本文關(guān)鍵詞：基于排隊(duì)理論的通信網(wǎng)絡(luò)時延抖動建模與性能分析

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【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，M2M業(yè)務(wù)（Machine to Machine、Man to Machine、Machine to Mobile network）得到了越來越廣泛的應(yīng)用，海量的異質(zhì)M2M業(yè)務(wù)與傳統(tǒng)的H2H業(yè)務(wù)（Human to Human）共享整個通信網(wǎng)絡(luò)。按照業(yè)務(wù)的時延容忍性，網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)大致可以分為兩類：實(shí)時類業(yè)務(wù)與非實(shí)時類業(yè)務(wù)。對于H2H語音和視頻等實(shí)時類業(yè)務(wù)而言，時延抖動是最關(guān)鍵的QoS指標(biāo)之一。由于M2M業(yè)務(wù)流量特性迥異于現(xiàn)有的H2H業(yè)務(wù)，因而當(dāng)海量的M2M業(yè)務(wù)涌入現(xiàn)有以及未來的通信網(wǎng)絡(luò)中時，勢必會對網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時類業(yè)務(wù)抖動性能帶來沖擊。研究混合業(yè)務(wù)背景下實(shí)時類業(yè)務(wù)的抖動性能，探究非實(shí)時類業(yè)務(wù)特性對實(shí)時類業(yè)務(wù)抖動性能的影響，對于網(wǎng)絡(luò)性能評價及實(shí)時類業(yè)務(wù)QoS優(yōu)化等極具意義。 排隊(duì)理論常應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)建模與性能分析。本文將網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時類業(yè)務(wù)看作標(biāo)簽流量，將非實(shí)時類業(yè)務(wù)看作背景流量，基于串聯(lián)排隊(duì)理論建模研究承載混合業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時類業(yè)務(wù)的時延抖動，提出了兩種不同的求解包時延抖動的方法，從不同角度探索了影響包時延抖動性能的因素，其結(jié)果對于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及資源分配具有指導(dǎo)意義。本文獨(dú)立工作和貢獻(xiàn)論述如下。 首先，本文基于排隊(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)分析方法研究了串聯(lián)排隊(duì)系統(tǒng)的時延抖動。采用異質(zhì)的MMBP-2源分別建模實(shí)時類業(yè)務(wù)和非實(shí)時類業(yè)務(wù)的到達(dá)過程，將整個通信網(wǎng)絡(luò)建模為離散時間串聯(lián)MMBP-2F+MMBP-2B/Geo/1(K)排隊(duì)系統(tǒng)。利用服務(wù)映射方法，將排隊(duì)系統(tǒng)MMBP-2F+MMBP-2B/Geo/1(K)等效為MMBP-2F/Geff/1(K)�；谏鷾邕^程，利用二維馬爾科夫鏈描述MMBP-2F/Geff/1(K)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)后的狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況，計算包的穩(wěn)態(tài)時延分布，從而得到實(shí)時類業(yè)務(wù)的抖動性能指標(biāo)。在分析端到端時延抖動時，首先基于離去過程分析及參數(shù)擬合方法，計算了各個節(jié)點(diǎn)獨(dú)立時的時延抖動。然后研究了串聯(lián)節(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性，從而給出了實(shí)際的端到端時延抖動的最終表達(dá)式。大量的仿真結(jié)果表明隨著業(yè)務(wù)負(fù)載的增加，實(shí)時類業(yè)務(wù)包時延變大而時延抖動減小，此外在業(yè)務(wù)突發(fā)性、業(yè)務(wù)相關(guān)性及網(wǎng)絡(luò)擁塞等方面，時延抖動也呈現(xiàn)出與時延相反的特性，這一結(jié)論為實(shí)時類業(yè)務(wù)QoS優(yōu)化提供了理論依據(jù)。 考慮到實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)中，在實(shí)時類業(yè)務(wù)到達(dá)時間間隔內(nèi)總伴隨有隨機(jī)數(shù)量的非實(shí)時業(yè)務(wù)的包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，此時排隊(duì)系統(tǒng)隊(duì)列狀態(tài)瞬時變化且狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率難以確定，無法利用穩(wěn)態(tài)分析方法求解包時延抖動。對此，本文提出了時延抖動的瞬態(tài)分析方法。采用一般離散時間到達(dá)過程（DAP）建模實(shí)時類業(yè)務(wù)，離散時間批量到達(dá)過程（D-BAP）建模非實(shí)時類業(yè)務(wù)，將整個網(wǎng)絡(luò)建模為串聯(lián)DAP+D-BAP/D/1排隊(duì)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)模型中，實(shí)時類業(yè)務(wù)時延抖動等價于系統(tǒng)隊(duì)長在其連續(xù)兩次到達(dá)系統(tǒng)時刻的變化。因而本文首先在實(shí)時類業(yè)務(wù)到達(dá)時間間隔內(nèi)逐個時隙分析系統(tǒng)隊(duì)長的變化，建立瞬時隊(duì)長的遞推式，，利用概率生成函數(shù)工具求解實(shí)時類業(yè)務(wù)到達(dá)時刻及此刻的系統(tǒng)隊(duì)長的聯(lián)合生成函數(shù)，并得到了系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)隊(duì)長的概率分布。在此基礎(chǔ)上，本文分別推導(dǎo)了隨機(jī)服務(wù)規(guī)則和優(yōu)先服務(wù)規(guī)則下實(shí)時類業(yè)務(wù)包時延及抖動的概率分布函數(shù)。在求解串聯(lián)排隊(duì)系統(tǒng)端到端時延及抖動時，本文分析了實(shí)時類業(yè)務(wù)離去時間間隔的概率生成函數(shù)，并將其建模為下一個節(jié)點(diǎn)實(shí)時類業(yè)務(wù)的到達(dá)過程，進(jìn)而依次求解了所有節(jié)點(diǎn)時延及抖動的概率分布。最后本文以互補(bǔ)累積分布函數(shù)和概率分布函數(shù)分別作為時延和抖動性能的指標(biāo)，以定長分布和泊松到達(dá)過程為例，研究了業(yè)務(wù)負(fù)載、服務(wù)規(guī)則等因素對包時延及抖動性能的影響。
【關(guān)鍵詞】：排隊(duì)論 時延抖動 等效服務(wù) 穩(wěn)態(tài)分析 瞬態(tài)分析 性能分析
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5;TP391.44
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 M2M 研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 通信網(wǎng)絡(luò)建模的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 時延抖動分析方法的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 論文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)16-18
• 第2章 基礎(chǔ)知識18-24
• 2.1 排隊(duì)論基礎(chǔ)18-21
• 2.1.1 排隊(duì)系統(tǒng)的組成18-19
• 2.1.2 離散時間排隊(duì)系統(tǒng)19-20
• 2.1.3 生滅過程20-21
• 2.1.4 排隊(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)21
• 2.2 課題相關(guān)的數(shù)學(xué)工具21-23
• 2.2.1 馬爾科夫理論21-22
• 2.2.2 概率生成函數(shù)及性質(zhì)22
• 2.2.3 泰勒級數(shù)與麥克勞林級數(shù)22-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第3章 時延抖動的穩(wěn)態(tài)分析方法24-42
• 3.1 抖動分析模型24-27
• 3.1.1 系統(tǒng)模型24-26
• 3.1.2 時延抖動的定義26-27
• 3.2 單節(jié)點(diǎn)時延抖動求解方案27-31
• 3.2.1 有效服務(wù)時間分布27-29
• 3.2.2 穩(wěn)態(tài)時延分布及時延抖動29-31
• 3.3 串聯(lián)排隊(duì)系統(tǒng)端到端時延抖動求解方案31-35
• 3.3.1 串聯(lián)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的分析方法31-34
• 3.3.2 串聯(lián)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性及端到端時延抖動34-35
• 3.4 時延及抖動性能仿真分析35-40
• 3.4.1 業(yè)務(wù)到達(dá)特性對包時延及抖動的影響35-39
• 3.4.2 節(jié)點(diǎn)擁塞情況對包時延及抖動的影響39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-42
• 第4章 時延抖動的瞬態(tài)分析方法42-60
• 4.1 抖動分析模型42-44
• 4.1.1 系統(tǒng)模型42-43
• 4.1.2 時延抖動的定義43-44
• 4.2 瞬時隊(duì)列分析過程44-47
• 4.3 單節(jié)點(diǎn)時延及時延抖動求解方案47-51
• 4.3.1 隨機(jī)服務(wù)規(guī)則47-49
• 4.3.2 優(yōu)先服務(wù)規(guī)則49-51
• 4.4 串聯(lián)排隊(duì)系統(tǒng)端到端時延抖動求解方案51-52
• 4.5 時延及抖動性能仿真分析52-58
• 4.5.1 不同場景下的時延性能仿真52-55
• 4.5.2 不同場景下的抖動性能仿真55-58
• 4.6 本章小結(jié)58-60
• 第5章 總結(jié)與展望60-62
• 參考文獻(xiàn)62-66
• 作者簡介及在攻讀碩士期間取得的科研成果66-68
• 致謝68-70
• 附錄70-71

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

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本文編號：1000470