網絡流量的半馬爾柯夫模型.pdf

1、流量模型研究是網絡領域的一項基礎性研究，它是網絡性能分析和通信網絡規(guī)劃設計的基礎。高質量的流量模型對于設計高性能網絡協(xié)議和高效的網絡拓撲結構；對于設計高性價比的網絡設備與服務器；對于精確的網絡性能分析與預測；對于擁塞管理與流量均衡提高服務質量等都具有非常重要的意義。流量模型的建立是現(xiàn)代網絡管理系統(tǒng)中一個重要的組成部分，它可以使管理人員掌握網絡的特性，合理調配網絡資源，實現(xiàn)網絡的高效管理。網絡流量模型化的核心是提取網絡流量中關鍵隨機屬性。

2、雖然對計算機網絡流量特性、流量建模以及排隊性能等方面的研究已經開展了十多年，但是在網絡流量模型上仍然沒有取得一致的結論。沒有一種網絡流量模型能像泊松模型在電信網絡中那樣，在IP網絡研究領域中得到廣泛的承認和應用。 本文的研究旨在引入半馬爾柯夫過程描述網絡流量特性，試圖提出一個既精確描述網絡流量特征，又計算簡便的網絡流量模型，使得我們能更好地理解網絡流量行為，能更準確地預測網絡流量，能更有效地管理、配置網絡資源。本文創(chuàng)新性工作如下

3、： 1．提出了一個網絡流量半馬爾柯夫模型。該模型根據IP網絡流量組成及不同時期的特性將網絡流量劃分為四個狀態(tài)：忙、閑、上升和下降。通過狀態(tài)劃分將系統(tǒng)關鍵隨機特性分離，使其更加突出，從而易于提取。對不同狀態(tài)下流量特征的研究和不同狀態(tài)之間轉換規(guī)律的研究構成了一個完整的描述網絡流量的半馬爾柯夫模型。根據各狀態(tài)下傳輸協(xié)議對流量特性的影響，特別是對于流速率變化的影響，我們提出了以下假設：忙狀態(tài)下網絡流速率服從幾何布朗運動；空閑狀態(tài)下網絡流

4、速率服從正態(tài)分布；上升和下降狀態(tài)下網絡流速率服從指數(shù)分布。我們利用國際通用的流量數(shù)據進行驗證，并由此探索揭示提取模型參數(shù)值的方法及模型參數(shù)的物理意義。實驗結果表明，95％以上的流量數(shù)據在其所對應的狀態(tài)下具有我們所假設的各狀態(tài)下的流量特性。 2．應用此模型計算一個重要的網絡性能指標——網絡利用率。我們采用網絡當前負載量與最大理論負載量之比來計算網絡利用率，給出了基于網絡流量半馬爾柯夫模型的網絡利用率計算公式?；谌M國際通用的流量

5、數(shù)據的分析和驗證 結果表明，計算值與實際統(tǒng)計值之間的相對誤差小于5％，說明了網絡流量半馬爾柯夫模型描述網絡流量特性的能力。 3.流量預測廣泛應用于網絡應用、網絡管理當中，對于網絡性能分析、網絡管理和控制均具有重要意義。為了檢驗網絡流量半馬爾柯夫模型的應用性，同時也可從另一角度驗證此模型的正確性，我們應用該模型進行流量預測?；诰W絡流量半馬爾柯夫模型的流量預測算法將重點放置于預測某時刻可能的流量峰值，而不是預測某時刻精確的流量值

6、?；诖怂枷耄覀兺茖Я嘶诰W絡流量半馬爾柯夫模型的流量峰值預測公式，并通過實驗對預測性能進行了檢驗。預測1秒和3分鐘后的流量，預測精度達到80％，短期預測可達95％，表明我們的預測方法同時適用于長期和短期預測。偏離度的實驗結果表明大部分的預測上 界值與實際流量值之間的誤差較小，特別對于主干網數(shù)據而言，其誤差低于15％。 這個工作難度很大?，F(xiàn)在的工作只能說是一個開始，許多工作仍有待進行，尤其是關于網絡流量半馬爾柯夫模型的實際應