基于自适应time step算法的网络模拟流量模型研究

作者:孙越;郝志宇;云晓春;费海强 刊名:高技术通讯 上传者:邱吉莲

【摘要】通过对网络模拟流量模型的分析,深入研究了基于时间驱动流量模型的流模拟方式,并针对目前基于时间驱动的流量模型time step选取方法存在的缺陷,提出一种根据网络行为的复杂程度不断修改time step的自适应time step选取策略.实验数据表明,相比于目前流量模型time step选取策略,这种新的选取策略大幅度降低了网络模拟的执行时间,同时提高了模拟的精确度,对大规模的网络模拟也具有很好的效果,为建设大规模高真实性的实时网络模拟平台奠定了基础.

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高技术通讯 2013年 第 23卷 第 8期 :804~810 doi:10.3772/j.issn.1002-0470.2013.08.005 基于 自适应 time step算法的网络模拟流量模型研究① 孙 越② ' 郝志宇③ 云晓春 费海强 ( 中国科学院信息工程研究所 北京 100093) (”北京邮电大学电子工程学院 北京100876) 摘 要 通过对网络模拟流量模型的分析 ,深入研究 了基于时间驱动流量模型的流模拟 方式,并针对 目前基于时间驱动的流量模型 time step选取方 法存在 的缺 陷,提 出一种根 据网络行为的复杂程度不断修改 time step的 自适应 time step选取策略。实验数据表 明, 相比于 目前流量模型 time step选取策略,这种新的选取策略大幅度 降低 了网络模拟的执 行时间,同时提高 了模拟的精确度,对大规模 的网络模拟也具有很好的效果,为建设大规 模高真实性的实时网络模拟平 台奠定 了基础。 关键词 网络模拟,流量模型,自适应龙格库塔算法,PRIME平台,性能优化 0 引 言 随着因特网规模 的不断扩大 ,如何更好地设计 网络结构和协议 ,已成为人们研究的重点。目前 的 研究方法主要 有网络模拟、数学建 模等 ’2 J。网络 模拟是研究网络行为与网络协议的重要方法。网络 模拟因其真实性较高、模拟规模较大、开发和运行成 本较低等优点而备受青睐。目前很多网络模拟器都 采用包级别的模拟 。虽然包级别的模拟能保证较高 的真实性 ,但对模拟器的计算开销来说是极大的挑 战,由此引入 了流量模型。在 网络模拟研究中,流量 模型是提高网络模 拟性能的工具 ,特别是基于时间 驱动的流量模型在模拟效率上有很大优势。 目前的 流量模型大都采用流模拟方式 ,即将具有相 同属性 的数据包抽象为一个 流,在模拟过程中更新某些属 性 的值 ,以此来描述网络特征 ,该方式可降低单位时 间内模拟器处理事件的数量 。流模拟方式主要分为 基于流 的事 件 驱动 模拟 和基 于 流 的时 间驱 动模 拟l3]。基于流的事件驱动模拟 是 当数据流大小 变化时 ,即产生一个离散事件 ,用 以触发此数据流相 关属性 的变化 l5j。这种模拟适用于数据流变化不 大的情况 ,如果数据流变化剧烈 ,此方法性能受损严 重 ,且易引发连锁反应 ;基于流的时间驱动模拟是将 模拟时间周期性地 向前推进一定 的时间问隔 (time step) 引。每次推进都计算一次 网络状态对流量模 型的反馈并修改流量模 型的参数 引。由于基于流 的时间驱动模拟在效率上有较大优势 ,因而它将成 为流量模型的发展趋势 。 对于基于流的时间驱动模拟 ,有效地选取 time step是保证流量模 型高效和高真实性的关键 。目前 time step的选取缺乏有效 的解决方案,采取 固定值 或大小两个值来设置 time step¨8 J,在精确度 和效率 上都有一定缺陷。Li等提出了一种动态选取 time step的算法 J,在效率上有了改善 ,但其算法在精确 度上仍需改进。针对 以往 time step选取策略存在 的问题 ,本文提 出了一种 自适应 time step算法 ,该 算法根据网络行为的变化 实时更新 time step,使变 化保持在允许的精度范围内,从而有效地提升流量 模拟 的效率和真实性 。 1 流量模 型 Misra等提出的流量模 型 (也称 MGT模型 )是 利用一组常微分方程来描述 TCP窗 口大小 、队列长 度和丢包率等 网络属性 m 。在流量模

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