现代互联网流量建模及网络性能分析

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随着网络通信技术特别是移动互联网技术的飞速发展,网络应用业务和用户数量迅速增加,现代互联网的应用方式发生了巨大变化,其网络流量随之发生了较大变化。相比于传统互联网流量,现代互联网包含了更多即时通信和音视频流量。网络应用方式及用户参与行为的变化,导致现代互联网流量特性与传统流量特性有所不同,这对网络流量监管和网络管理等产生重要影响。本文以现代互联网流量为研究对象,进行流量特性分析和流量建模,在此基础上分析现代互联网流量的网络性能指标。论文首先分析了现代互联网应用的发展情况,发现即时通信和网络视频等应用已成为现代互联网的主要业务。以即时通信应用的微信文本流量、Facebook视频流量和Skype音频流量以及网络视频应用的迅雷视频流量、Vimeo视频流量作为本文的研究对象。首先通过国内外公开数据集和实验室抓包等方式获取本文研究用的现代互联网流量,对流量数据进行识别、分类、统计等处理,获取不同时间尺度下到达的数据包个数和包长度时间序列。然后使用MATLAB软件展示不同时间尺度到达的数据包个数的直观图,通过直观观察发现现代互联网流量同时具有自相似性和突发性。接着采用R/S分析法计算不同时间尺度下现代互联网流量的Hurst参数值,定量验证现代互联网流量的自相似性,并分析了现代互联网流量自相似性的成因。然后采用alpha稳定分布从数学统计角度定量验证现代互联网流量具有突发性,使用分位数法估算了现代互联网流量的突发参数值,通过概率密度函数对实际流量序列拟合以及Q-Q图证明alpha稳定分布可以刻画现代互联网流量的突发性大小。针对现代互联网流量同时具有自相似性和突发性的特点,使用偏态LFSN流量模型对现代互联网流量进行建模。为了进行比对,还采用FBM自相似流量模型和重尾分布模型对现代互联网流量进行建模。通过模型对比分析和拟合优度!证明了偏态LFSN流量模型能够同时刻画现代互联网流量的自相似性和突发性,比FBM自相似流量模型和重尾分布模型具有更高的拟合度。接着基于偏态LFSN模型的主要网络性能指标的近似表达式,分析估算了现代互联网流量的平均时延和丢包率性能指标。最后使用OPNET仿真软件建立G/D/1队列模型,仿真分析了现代互联网流量的平均时延和丢包率的变化情况,并与基于偏态LFSN模型的理论分析结果进行对比,证明了基于偏态LFSN流量模型的现代互联网流量模型的可行性及效果。
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