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大型信息网络设计与性能研究

作　者: 刘黎临
导　师: 韩承德；董占球
学　校: 中国科学院研究生院（计算技术研究所）
专　业: 计算机体系结构
关键词: 计算机网络性能评价 Markov过程 Ethernet Petri Nets DSPN
分类号: TP393.11
类　型: 博士论文
年　份: 1998年
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内容摘要

本文从建设一个大型信息网络(体委网)的实际出发，对一个已存在的大型信息网络(民航网)进行采样测试，围绕着对计算机网络的流量控制(Traffic control)和拥塞(Congestion)等影响网络性能的诸多问题提出新的分析观点，探索合适的建模求解工具，揭示了共享式和交换式Ethernet网络的实质，并对它们进行建模求解，得出的结论与实测网络的数据相吻合，在此基础上给出了大型信息网络的设计。本文的主要工作及重要的研究结果如下： 1、提出了一个大型计算机信息网络系统建模求解的思想。本文首先简述了计算机及网络性能评价的历史，系统研究比较了现有的分析建模数学工具，得出如下结论：计算机网络行为具有既随机又相关的特点。随机Petri Nets能够比较方便地刻画网络的相关事件，描述网络的竞争、碰撞和拥塞及刻画网络事件的随机性，并缓和了计算机网络建模与求解之间的矛盾，因此本文选择随机Petri Nets作为建模求解的工具。基于对《民航计算机旅客服务系统》网络的实测得出一个重要结论：在大型计算机信息网络中的信息流量不服从任何已知的统计分布。因此，DSPN(Deterministic and Stochastic Petri Nets)只能作为定性分析的建模工具。采用离散事件模拟模型求解的思路对大型计算机网络建模求解具有重要的意义。 2、提出了一个面向当前大型计算机信息网络系统的性能分析与评价的普适性的方法。该方法是利用DSPN建模，分析模型中的Token迁移流，并根据这一Token迁移流，设计出事件／时间表，建立离散事件驱动模型的模拟求解程序，输入任意一个大型计算机信息网络系统实际的参数，运行该求解程序，得出针对该网络的性能分析评价结果，对建成一个高性能／价格的大型计算机信息网络系统方面具有较高的实用价值。 3、提出了一种大型计算机信息网络的设计方法。在详细研究了体委网的DSPN模型中的Token迁移流的基础上，牢牢把握事件的生灭及其关系，采用离散事件模拟驱动模型进行数值求解，取得了重要结果。研究中还发现现有随机Petri Nets的求解工具的不足，为进一步研究明确了方向。更重要的是：该模型的建立及求解将为今后网络扩充及信息变动提供不断优化配置的技术手段及可靠性数据。 4、对于《民航计算机旅客服务系统》大型计算机网络系统的实际运行的测量说明：该网络存在着极为严重的碰撞和拥塞以及主机利用率不高的问题，而通过对其建模求解的验证，以及本文整体工作的

全文目录

致谢  3-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章概述  12-18
  §1.1 大型计算机网络面临的挑战  12
  §1.2 选题的背景与目的  12
  §1.3 对民航计算机信息网络系统的认识  12-13
  §1.4 体委计算机信息网络概述  13-14
    §1.4.1 体委计算机信息网络的组成  13
    §1.4.2 体委计算机信息网络建设任务及目标  13-14
  §1.5 本文的主要贡献  14-18
    §1.5.1 本文的主要工作  14-15
    §1.5.2 本文的主要贡献  15-18
第二章网络性能评价与建模工具  18-33
  §2.1 引言  18-20
    §2.1.1 测量方法  18-19
    §2.1.2 模拟方法  19
    §2.1.3 分析方法  19-20
  §2.2 计算机网络性能评价的随机分析方法及其数学基础  20-22
    §2.2.1 随机过程  20-21
    §2.2.2 连续时间Markov链  21-22
  §2.3 分析方法中的排队模型  22-25
  §2.4 Petri Nets  25-26
  §2.5 基本随机Petri Nets-SPN(Stochastic Petri Nets)  26-28
  §2.6 一般随机Petri Nets-GSPN(Generalized Stochastic Petri Nets)  28-29
  §2.7 确定型随机Petri Nets-DSPN(Deterministic and Stochastic Petri Netst  29-31
  §2.8 扩展确定型随机Petri Nets-EDSPN(Extended DSPN)  31-32
  §2.9 本章小结  32-33
第三章《民航计算机旅客服务系统》大型计算机网络信息系统的测量与分析  33-46
  §3.1 引言  33
  §3.2 民航网简介  33-35
    §3.2.1 早期的联机系统  33
    §3.2.2 网络系统的中期改造  33
    §3.2.3 网络系统的第三期改造  33-35
    §3.2.4 小结  35
  §3.3 民航网的运行测量  35-37
  §3.4 测试结果的初步分析  37-45
  §3.5 民航网的分析求解  45
  §3.6 本章小结  45-46
第四章体委计算机信息网络的建模分析  46-80
  §4.1 引言  46
  §4.2 建模思想  46-47
    §4.2.1 建模思想之一  46
    §4.2.2 建模思想之二  46
    §4.2.3 建模思想之三  46-47
    §4.2.4 建模思想之四  47
    §4.2.5 建模思想之五  47
  §4.3 体委网的建模  47-52
    §4.3.1 交换式Ethernet站点间的DSPN模型  47-49
    §4.3.2 交换式Ethernet中交换机制的DSPN模型  49
    §4.3.3 交换式Ethernet中C／S工作方式的DSPN模型  49-52
  §4.4 体委网DSPN模型中Token迁移流的分析  52-72
    §4.4.1 信道空闲时自由发送信包的Token迁移  52-53
      §4.4.1.1 初始状态  52
      §4.4.1.2 Token迁移描述  52-53
    §4.4.2 竞争状态下信包发送的Token迁移  53-54
      §4.4.2.1 初始状态  53
      §4.4.2.2 Token迁移描述  53-54
    §4.4.3 碰撞状态下信包发送的Token迁移  54
      §4.4.3.1 初始状态  54
      §4.4.3.2 Token迁移描述  54
    §4.4.4 本节小结  54-72
  §4.5 体委网DSPN模型中Token迁移的动态显示  72
  §4.6 体委网DSPN模型的模拟求解  72-79
    §4.6.1 概述  72-73
    §4.6.2 交换式Ethernet中两结点模型的求解  73-74
    §4.6.3 交换式Ethernet中C／S工作方式模型求解  74-79
    §4.6.4 一点体会  79
  §4.7 本章小结  79-80
第五章体委计算机大型网络信息系统的设计  80-83
  §5.1 概述  80
  §5.2 设计原则及其实现  80-82
  §5.3 一点体会  82-83
第六章结束语  83-84
参考文献  84-91
攻读学位期间发表的论文与获奖情况  91-92
作者简历  92

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