網(wǎng)絡(luò)流量的半馬爾柯夫模型.pdf

1、流量模型研究是網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的一項(xiàng)基礎(chǔ)性研究，它是網(wǎng)絡(luò)性能分析和通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。高質(zhì)量的流量模型對(duì)于設(shè)計(jì)高性能網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和高效的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；對(duì)于設(shè)計(jì)高性價(jià)比的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與服務(wù)器；對(duì)于精確的網(wǎng)絡(luò)性能分析與預(yù)測(cè)；對(duì)于擁塞管理與流量均衡提高服務(wù)質(zhì)量等都具有非常重要的意義。流量模型的建立是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，它可以使管理人員掌握網(wǎng)絡(luò)的特性，合理調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高效管理。網(wǎng)絡(luò)流量模型化的核心是提取網(wǎng)絡(luò)流量中關(guān)鍵隨機(jī)屬性。

2、雖然對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)流量特性、流量建模以及排隊(duì)性能等方面的研究已經(jīng)開展了十多年，但是在網(wǎng)絡(luò)流量模型上仍然沒(méi)有取得一致的結(jié)論。沒(méi)有一種網(wǎng)絡(luò)流量模型能像泊松模型在電信網(wǎng)絡(luò)中那樣，在IP網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域中得到廣泛的承認(rèn)和應(yīng)用。 本文的研究旨在引入半馬爾柯夫過(guò)程描述網(wǎng)絡(luò)流量特性，試圖提出一個(gè)既精確描述網(wǎng)絡(luò)流量特征，又計(jì)算簡(jiǎn)便的網(wǎng)絡(luò)流量模型，使得我們能更好地理解網(wǎng)絡(luò)流量行為，能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量，能更有效地管理、配置網(wǎng)絡(luò)資源。本文創(chuàng)新性工作如下

3、： 1．提出了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)流量半馬爾柯夫模型。該模型根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)流量組成及不同時(shí)期的特性將網(wǎng)絡(luò)流量劃分為四個(gè)狀態(tài)：忙、閑、上升和下降。通過(guò)狀態(tài)劃分將系統(tǒng)關(guān)鍵隨機(jī)特性分離，使其更加突出，從而易于提取。對(duì)不同狀態(tài)下流量特征的研究和不同狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換規(guī)律的研究構(gòu)成了一個(gè)完整的描述網(wǎng)絡(luò)流量的半馬爾柯夫模型。根據(jù)各狀態(tài)下傳輸協(xié)議對(duì)流量特性的影響，特別是對(duì)于流速率變化的影響，我們提出了以下假設(shè)：忙狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)流速率服從幾何布朗運(yùn)動(dòng)；空閑狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)流

4、速率服從正態(tài)分布；上升和下降狀態(tài)下網(wǎng)絡(luò)流速率服從指數(shù)分布。我們利用國(guó)際通用的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，95％以上的流量數(shù)據(jù)在其所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下具有我們所假設(shè)的各狀態(tài)下的流量特性。 2．應(yīng)用此模型計(jì)算一個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)——網(wǎng)絡(luò)利用率。我們采用網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前負(fù)載量與最大理論負(fù)載量之比來(lái)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)利用率，給出了基于網(wǎng)絡(luò)流量半馬爾柯夫模型的網(wǎng)絡(luò)利用率計(jì)算公式?；谌M國(guó)際通用的流量

5、數(shù)據(jù)的分析和驗(yàn)證 結(jié)果表明，計(jì)算值與實(shí)際統(tǒng)計(jì)值之間的相對(duì)誤差小于5％，說(shuō)明了網(wǎng)絡(luò)流量半馬爾柯夫模型描述網(wǎng)絡(luò)流量特性的能力。 3.流量預(yù)測(cè)廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)管理當(dāng)中，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能分析、網(wǎng)絡(luò)管理和控制均具有重要意義。為了檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)流量半馬爾柯夫模型的應(yīng)用性，同時(shí)也可從另一角度驗(yàn)證此模型的正確性，我們應(yīng)用該模型進(jìn)行流量預(yù)測(cè)?；诰W(wǎng)絡(luò)流量半馬爾柯夫模型的流量預(yù)測(cè)算法將重點(diǎn)放置于預(yù)測(cè)某時(shí)刻可能的流量峰值，而不是預(yù)測(cè)某時(shí)刻精確的流量值

6、?；诖怂枷耄覀兺茖?dǎo)了基于網(wǎng)絡(luò)流量半馬爾柯夫模型的流量峰值預(yù)測(cè)公式，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)預(yù)測(cè)性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。預(yù)測(cè)1秒和3分鐘后的流量，預(yù)測(cè)精度達(dá)到80％，短期預(yù)測(cè)可達(dá)95％，表明我們的預(yù)測(cè)方法同時(shí)適用于長(zhǎng)期和短期預(yù)測(cè)。偏離度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明大部分的預(yù)測(cè)上 界值與實(shí)際流量值之間的誤差較小，特別對(duì)于主干網(wǎng)數(shù)據(jù)而言，其誤差低于15％。 這個(gè)工作難度很大?，F(xiàn)在的工作只能說(shuō)是一個(gè)開始，許多工作仍有待進(jìn)行，尤其是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)流量半馬爾柯夫模型的實(shí)際應(yīng)