智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)下基于需求感知的資源適配方法研究.pdf

1、隨著用戶規(guī)模的擴(kuò)大和應(yīng)用種類的增加，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為一個(gè)承載數(shù)據(jù)、多媒體等種類繁多、特征各異、海量應(yīng)用的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。然而，傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系僅提供盡力而為且粗粒度的服務(wù)，而不承載用戶具體需求和業(yè)務(wù)特征，使得網(wǎng)絡(luò)難以根據(jù)用戶具體需求和業(yè)務(wù)特征對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行智能分配，導(dǎo)致了用戶體驗(yàn)不佳、資源利用低、服務(wù)質(zhì)量差等弊端。為此，本文以國(guó)家973項(xiàng)目“智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)研究”為背景，從網(wǎng)絡(luò)如何感知用戶和服務(wù)需求、如何利用用戶和服務(wù)需求等問題

2、出發(fā)，研究基于需求感知的資源適配方法。論文的主要研究工作與創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)如何感知用戶和服務(wù)需求的問題，提出了一種需求感知通用基礎(chǔ)框架，并在原型系統(tǒng)中驗(yàn)證了其可行性。首先，分析了在網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中提供用戶和服務(wù)需求感知能力的必要性，并討論了架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，提出利用XML語言對(duì)用戶和服務(wù)需求進(jìn)行描述，在報(bào)頭中攜帶XML語言描述的需求信息，并利用控制器讀取用戶和服務(wù)需求。再次，在智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)

3、中對(duì)提出的需求感知通用基礎(chǔ)框架進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，并以感知服務(wù)內(nèi)容大小這一服務(wù)需求為例，結(jié)合域內(nèi)路由適配機(jī)制，從可行性和大流探測(cè)兩方面進(jìn)行了測(cè)試評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該框架能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)需求信息的合理感知，且具有良好的架構(gòu)兼容性，顯著減輕了數(shù)據(jù)流探測(cè)和網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化等方面的負(fù)擔(dān)開銷。
　　(2)針對(duì)如何利用用戶需求提升用戶體驗(yàn)的問題，提出了一種感知用戶需求的個(gè)性化服務(wù)選擇模型和自適應(yīng)分級(jí)傳輸機(jī)制，可實(shí)現(xiàn)面向用戶的差異化服務(wù)適配并提升鏈路帶寬利用率

4、。針對(duì)服務(wù)獲取的解析階段，建立了基于用戶偏好需求的服務(wù)選擇統(tǒng)計(jì)概率模型，并運(yùn)用蒙特卡洛仿真對(duì)服務(wù)選擇過程進(jìn)行隨機(jī)抽樣。從理論和仿真兩個(gè)角度分析不同場(chǎng)景下用戶偏好對(duì)服務(wù)選擇的影響，得到了服從負(fù)指數(shù)分布的服務(wù)選擇變化規(guī)律。針對(duì)服務(wù)獲取的傳輸階段，提出了基于用戶級(jí)別感知的自適應(yīng)分級(jí)傳輸機(jī)制，通過引入用戶級(jí)別需求與用戶級(jí)別管理器模塊，設(shè)計(jì)了一種基于用戶級(jí)別的鏈路帶寬適配方案。仿真結(jié)果表明，該方案實(shí)現(xiàn)面向用戶的差異化分級(jí)傳輸質(zhì)量，并提升鏈路帶寬利

5、用率25％以上。
　　(3)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)在已知服務(wù)需求時(shí)的資源動(dòng)態(tài)適配問題，提出了一種基于期限需求的低開銷數(shù)據(jù)流傳輸控制機(jī)制(DSLO)，可降低數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)無效期限流所引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)開銷。DSLO提出了最大化期限滿足率和最小化無效流開銷的總體設(shè)計(jì)思路，以及接受、預(yù)測(cè)和中止三種資源適配控制功能。在此基礎(chǔ)上，通過發(fā)送端驅(qū)動(dòng)的平均傳輸速率監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了一種基于發(fā)送速率的無效流預(yù)測(cè)方法，并對(duì)該方案進(jìn)行魯棒性分析。與此同時(shí)，在交換機(jī)端建立了與降速倍數(shù)

6、相關(guān)的無效期限流概率預(yù)測(cè)模型，并提出了一種基于預(yù)測(cè)概率的自適應(yīng)預(yù)測(cè)方法。最后，在典型數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎拢槍?duì)包括DSLO在內(nèi)的不同期限流傳輸機(jī)制，從網(wǎng)絡(luò)開銷、期限滿足率、參數(shù)選擇合理性及機(jī)制魯棒性四個(gè)方面進(jìn)行仿真測(cè)試與評(píng)估。仿真結(jié)果表明，DSLO機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)無效期限數(shù)據(jù)流的合理預(yù)判，最優(yōu)情況將網(wǎng)絡(luò)開銷從10％削減至1％以內(nèi)并維持90％以上的期限滿足率。
　　(4)針對(duì)服務(wù)需求感知如何有效提升服務(wù)質(zhì)量的問題，提出了一種基于期限需求

7、的數(shù)據(jù)流調(diào)度機(jī)制(FBDS)，實(shí)現(xiàn)了基于期限約束的集中式停等調(diào)度決策，可有效提升數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)高并發(fā)流情況下的期限滿足率。FBDS機(jī)制的核心思想是采用集中式的控制方案，推遲一些數(shù)據(jù)流至期限到達(dá)時(shí)刻完成，通過預(yù)留傳輸空間的方式，緩解高并發(fā)流情況下的期限流失效問題。FBDS機(jī)制通過引入傳輸調(diào)度塊和停等操作，設(shè)計(jì)了期限流的停等調(diào)度算法，并從調(diào)度塊獨(dú)立性和停等機(jī)制合理性兩個(gè)方面對(duì)停等調(diào)度進(jìn)行理論推導(dǎo)驗(yàn)證。最后從數(shù)據(jù)流平均完成時(shí)間、期限滿足率、停等