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自相似网络的可靠性建模与分析

匡罗贝  
【摘要】: 测量和研究都发现计算机网络的流量呈现出自相似性(网络的自相似性),该特性对于网络性能分析和网络设计有着重要作用。网络的可靠性是网络设计和分析必须考虑的重要因素之一,对自相似网络的可靠性进行分析是网络分析的研究热点之一。本文针对自相似网络可靠性开展研究,基于流量模型,提出了网络业务性能分析模型,同时基于业务性能提出了网络可靠性模型,并进行了分析和模拟验证。 首先简要介绍了网络可靠性的研究现状,选取网络的有效性作为衡量可靠性的性能指标。在分析目前常用的用来描述网络流量过程的自相似流量模型的基础上,选取ON/OFF模型作为流量分析模型,即使用大量ON/OFF源叠加方法产生网络流量。 基于ON/OFF模型,将网络节点和到达信息流视为G/M/1/B排队模型。针对ON/OFF流量源的带宽分配,提出了一种自相似网络有效带宽模型。利用大偏差理论得到稳态队列长度分布,结合溢出概率得到自相似业务流的有效带宽。针对信息的排队延迟,提出了一种自相似网络平均排队延迟分析模型。基于稳态队列长度分布,求均值得到稳态平均队列长度,进而通过Little定理得到网络的平均排队延迟时间。针对信息的丢包情况,提出了一种自相似网络平均丢包率分析模型。利用队列长度与丢包率之间的关系给出了稳态下丢包率的分布,进而得到平均丢包率。为验证解析结果的正确性,利用NS-2模拟器对自相似网络的平均排队延迟和平均丢包率进行了模拟。 为了分析自相似网络可靠性,结合业务性能对网络可靠性指标进行形式化。通过平均排队延迟和平均丢包率两个业务性能指标,分别提出了基于平均排队延迟的可靠性模型和基于平均丢包率的可靠性模型,并分别进行了模型分析。为了更加全面衡量网络的可靠性,提出并讨论了自相似网络的可靠性矢量模型。 在分析现有网络模拟器不足的基础上,设计并实现了针对自相似网络可靠性的模拟器—SNRS(Self-similar Network Reliability Simulator),它可以对自相似网络的平均排队延迟和平均丢包率进行模拟,进而分析可靠性。通过模拟发现,理论分析结果与模拟结果是吻合的,从而验证了所建可靠性模型的正确性。


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