專利名稱：基于gshlpn的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模及性能分析方法
技術領域：
本發(fā)明屬于互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡分析和網(wǎng)絡管理控制領域，具體涉及一種基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模及性能分析方法。
背景技術：
計算機網(wǎng)絡的應用已遍及到社會的各個領域，成為國家發(fā)展和社會進步的基本需求。在計算機網(wǎng)絡的設計、部署和應用的過程中，需要根據(jù)目標網(wǎng)絡的拓撲結構、設備能力以及運行負載，分析網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，根?jù)分析的結果，優(yōu)化系統(tǒng)的設計?，F(xiàn)有的網(wǎng)絡系統(tǒng)在性能分析過程中，主要有根據(jù)經(jīng)驗估計方法，搭建原型系統(tǒng)實驗的方法，以及數(shù)值仿真實驗的方法。根據(jù)經(jīng)驗設計準確性低、可靠性差；搭建原型系統(tǒng)消耗大，準備時間長；現(xiàn)有的數(shù)值仿真系統(tǒng)或價格昂貴(如網(wǎng)絡仿真技術軟件包0ΡΝΕΤ)、或使用非常難以掌握(如網(wǎng)絡模擬平臺NS2)。Petri網(wǎng)是對離散并行系統(tǒng)的數(shù)學表示，適合于描述異步的、并發(fā)的計算機系統(tǒng)模型。Petri網(wǎng)既有嚴格的數(shù)學表述方式，也有直觀的圖形表達方式。隨機Petri網(wǎng)SPN、隨機高級Petri網(wǎng)SHLPN、廣義隨機Petri網(wǎng)GSPN等相關Petri網(wǎng)理論的發(fā)展進一步增強了Petri網(wǎng)的描述和分析能力。廣義隨機高級Petri網(wǎng)GSHLPN在一般Petri網(wǎng)的基礎上，引入了變遷的隨機特性和標識的顏色特性，變遷的隨機特性可用于表達網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾S機特性，標識的顏色特性可用于區(qū)分不同的負載數(shù)據(jù)。另外，GSHLPN還引入了瞬時變遷和禁止弧，進一步增強了其描述能力。因此GSHLPN可以應用到計算機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Ｅc分析中。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模及性能分析方法，可以建立起基于GSHLPN的計算機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸模型，解算建立的GSHLPN模型，根據(jù)解算結果得到網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸性能與系統(tǒng)結構、系統(tǒng)負載之間的關系。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模方法，首先，在進行建模之前，獲取目標網(wǎng)絡狀態(tài)；將網(wǎng)絡中的節(jié)點分為終端節(jié)點和交換節(jié)點，目標網(wǎng)絡狀態(tài)包含網(wǎng)絡拓撲；交換節(jié)點的路由選擇能力、接收轉發(fā)能力；負載數(shù)據(jù)包的包長特性和數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔特性；每一個負載流從數(shù)據(jù)源到數(shù)據(jù)目標的全程鏈路；其次，進行基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模，包括網(wǎng)絡終端節(jié)點的GSHLPN建模和網(wǎng)絡交換節(jié)點的GSHLPN建模；所述網(wǎng)絡終端節(jié)點的GSHLPN建模包括開環(huán)模型建模和閉環(huán)模型建模，開環(huán)模型的建模為
對于一個已知的從源終端S到目標終端T的負載流，由一個時間變遷“數(shù)據(jù)包生產(chǎn)”表達數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生過程，該時間變遷的時間特性為相應的數(shù)據(jù)包發(fā)送時間間隔分布特性，產(chǎn)生的標識顏色為s-τ，不同顏色的標識對應不同的負載，具有不同的包長分布特性，該時間變遷產(chǎn)生數(shù)據(jù)包后將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包注入到網(wǎng)絡中，標識通過網(wǎng)絡到達由位置“目標終端”表達的目標節(jié)點T后，通過一個立即變遷“數(shù)據(jù)包消費”將其丟棄；閉環(huán)模型的建模為在初始狀態(tài)下，在源終端位置中放入N個標識，通過變遷“數(shù)據(jù)包發(fā)送”按數(shù)據(jù)包時間間隔特性送出，目標終端接收到該標識后，再將其傳回源終端；所述網(wǎng)絡交換節(jié)點的GSHLPN建模為每個交換節(jié)點的GSHLPN模型包含一個輸入子結構和一個輸出子結構，輸入子結構包含每個交換節(jié)點包含一個“等待隊列”位置，一個“隊長控制器”位置，針對每個流入該節(jié)點的負載，有一個“抵達”位置、一個“入隊列”變遷、一個“拋棄”變遷，“隊長控制器”初始狀態(tài)中放入L個標識，L為該交換節(jié)點存儲的數(shù)據(jù)隊列長度；等待隊列中每增加一個標識，“隊長控制器”中減少一個標識；當“隊長控制器”為空時，“入隊列，，被禁止，“抵達”中數(shù)據(jù)包的到來會觸發(fā)“拋棄”；當輸出子結構中的“轉發(fā)”實施時，“隊長控制器”中增加一個標識；輸出子結構包含每個交換節(jié)點包含一個“轉發(fā)”變遷，一個“輸出隊列”位置，針對每個流出該節(jié)點負載，有一個“延遲”變遷，時間變遷“轉發(fā)”表達交換設備的路由選擇速率，時間變遷“延遲”表達不同負載的包長特性。其中，所述網(wǎng)絡終端節(jié)點是指網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目標，所述網(wǎng)絡交換節(jié)點以存儲-轉發(fā)的方式接收-分發(fā)數(shù)據(jù)包?；谏鲜瞿Ｐ?，對網(wǎng)絡性能進行分析，方法如下對所述基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模進行解算，結果包括每個位置的非空概率、滿概率、其中各類標識的平均數(shù)量；每個變遷的可實施概率、吞吐量；交換節(jié)點的性能指標計算方法，包括交換節(jié)點的利用率URi,其值為網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“等待隊列”的非空概率；交換節(jié)點的丟包率LRi,其值為網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“等待隊列”的滿概率；交換節(jié)點的吞吐量Thi,其值為網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“轉發(fā)”變遷的吞吐量；交換節(jié)點的排隊延遲Dei,其值為=ATiZthi,其中ATi網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的SHLPN模型的“等待隊列”的平均標識數(shù)，Thi網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“轉發(fā)”變遷的吞吐量；對負載提供的服務性能指標計算方法，包括鏈路延遲，對給定數(shù)據(jù)鏈路，其延遲值為
權利要求
1.基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模方法，其特征在于，包括以下步驟首先，在進行建模之前，獲取目標網(wǎng)絡狀態(tài)；將網(wǎng)絡中的節(jié)點分為終端節(jié)點和交換節(jié)點，目標網(wǎng)絡狀態(tài)包含網(wǎng)絡拓撲；交換節(jié)點的路由選擇能力、接收轉發(fā)能力；負載數(shù)據(jù)包的包長特性和數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔特性；每一個負載流從數(shù)據(jù)源到數(shù)據(jù)目標的全程鏈路；其次，進行基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模，包括網(wǎng)絡終端節(jié)點的GSHLPN建模和網(wǎng)絡交換節(jié)點的GSHLPN建模；所述網(wǎng)絡終端節(jié)點的GSHLPN建模包括開環(huán)模型建模和閉環(huán)模型建模，開環(huán)模型的建模為對于一個已知的從源終端S到目標終端T的負載流，由一個時間變遷“數(shù)據(jù)包生產(chǎn)”表達數(shù)據(jù)包的產(chǎn)生過程，該時間變遷的時間特性為相應的數(shù)據(jù)包發(fā)送時間間隔分布特性，產(chǎn)生的標識顏色為S-T，不同顏色的標識對應不同的負載，具有不同的包長分布特性，該時間變遷產(chǎn)生數(shù)據(jù)包后將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包注入到網(wǎng)絡中，標識通過網(wǎng)絡到達由位置“目標終端”表達的目標節(jié)點T后，通過一個立即變遷“數(shù)據(jù)包消費”將其丟棄；閉環(huán)模型的建模為在初始狀態(tài)下，在源終端位置中放入N個標識，通過變遷“數(shù)據(jù)包發(fā)送”按數(shù)據(jù)包時間間隔特性送出，目標終端接收到該標識后，再將其傳回源終端；所述網(wǎng)絡交換節(jié)點的GSHLPN建模為每個交換節(jié)點的GSHLPN模型包含一個輸入子結構和一個輸出子結構，輸入子結構包含每個交換節(jié)點包含一個“等待隊列”位置，一個“隊長控制器”位置，針對每個流入該節(jié)點的負載，有一個“抵達”位置、一個“入隊列”變遷、一個“拋棄”變遷，“隊長控制器”初始狀態(tài)中放入L個標識，L為該交換節(jié)點存儲的數(shù)據(jù)隊列長度；等待隊列中每增加一個標識，“隊長控制器”中減少一個標識；當“隊長控制器”為空時，“入隊列”被禁止，“抵達”中數(shù)據(jù)包的到來會觸發(fā)“拋棄”；當輸出子結構中的“轉發(fā)”實施時，“隊長控制器”中增加一個標識；輸出子結構包含每個交換節(jié)點包含一個“轉發(fā)”變遷，一個“輸出隊列”位置，針對每個流出該節(jié)點負載，有一個“延遲”變遷，時間變遷“轉發(fā)”表達交換設備的路由選擇速率，時間變遷“延遲”表達不同負載的包長特性。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡終端節(jié)點是指網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)目標。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模方法，其特征在于，所述網(wǎng) 絡交換節(jié)點以存儲-轉發(fā)的方式接收-分發(fā)數(shù)據(jù)包。
4.根據(jù)權利要求1所述基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模對網(wǎng)絡性能進行分析的方法，其特征在于對所述基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模進行解算，結果包括每個位置的非空概率、滿概率、其中各類標識的平均數(shù)量；每個變遷的可實施概率、吞吐量；交換節(jié)點的性能指標計算方法，包括交換節(jié)點的利用率URi,其值為網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“等待隊列”的非空概率；交換節(jié)點的丟包率LRi,其值為網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“等待隊列”的滿概率；交換節(jié)點的吞吐量Thi,其值為網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“轉發(fā)”變遷的吞吐量；交換節(jié)點的排隊延遲Dei,其值為=ATiZthi,其中ATi網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“等待隊列”的平均標識數(shù)，Thi網(wǎng)絡中第i個交換節(jié)點對應的GSHLPN模型的“轉發(fā)”變遷的吞吐量；對負載提供的服務性能指標計算方法，包括鏈路延遲，對給定數(shù)據(jù)鏈路，其延遲值為
5.根據(jù)權利要求4所述對網(wǎng)絡性能進行分析的方法，其特征在于，所述解算是指當數(shù)據(jù)包的生產(chǎn)消費采用開環(huán)模型時，用仿真法得到系統(tǒng)運行各項指標；當數(shù)據(jù)包的生產(chǎn)消費采用閉環(huán)模型時，用分析法或仿真法解算得到系統(tǒng)運行各項指標；算出的指標包含每個位置的非空概率、滿概率、其中各類標識的平均數(shù)量；每個變遷的可實施概率、吞吐量。
6.根據(jù)權利要求5所述對網(wǎng)絡性能進行分析的方法，其特征在于，當數(shù)據(jù)包的生產(chǎn)消費采用閉環(huán)模型時，預先設定源終端的非空概率值，模型解算后，如果解算結果非空概率值小于預先設定的概率值，則將源終端中的標識數(shù)量增加一個，迭代進行建模和解算的過程，直至滿足設計要求。
全文摘要
基于GSHLPN的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸建模及性能分析方法，屬于互聯(lián)網(wǎng)中的網(wǎng)絡分析和網(wǎng)絡管理控制領域，由“獲取目標網(wǎng)絡狀態(tài)”、“構建目標網(wǎng)絡的GSHLPN模型”、“解算建立的GSHLPN模型”和“根據(jù)GSHLPN模型解算結果計算目標網(wǎng)絡的性能參數(shù)”四個步驟組成建模與分析過程；將網(wǎng)絡終端節(jié)點和數(shù)據(jù)包生產(chǎn)消費映射為一個GSHLPN網(wǎng)子結構；然后將交換節(jié)點的等待隊長、路由能力、轉發(fā)能力映射為一個GSHLPN網(wǎng)子結構；再根據(jù)解算的GSHLPN網(wǎng)的位置和變遷的狀態(tài)計算網(wǎng)絡交換節(jié)點的利用率、丟包率、吞吐量和延遲；最后根據(jù)網(wǎng)絡交換節(jié)點的性能指標和網(wǎng)絡拓撲計算網(wǎng)絡對指定的負載流所提供的服務的延遲特性、丟包率和網(wǎng)絡可用性。
文檔編號H04L12/56GK102571423SQ20111044983
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權日2011年12月29日
發(fā)明者孔祥震, 林闖, 董揚威, 魏兵 申請人:清華大學