一种引入随机概率参数的业务端到端性能分析方法与流程
本发明涉及通信网络技术领域，主要涉及一种引入随机概率参数的业务端到端性能分析方法。
背景技术：
在无线网络中，用户附近的网关服务饱和无法实现用户需求，则将任务转发至其他具有服务能力的网关进行任务处理，或者该网关附近的用户与其他网关的用户进行数据共享和信息交互时，需要多跳实现。在无线网络中，通过软件定义网络技术将网络的控制平面和数据平面相分离，整合网络中计算，传输存储等各种资源，进行集中管理以及分配，灵活控制网络流量的转发。引入软件定义网络的无线网络路由选择具有随机性，且在该网络架构中采用wimax，不同类qos具有不同的优先级，且不同类qos适合不同业务的特点，业务分为高优先级，如网络语音电话业务；中优先级，如视频业务以及低优先级，如文件传输业务。
随机网络演算方法作为分析问题的工具，具有将复杂的非线性问题转化为便于分析的线性问题的优势，相比起排队论只能适用于某些特定的分布，随机网络演算对业务数据的到达分布没有限定，可以应用于多种场景的分析。比如无线传感网络的时延、积压以及吞吐量的分析、窄带物联网的多跳性能分析、网络功能虚拟化网络中的性能分析以及视频业务的性能分析等均有基于随机网络演算的研究。随机网络演算也存在其自身的缺点，因为放缩可能导致其违约概率边界过松，也有一些研究针对其缺陷，提出了相关的方法进行改进。
现有的针对无线网络性能的研究，大多考虑的是干扰固定的场景，对于具有随机性的无线网络多跳性能少有研究，所以本发明提出一种引入随机概率参数的业务端到端性能分析方法，分析无线网络多跳场景下业务的性能。
技术实现要素：
发明目的：为了解决无线网络网关上层业务端到端性能分析问题，本发明通过引入随机概率参数解决引入随机性的无线网络业务端到端性能分析问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种引入随机概率参数的业务端到端性能分析方法，包括以下步骤：
步骤s1、引入随机概率参数，表示无线网络采用软件定义网络规划路由，使其路由选择具备随机性；
步骤s2、在引入随机概率参数的无线网络中，根据wimax中不同类qos具有不同的优先级，将业务分为高优先级业务、中优先级业务和低优先级业务；其中高优先级业务包括网络语音电话业务，中优先级业务包括视频业务，低优先级业务包括文件传输业务；
步骤s3、通过基于矩母函数的随机网络演算方法，对引入随机概率参数的无线网络进行分析，得出上述三种优先级业务到达过程的矩母函数形式，根据剩余服务定理，分别得出三种优先级业务的服务曲线的矩母函数形式；
步骤s4、根据卷积和反卷积定理，获得时延和积压上界边界和违约概率之间关系的闭合表达式。
进一步地，步骤s1中引入随机概率参数的具体步骤具体如下：
对于业务[.]，设置三个概率参数，组成概率参数集合(p[.].a,p[.].b,p[.].c)；其中p[.].a表示业务[.]到达指定服务链上的智能体并且需要处理或转发的概率；p[.].b表示在p[.].a条件下的业务[.]与服务链上的研究对象下一跳的路径相同的概率；p[.].c表示在p[.].b条件下，来到服务链的下一个智能体节点之后，需要智能体处理或者转发的概率。
进一步地，所述步骤s3中三种优先级业务到达过程的矩母函数形式如下：
(1)高优先级网络语音电话业务，到达过程服从泊松分布，所以其在时间间隔(s,t)内的累积到达数据量的矩母函数形式为：
其中avoip(s,t)表示与服务链上各个智能体节点相邻的非本服务链节点在(s,t)内网络语音电话业务累积到达数据量；
(2)中优先级视频业务到达速率为常数r，在时间间隔内的累积到达数据量的矩母函数形式为：
其中avideo(s,t)表示与服务链上各个智能体节点相邻的非本服务链节点在(s,t)内视频业务累积到达数据量；
(3)低优先级文件传输业务到达过程服从泊松分布，在时间间隔(s,t)内的累积到达数据量的矩母函数形式为：
其中aftp(s,t)表示与服务链上各个智能体节点相邻的非本服务链节点在(s,t)内文件传输业务累积到达数据量。
进一步地，所述步骤s3中获取三种优先级业务服务曲线的矩母函数形式具体步骤包括：
(一)、获取三种优先级业务作为贯穿服务链的研究对象时受到来自其他业务的干扰，包括：
(1)高优先级网络语音电话业务：优先级最高，不受到其他业务的干扰；
(2)中优先级视频业务：接受的服务受到网络语音电话业务的干扰，在服务链的各个节点上，受到的干扰如下：
其中
(3)低优先级文件传输业务：接受服务受到网络语音电话业务和视频业务的干扰；其中网络语音电话业务的干扰如(2)推导所示：
视频业务干扰如下：
其中
综上，低优先级文件传输业务受到的干扰数量为：
(二)、推导各优先级业务作为贯穿服务链的研究对象时的服务曲线；
(1)高优先级网络语音电话业务：作为贯穿流时，不受到其他类型业务的干扰，其服务曲线为：
(2)中优先级视频业务：作为贯穿流时，受到网络语音电话业务的干扰。通过剩余服务定理，其服务曲线为：
(3)低优先级文件传输业务：作为贯穿流时，受到网络语音电话业务以及视频业务的干扰，通过剩余服务定理，其服务曲线如下：
(三)、无线网络业务接受的服务分为两个类型，包括智能体节点提供的数据处理服务和是无线信道提供的数据传输服务，两类服务节点间隔分布；智能体节点提供数据处理服务，数据传输服务选择nakagami-m信道提供信道，求解服务曲线的矩母函数形式：
(1)智能体节点的服务速率为常数c，所以智能体服务节点在(s,t)内的矩母函数形式为：
(2)nakagami-m信道节点服务曲线的矩母函数形式为：
其中
(3)将(1)和(2)相结合，得到服务链的节点服务曲线的矩母函数的通用公式为：
(4)据此得到三种业务的服务曲线矩母函数形式：
(a)高优先级网络语音电话业务：
(b)中优先级视频业务：
(c)低优先级文件传输业务：
进一步地，所述步骤s4中获得时延和积压上界边界和违约概率之间关系的闭合表达式步骤具体如下：
步骤s4.1、推导得出时延上界边界与违约概率之间的通用闭合表达式：
其中n表示服务链上节点的个数，
步骤s4.2、推导各优先级业务作为贯穿流时的时延边界上界和违约概率之间关系的闭合表达式：
(1)高优先级网络语音通话业务：
其中
(2)中优先级视频业务：
其中
(3)低优先级文件传输业务：
其中
步骤s4.3、推导得出积压上界边界与违约概率之间的通用闭合表达式：
其中b[.](t)表示业务[.]在时刻t处的积压；
步骤s4.4、推导各优先级业务作为贯穿流时的时延边界上界和违约概率之间关系的闭合表达式：
(1)高优先级网络语音电话业务：
(2)中优先级视频业务：
(3)低优先级文件传输业务：
有益效果：
本发明提出的引入随机概率参数对无线网络业务的端到端性能进行分析，因为无线网络引入软件定义网络规划路由，业务的路由选择具有随机性，本发明的性能分析方法考虑影响因素更为全面，分析结果更加符合无线网络特性。
附图说明
图1是本发明提供的无线网络网关上层多跳结构示意图；
图2是本发明提供的数学模型图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明以图1所示的无线网络网关上层多跳示意图为例。在这种场景下，用户附近的网关服务量饱和，用户任务需传输至较远的空闲网关进行任务处理，或者网关附近的用户与稍远的网关用户需要进行信息的交互和共享，需要进行多跳。在多跳场景中，引入软件自定义网络，源目的主机之间存在多条路径，如图上流量路径a和流量路径b，源目的对相同，但是路径完全不同，路由选择具有随机性，所以本发明引入随机概率参数(p[.].a,p[.].b,p[.].c)来表示这种随机性，并将路径上的智能体和智能体之间的信道抽象化为服务节点，选定一条路径作为服务链，服务链上的贯穿流作为研究对象，三种业务均为服务链上的干扰流，得到如图2所示的数学模型图。
具体地，对于业务[.]，设置三个概率参数，组成概率参数集合(p[.].a,p[.].b,p[.].c)；其中p[.].a表示业务[.]到达指定服务链上的智能体并且需要处理或转发的概率；p[.].b表示在p[.].a条件下的业务[.]与服务链上的研究对象下一跳的路径相同的概率；p[.].c表示在p[.].b条件下，来到服务链的下一个智能体节点之后，需要智能体处理或者转发的概率。
在引入随机概率参数的无线网络中，根据wimax中不同类qos具有不同的优先级，将业务分为高优先级业务、中优先级业务和低优先级业务；其中高优先级业务包括网络语音电话业务，中优先级业务包括视频业务，低优先级业务包括文件传输业务。确定不同业务之间采用抢占式优先级调度，同种业务之间采用先到先服务调度；确定分析业务的端到端时延和积压性能。
通过基于矩母函数的随机网络演算方法，对引入随机概率参数的无线网络进行分析，得出上述三种优先级业务到达过程的矩母函数形式，根据剩余服务定理，分别得出三种优先级业务的服务曲线的矩母函数形式。
具体地，三种优先级业务到达过程的矩母函数形式如下：
(1)高优先级网络语音电话业务，到达过程服从泊松分布，所以其在时间间隔(s,t)内的累积到达数据量的矩母函数形式为：
其中avoip(s,t)表示与服务链上各个智能体节点相邻的非本服务链节点在(s,t)内网络语音电话业务累积到达数据量；
(2)中优先级视频业务到达速率为常数r，在时间间隔内的累积到达数据量的矩母函数形式为：
其中avideo(s,t)表示与服务链上各个智能体节点相邻的非本服务链节点在(s,t)内视频业务累积到达数据量；
(3)低优先级文件传输业务到达过程服从泊松分布，在时间间隔(s,t)内的累积到达数据量的矩母函数形式为：
其中aftp(s,t)表示与服务链上各个智能体节点相邻的非本服务链节点在(s,t)内文件传输业务累积到达数据量。
获取三种优先级业务服务曲线的矩母函数形式具体步骤包括：
(一)、获取三种优先级业务作为贯穿服务链的研究对象时受到来自其他业务的干扰，包括：
(1)高优先级网络语音电话业务：优先级最高，不受到其他业务的干扰；
(2)中优先级视频业务：接受的服务受到网络语音电话业务的干扰，在服务链的各个节点上，受到的干扰如下：
其中
(3)低优先级文件传输业务：接受服务受到网络语音电话业务和视频业务的干扰；其中网络语音电话业务的干扰如(2)推导所示：
视频业务干扰如下：
其中
综上，低优先级文件传输业务受到的干扰数量为：
(二)、推导各优先级业务作为贯穿服务链的研究对象时的服务曲线；
(1)高优先级网络语音电话业务：作为贯穿流时，不受到其他类型业务的干扰，其服务曲线为：
(2)中优先级视频业务：作为贯穿流时，受到网络语音电话业务的干扰。通过剩余服务定理，其服务曲线为：
(3)低优先级文件传输业务：作为贯穿流时，受到网络语音电话业务以及视频业务的干扰，通过剩余服务定理，其服务曲线如下：
(三)、无线网络业务接受的服务分为两个类型，包括智能体节点提供的数据处理服务和是无线信道提供的数据传输服务，两类服务节点间隔分布；智能体节点提供数据处理服务，数据传输服务选择nakagami-m信道提供信道，求解服务曲线的矩母函数形式：
(1)智能体节点的服务速率为常数c，所以智能体服务节点在(s,t)内的矩母函数形式为：
(2)nakagami-m信道节点服务曲线的矩母函数形式为：
其中
(3)将(1)和(2)相结合，得到服务链的节点服务曲线的矩母函数的通用公式为：
(4)据此得到三种业务的服务曲线矩母函数形式：
(a)高优先级网络语音电话业务：
(b)中优先级视频业务：
(c)低优先级文件传输业务：
步骤s4、根据卷积和反卷积定理，获得时延和积压上界边界和违约概率之间关系的闭合表达式。具体地，
步骤s4.1、推导得出时延上界边界与违约概率之间的通用闭合表达式：
其中n表示服务链上节点的个数，
步骤s4.2、推导各优先级业务作为贯穿流时的时延边界上界和违约概率之间关系的闭合表达式：
(1)高优先级网络语音通话业务：
其中
(2)中优先级视频业务：
其中
(3)低优先级文件传输业务：
其中
步骤s4.3、推导得出积压上界边界与违约概率之间的通用闭合表达式：
步骤s4.4、推导各优先级业务作为贯穿流时的时延边界上界和违约概率之间关系的闭合表达式：
(1)高优先级网络语音电话业务：
(2)中优先级视频业务：
(3)低优先级文件传输业务：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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