟性能测量的问题进行了分析,除了验证了上述结论外,论文进一步得到结论:测量误差将随着链路利用率的增长而减小。


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