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文檔簡介
自相似流與自相似性Self-similarTrafficandSelf-similarity鏈路級主機-節(jié)點間流量入網(wǎng)/出網(wǎng)節(jié)點間流量主機-主機間流量傳統(tǒng)的業(yè)務流模型基于泊松(Poison)--連續(xù)時間基于貝努利(Benolli)--離散時間Birth-DeathProcessesEkEkEk+1Ek-1DeathBirthtt+tPk(t+t)=Pk(t)pk,k(t) +Pk-1(t)pk-1,k(t) +Pk+1(t)pk+1,k(t) +O(t) k≥1概率分布函數(shù)(Poisoncase)概率密度函數(shù)a(t)t≥0t≥0M/M/1排隊系統(tǒng)012k-1kk+1MarkovProcess當前時間t與過去的時間(t-s),若時間差足夠大,則t與(t-s)間隔的業(yè)務量是不相關(guān);在s較小時,考慮到達業(yè)務量的相關(guān)性,稱之為“短相關(guān)”模型(SRD)自相似(self-similar)Leland對Bellcore的局域網(wǎng)的測試與分析結(jié)果,表明實際網(wǎng)絡的業(yè)務流在很長的時間范圍內(nèi)都具有相關(guān)性,即LRD。Hurst系數(shù)描述一個過程的自相關(guān)函數(shù)只需要方差問題:自相似流作仿真時,數(shù)據(jù)源如何產(chǎn)生?控制流量生成程序,如何得到符合特定方差和Hurst系數(shù)的自相似流?與用戶數(shù)、用戶數(shù)據(jù)流的特征、網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)等物理量關(guān)聯(lián)。自相似系數(shù)的在線測量如何實施?如何減少計算量并得到精度允許的估計值?1.自相似過程的概念設(shè)X(t)是隨機過程,R(t)是該隨機過程的相關(guān)函數(shù)。如果R(t)的積分是∞,則稱X(t)是長相關(guān)過程(LRD:LongRangeDependence)。如用二階距性質(zhì)描述X(t)
,只需要一個Hurst系數(shù),稱之為H參數(shù)。令X(t)是寬平穩(wěn)隨機過程存在均值E[X]有限方差自相關(guān)系數(shù)僅取決于k假設(shè):L(k)是隨k緩慢變化的函數(shù)。構(gòu)造新的隨機序列 X(m)(m=0,1,2…) X(m)的每一個序列值k≥1是X(t)的大小為m的不相交塊的算術(shù)平均值。如果X(m)的相關(guān)函數(shù)R(m)(k)與R(k)相等,則稱X(t)是嚴格二階自相似過程。如果X(m)的相關(guān)函數(shù)R(m)(k)在m→∞時趨于R(k),則稱X(t)是二階漸近自相似過程。X(t)的Hurst系數(shù)
H=1-(/2)?<H<12.自相似過程的產(chǎn)生Mandelbrot給出了自相似流的產(chǎn)生方法。分形波朗運動(FBM,F(xiàn)ractionalBrownianMotion)令B(t)為維納過程,F(xiàn)BM是維納積分的形式來表示。BH(0)=0其中(t)是伽瑪函數(shù)。BH(t)是零均值的高斯過程B(t)的積分。BH(t)的性質(zhì):BH(t)是平穩(wěn)增量過程;BH(t)的相關(guān)函數(shù)BH(t)的方差2|t|2H;BH(t)與aH
BH(t)同分布FGN,FractionalGaussianNoise分布高斯噪聲(FGN)是BH(t)在單位時間內(nèi)的增量。ZH(t)=BH(t)-BH(t-1)將BH(t)-BH(0)離散化為高斯隨機變量的無窮和,忽略積分的高階泰勒展開式,然后推出部分和間的疊代關(guān)系,由疊代算法得出其結(jié)果。自相似過程的生成算法M/G/∞隊列:G是具有重尾分布(無限方差的分布)的隨機服務時間。流疊加法:更新過程(renewalprocess)W(t),更新間隔UK是具有無限方差的隨機變量。隨機中值替代法(RMD,RandomMidpointDisplacement)傅立葉變換法FARIMA過程小波變換混沌映射法評估標準:簡易性、準確性。 (1)RMD的計算量為O(n),計算量最小; (2)傅立葉變換法或小波變換產(chǎn)生的自相似序列,其準確性高。1.因特網(wǎng)流量數(shù)據(jù)的采集和分析評價網(wǎng)絡能力增加網(wǎng)絡資源改進網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡性能參數(shù)的測量網(wǎng)絡性能:理論分析、模型仿真泊松模型:點到點的傳遞方式有目的地收集、整理和分析當前網(wǎng)絡運行的狀態(tài)數(shù)據(jù),為下一代Internet體系結(jié)構(gòu)的制定提供依據(jù)。仿真、測量、統(tǒng)計的方法理論分析多播在流量統(tǒng)計分析中得出的理論模型,能以簡單的形式擬合實際流量的特征。自相似模型驗證自相似模型的理論結(jié)果,需要在大的網(wǎng)絡規(guī)模上進行大量的測量。1.1因特網(wǎng)測量BMWG:網(wǎng)絡互連技術(shù)的性能參數(shù)測量方法。/html.charters/bmwg-charter.htmlTEWG:負責定義、開發(fā)、制定和推薦關(guān)于因特網(wǎng)上流量工程相關(guān)的原則、技術(shù)和機制,同時提供一個通用的論壇,以研討和推動TE的發(fā)展。/html.charters/tewg-charter.htmlIPPM:負責研究和制定衡量、評估因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量、性能和可靠性指標的標準測度,并開發(fā)和推廣準確、有效的網(wǎng)絡測量技術(shù)。/html.charters/ippm-charter.html
全球性的測量平臺NIMI:NationalInternetMeasurementInfrastructure(卡乃基梅隆大學)LBL,LawrenceBerkeleyLaboratory
網(wǎng)絡分析基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)(NAI)美國國家網(wǎng)絡應用技術(shù)研究實驗室(NLANR)
下屬的網(wǎng)絡測量和運行分析小組(MOAT)
因特網(wǎng)性能測量和分析(IPMA)項目密執(zhí)根大學和Merit研究動態(tài)的路由行為
美國高級網(wǎng)絡和服務公司的Surveyor
測端到端的單向包延遲、包丟失以及因特網(wǎng)路由信息的測量體系1.2網(wǎng)絡測量機制網(wǎng)絡工程:測量網(wǎng)絡本身的行為特征接入點處測量(應用層):使用FTP、WWW測試網(wǎng)絡服務器的響應性能Ttcp和Netperf工具利用傳輸層的服務來注入測量的流量數(shù)據(jù)Ping、Traceroute和Treno等工具利用網(wǎng)絡層的ICMP協(xié)議進行測量網(wǎng)絡參數(shù)測量方法:PASSIVEMonitoringACTIVEMonitoringBasedSNMPMonitoring監(jiān)測網(wǎng)絡流量,如OCXmon向網(wǎng)絡注入測試流量數(shù)據(jù),并從其響應結(jié)果數(shù)據(jù)中測量網(wǎng)絡的狀態(tài)參數(shù),如Traceroute、Skiller為網(wǎng)絡運行和管理服務,收集數(shù)據(jù)加以統(tǒng)計、分析自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì),采用數(shù)學方法構(gòu)造出自相似流,其物理意義不夠明確,無法解釋自相似性的成因。
基于測量數(shù)據(jù)的自相似流生成方法2.經(jīng)驗型的自相似流的生成方法 引入級聯(lián)模型中流量分層的思想,以網(wǎng)絡業(yè)務的統(tǒng)計特征(會話到達間隔分布、會話持續(xù)期分布、分組到達間隔)為基礎(chǔ),生成具有特征性質(zhì)的自相似流。
1.1原型模型設(shè)一更新過程W(t),t=0,1,2,…更新間隔UK是具有無限方差的隨機變量,例如服從Pareto分布。更新間隔內(nèi),W(t)的值是一個服從有限方差分布的隨機變量WK,在每個更新間隔內(nèi)保持恒定。經(jīng)驗型生成方法原理令Sk=∑i=0Uim個更新過程W1….Wm疊加,則疊加過程m和t→∞,W(t,m)的極限過程是分布布朗運動(FBM)。參考模型—HTTP的流量模型WWW服務器的服務端口是TCP的80,并用IP地址區(qū)分不同的流;請求包響應包文檔請求包響應包文檔頁面頁面思考連續(xù)請求概率HTTP流:請求包的長度(Requestlength)響應包的長度(Replylength)每個頁面內(nèi)的文件數(shù)(Documentsize)相鄰頁面請求間隔(Thinktime)對同一服務器的連續(xù)請求概率(Consecutivedocumentretrievals)A.Math對實際的流量進行了測量請求包長度呈雙峰分布;響應包長度為重尾分布,比請求包的長度要長?;跁r間的誘導型方法識別同屬一個頁面的文件:TthresholdC1C2TthresholdC1C2具有相同的IP地址,且T<Tthreshold的文件屬于同一頁面。80%頁面的文件數(shù)在4個以下,同一服務器連續(xù)的請求數(shù)小于6個(80%)。自相似性形成是由網(wǎng)絡中各協(xié)議層交互作用的結(jié)果:TCP自適應性IP層路由的不穩(wěn)定性鏈路層資源的可用性TCP的影響TCP的工作機制:實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的可靠傳輸。當TCP的端到端建立連接后,發(fā)送端將維護一個擁塞窗口cwnd,表示網(wǎng)絡允許TCP發(fā)送的字節(jié)數(shù);接收端維護一個接收窗口rwnd,表示接收端可用的緩沖區(qū)字節(jié)大小;接收窗口的值通過ACK傳到發(fā)送端,發(fā)送端的發(fā)送窗口swnd=min(cwnd,rwnd);TCP接收端的確認信號是采用累計確認方式。若收到一個不是所期待的數(shù)據(jù)包(失序):接收端發(fā)送發(fā)送重復確認信號:超時重傳:重傳定時器的值是通過自適應算法動態(tài)計算得到的;快速重傳:如果收到3個要求重傳第k個報文的重復確認信號。為了實現(xiàn)快速重傳,接收端必須連續(xù)收到至少3個失序數(shù)據(jù)包。TCP運行的4個階段:慢啟動階段:cwnd從1開始,每收到一個ACK確認,cwnd的值加倍,直到大于慢啟動門限(ssthresh);擁塞避免階段:每收到一個ACK確認,cwnd的值加1;快速重傳階段:當連續(xù)收到3個序號相同的ACK時,立即重傳該序號起的報文字節(jié),同時將慢啟動門限減半,擁塞窗口為慢啟動門限加3倍的報文大小;快速恢復階段:啟動快速恢復后,每收到一個重復的ACK,擁塞窗口設(shè)為ssthresh,并開始擁塞避免過程。
RTTcwnd5101520102030數(shù)據(jù)包擁塞窗口的動態(tài)特性:一個TCP報文的字節(jié)數(shù)主要集中在1500,576,66幾個值上TCP單位時間內(nèi)發(fā)送的報文數(shù)呈突發(fā)性。仿真兩條TCP流競爭瓶頸鏈路時,各自窗口的變化規(guī)律:12Buffer=20C=0.2Mbit/s鏈路時延D=10ms從混沌映射的角度分析TCP擁塞窗口:SendRecvH(w)ACK反饋控制系統(tǒng)輸入輸出包括分組的丟失、誤碼、失序,重復。cwndn=
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