基于網(wǎng)絡(luò)透視理論的網(wǎng)絡(luò)鏈路性能測量研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)測量的重要性日益突出。網(wǎng)絡(luò)測量可以精確地捕捉互聯(lián)網(wǎng)行為的測量數(shù)據(jù)，包括延遲、丟包率、帶寬、吞吐量、瓶頸、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間等。網(wǎng)絡(luò)測量是認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行規(guī)律、及早發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的惡意攻擊行為、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部署、提高網(wǎng)絡(luò)整體性能、改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要手段，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，因此它已經(jīng)成為當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　 互聯(lián)網(wǎng)的分散性、異構(gòu)性以及分域自治等特點(diǎn)給傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)測量方法

2、帶來了巨大挑戰(zhàn)。由于對(duì)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的最初設(shè)計(jì)并沒有考慮網(wǎng)絡(luò)測量的需要，雖然網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以在自己的管理域中部署測量點(diǎn)來了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況，但是互聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性使得直接部署大量測量點(diǎn)來獲取網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部性能的做法是不切合實(shí)際的。同時(shí)由于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是跨越互聯(lián)網(wǎng)中的很多子網(wǎng)，因此通過外部端到端的測量方式來了解互聯(lián)網(wǎng)的整體性能情況對(duì)于保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量是非常重要的。本文主要研究基于網(wǎng)絡(luò)透視理論的網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)性能測量，即利用網(wǎng)絡(luò)路徑端到端的測量方式來獲取網(wǎng)絡(luò)整

3、體性能情況，通過采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來分析網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部性能。本文主要圍繞網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲、丟包率等網(wǎng)絡(luò)屬性，從離散模型和連續(xù)模型、統(tǒng)計(jì)推斷策略、度量方法等方面進(jìn)行了深入的研究，提出了基于網(wǎng)絡(luò)透視理論的網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲、丟包率的測量方法。本文的主要研究成果如下：
　　 (1)針對(duì)離散延遲模型量化不準(zhǔn)確的問題，提出一種基于邏輯多播樹的網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲分布推斷方法。該方法采用路徑端到端的多播測量方式進(jìn)行研究，在滿足網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲的時(shí)間獨(dú)立性和空間獨(dú)立

4、性的假設(shè)下，針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)路徑級(jí)延遲分布，提出分情況量化處理方式來選取離散延遲模型中的量化單元大小和量化范圍，并在此基礎(chǔ)上，采用最大似然估計(jì)和期望最大化算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)路徑級(jí)延遲分布情況進(jìn)行分析，并推斷出網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲分布情況。該方法適用于在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處于非協(xié)作情況下的網(wǎng)絡(luò)延遲測量，同時(shí)該方法可以合理地選取延遲分布的初始化值，減少估計(jì)值的計(jì)算次數(shù)。
　　 (2)針對(duì)不靈活的網(wǎng)絡(luò)丟包率離散模型問題，提出一個(gè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包通過率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推

5、斷的連續(xù)模型。在滿足網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)數(shù)據(jù)包通過率的時(shí)間獨(dú)立性和空間獨(dú)立性的假設(shè)下，該統(tǒng)計(jì)推斷模型是基于路徑端到端的網(wǎng)絡(luò)測量方式，采用累積量母函數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)路徑級(jí)數(shù)據(jù)包通過率進(jìn)行分析，以推斷出網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)數(shù)據(jù)包通過率的統(tǒng)計(jì)信息，并得到各條鏈路間數(shù)據(jù)包通過率的大小關(guān)系。同時(shí)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包通過率與丟失率之間的關(guān)系間接得到網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)數(shù)據(jù)包丟失率的信息，并發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瓶頸鏈路。
　　 (3)針對(duì)復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲推斷問題，提出一種針對(duì)多發(fā)送端拓

6、撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲推斷方法。該方法采用網(wǎng)絡(luò)路徑端到端的多播測量方式進(jìn)行推斷研究。在滿足網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲的時(shí)間獨(dú)立性和空間獨(dú)立性的假設(shè)下，提出將復(fù)雜的多發(fā)送端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)分解成多個(gè)簡單的單發(fā)送端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分解單元，并按照各分解單元所含鏈路個(gè)數(shù)的升序順序推斷各分解單元中的網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲分布。對(duì)每個(gè)分解單元的推斷是在完成拓?fù)浜喕幚砗?，采用最大似然估?jì)法來推斷網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)的延遲分布。整個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的推斷過程使得分解單元中數(shù)據(jù)流共享鏈路上的延遲

7、分布的真實(shí)值和估計(jì)值之間的差異逐漸減小。該方法充分利用了各條路徑上的網(wǎng)絡(luò)延遲數(shù)據(jù)，因此網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)延遲推斷結(jié)果較為精確。同時(shí)該方法可以應(yīng)用到多發(fā)送端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)鏈路級(jí)丟包率推斷上。
　　 (4)針對(duì)從復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中獲取有用統(tǒng)計(jì)信息的問題，提出基于路由矩陣的網(wǎng)絡(luò)鏈路和網(wǎng)絡(luò)路徑的度量方法。對(duì)單鏈路和單路徑度量、鏈路間或路徑間相似度量和它們的相異度量進(jìn)行定義，并分析它們的性質(zhì)。該度量方法可以幫助網(wǎng)絡(luò)研究人員根據(jù)實(shí)際情況選取網(wǎng)絡(luò)重