基于層析成像的虛擬試驗網(wǎng)絡參數(shù)估計方法研究.pdf

1、虛擬試驗廣泛應用于軍工試驗與測試領域，已成為現(xiàn)代靶場考評武器裝備性能的重要手段。武器裝備的虛擬試驗系統(tǒng)由實物裝備、虛擬模型和半實物三種形態(tài)的試驗資源，按照試驗任務需求綜合集成后，依托虛擬試驗網(wǎng)絡而構建。虛擬試驗網(wǎng)絡一般由地理上分散的多靶場之間的專用試驗網(wǎng)絡構成，試驗過程中大量的數(shù)據(jù)交互，容易造成網(wǎng)絡局部擁塞，傳輸性能惡化，從而導致系統(tǒng)時空一致性被破壞，影響虛擬試驗系統(tǒng)的整體性能。通過實時準確地獲取網(wǎng)絡內(nèi)部參數(shù)信息，并根據(jù)網(wǎng)絡參數(shù)的變化對

2、系統(tǒng)進行動態(tài)優(yōu)化、調(diào)整和重新部署，可以迅速地改善虛擬試驗網(wǎng)絡的傳輸性能，從而提高虛擬試驗系統(tǒng)的整體性能。
　　隨著虛擬試驗網(wǎng)絡的非協(xié)作性特征越來越明顯，通過傳統(tǒng)的直接測量模式獲取網(wǎng)絡內(nèi)部參數(shù)的方法，由于需要內(nèi)部節(jié)點的協(xié)作，越來越無法滿足虛擬試驗的需求。近年來，國際上提出的網(wǎng)絡層析成像技術，通過在網(wǎng)絡邊緣獲取的端到端測量數(shù)據(jù)，估計網(wǎng)絡內(nèi)部參數(shù)信息。該方法不需要內(nèi)部節(jié)點的協(xié)作，能有效解決虛擬試驗網(wǎng)絡非協(xié)作性帶來的問題，但現(xiàn)有方法還存在

3、算法復雜度較高，估計效率較低等問題。而在虛擬試驗系統(tǒng)中，由于需要實時根據(jù)當前網(wǎng)絡傳輸狀態(tài)對系統(tǒng)進行動態(tài)優(yōu)化，因此對網(wǎng)絡參數(shù)獲取方法的效率有較高要求。本文在層析成像技術框架下，對虛擬試驗網(wǎng)絡參數(shù)估計方法進行研究，旨在解決現(xiàn)有方法存在的問題，提高網(wǎng)絡參數(shù)估計方法的性能，為虛擬試驗系統(tǒng)性能優(yōu)化提供依據(jù)，具體內(nèi)容如下：
　　虛擬試驗網(wǎng)絡負載隨其承載的試驗任務快速變化。而現(xiàn)有基于層析成像的拓撲估計方法，在估計節(jié)點對相似度時，一般將背景流視為

4、零均值隨機噪聲，采用觀測樣本均值作為節(jié)點對相似度的估計值，未充分考慮背景流影響，導致估計精度受背景流影響較大。此外，虛擬試驗網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化，而現(xiàn)有針對節(jié)點集合動態(tài)變化的拓撲估計方法由于采用逐層搜索或窮舉搜索方法對拓撲進行更新，導致算法效率較低。針對這兩個問題，本文提出一種基于探測包重組和公共路徑匹配的拓撲估計方法。該方法根據(jù)背景流影響對“三明治”包中兩個小包進行排序重組，利用重組后的“三明治”包對節(jié)點對相似度進行估計，以降低背景流影響

5、，從而提高拓撲估計準確性；利用TTL（Time-To-Live）跳數(shù)信息選擇匹配路徑，對新加入節(jié)點按照公共路徑長度進行匹配，搜索其在網(wǎng)絡中插入位置，減少測量過程中所需的探測次數(shù)，提高拓撲估計的效率。實驗結果表明，該算法能夠有效提高網(wǎng)絡拓撲估計的準確性和效率。
　　虛擬試驗對網(wǎng)絡參數(shù)估計方法的效率有較高要求，而現(xiàn)有單源網(wǎng)絡鏈路丟包率估計方法效率較低，且在估計精度和計算速度方面相互制約，難以滿足虛擬試驗的需求。針對該問題，本文提出了一

6、種基于EM算法的單源網(wǎng)絡鏈路丟包率快速估計方法。該方法通過選擇合理的鏈路丟包率初始值以減少迭代次數(shù)；根據(jù)端到端測量結果將網(wǎng)絡拓撲劃分為傳輸狀態(tài)確定性區(qū)域和非確定性區(qū)域，避免確定性區(qū)域冗余分解造成的時間開銷；通過對非確定性區(qū)域子樹丟包模式按層分解，以子樹丟包模式為基本計算單元，減少非確定性區(qū)域子樹丟包模式的重復分解過程，提高鏈路丟包率計算速度。實驗結果表明，該方法能在不損失測量精度的前提下，減少鏈路丟包率測量總時間，提高測量速度。

7、　　為解決多源網(wǎng)絡鏈路丟包率估計問題，通過對現(xiàn)有采用高階方程組對探測結果相關性建模的方法進行分析，發(fā)現(xiàn)高階方程組的階數(shù)由網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點的度數(shù)決定，而高階方程組的階數(shù)直接決定了算法復雜度。當網(wǎng)絡節(jié)點度數(shù)較高時，算法復雜度較高。針對該問題，本文提出一種基于拓撲變換的多源網(wǎng)絡鏈路丟包率估計方法。該方法根據(jù)高階方程組的階數(shù)與網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點度數(shù)的關系，采用最小均方誤差準則選擇最優(yōu)拓撲變換方案，通過減少變換后拓撲內(nèi)部節(jié)點分支個數(shù)，降低高階方程組的階數(shù)，