论文研究-IP网络性能综合评估方法研究 .pdf

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IP网络性能综合评估方法研究,陈小帅,,本文在研究现有IP网络评估体系与评估指标基础上,提出了一种面向网络管理者、运营者的IP网络综合性能评估方法。该方法是基于网络��
山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 取放入综合指标计算节起讨论。 元指标选取 元指标是指现有IETF、IU-T制定的网络性能指标,主要包括:连通性、吞吐量、带 宽、包转发率、信道利用率、信道容量、带宽利用率、包损失率、传输延时、延时抖动等。 元指标选取就是从现有指标集中选取一系列典型指标,作为综合指标计算的基础 元指标选取应考虑如下原则:(1)面向业务性,不同的业务对于网络有不同的性能需 要。如话音业务比较看重丢包率、吋延、时延抖动等参数,对于带宽不是很看重,而像HTTP 等数据业务,比较看重时延、丢包率、带宽等参数,对时延抖动不是很看亘。即使对于承载 多种业务的通用I网络,也需要根据主要业务、次要业务来确定元指标集。(2)全面性, 选取的指标集合需要能够全面的表征出评估网络的整体性能。(3)非重复性,对于可以通 过直接计算得到的元指标,不需要同时包括在选取集合。比如,在大多情况下(ADSL除外), 单向时延和双向时延虽然不是简单倍数关系,但相关性极大,一般不需要同时包括在选取集 合中。但是非重复性又不能等冋于独立性,因为网终中的多数参数都是相互影响的,比如带 宽、时延、丢包率等 综合指标计算 进行综合指标计算前,先按3.1节方法选取出元指标集合{al,a2,am},则对应元指标函 数分别为a1(t,a2(t),am(t) 定义:元指标向量函数(t)=<an(t),a2(t),…an(,其中a1(,a2(t)…am(t)分别为选取出的元指 标集合中元素a1,a2、am对应的指标函数,m为选取的元指标个数。 定义:规格化向量函数(U=〔(()=<s;(U),s2(u),,'sn(U)>,其中称为规格化向量函数法则, s()为a(t)对应规格化函数,i=1.mn。设a为指标a1的期望最佳值,如果a(t)为止函数,s(t)a(t)y a;如果at)为反函数,s(=(l/a(t(1/a)。 定义网络指标矩阵函数()=<(1(t),(2(t)2…(1()>,其中n为选取的典型路径数, ((1)为路径规格化向量函数的转置。 定义网络综合性能评估指标函数IP(t)=g(:(1)(p)。g为取对角向量函数,g()表 示取矩阵的对角向量:;为指标权值n*m矩阵,每一行代表一条典型路径上与a1,a2,an 指标分别对应的权值,且满足∑G(,)1,j=1nk=1m,且j时允许ik)≠j2), 即允许同一指标在不同路径有不同的权值:p=<G1、G2Gm>为路径权值向量,且满足 网络性能综合泮估指标函数IPI(ω)给出了网络的整体性能特征表述,但有时仅知道网络 整体概况并不够,还需要衣述网络在空间分布的不同部分性能平衡性的指标。 定义:网络间平衡性指标函数()=-1∑((·()-∑(·()D ∑( ),其中gk(A)表示g(A)向量的第k个分量。 刈络性能综合评估指标函数IPI(t)完成了指标的维度综合化和空间综合化,如2.3节所 述,对于基于测量的网络评估方法,此时得到的IPI(t)仅是表征网络在测量时间点上的综合 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 性能,为了使网络评估报告更具有指导意义,可以基于IPI(t)得到网络吋间稳定性函数。 定义:网络时间稳定性指标函数TS()-4+4 其中()=∫()表示时间(+△U范围内的网络综合性能指标均值 网络性能综合评估实验 实验环境 本实验釆用了网络模拟器NS2( Network simulator version2)构建网络评估环境 实验拓扑结构如图1所示。图中共有16个节点,其中包括叶节点10个,表示主机节点, 非叶节点6个,表示路由器节点。各路由节点间的链路构成了该网终的主干部分,各主机节 点与路由节点的链路构成了该网终的接入部分。上干链路采用随机公平排队模型SFQ,接 入链路采用云弃队尾排队模型Drop-Tail各主干链路、接入链路的带宽、时延等特征参数 以及其它必要参数,均在NS2TCL脚本中指定 图1仿真网络拓扑图 实验数据 仿真网络主要运行业务为ⅤOIP语音业务。在仿真时间区间内,共发生了三次具体业务。 业务时序如图2所示。 VOIP VOIP 图2仿真刚络业务时序图 根据业务进行元指标选取。本次实验为ⅴOIP业务选取元指标为:丢包率、时延、时延 抖动。根据网终拓扑,选取n0-n7、n4-n7、n7-n8、n8-n9和n8-n12为典型路径。 网络路径参数如表1所示: 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 表1网络路径参数 路径 带宽(mbps) 时延(ms) n0-n7 20 n4-n 20 n7-n8 n8-1n9 20 8-nl2 323232 其它 10 业务参数如表2所示: 表2网络业务参数 业务 bye/速半(mb)/开始时间结束时间 包大小 业务源点业务终点 (S) VOIPO 0.5 6.5 n n13 VOIL 20 15 3.0 n5 VOIP n6 n11 典型时刻网络性能参数测量值如表3所示 表3网络性能测量值 路径 时刻s)丢包率(%)时延(ms)时廷抖动(ms 0 22.67 2.0 n0-n7 200 4 22.67 4.5 22.67 2.0 24.00 n4-n7 4.5 24.00 08 2.0 000000 32.67 3.4 32.67 4.5 1.2 32.67 24.00 0.8 000000 22.67 030000000030000000 2.0 22.66 3.4 4.5 226 22.67 实验结果 对于ⅤOIP业务,选取期望最佳值分别为:丢包率10%,时延l80ms,时延抖动0.5ms 对应到模拟网络中,在不同路径中时延要求(即时延阈值)如表4所示: 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 表4时延阈值 路径 时廷阈值 n/-n n8-n9 n8-n12 40 根据业务特性及一般用户满意值得到指标权值矩阵G;如卜 0.50.30.2 0.50.30.2 0.60.20.2 0.50.30.2 0.50.30.2 路径权值向量Gp=<0.2,0.1.0.4,0.1,0.2>。上述G、Gi对应路径按顺序排序如卜:n0-n7 n4-n7、n7-n8、n8-n9、n8-n12 计算得到典型时刻网络性能综合指标值如衣5所示: 表5网络性能综合指标值 时刻网络综合性能指数 0.8 1.00 2.0 3.4 1.00 0.79 5.9 1.0 计算得到典型吋刻网终空间平衡性指标值如表6所示: 表6网终平衡性指标值 时刻 综合性能空间平衡 性指数 0.8 2.0 0.22 0.00 4.5 ).28 5.9 计算得到[0.5,6.5]时间范围内网络稳定性指数为:0.077 由实验数据计算结果可以看出, VOLPI、ⅤOP2业务的运行,都使网终性能有所下降。 由于两业务造成的网络故障所在部分不同,对网络整体性能的影响也不相同。比较而言, VOIP2业务所引起的主干网络超载造成的网络性能下降更严重。 山国武技文在线 http://www.paper.edu.cn 结束语 本文针对冈络测量、网终评估中指标多且分散,缺乏综合评估方式的现状,提出了一种 网络性能综合评估的方法及指标。根据选取典型路径的不同,该方法可以对任意局部/整体 网络,仼意区域网终进行综合性能评估,而且可以以此为基础,对网终不同部分进行比较, 对网络在某时段内的稳定性进行评估。该方法以般用户满意值为参考,给出了以用户为 中心的网络综合性能评估结果:以运营者为中心,给出了网络的平衡性、稳定性指标,可以 为网络升级、改造提供依据。实验证明,该评佔方法及指标很好的描述了网络综合性能状况 另一方面,关于网络模型的研究以1,从泊松模型的不再适用到自相似模型的提出到在 各业务网中新模型的验证,一直关注在业务流量模型方面,对性能的研究一般是先建立流量 模型,以此为基砧进行网终模拟仿真并进行性能的测试,缺少对网络性能模型的直接研究。 这有两方面原因,一是网络性能指标分散,对各个指标分别研究缺少实际意义;二是网络流 量模型夲身是基于统计规律的,即使类似得到多个性能指标模型,也很难对其综合利用。但 是,木文提出的网络性能综合评价方法很好的解决了这一问题,进一步的研究工作将在网络 性能本身的模型上展开。 参考文献 [1]杨猩辉,李小东.P网终性能指标体系的硏究[J].通信学报,202,23(1):1-7. 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IEEE/acm trans On Networking, Feb 1994,2(1) 12] BABIC GVANDALOREB,JAIN R Analysis and modeling of traffic in modern data communication networks Ohio State University, OSU-CISRC-1/98-TRO2, February 998 [13] BERAN J, SHERMAN R,TAOQU M SLong-range dependence in variable-bit-rate video traffic. IEEE Transactions on Communications, 1995, 43(2/3/4) [14 PATRICKD, roudec J La high-speed self-similar ATM Vbr traffic generator. IEEE GLoBECOM96. London. 996 Chen xiaoshuai Networking and Switching Technology State Key Lab, BUPT, Beijing (100876) Based on existing IP network evaluation architecture and metrics, this paper provides a network integrated performance evaluation method. On basis of network measurement, this method includes four parts: meta-metrics selection, network parts selection, time character selection, metric evaluation Correctness of this method has been verified by experiment Performance evaluation, Integrated evaluation, Network measurement, Network management

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