具有重尾特性的自相似網(wǎng)絡通信量建模及預測.pdf

1、最近二十年來，高速網(wǎng)絡已延伸到現(xiàn)代生活的各個角落，網(wǎng)絡技術正在深刻地改變著我們的生活方式。二十世紀九十年代初，人們發(fā)現(xiàn)：在各種網(wǎng)絡傳輸條件下，網(wǎng)絡通信量特性均呈現(xiàn)自相似性。雖然通信量自相似性產(chǎn)生的物理機理還沒有滿意的解釋，但它對網(wǎng)絡技術的影響極其深遠。自相似通信量的建模及預測是網(wǎng)絡性能分析/網(wǎng)絡管理與協(xié)議設計基礎，并已為計算機網(wǎng)絡研究的焦點。近年來，研究表明：網(wǎng)絡中廣泛存在重尾特性，即非高斯特性，是自相似網(wǎng)絡通信量在廣泛的時間尺度上產(chǎn)生

2、長程相關性的關鍵原因，但現(xiàn)有的絕大多數(shù)自相似網(wǎng)絡通信量模型與預測方法均未考慮網(wǎng)絡通信量中的重尾因素。本文是在國家自然科學基金重大項目“基于MIMO-OFDM系統(tǒng)的空中接口自適應技術研究”（No. 60496315）/國家863計劃課題“數(shù)字視音頻編碼/傳輸/測試與應用示范”（No. 2003AA12331005）的項目下，開展了具有重尾特性的自相似網(wǎng)絡通信量建模及預測的研究。 本文介紹了自相似性及其相關概念，解釋了網(wǎng)絡通信量自相

3、似特性產(chǎn)生的可能原因，從自相似網(wǎng)絡通信量與排隊性能/擁塞控制與調度算法/TCP傳輸機制/多媒體通信量的服務質量等之間的相互關系，全面地分析了自相似網(wǎng)絡通信量對網(wǎng)絡發(fā)展的深刻影響，進一步闡明了針對網(wǎng)絡通信量自相似進行研究的重要性與緊迫性。 由于重尾特性，即非高斯特性是自相似網(wǎng)絡通信量產(chǎn)生長程突發(fā)的重要原因，而alpha-平穩(wěn)過程理論具有刻畫這種重尾特性的能力，使之成為了描述具有重尾特性的自相似網(wǎng)絡通信量的理想工具，這是該理論相對于

4、其它理論的比較優(yōu)勢所在。 本文針對已知的具有代表性的幾種自相似網(wǎng)絡通信量模型進行了分析，比較了這些模型的優(yōu)缺點后，提出了一種新的自相似網(wǎng)絡通信量模型，其形式簡約，參數(shù)物理意義明確。對來自Bellcore Lab的實際蹤跡進行了模擬實驗，結果證實了該模型的準確性與有效性。 根據(jù)新模型，進一步提出了在無限方差準則意義下的多種自相似通信量預測方法，包括： AR（AutoRegressive）預測/MA（Moving Avera

5、ge）預測/FARIMA（Fractional AutoRegressive Integrated Moving Average）預測。對來自Bellcore Lab和Lawrence Berkeley Lab的實際蹤跡據(jù)進行預測實驗表明：這些預測方法均在廣泛的時間尺度上有效預測自相似網(wǎng)絡通信量，對這些獨立的預測值進行混合預測可以進一步預測精度。 最后全文對新的自相似網(wǎng)絡模型及預測方法進行了總結分析，指出了本文研究結果的應用前景