基于隨機網(wǎng)絡演算的ForCES系統(tǒng)性能模型研究.pdf

1、在日益多樣化的網(wǎng)絡應用需求下，傳統(tǒng)網(wǎng)絡暴露出越來越多的缺陷，使得以追求高開放、高靈活、高可擴展、高可管控為目的的新一代網(wǎng)絡體系架構得到了廣泛研究，然而在追求開放、靈活、可擴展的同時，也給新架構的網(wǎng)絡系統(tǒng)引入了一系列新的問題，如，因高開放性而引入的安全問題，因高靈活性而引入的性能犧牲問題。以ForCES(ForwardingandControlElementsSeparation)為代表的開放可編程網(wǎng)絡技術在近十年得到了快速發(fā)展，但仍有許

2、多未解決的上述新問題，目前針對ForCES的研究集中在功能實現(xiàn)及標準制定上，對其性能未有一個好的評價依據(jù)和優(yōu)化體系。本文針對當前ForCES研究領域未解決的性能問題展開深入研究，提出了一種應用隨機網(wǎng)絡演算(StochasticNetworkCalculus)理論進行ForCES系統(tǒng)性能分析的思路及方法。本文的主要研究成果和創(chuàng)新點包括:
　　1)研究了ForCESTML(TransportMappingLayer)SCTP(Stre

3、amControlTransmissionProtocol)擁塞控制中AIMD(AdditiveIncreaseandMultiplicativeDecrease)算法的服務曲線，建立了ForCESTMLSCTP擁塞控制數(shù)據(jù)積壓及延時性能上界模型。
　　在隨機網(wǎng)絡演算理論框架下，依據(jù)AIMD算法特性，分析了AIMD的服務過程。并定義了SCTP擁塞控制工作時的亞穩(wěn)定狀態(tài)，給出了在該穩(wěn)定狀態(tài)下SCTP擁塞控制服務曲線;基于EBB(Ex

4、ponentiallyBoundedBurstiness)流量模型的到達過程，分析了到達曲線與服務曲線間的最大水平距離和最大垂直距離，推導出了ForCESTMLSCTP擁塞控制數(shù)據(jù)積壓及延時性能上界。
　　2)提出了適合于ForCES架構的CE-FE(ControlElement-ForwardingElement)通道TML的二級調(diào)度策略;給出了一種具有普適性的適合于復雜服務系統(tǒng)的性能求解方法，并基于該方法，建立了二級調(diào)度的平均

5、數(shù)據(jù)積壓、延時的性能上界模型及數(shù)據(jù)積壓、延時的隨機性能上界模型。
　　為滿足CE-FE通道消息調(diào)度的安全性、公平性及魯棒性要求，提出了SP-GPS(StrictPriority-GeneralProcessorShare)二級調(diào)度策略，CE-FE單通道內(nèi)不同類型消息間使用SP調(diào)度，不同F(xiàn)E的通道間使用GPS調(diào)度;在隨機網(wǎng)絡演算理論框架下，給出了在復雜服務系統(tǒng)中，先對服務過程在時間軸上縱向分割，再將縱向分割后的子系統(tǒng)橫向分解為單流單

6、服務系統(tǒng)的系統(tǒng)性能分析方法;利用上述方法中的縱向分解，并基于數(shù)據(jù)流的MGF(MomentGeneratingFunctions)包絡到達過程，建立了SP-GPS調(diào)度中每個數(shù)據(jù)流的平均數(shù)據(jù)積壓及平均延時的性能上界模型;利用縱向及模向相結合的方法，基于EBB流量模型，建立了SP-GPS調(diào)度中每個流的數(shù)據(jù)積壓及延時的隨機統(tǒng)計性能上界模型，與上述平均性能上界模型不同的是，該模型給出了性能的瞬時上界值，更能體現(xiàn)統(tǒng)計復用特征。
　　3)研究了

7、多FE轉發(fā)時單個FE的調(diào)度抽象方法，建立了ForCES體系結構中多FE轉發(fā)的端到端性能模型。
　　在分析多個業(yè)務流通過ForCES系統(tǒng)的性能時，將每個FE的處理抽象為一GPS調(diào)度過程，并在自相似FBM(FractionalBrownianMotion)到達過程下，建立了多業(yè)務流同時通過單個FE處理時的性能上界模型;基于FBM背景流及業(yè)務數(shù)據(jù)流，建立了ForCES系統(tǒng)中多FE處理端到端的數(shù)據(jù)積壓及延時上界性能模型，該端到端性能可以反