基于QBD結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)端到端通信性能建模與分析研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)端到端通信主要研究發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)不可靠的網(wǎng)絡(luò)向接收節(jié)點(diǎn)發(fā)送一系列報(bào)文的問題，是網(wǎng)絡(luò)端到端通信協(xié)議及分布式計(jì)算的核心內(nèi)容。端到端通信協(xié)議為了滿足通信的性能要求，通常希望能夠精確地預(yù)測通信信道的狀態(tài)，并根據(jù)信道狀態(tài)自動調(diào)整通信協(xié)議的行為，而信道狀態(tài)預(yù)測的準(zhǔn)確性通常依賴于信道系統(tǒng)分析模型。然而，不同網(wǎng)絡(luò)通信組件交互行為的差異導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)通信的復(fù)雜性和不可預(yù)測性。這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)交互行為，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)隊(duì)列機(jī)制變得異常復(fù)雜，使得對這些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行性

2、能分析非常困難。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)新的、系統(tǒng)的方法用于分析網(wǎng)絡(luò)端到端通信信道的性能是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化與管理的核心內(nèi)容。
　　 本文以網(wǎng)絡(luò)端到端通信信道與通信瓶頸區(qū)域?yàn)檠芯績?nèi)容，基于QBD隨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建立了概率丟包網(wǎng)絡(luò)端到端通信信道丟包性能、無線通信信道狀態(tài)可達(dá)性、無線多跳端到端通信性能及大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)通信瓶頸區(qū)域性能的分析模型，提出了系統(tǒng)的分析方法。主要內(nèi)容包括：
　　 (1)概率丟包網(wǎng)絡(luò)(PLCN)端到端通信系統(tǒng)丟包性能

3、分析；通信系統(tǒng)丟包行為精確描述和預(yù)測是設(shè)計(jì)丟包模型的首要目標(biāo)，已有的丟包分析模型由于狀態(tài)空間的限制，無法描述通信信道狀態(tài)之間的相關(guān)性。本研究基于QBD結(jié)構(gòu)分析了概率丟包網(wǎng)絡(luò)端到端通信信道處于平衡狀態(tài)下的隨機(jī)特性，建立了PLCN端到端通信信道性能分析模型。基于該分析模型，首次討論了PLCN端到端通信信道系統(tǒng)的穩(wěn)定性、丟包概率等性能的定量分析技術(shù)。這些研究成果有助于網(wǎng)絡(luò)端到端通信協(xié)議根據(jù)信道狀態(tài)信息，自適應(yīng)地調(diào)整其控制行為，提高通信協(xié)議性能

4、。
　　 (2)無線丟包信道系統(tǒng)(WLCS)狀態(tài)可達(dá)性的概率分析；基于PLCN，利用連續(xù)時(shí)間QBD結(jié)構(gòu)討論了WLCS狀態(tài)可達(dá)性概率分析模型的建模過程。在PLCN模型的基礎(chǔ)之上，WLCS模型進(jìn)一步考慮了報(bào)文丟失方式及狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則對狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的影響。為計(jì)算WLCS模型的狀態(tài)可達(dá)性概率，證明了WLCS模型狀態(tài)集S0是其QBD結(jié)構(gòu)的一個(gè)吸引子(attractor)。WLCS模型的主要優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行有關(guān)穩(wěn)態(tài)和瞬時(shí)狀態(tài)概率的定量描述與分析

5、，為研究無線端到端通信系統(tǒng)的通信性能奠定了基礎(chǔ)。
　　 (3)無線多跳網(wǎng)絡(luò)中端到端丟包信道(E2E-CSLC)性能建模與分析；基于QBD結(jié)構(gòu)提出了E2E-CSLC性能定量分析模型，與WLCS模型的主要區(qū)別在于，E2E-CSLC模型考慮了中間轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)對通信信道性能的影響?；贓2E-CSLC系統(tǒng)模型，分析了E2E-CSLC系統(tǒng)的丟包率、報(bào)文時(shí)延及吞吐量等性能，這些研究成果有利于設(shè)計(jì)及優(yōu)化端到端通信協(xié)議。
　　 (4)

6、大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)通信瓶頸區(qū)域(即(x，S)-bottleneck區(qū)域)性能分析；由于通信流之間復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)交互行為，使得對(x，S)-bottleneck區(qū)域進(jìn)行性能分析非常困難?；趦蓪観BD結(jié)構(gòu)，提出了一個(gè)(x，S)-bottleneck區(qū)域性能分析模型，并分析了大規(guī)模無線網(wǎng)絡(luò)中(x，S)-bottleneck區(qū)域性能特征。模型主要創(chuàng)新點(diǎn)在于同時(shí)考慮了(x，S)-bottleneck區(qū)域及其中通信流的特征，(x，S)-bottlenec

7、k區(qū)域的特征通過第一層QBD模型描述，而經(jīng)過(x，S)-bottleneck區(qū)域每條流的特征由第二層QBD模型描述?；谠撔阅芊治瞿Ｐ?，對(x，S)-bottleneck區(qū)域的性能進(jìn)行了一些概率分析，如經(jīng)過(x，S)-bottleneck區(qū)域通信流的成功轉(zhuǎn)發(fā)概率和吞吐量等，確定了上述概率及吞吐量的理論取值范圍。
　　 論文對網(wǎng)絡(luò)端到端通信信道建模與分析技術(shù)進(jìn)行了深入研究，提出了端到端通信信道及通信瓶頸區(qū)域基于連續(xù)時(shí)間、無窮狀態(tài)空