面向隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算的理論及應(yīng)用研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)演算是一種用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保證分析的理論。自從誕生于上世紀(jì)九十年代初，網(wǎng)絡(luò)演算理論引起了越來越多研究者的關(guān)注和興趣。通過引入最小加代數(shù)，網(wǎng)絡(luò)演算理論可以將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成易于分析的模型。相較于經(jīng)典的排隊(duì)論，網(wǎng)絡(luò)演算更適合于用來分析現(xiàn)代的因特網(wǎng)。這是由于排隊(duì)論在用于因特網(wǎng)性能分析時(shí)遇到的許多困難和難題在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論中可以被克服，例如因特網(wǎng)中流量的重尾及長程相關(guān)的特性就很難用排隊(duì)論來建模。
　　網(wǎng)絡(luò)演算有兩個(gè)分支：確

2、定型網(wǎng)絡(luò)演算和隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算。確定型網(wǎng)絡(luò)演算能夠提供確定的服務(wù)質(zhì)量保證，但往往會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源利用率低下。隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算提供一定概率服務(wù)質(zhì)量保證，相比確定型網(wǎng)絡(luò)演算可以很大程度的提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，因此得到了更多研究者的關(guān)注。雖然近些年來隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算的研究取得了非常大的進(jìn)展，但其中仍然存在著一些非常關(guān)鍵并且非常具有挑戰(zhàn)性的難題亟待解決，例如丟包分析以及對于多服務(wù)系統(tǒng)的分析等等。本文正是針對這其中的一些難題進(jìn)行研究，并且將隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論分析方

3、法應(yīng)用到一些新的領(lǐng)域。
　　本文首先對隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論進(jìn)行研究，對其做了一些擴(kuò)展，使其可以用于分析更多的性能參數(shù)和應(yīng)用于更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)場景，包含兩個(gè)方面的研究。
　　一個(gè)方面是基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論的丟包分析。丟包是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量中一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)。然而現(xiàn)有的隨機(jī)服務(wù)質(zhì)量保證方面的研究主要集中在時(shí)延和積壓等參數(shù)。雖然基于確定型網(wǎng)絡(luò)演算的丟包分析已經(jīng)取得了一定的成果，但是基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算的丟包分析方面的研究幾乎是空白。由于很難直接

4、利用到達(dá)曲線和服務(wù)曲線來直接表示丟包的數(shù)量，本文通過在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論中引入一個(gè)新概念—丟包期，通過丟包期的數(shù)量和長度間接的推導(dǎo)出丟包數(shù)量。此外，為了體現(xiàn)出緩存大小對于丟包的影響，我們還在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算理論中引入了一個(gè)丟包因子參數(shù)，并且基于此參數(shù)推導(dǎo)出相應(yīng)的丟包邊界。
　　第二個(gè)方面是將隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算分析方法擴(kuò)展到可用于隨機(jī)多服務(wù)系統(tǒng)的性能分析。多服務(wù)系統(tǒng)在當(dāng)前各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中越來越常見，如云計(jì)算，MIMO技術(shù)等等，然而目前很少有基于隨

5、機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算的多服務(wù)系統(tǒng)的性能分析成果，特別是當(dāng)服務(wù)是隨機(jī)的時(shí)候。造成這一局面的原因是目前的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算中的服務(wù)模型并不適用于隨機(jī)多服務(wù)系統(tǒng)的性能分析。引入了一種新的隨機(jī)服務(wù)曲線模型，并且證明了其除了具有原有理論體系中的基本性質(zhì)之外，還具有類似到達(dá)曲線的疊加性質(zhì)，這對于多服務(wù)系統(tǒng)的分析非常關(guān)鍵。
　　本文還將隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算應(yīng)用到了兩個(gè)新的領(lǐng)域：云計(jì)算以及太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
　　首先將隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算應(yīng)用于云計(jì)算中的響應(yīng)時(shí)間分析。云計(jì)算

6、是一種新的基于因特網(wǎng)的計(jì)算方式，通過這種方式，共享的硬件和軟件資源可以作為服務(wù)按需的提供給計(jì)算機(jī)和其它設(shè)備。相對于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算中的隨機(jī)流量模型和隨機(jī)服務(wù)模型的概念，我們針對云計(jì)算相應(yīng)的提出了隨機(jī)任務(wù)請求到達(dá)模型以及隨機(jī)云計(jì)算資源模型。基于這些模型以及前面關(guān)于多服務(wù)系統(tǒng)研究的一些結(jié)論，我們推導(dǎo)出了作為云計(jì)算SLA中一個(gè)關(guān)鍵性能指標(biāo)—響應(yīng)時(shí)間的邊界。并通過分析一個(gè)云計(jì)算實(shí)例表明了此分析方法相對于傳統(tǒng)的排隊(duì)論分析方法具有適用性廣及復(fù)雜度低等優(yōu)

7、點(diǎn)。
　　將隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算應(yīng)用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)的性能分析中。作為一種干凈的可再生新能源，太陽能的應(yīng)用越來越廣泛，其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是太陽能發(fā)電。在本文中，我們分析了太陽能發(fā)電系統(tǒng)中剩余電能、供電缺口以及損失電能三個(gè)性能指標(biāo)的邊界。由于這些性能指標(biāo)有著不同的特點(diǎn)，我們對其中每一個(gè)指標(biāo)都提出了一對隨機(jī)發(fā)電模型和隨機(jī)電能需求模型，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出了它們的隨機(jī)性能邊界。
　　本文在隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)演算的理論和應(yīng)用方面都進(jìn)行了一些探索，其分析