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通信网理论-业务建模理论.pdf

通信网理论-业务建模理论

谢刚bupt
2011-10-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《通信网理论-业务建模理论pdf》,可适用于高等教育领域

We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw通信网理论(二)业务建模纪阳北邮无线新技术研究室Tel:Fax:Email:jiyangbupteducnWe’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw概论–通信网业务建模理论•开关Poisson过程模型•Markov调制Poisson过程(MMPP)模型•WWW模型与Pareto分布•自相似业务模型简述We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwftp:user:txwpwd:txw课件We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw业务建模理论•业务建模需求–研究网络问题需要考察网络业务的特征以及对于网络内部各种节点的影响•采用理论分析手段分析网络性能•采用仿真分析方法模拟网络性能•不同种类业务的建模特征–语音–数据–图像We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw从电话业务开始说起•电话业务采用电路交换方式–一旦建立链路用户就独享带宽–对电话业务的建模只需要考虑呼叫的到达过程就可以了。–一般可以作如下假设We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw一般可以作如下假设•平稳性–在时间t内到达k个顾客的概率只与时间t有关而与时间间隔的起始位置无关•从点和点分开始观察秒内的呼叫到达结果在统计上是一致的。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw一般可以作如下假设•稀疏性–在无限小的时间间隔内到达两个以上顾客的概率为–在有限时间区间内到达的顾客数是有限的•总能找到个时间间隔段的尺度使得在这个时间段内只来一个电话呼叫•无后效性(马尔可夫性)–顾客到达时间相互独立•顾客各自随机的打电话We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw离散时间马尔可夫链We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw指数分布•可以证明在上述假设条件下顾客的到达时间间隔服从指数分布注:设时间轴从开始则题设意思为t时刻顾客到达。也就是说t之前顾客没有到达。即在前N个时间间隔中用户没有到达而在第N+个时间间隔中用户到达了。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw泊松分布•还可以证明在T时间内有k个顾客到达的概率服从泊松分布We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw泊松分布We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw实际的情况•实际情况不会严格符合上述假设–平稳性•电话在白天和晚上的统计特性不同不是平稳的•但一段时间内可以看成是平稳的–稀疏性•有可能成批到达–无后效性•如果对方忙又有急事可能会拨个不停。导致相关性•但是一般来说这种假设是可以描述系统的规律的。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw语音在数据网络传输时•人类说话都有一定的间隙•表现在码流上呈现出一定的间歇性•数据网络中传递语音需要考虑话音源的语音激活因子–当忙状态时发送话音分组–闲状态时不发送We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw开关Poisson过程模型考虑到描述的方便性有些文献也称IPP模型为ONOFF模型。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwONOFF模型ONOFFαβ两个状态表示:•开状态有话音分组•关状态无话音分组We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwMarkov调制Poisson过程(MMPP)模型)We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwMMPP模型We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwMMPP模型•IPP模型可以看成MMPP模型在n=时的特例•高阶的MMPP模型在通信网研究中常常用来对图像业务进行建模。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwWe’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwMMPP模型的拟合方法一般来说用状态MMPP模型可以比较好的拟合图像业务We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwWe’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwMMPP模型的拟合步骤•步骤–先得到业务源的样本–对速率进行分级–计算不同速率级别出现的概率–计算速率级变化时所表达的状态间转移概率–得到模型参数–在仿真中构建业务源•参考–“SOURCETRAFFICMODELINGINOPNET”changsourcepdf–ATESBASEDMODELFORCOMPRESSED‘‘STARWARS’’VIDEO,melamedtesbasedpdfWe’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwWWW模型•一般的包业务都被划为LongConstrainedDelay(LCD)业务。•其他的TCP业务如FTP、EMAIL可以参考WWW在考察参数方面作出调整。•大多数WWW为基础的业务都能容忍延迟。•会话是双向的但主要考虑的是下行的部分。•在一个WWW会话中一个分组呼叫对应于下载一个WWW文档。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwWWW模型分组到达分组呼叫阅读时间WWW会话•文档下载后还有一定的阅读时间。•在一个分组呼叫中产生多个分组•每个会话包含一个或多个分组呼叫。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwWWW模型•会话到达过程–会话建立的过程满足Poisson过程。–这个过程只是产生业务呼叫开始的时间与呼叫结束无关。•每个会话中分组呼叫的数目Npc–这是一个服从几何分布的随机变量均值为μNpc。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwWWW模型•一个会话中两个连续分组呼叫请求之间的阅读时间Dpc–Dpc服从几何分布均值为μDp。阅读时间的起始时间是用户收到分组呼叫的最后一个分组的时间结束时间是用户发起下一个分组呼叫的时间。•一个分组呼叫中包的数目Nd–业务源模型要能够描述为了UMTS业务的各种可能的特征所以分组的数目可以服从多种统计分布可以根据当前研究的业务类型选择最适合的分布。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwWWW模型•一个分组呼叫中相邻包间的时间间隔Dd:–Dd服从几何分布均值为μDd。•分组大小Sd:–分组大小的分布模型基于一种最适用的Pareto分布。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw几何分布的概念回顾•如果在一连串相互独立的实验中每次实验只有失败和成功两种可能的结果我们关心的时在哪一次实验首次出现成功的结果就引出所谓几何分布。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw几何分布的特点•可以证明几何分布具有无记忆性•在连续性随机变量中指数分布式唯一的具有无记忆分布的随机变量•在离散随机变量中几何分布式唯一的具有无记忆分布的随机变量We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwPareto分布(),,kkfxkxkxkxαααααα⋅⎛⎞==≥≥⎜⎟⎝⎠()kFxxkxα⎛⎞=−≥⎜⎟⎝⎠()Exkααα=>−We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwPareto分布•参数k决定X可以取的最小值•参数α决定X的均值和方差:,α≤如果则分布具有无穷大的方差,α≤如果则分布具有无穷大的均值与方差We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwPareto分布•如果随机变量X的分布满足下式则为重尾分布()Pr()FxXxxxα⎛⎞−=>→∞⎜⎟⎝⎠∼当时•Pareto分布是重尾分布中的一种重要的分布。•一般来说具有重尾分布的随机变量具有较大的甚至无穷大的方差。•具有重尾分布的随机变量将会以不可忽略的概率取到非常大的数值。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw自相似业务模型简述•在通信网络中广泛存在着自相似性•Leland和Willinger等人在年的论文考察了Bellcore的局域网的业务流量的观察发起了对数据网通信量的重新研究•此后人们发现自相似性在通信网络中普遍存在We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw自相似性在通信网络中普遍存在•WWW网服务器传给浏览器的报文的大小Pareto分布。•SS控制信息和呼叫时长泊松不足以描述最好是重尾分布•图像业务“星球大战”帧长的分布Pareto分布–电影中包含有动作很少的场景也有动作相当大的场景。与场景特点有关而与编码手段无关。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw自相似性在通信网络中普遍存在•TCP、FTP、Telnet–通常使用的泊松分布在很宽的时间尺度上严重低估了TCP通信量的突发程度–交互式的Telnet连接的到达可以用泊松很好的描述。然而分组到达的泊松假设即指数分布的到达间隔则低估了通信量的突发程度–FTP的会话的到达和泊松分布吻合得很好然而每次突发中所含的字节数则服从重尾分布We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwHurst参数We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txwHurst参数•参数H称为Hurst参数或自相似参数•Hurst参数是一种随机现象持续性的度量•是一个随机过程的长时相关性的一种度量•H=表示没有相关性•H越接近于自相似性或者长时相关性程度越大We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw描述突发的方法•理论上尚未有统一的定义•ATM论坛的方法–峰值比特速率对平均比特速率之比–平均突发长度亦即平均活动周期(信源在峰值速率上生产的业务量)–信元到达间隔时间的变异系数的平方C=方差(数学期望)We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw自相似通信量模型的应用•自相似究竟有多重要?•在什么时候进行性能分析必须将自相似性考虑进来We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw自相似通信量模型的应用•可以考虑区分自相似性的由来–应用级•起源于信源。与网络无关。如图像业务–网络级•自相似通信量是由于和网络的大量相互作用而在很宽的时间尺度范围内表现出自相似性。TCPWe’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw自相似通信量模型的应用•一般情况下应用级与网络级应当分别对待–对于应用级QoS可以通过CAC和资源分配的方法得到控制。–对于网络级其自相似性取决于拥塞情况、重传策略、同时请求的用户数、文件的大小使得很难对这些信源进行分析和设计•已经有论文证明–在ATM网络设计缓存大小时可以忽略VBR业务的自相似性–学者们的观点存在争议。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw小结•业务建模是希望通过数学模型来表示在网络中存在的业务流的流量规律。•业务建模有很多种方法。本课程中介绍的泊松过程模型、IPP模型、MMPP模型属于较为经典的业务模型。We’reThinkingforInnovations…WirelessTechnologyInnovationLabs,BUPT课件ftp:user:txwpwd:txw小结•近十年来关于自相似业务的建模理论受到广泛关注。同样自相似性也是基于一些统计观测的。•其他还有一些业务模型如回归模型(ARMA)在流量控制领域也屡见应用。鲜于时间本次课程不介绍。•有兴趣的同学可以查阅相关资料以自相似模型或者ARMA模型为基础自拟题目研究作为论文。通信网理论(二)业务建模概论þÿ业务建模理论从电话业务开始说起一般可以作如下假设一般可以作如下假设离散时间马尔可夫链指数分布泊松分布泊松分布实际的情况语音在数据网络传输时开关Poisson过程模型ONOFF模型Markov调制Poisson过程(MMPP)模型)MMPP模型MMPP模型MMPP模型的拟合方法MMPP模型的拟合步骤WWW模型WWW模型WWW模型WWW模型WWW模型几何分布的概念回顾几何分布的特点Pareto分布Pareto分布Pareto分布自相似业务模型简述自相似性在通信网络中普遍存在自相似性在通信网络中普遍存在Hurst参数Hurst参数描述突发的方法自相似通信量模型的应用自相似通信量模型的应用自相似通信量模型的应用小结小结

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