面向服务系统的传输与资源优化关键技术研究

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目前,我国已进入全面实现电信网、有线电视网和互联网三网融合发展的新阶段。融合网络下,网络承载的业务种类越来越多,融合业务正在迅速普及,各种业务的用户访问量越来越大,业务的顺利开展需要业务生成系统、业务运行系统系统、业务管理系统和各种服务系统等的共同支撑。其中,完善、高效的服务系统是融合业务顺利开展的关键环节之一。服务系统包括内容服务系统、存储与分发系统、Web服务系统等,如何提升服务系统性能对改善用户服务质量具有重大意义。  本文针对863项目课题“新一代业务运行管控协同支撑环境的开发”中的服务系统在研究与开发过程中遇到的问题对服务系统优化技术进行研究。从减少用户获取服务过程中的等待延迟的角度,本文深入分析了服务系统的多媒体数据传输协议、多媒体数据传输中的冗余流量消除技术、Web服务系统资源分配、多服务节点的多服务静态部署等优化技术所面临的问题,并给出了相应的解决方案,主要研究成果如下:  1.根据多媒体业务对传输协议的需求,提出了一种基于可用带宽估计的多媒体内容传输优化协议,该协议根据估计的链路可用带宽调整发送端的发送速率,该方法在具有背景流量的网络环境中,能更加精确控制发送速率,防止发送速率过快增长,降低丢包率。通过对实际运营数据的统计,优化协议的平均丢包率降低了65.7%,带宽利用率提高了2.9%。  2.针对服务系统中大量数据片段冗余传输造成网络带宽浪费严重的问题,提出了一种基于动态查找表的冗余流量消除算法(DYNATABLE)。该算法动态统计流量中以不同字节值开头的数据块的冗余率,在保证目标块抽样率的情况下,选取冗余率高的数据块的首字节值为标识,实时更新查找表,DYNATABLE根据查找表中的标识从数据包中选出数据块,对已经传输过的冗余数据块进行简单编码,用编码数据替换原冗余数据片段,再对消除冗余流量的数据包进行传输。对比基于最大值选择和基于静态查找表等冗余流量消除算法,该算法能跟踪网络数据的动态变化,带来更高的字节节省,平均字节节省率提高到21.8%。  3.针对多层Web服务系统的资源分配问题,提出了一种采用比例积分微分(PID)神经网络控制的资源分配方法。首先建立多层服务器资源分配模型,以此模型为基础,以保证服务系统处理延迟为限制条件,以最小化服务器数目为优化目标,将服务器资源分配问题抽象为最优化问题,并通过最优化方法求解;为了保证95%的服务系统处理延迟在目标延迟以内,通过PID神经网络控制对资源分配分配方案进行调整;并通过设计PID神经辨识系统对被控系统进行辨识,保证系统的稳定性。与现有方法相比,该方法分配的服务器资源量减少约6%;同时,在产生误差抖动和到达率变化时,系统提前5-6个周期收敛,并且更快恢复稳定。  4.针对覆盖网络中多服务在不同服务节点的部署问题,提出了一种保证请求转发延迟满足服务质量要求,以最小化服务部署规模为优化目标的部署模型。该模型在传统的单服务部署问题的基础上,增加了多服务的分配任务;为了合理均衡利用服务节点的服务器资源,引入并发上限限制单节点的并发数目。证明了该模型属于NP完全问题。提出了两种贪婪启发式算法,两种算法可以在多项式时间内求解。实验结果表明,所提出模型和启发式方法能够大大降低服务部署规模,分别将服务部署规模降低为原始规模的41%和47.8%。
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