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随着电信网、广播电视网和互联网三网融合的推进,电信和广电等各运营商都开展原来受到管制的多种业务,成为全业务和全媒体运营商。业务互相渗透,会衍生出更多更复杂的新业务形态,这给业务的开展和网络资源的管理带来新的挑战,为业务数据在融合网络中的传输提出了新的要求。
在三网融合的环境下,存在着多种网络通道资源,如互联网IP双向通道和有线电视网单向通道等,为满足人们的信息需求提供了更加广阔的途径。网络的融合同时也促进了接入技术的快速发展,使得具有多种接入方式的智能终端成为发展趋势,而终端接入方式的多样化则使得在融合网络环境下开展多通道协同传输具备了最根本的前提。如何有效地利用融合网络中的多种通道资源进行业务数据的协同传输,对提高数据传输的速率和业务的QoS具有重大的意义。
本文针对融合网络环境下的多通道协同传输问题展开研究,着重解决多优先级业务流多通道协同传输、吞吐量建模、流量分配和接收缓存阻塞等问题,总结本文的主要贡献和创新点如下:
1.针对现有的多通道协同传输不支持业务流优先级的问题,将业务流的优先级映射到多个通道,建立了一种具有优先级保证的多业务流多通道数据传输模型。基于排队理论将模型抽象成多维Markov链,并使用两阶段的PH分布将多维Markov链近似成一维Markov链,然后利用矩阵分析方法对模型进行定量分析,从而推导出系统的平均队长和平均等待时间。数值分析结果表明,与简单多业务流单通道、具有优先级的多业务流单通道、简单多业务流多通道模型相比,所提出的多优先级业务流多通道协同传输模型具有较好的性能,不管业务流达到率如何变化,模型中的高优先级数据包均能够获得较高的处理能力。
2.提出了一种适用于异构网络环境的多通道并行传输吞吐量建模方法。该方法分析了多通道并行传输的特点,通过引入状态转换概率矩阵对各通道慢启动阶段和拥塞避免阶段的拥塞窗口增长机制进行分析,从而估算多通道并行传输的吞吐量。在上述建模方法的基础上还提出一种优化方法,通过合并拥塞窗口值相同的状态和将对应的状态转换概率相加,降低了建模过程的计算复杂度。实验结果表明,即使在通道特性不同的情况下,该方法也能准确地估算多通道并行传输吞吐量的变化,在异构网络环境下具有较强的适用性。
3.针对现有的多通道协同传输中的流量分配方法不区分业务、也未考虑资源收益的问题,提出了一种基于收益最大化的流量分配算法。该算法在分析业务参数模型的基础上,引入了业务的收益作为多通道协同传输中流量分配方法的效益评价函数,建立了业务QOS约束的基于收益最大化的多通道协同传输流量分配模型。针对模型中目标函数非线性约束条件复杂、直接求解困难的问题,基于边际收益递减原理,提出了边际收益优先的多业务流多通道协同传输流量分配方法,先根据边际收益优先的贪心策略获取最大化收益的流量分配方案,然后通过调整业务在不同通道间的流量来保证业务的最低质量要求。实验结果表明,与基于带宽比例策略的流量分配算法相比,该方法能够在保证业务质量的前提下,实现带宽资源的优化配置,提高了运营商的收益。
4.针对多通道协同传输中的接收缓存阻塞问题,分析了引起接收缓存阻塞的原因,提出一种改进的缓解接收缓存阻塞的数据包调度方法和重传策略。该方法综合考虑通道的带宽、时延和丢包率,引入通道质量的评价函数,选择质量最好的通道进行传输,减少由于通道特性不同造成的接收端数据包乱序。当数据包丢失时,重传策略选择一条尽量快速的通道,使得重传的数据尽快到达接收端,减少数据包乱序的持续时间。还提出一种根据通道的带宽—延迟积估算接收端缓存大小的方法,降低了接收端缓存大小对系统性能的制约。仿真实验表明,所提出的数据包调度方法和重传策略能够有效地减轻接收端缓冲区阻塞,与CMT-SCTP相比具有更优的性能;所提出的缓冲区大小的估算方法也能够准确估算所需接收缓存的大小,在不影响系统性能的基础上有效地节省了资源,降低了成本。
5.提出一种在有线电视网上实现数据可靠传输的优化方法。该方法融合IP网络双向交互通道和有线电视网单向通道构建了多通道协同传输系统,使用有线电视网单向通道和IP双向通道协同下发数据,使用IP双向通道交互信令;基于有线电视网单向保序的特性,优化了数据包的重传策略,使得丢失的数据包尽快地重传。实验结果表明,所提出的优化方法能够有效地缓解接收缓存阻塞,提升了传输系统的吞吐量。