网络链路性能参数估计的层析成像方法综述

网络层析成像能够在网络内部节点不提供测量协作的情况下,根据端到端的测量结果,间接地估计网络内部链路性能参数,是一种重要的网络测量手段,能直接指导网络管理和网络优化,目前受到国内外学术界和工业界广泛的关注.在广泛收集国内外资料的基础上,首先总结了目前网络层析成像使用的主要端到端测量方法和技术;再根据不同参数对链路性能刻画程度的不同,将链路性能参数的网络层析成像方法分为两类:定量参数推断方法和定性参数推断方法;然后,针对不同类型参数的估计问题,概括分析了现有算法的特点;最后指出该类方法未来的研究方向与潜在的应用前景.     

利用高阶累积量进行时延估计的方法

文章介绍了一种利用高阶累积量进行时延估计的新方法。利用四阶累积量代替二阶相关函数,可以克服相关法在相关高斯噪声干扰中估计性能下降的缺点。新方法可以利用FFT进行快速运算。计算机仿真结果表明,当存在高斯相关噪声干扰时,该方法的估计性能优于广义相关法。     

一种负载均衡网络中内部链路时延推测算法

了解网络内部链路特征对运维大型IP网络至关重要.前人在假定固定路由条件下采用端到端主动测量的方式从网络边缘推测网络内部链路行为特征.由于网络中存在导致随机路由的负载均衡设备,使以前的主动测量方法无法实施.采用累计生成函数和随机过程方法解决随机路由条件下的网络内部链路时延推测问题.仿真结果表明,算法可以很好地解决随机路由下的内部链路时延推测问题.根据链路时延分布,可以用来判决瓶颈链路,为网络运维提供极具价值的参考.     

基于Internet的网络控制系统端到端时延分析

端到端时延是影响基于Internet网络控制系统(NCS)稳定性的一个重要因素。该文通过OPNET建模仿真,分析了系统的端到端时延特征、时延组成及时延瓶颈。讨论了不同的数据包大小对端到端时延的影响及其原因,把该时延用于一个NCS仿真实例,分析了其对系统稳定性的影响。在NCS的设计过程中,明确端到端时延特征有助于提高系统的稳定性。     

二、四阶组合时延统计量多乐器盲分离

为改善有噪条件下多轨复调音乐乐器分离算法性能,引入了度量乐器时间序列能量非平稳性的四阶累积量,提出了一种二、四阶组合时延统计量复调音乐乐器盲分离算法。首先根据四阶累积量函数,得到使全局混合矩阵与加性噪声正交的线性变换。对经线性变换预处理后的多轨音乐数据利用二、四阶组合时延统计量,估计出混合矩阵和源乐器信号。仿真实验证明,这种组合时延统计量乐器分离法较二阶统计量算法能够更精确地分离出复调音乐中的源乐器,尤其适于低信噪比情况。     

基于指数上鞅的统计端到端时延分析

借助有效的端到端时延分析可实现大规模网络的QoS控制,运用统计网络演算理论中最小加代数的卷积运算规则计算端到端时延界日益引起人们的重视.随着网络规模的不断扩大,统计端到端时延界应同时具有良好的可扩展性和一定的紧致性,而目前满足这一要求的理论成果还比较少.通过结合最小加代数的卷积运算规则和Doob不等式,并采用矩母函数(Moment Generating Function,MGF)对到达曲线和服务曲线进行描述,文中给出了一种基于指数上鞅的端到端时延界表达式.该时延界不仅可以线性扩展,而且数值分析结果表明,在相同假设条件下,该时延界比现有的线性时延界具有更好的紧致性.     

WiFi-TSN低时延转换架构

无线网络与TSN(Time Sensitive Networking)的融合是目前工业界的关注点之一。传统的基于应用层软件的网关存在CPU利用率高、处理延迟长、性能差等缺点。因此提出了一种WiFi-TSN低时延转换架构,来实现WiFi网络与TSN网络的集成。该架构采用Verilog语言实现,通过硬件来保证通信信道之间可预测的延迟,能够在极短的时间内完成协议转换和协议数据的转发。采用Vivado EDA工具来完成电路的设计,并进行足量的仿真测试来评估电路的端到端延迟性能。     

无线传感网络的端到端时延感知跨层优化研究

无线传感网络近年来获得全球范围内越来越多的关注。在实际应用当中,无线传感器网络的通信时延约束是网络QoS评价标准中非常重要的一项性能指标。在传统的无线传感网络吞吐量优化问题模型基础上,考虑网络端到端时延约束条件,并引入网络编码概念。最终采用李雅普诺夫优化算法将吞吐量优化问题转化成若干个子问题并进行分布式求解。该算法在保障网络稳定性和端到端时延约束的同时,得到一个接近最优的原始问题优化解。     

基于端到端的单播层析网络时延分布

推断网络内部各链路的特性,已成为管理和评估大型电信网络的重要条件.通过某个特定路径直接监测每个链路是不现实的,所以一般通过发送端到端的探测包,利用网络的终端节点来收集网络链路的特征信息.通过单播探测包方法来推断链路的时延特性.针对网络内部链路时延累积量生成函数(CGF),提出一种基于端到端的单播探测包时延测量的偏差校正...     

基于链路循环的网络时延模拟方法研究

针对当前网络时延模拟软件量程窄、精度低、资源占用高的问题,提出一种基于链路循环的网络时延模拟方法。该方法将时延模拟分为两个阶段：第一阶段通过链路循环实现宽量程的时延模拟,第二阶段通过内存队列缓冲数据实现精度优化。实验结果表明,该方法能够以微秒级精度实现秒级时延模拟。此外,相较于主流时延模拟软件NetEm,该方法能在各个带宽下降低55%～80%的内存占用,在满足精度需求的同时极大地降低系统成本。     

基于显式计算的单播链路时延估计

为提高基于单播测量的网络链路时延分布估计速度,提出了一种基于显式计算的单播链路时延快速估计方法.由于网络设备多样化导致链路时延特征存在差异,首先根据端到端测量数据为各链路分配不同的离散间隔;然后利用背靠背探测包在网络中引入的二层二叉树结构,通过显式计算推断各链路的时延分布,能明显提高估计速度.仿真结果表明,该方法将链路时延分布的估计时间降低至数百毫秒,同时更准确地捕获链路时延特征.该方法基于显式计算,计算复杂度非常低,因此能够满足实际应用的实时性要求.     

一种自底向上的推测链路延迟分布的快速算法*

网络层析技术用端到端的测量结果来推测网络中的链路延迟分布。这方面已有的大部分工作都基于最大似然估计式 (MLE)和期望最大化（EM）算法,它们在求解过程中需要不断迭代,对于大规模网络需要消耗很长的时间。为了克服这方面的不足,提出了一种快速算法FBA,该算法自底向上估计出每层链路的延迟分布。定性的分析和实验仿真结果表明FBA大大减小了计算的复杂度,而且在发包数目足够多的情况下,它的估计结果的精确度接近EM算法。     

基于端到端单播测量的网络拓扑识别方法

提出一种基于端到端单播测量的网络拓扑识别方法。在数据测量方面,采用改进的三明治分组探测机制获取往返时延差,进行节点相关性推断。在拓扑推断方面,以树的深度优先序列作为参考,通过比较节点对的相似性,采用迭代与递归相结合的方法反向构建拓扑结构,减少探针发送量。仿真实验结果证明了该拓扑识别方法的有效性。     

基于线性松弛方法的网络故障链路诊断

为解决通信网络中端到端测量定位故障链路的NP难问题,提出了一种新的松弛布尔约束的诊断方法。首先将网络中的路径状态和链路状态的关系建模为布尔代数方程,而故障定位的本质即满足该布尔方程条件的优化求解;然后,依据该优化表达式判断其NP性来源于链路状态的布尔约束（正常/故障）,通过将布尔约束松弛为线性约束,所提方法将问题简单地转换为线性规划（LP）问题,线性规划问题非常容易求解并可以由任何LP求解器来得到故障链路集合。在真实网络拓扑中进行了链路故障诊断仿真实验,实验结果表明,所提方法与现有的经典启发式算法——TOMO相比,降低了5%~30%的误诊率。     

网络链路时延分布估计方法研究

网络内部链路性能推测对网络操作与评估至关重要,现有估计方法通常针对固定拓扑网络,无法应用于动态路由情形下的未知拓扑网络。提出了一种基于伪似然估计（PLE）和遗传程序设计（GP）的网络延迟断层扫描方法估计网络内部链路延迟分布,并利用重要抽样（IS）技术进一步改进链路延迟分布估计。最后利用仿真实验验证了该方法的有效性和准确性。     

基于单播丢包层析技术的探测包发送机制

网络层析技术通过端到端测量就能推测网络的内部性能,无须网络中间节点配合,因此被广泛的应用于网络测量及诊断。对基于单播的网络丢包率层析成像模型进行了详细的探讨,并针对现有的单播层析发包方式的包组相关性缺陷提出了一种改进发包方法。通过NS2的仿真,证明了改进的发包机制能更加准确的估算网络丢包率。     

一种基于支持向量回归的互联网端到端延迟预测算法

互联网端到端延迟是指IP分组沿着互联网中一条确定路径进行传输的延迟,端到端延迟的精确预测是大量网络活动的基础,从网络协议设计到网络监测,再从确保端到端QoS性能到各种实时业务性能提升。提出一种新的端到端延迟的预测方法,主要贡献有:a)将互联网端到端延迟预测的问题转换为多元回归的预测问题,提出了基于多元回归的端到端延迟预测框架;b)采用支持向量回归SVR方法来求解端到端延迟的多元回归问题,提出了基于SVR的互联网端到端延迟预测算法。最后使用互联网采集的RTT数据来验证提出的算法,实验结果表明,提出的预测算法具有快速和精确特点,是一种适合实际应用的预测算法。     

无线传感器网络链路报文丢失率推测方法研究

针对传感器网络能源有限的特征,提出一种适用于传感器网络的链路报文丢失率测量方法。根据在汇聚节点（sink）获取的网络数据报文,将链路报文丢失率推测形式化为MLE问题并用EM算法解决推测问题。仿真试验证明,算法在不增加网络负担的前提下,能够有效地推测链路的报文丢失率;随着网络规模的扩大,算法仍能准确地反映网络内部的链路性能。     

网络透视的研究和发展

网络透视是一新兴网络课题,旨在通过端到端的方法得到链联级的性能特性,比如:丢包率和平均延迟等。所得到的信息对进一步认识网络的动态性质极有帮助,并且将指导人们从事下一代网络的开发与研究。该文将简要论述这方面的研究情况,以期促进国内有关研究机构对此方面的研究予以重视。