（控制科学与工程专业论文）基于petri网理论的计算机网络性能分析和电子商务模型设计.pdf

浙江大学博士学位论文 摘要 在计算机网络系统当中，网络系统的性能分析和电 子商务系统建模是两个重要的研究方向。本文中，我们 主要探讨了t c p 网络的性能分析问题和电子商务系统中 的买方和卖方模型设计问题。t c p 网络的性能及其相关 问题是目前计算机网络研究的重要方面，我们从全面、 深入的分析t c p 网络的运行机制出发，抓住t c p 网络既 随机又相关的特点，提出了新的分析观点，采用了p e t r i 网作为建模求解工具，揭示了t c p 网络的实质。在此基 础上，我们进一步研究了t c p i p 局域网和a t m 主干网 互联时的网间互联器的性能分析。由于电子商务是计算 机网络的一个重要的应用领域，本文中利用p e t r i 网理论 研究了电子商务系统中买方模型和卖方模型的设计问 题。， 体文的主要内容如下： 介绍了目前用于计算机网络建模的几种主要的 数学工具，并且从网络建模和模型求解之间存在 的矛盾角度出发对这几种数学工具进行了分析 和比较。分析了随机p e t r i 网和基本随机过程的 关系，讨论了各类随机p e t r i 网的求解方法。 根据共享同一瓶颈链路的t c p 连接之间的相关性 以及t c p 窗口的动态特性，给出了t c p 网络的多 信源g s p n 模型和单信源g s p n 模型，并通过迭代 计算对模型求解。为了验证模型的有效性，将模 型的结果和r l s 2 的仿真结果进行比较。结果表明， 我们给出的t c p 网络的g s p n 模型可以比较准确 的估计在给定的网络参数条件下t c p 连接的性 能。 对永久性虚连接方式的网间互联器的缓冲机制 采用m m l k 排队方法进行了建模求解。接下来 我们在到达过程和排队模型一致的条件下，给出 了网间互联器的g s p n 行为模型，并且分析了在 不同的网络负载下，连接的建立和释放与性能之 间的关系。最后我们考虑了i p 局域网的数据流 的突发特性，并且采用更加接近实际情况的确定 浙江大学博士学位论文 性变迁来表示连接的建立和释放过程，给出了网 间互联器的d s p n 模型，并采用t i m e n e t 进行了 数值计算 提出了一种面向对象智能体p e t r i 网( 简称为o a p 网) 模型用来支持电子商务系统中买方卖方模 型的设计。这种模型不仅兼具面向对象技术和 p e t r i 网技术的特性，而且还具有智能体系统的 各种特性( 如自主性等) 。另外，面向对象智能体 p e t r i 网模型通过在买方模型和卖方模型中设计 的接口可以在模型之间实现异步和同步通信。同 时在本文中，我们还以电子商务房地产交易系统 为例，根据合同网络协议，应用o a p 网设计了 房地产交易中买方( 买房方) 和卖方( 房地产开 发商) 模型。并且在最后验证了我们所设计的模 型具有活性、并发性和有效性。 最后对全文进行了概括性总结，并指出了理论和应 用上有待进一步研究的问题。； j 关键词：性能分析：p e t r i 网；t c p i p ；a t m ：网间互联器： 电子商务 浙江大学博士学位论文 坐 a b s t r a c t p e r f o r m a n c e a n a l y s i so f c o m p u t e r n e t w o r k sa n d m o d e l i n g e l e c t r o n i cc o m m e r c es y s t e ma r et w oi m p o r t a n t r e s e a r c h i n gs u b j e c t s i nt h ef i e l do fc o m p u t e rn e t w o r k s i nt h i sp a p e r ，w em a i n l yr e s e a r c ha n da n a l y z ep e r f o r m a n c e a n a l y s i s o ft c pn e t w o r k sa n d b u y e r s e l l e rd e s i g n i n e l e c t r o n i cc o m m e r c e t h ep e r f o r m a n c eo ft c pn e t w o r k s a n di t sr e l a t i v e p r o b l e m s a r e i m p o r t a n tr e s e a r c h i n g s u b i e c t s t h i sd i s s e r t a t i o n p r e s e n t s o u r0 u t c o m e so f p e r f o r m a n c ea n a l y s i so ft h eo p e r a t i o nm e c h a n i s mo ft c p n e t w o r k sb a s e do np e t r in e t st h e o r y i nt h em e a n w h i l e ，w e f u r t h e rs t u d yt h ep e r f o r m a n c eo fi n t e r w o r k i n gu n i tb e t w e e n t c p i pl a n sa n da t m t r u n k b e c a u s ee l e c t r o n i c c o m m e r c ei so n eo ft h ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o n so fc o m p u t e r n e t w o r k s ，w e r e s e a r c h t h e s e l l e r b u y e rm o d e l i n g i n e l e c t r o n i cc o m m e r c eb a s e do np e t r in e t si nt h i sp a p e r t h em a i nw o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o na r el i s t e d a s f o l l o w s ： w ei n t r o d u c es e v e r a lm a i nm o d e l i n gm a t h e m a t i c a l t 0 0 l so f c o m p u t e r n e t w o r k sa n d c o m p a r e a n d a n a l y z et h e s em a t h e m a t i c a lt 0 0 1 sf r o mt h es t a r t i n g p o i n t t h a tt h e r ea r ec o n t r a d i c t i o n sb e t w e e n m o d e l i n g o fc o m p u t e rn e t w o r k sa n ds o l v i n gt h e m o d e l w e a n a l y z e t h er e l a t i o n sb e t w e e n s t o c h a s t i cp e t r in e t sa n db a s i cs t o c h a s t i cp r o t e s s a n dd i s c u s st h es 0 l u t i o nt ov a r i o u ss t o c h a s t i cp e t r i n e t s a c c o r d i n g t ot h e r e l a t i v i t ya m o n g t c p c o n n e c t i o n ss h a r i n go n eb o t t l e n e c k1 i n ka n dt h e d y n a m i c s 0 ft h et c pw i n d o w w e p r e s e n t t h e m uj t i u s e rm o d e la n ds i n g l e u s e rm o d e lo ft c p n e t w o r k a n ds o l v et h e s et w om o d e l s t h r o u g h i t e r a t i v e a i g o r i t h m i no r d e rt o v e r i f y o u r m o d e l i n ga p p r o a c h w ec o m p a r e t h em o d e l s r e s u l t sw i t ht h eo u t p u to ft h ef a m o u 5s i m u l a t o rn s 2 t h er e s u l t ss h o wt h a to u rg s p nm o d e lo ft c p 浙江大学博士学位论文 竖 n e t w o r k sc a na c c u r a t e i ye s t i m a t et h ep e r f o r m a n t e o ft c pc o n n e c t i o n su n d e rs e v e r a lg i v e nn e t w o r k p a r a m e t e r s w em o d e l t h e b u f f e r i n g m e c h a n i s mo f i n t e r w o r k i n g u n i tw i t h p e r m a n e n t v i r t u a l c o n n e c t i o n t h r o u g h m m 1 k q u e u i n ga p p r o a c h a n ds 0 l v et h i sm o d e l n e x t u n d e rt h es a m e c o n d i t i o n sa sq u e u i n gm o d e l ，w ep r e s e n tt h eg s p n m o d e lo fi n t e r w o r k i n gu n i t i nt h em e a n w h “e w e a n a l y z et h er e l a t i o n sb e t w e e ns e t u pa n dr e l e a s i n g o fc o n n e c t i o n sa n dp e r f c r m a n c eo fm o d e l f i n a l l v w ep r e s e n tt h ed s p nm o d e lo fi n t e r w o r k i n gu n i t o nt h eb a s i so f c o n s i d e r i n g t h e b u r s t i n g c h a r a c t e r i s t i co fd a t af l o wo fi pl a n sa n d a d o p t i n g t h ed e t e r m i n i s t i ct r a n s i t i o n sw h i c ha r e 1 1 1 0 r ec 1 0 s et o r e a l i t y o fs e t u pa n dr e l e a s i n go f c o n n e c t i o n s w es 0 1 v et h ed s p nm o d e lw i t h t i m e n e t a no b j e c t - o r i e n t e d a g e n t p e t r i n e t s ( o a p 、i s p r o p o s e d i no r d e rt o d e s i g n t h e b u y e r s e l l e r m o d e l si ne l e c t r o n i cc o m m e r c e t h i s0 a pm o d e l h a sn o to n l yt h ec h a r a c t e r i s t i c so fo b je c t o r i e n t e d t e c h n o l o g y a n dp e t r in e t s b u ta l s ot h e c h a r a c t e r i s t i c so f a g e n ts y s t e m b e s i d e s a s y n c h r o n o u s c o m m u n i c a t i o na n ds y n c h r o n o u s c 0 m m u n i c a t i o nc a nb ea c h i e v e di nt h eo a pm o d e l t h r o u g h t h ei n t e r f a c e s a m o n gb u y e r m o d e l sa n d s e l l e rm o d e l s i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w ed e s i g nt h e b u y e r ( p e o p l ew h ow a n tt ob u yh o u s e ) m o d e la n d s e l l e r ( d e v e l o p e ro fr e a le s t a t e ) m o d e lo fd e a l i n g i nr e a le s t a t ei ne l e c t r o n i cc o m m e r c ew i t ho a p t e c h n o l o g ya c c o r d i n g t oc o n t r a c tn e t p r o t o c 0 1 f i n a l l y w e i 1 1 u s t r a t et h el i v e 、 c o n c u r r e n ta n d e f f e c t i v ep r o p e r t i e so fo u rm o d e l s f j n a l l y t h ea u t h o rm a k e sac o n c l u s i o na n dp r o p o s e s s o m ef u r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o n s k e y w o r ds ：p e r f o r m a n c ea n a l y s i s ；p e t r in e t ；t c p i p ；a t m ； 浙江大学博士学位论文 一v i n t e r w o r k i n gu n i t ；e l e c t r o n i cc o m m e r c e 浙江大学博士学位论文 致谢 在本论文形成之际，我首先要感谢我的导师钱积新 教授，导师的悉心指导，导师对我自始至终的支持，导 师为我营造的一个生活上相对宽松的环境是本文形成的 根本保证。钱老师对科学、事业和人生的追求，钱老师 ，一潍求实的治学态度、开拓进取的精神将是我一生的楷 模。在此谨表示我最诚挚的敬意和最衷心的感谢! 在本论文的形成过程中，我幸运的得到了许许多多 老师、同学和朋友的关心和帮助。邓赤女士、王慧副教 授、邵之江副教授、梁军副教授、马龙华副教授和周立 方、赵军、赵豫红等老师在作者攻读博士期间给予了许 多的关心和帮助，在此深表谢意! 我要真诚的感谢课题组的薛云灿博士、简炜博士、 张帆博士、仲卫涛博士、徐祖华博士、陈尚兵博士、李 。乜东博士、李晓磊博士、柯晶博士、李威武博士、于江 涛博士、冯少辉博士、先控所的王肖博士、王成光博士 和北京大学的王雪松博士。他们和作者一起进行过许多 有益的讨论，使作者受益非浅，在此一并致谢。 另外，攻读学位期间得到了一些国外同行的帮助。 美国的j o h nh e i d e m a n n 教授和g e e r th e i j e n k 博士分别寄 来了自己的博士论文。此外，德国柏林大学的 a r m i nz i m m e r m a n n 教授和美国i l l i n o i s 大学的 w h s a n d e r s 教授分别授予了我目前世界上最优秀的 p e t r i 网分析软件t i m e n e t 和u l t r a s a n 的使用权。 感谢浙江大学控制科学与工程系所有帮助过我的老 师，他们的辛勤工作为我创造了一个良好的科研环境。 最后，我要感谢我的家人、岳父母，特别是我的爱 人吕慧显女士，j 下是他们一直以来的理解、支持、关心 和帮助，使作者可以全身心的投入到学习和工作中。 谨以此文献给所有关心和帮助过我的师长、亲友和 我的妻子。 赵志刚 2 0 0 2 年1 月 於求是园 浙江大学博士学位论文 第一章绪论 在人类社会的发展过程当中，特别是最近的几百年 里面，科学技术飞速发展。几乎在每一个世纪都存在有 一种主流的科学技术。l8 世纪当中是伟大的机械时代， 它带来了工业革命；1 9 世纪中蒸气机的发明推动了社会 生产力的飞速发展；进入2 0 世纪以后，信息的收集、处 理和发布成为关键技术。电话网在世界范围内的安装、 收音机和电视机的发明、计算机工业的诞生及其无与伦 比的发展速度和通信卫星的发射等都让我们感受到了信 息时代的来临。 和其它工业技术( 如汽车业) 相比计算机技术还很 年轻，但是它却在短短的时间内取得了巨大的进展。随 着计算机技术和通信技术的发展，信息的收集、传送、 存储和处理之间的差别正在迅速的消失。随着计算机技 术和通信技术的结合，计算机系统的组织方式发生了巨 大的变化。过去在机构中的以单台计算机为中心为所有 其它计算机提供服务的集中模式被大量分散但又互联的 自主计算机共同完成的模式所取代。这种大量的分散而 又互联的自主计算机的集合也就是计算机网络。 在2 0 世纪8 0 年代末期，随着因特网的容量和规模 以指数级增长并且席卷了全世界，人们的日常生活和工 作也随之发生了变化，人们从中看到了网络经济和信息 时代的曙光。对于一个企业来说，通过计算机网络可以 在企业内部实现资源共享、提高可靠性和节约经费，企 业可以通过网络方便的推销自己的产品、方便的采购原 材料和简化交易手续，从而获得巨大的商机。 对于个人来说，计算机网络带给我们的主要有三种 服务：访问远程信息、个人间的通信和交互式的娱乐。 现在人们在家里就可以通过电子方式管理自己的银行户 头、进行投资和支付帐单，也可以通过网络在家里浏览 各个商家提供的联机商品清单实现居家购物，这就是通 过访问远程信息来实现的。现在随着电子邮件技术的发 展，人们可以通过计算机网络实现远程通信，目前的电 子邮件正在朝多媒体方向发展。现在的视频会议( v i d e o 浙江大学博士学位论文 c o n f e r e n c e ) 技术可以使在各地的人们互相看到和听到对 方。另外网络中还有一种供有共同兴趣的人们一起讨论 问题的新闻组，这也是人们通过网络进行相互通信的一 种方式。网络娱乐业是一个巨大的产业并且还将继续增 长。在网络娱乐业中，视频点播( v i d e o o nd e m a n d ) 和游戏 是两个主要的应用，这两者都朝着交互式方向发展，使 人们可以参与其中。 因此我们说计算机和计算机网络是人类在2 0 世纪的 伟大创造。现在，当我们来到2 1 世纪的时候，我们发现 没有哪个过去的发明能像计算机和计算机网络这样给整 个人类社会文明和社会进步带来了并将继续带来如此巨 大和如此深刻的影响。目前，计算机网络和计算机系统 已经成为现代信息社会最重要的基础设施之一了，它们 的应用已经遍布到整个社会的各个领域，成为国家发展 和社会进步的一种基本需求，是当前知识经济的基本载 体和支撑环境。 性能分析是计算机网络的研究与应用的重要理论基 础和支撑技术，是计算机科学领域的重要研究方向。当 我们对计算机网络和计算机系统进行研究、设计、开发、 配嚣、使用和维护时，系统的性能是需要进行考虑的一 个重要的因素。在进行计算机网络系统设计过程当中， 如果我们能够很好的考虑网络中的各种因素和网络性能 之间的关系就可以从众多的系统( 方案) 中选择一个设计 合理的系统，从而达到很好的性能价格比。对于已有的 计算机网络系统，通过性能评价可以发现网络系统的性 能缺陷和瓶颈，从而寻找解决方法，提高网络系统的运 行效率，最终达到优化网络运行性能的目的。 1 1 网络性能分析方法的类型 计算机网络和计算机系统的性能评价方法大致可以 分为：测量方法和模型方法。其中的模型方法又可以分 为分析建模方法和模拟建模方法两种。下面我们将分别 加以介绍： 1 测量方法：是指通过一定的测量设备或者一定的 测量程序直接对计算机网络系统进行测量从而 获得各项性能指标或者是测量一些与性能指标 浙江大学博士学位论文 密切相关的参数，然后对这些参数进行一些简单 的运算来获得相应的网络性能指标。测量方法也 是性能分析最基本的方法之一。 2 模型方法：对所研究的系统建模并利用得到的模 型研究系统是人们在科学研究中经常采用的一 种方法。对于计算机网络系统来说，要采用模型 方法对它进行性能分析必须首先为网络系统建 立一个适当的模型，求出模型的性能指标，然后 对系统进行性能分析。和测量方法相比，模型方 法的功能相对较强，它不仅可以对已经存在的系 统进行性能分析还可以对尚未存在的系统进行 性能预测，并获得系统的结构和行为信息，这对 于网络系统的设计，特别是在早期发现并更正设 计的缺陷有很大价值。因此性能建模可以广泛的 应用于网络系统的设计、规划和配置当中。模型 则覆盖了从简单的分析模型到复杂的事件驱动 模拟模型。另外，模型方法的费用也要比测量方 法低。 模型方法中的模拟方法是通过一个程序来动态的模 拟一个网络系统及其负荷。一般来说是通过一种模拟语 言来为网络系统建模，然后在模拟过程中，通过用负载 驱动系统模型来得出模型的性能指标。一般来说，对于 任何一个计算机网络系统总是可以构造出其模拟环境， 而且通过控制可以详细的刻画网络系统，得出比较精确 的性能指标。但是，由于计算机网络中的数据流具有很 强的随机性和相关性，在这种环境下构造和使用模拟模 型的费用较高。分析建模方法是通过使用数学理论和方 法来研究和描述性能和网络系统、负载之间的关系。和 模拟建模方法相比，分析建模方法的理论基础强，而且 构造和使用模型时所需的费用也较低。但是，在采用分 析建模方法对系统建模的过程中，通常需要对所研究的 系统模型进行一些简化和假设，因而采用这种模型来刻 画系统详细程度较低。同时，为了问题处理上的方便， 还会人为的加上一些限制条件。 通常人们在对系统进行性能分析的时候是将前面给 出的模型方法和测量方法结合使用的，先建立系统的分 析模型，然后求模型的分析解或者数值解，最后用模拟 或者测量的方法进行验证。 浙江大学博士学位论文 在系统性能分析理论的发展过程当中，一直存在这 样一个问题：系统性能分析技术的发展能不能跟得上由 于技术的发展而给系统带来的新的设计问题的步伐。虽 然目前系统性能分析的工作仍然是采用测量、分析和模 拟建模的方法，但是其内容已经随着实际系统的日益复 杂化而大大的丰富了。特别是计算机网络的出现，使得 传统的建模方法很难刻画复杂的实际问题。总而言之， 建模理论的发展和实际问题的需要是一个相互促进的过 程。实际问题促进了理论的发展，反过来理论的发展又 对实际问题起到了指导作用。 1 2 本文研究的系统和前人的工作总结 在本论文中，我们主要研究了三个方面的问题：t c p 网络的性能分析问题、t c p i p 局域网和a t m 主干网互连 时网间互联器的性能分析问题和电子商务模型设计问 题。下面我们将对这三个方面进行简要的介绍，同时对 前人在这几个方面已经进行的工作做一个总结。 1 2 1t c p i p 网络和网络的性能分析 1 2 1 1t c p i p 网络介绍 t c p i p 起源于2 0 世纪6 0 年代末期由美国政府出资 资助的一个分组交换网络研究项目，到了2 0 世纪9 0 年 代它已经发展成为计算机之间最常应用的组网形式了。 由于t c p i p 协议族的定义和它的多种实现可以不用花钱 或者是花很少的钱就可以公开得到，所以它被认为是一 个真正的开放系统。t c p i p 是目前被称为“因特网 ( i n t e r n e t ) ”或者“全球互联网”的基础，该广域网所包 含的计算机遍布世界各地。 计算机网络的协议通常是分为不同的层次进行开发 的，每一层分别负责不同的通信功能。通常认为t c p i p 协议族分为五层，如图1 所示。 浙江大学博士学位论文 应用层( t e l n e t 、f t p 和e m a i l 等) 传输层( t c p 和u d p ) 网络层( i p 、i c m p 和i g m p ) 链路层( 设备驱动程序) 物理层( 网络接口卡) 图1t c p i p 协议族分层模型 图1 中所给出的t c p i p 协议族分层模型中的每一层 负责不同的功能： ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) 物理层：主要是涉及到在信道上传输的原 始比特流。 链路层：链路层的主要任务是加强物理层 传输原始比特的能力，使之对网络层显现 为一条无错线路。 网络层：主要处理分组在网络中的活动， 如：分组的路由。网络层的协议包括i p 协议( 网间协议) 、i c m p 协议( i n t e r n e t 互联网控制报文协议) 和i g m p 协议( 组 管理协议) 。 传输层：这一层主要是为两台主机上的应 用程序提供端到端的通信。在t c p i p 协 议族中，传输层协议包括：t c p ( 传输控 制协议) 和u d p ( 用户数据报协议) 。t c p 协议是一种支持面向连接服务的协议，它 为两台主机提供高可靠性的数据通信； u d p 协议只是把数据报从一台主机发送 到另一台主机，不保证数据报一定能够到 达接收方，可靠性需由应用层负责。 应用层：该层负责处理特定的应用程序细 节。t c p i p 中常用的应用程序有f t p ( 文 件传输协议) 、s m t p ( 简单邮件传送协议) 浙江大学博士学位论文 等。 由于t c p i p 控制了在广域因特网上流通的数据的绝 大部分( j a c o b s o nv ，1 9 9 8 ，j i t e n d r ap a d h y e ，v i c t o r f i r o iu ，d o n a l df t o w s l e y ，2 0 0 0 ) ，所以在我们的研究 中，只考虑传输层协议为t c p ，网络层协议为i p 的情况， 也就是采用t c p i p 协议的网络。 1 2 1 2t c p i p 网络的性能分析 t c p i p 协议中的i p 层并不保证将数据报正确的传送 到目的端，而传输控制协议t c p 是专门设计用来在不可 靠的因特网中提供可靠的、端到端的字节流通信的协议。 由于在实际的因特网中，组成因特网的各个部分可能具 有不同的拓扑结构、延迟、带宽、分组大小和其它的特 性，所以t c p 被设计成能动态的满足互联网的要求，并 且足够健壮。t c p 是在r f c 2 9 3 中被正式定义的。经过了 一段时间的应用以后，它被检测出了各种各样的错误和 不一致，同时一些领域对t c p 的要求也有所变化。所以 t c p 协议和它的各种流量控制拥塞控制机制的实现方法 已经经历了很多次调整。现在，t c p 可以在和它当初被 设计时的情况有很大差别的条件下运行得很好，甚至可 以通过调整使它在那些它当初设计时被认为是不可能运 行的条件下运行。 在传统的研究中，仿真和实现测量一直是检测t c p 协议各方面性能的主要工具。近年来，人们在研究t c p 性能方面做了很多工作。在文献( j m a h d a v i a n d s f l o y d ，1 9 9 7 ， m m a t h i s ，j o h nh e i d e m a n n ， k a t i a 0 b r a c z k a ，a n d j o e t ol i c h ，1 9 9 7 ) 中，通过将块传送t c p 数据流( 也就是具有大量数据要传送的数据流，如：f t p 文件传输) 的发送速度表示为分组丢失速率( p a c k e tl o s s r a t e ) 和回路响应时间( r o u n dt r i pt i m e ，r t t ) 的函数的 方法来刻画t c p 协议的运行特性：文献( j i t e n d r ap a d h y e v ic t o rf i r o i u ，d o n a l df t o w s le y ，2 0 0 0 ) 中，作者在 将t c p 块传送数据流的稳态发送速率表示成分组丢失速 率和r t t 的函数的同时，着重考虑了重传超时 ( r e t r e t i s i n i tt i m e o h t ) 机制对于发送速率的影响；文献 ( b c a s e t t i ，m m e o ，2 0 0 0 ) 中给出了单个t c p 信息源的马 浙江大学博士学位论文 尔可夫表示形式，并且通过标准的排队分析的方法研究 了聚合行为；在文献( a k u i n a r ，1 9 9 8 ) 中同样采用了马尔 可夫分析方法，作者通过观察t c p 传输窗口的周期性变 化过程给出了t c p 连接的业务量的封闭形式的表达式。 同时在文献中还通过结合粗粒度时钟、快速重传和快速 恢复等特色对t c p 协议的几种版本进行了扩展；文献 ( m m a t h is ，j s e m k e ，j m a h d a v i ，a n dt o t t ，1 9 9 7 ) 中 主要研究了t c p 拥塞避免算法的随机行为，给出了t c p 连接业务量的近似表达式，并应用得到的模型研究了t c p 信息源的几个不同方面的动态特性；文献 ( v p a x s o n ，1 9 9 4 ，v p a x s o n ，s f 1 0 y d ，1 9 9 4 ) 则采用了 一种不同的方法，他们采用对实际的t c p 数据流进行跟 踪观察的方法建立经验模型。这种方法需要长时间搜集 大量的有价值的数据，然后找到这些数据中隐含的随机 分布。 然而，在上面的文献中给出的大多数模型虽然考虑 到了那些共享同一瓶颈链路( 也就是高负荷链路) 的t c p 连接之间的相互作用，但是在具体建立模型时则假设这 些共享同一个链路的t c p 连接的行为之间是相互独立的。 采取这种独立性假设的目的是为了使最终给出的模型的 复杂性被控制在一个可以管理的层次上。但是，当存在 大量的分组丢失情况下，那些共享同一瓶颈链路的t c p 连接之间存在着同步，而前面的独立性假设恰恰忽略了 这一点。 1 2 2i p 局域网和a t m 主干网互联 2 0 世纪9 0 年代，w e b 的出现使得全球的i n t e r n e t 网络有了巨大的发展，这也促使i p 技术获得了以往通信 和信息技术从未有过的高速发展。a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) 是i p 之后发展起来的一种分组交换技 术，它是作为核心技术来实现宽带综合业务数字网 ( b i s d n ) 的。a t m 具有各种综合能力，如业务综合能力( 语 音、数据和图像) 、网络综合等。但是由于因特网的异军 突起，b i s d n 并没有顺利的发展起来。但是i p 和a t m 都 是分组( 包) 交换技术，有各自的优势。i p 的优势在于 它提供了统一的数据应用平台，由于因特网上庞大而丰 浙江大学博士学位论文 富的信息资源、全球蜘蛛网状的互连性以及潜在的巨大 商机，使得i p 的统一数据平台地位已无可替代，a t m 已 不能望其项背：而a t m 的优势在于提供了统一的网络平 台。而且a t k i 所具有的端到端的服务质量( q o s ) 保证、支 持多业务、灵活的动态带宽分配及管理、完善的流量控 制和拥塞控制、技术综合等方面的优势，目前来说，仍 是i p 所达不到的。因此可以提出一种方案，将这两种技 术结合起来充分利用两者的优点。 基于a t m 技术和i p 技术的特点，将i p 局域网和a t m 主干网互联，可以充分的利用两者的优点，在更广的范 围内实现快速的数据通信和资源共享。但是，i p 局域网 和a t m 主干网互联存在的关键问题是：基于i p 技术的i p 局域网是以面向无连接( c o r l r l e c t i o n l e s s ) 的方式工作的， 传送的是变长包，数据具有突发性很强的流量特征：而 基于a t m 技术的a t m 主干网提供的是面向连接 ( c o n n e c t i o n 一0 r i e n t e d ) 的基本服务，传送的是固定长度 的信元( 5 3 字节) ( e u g e n i og u a r e n e ，p a o l of a s a n o ，a n dv i n i c i o v e r c e l l o n e ，1 9 9 8 ) 。 面向无连接的i p 局域网所具有的具体业务特征为： 局域网传送的是可变长度的数据包，数据包丢失或者 损坏时包不再重传： 提供点到点、点到多点和广播式的数据包传输功能； 用户在传输数据以前不必建立连接，也不必在传输数 据以前定义流量特征： 动态的享受网络中所有可用的带宽； i p 局域网的可靠性和灵活性具有优势，一旦网络发生 故障，只要网络拓扑可达，数据通信一般不会中断。 而面向连接的a t m 主干网具有的具体业务特征为： 用户在开始传输数据以前，必须首先定义流量参数并 建立通信连接，接入设备根据用户定义的流量参数在 建立连接过程中决定接受连接请求还是拒绝它； 在用户传输数据的过程中，网络会监控用户传输的数 据的实际流量是否与用户定义的流量参数相吻合。如 果参数吻合，则网络不采取动作，如不吻合，则网络 将采取强制措旋( 丢弃信元、给超过标准的过量信元 加上标记甚至中断连接) 对用户传输的数据进行控 制： 当网络中实际的数据流量超过了网络的链路容量时， 浙江大学博士学位论文 网络将有可能发生拥塞。这将会大大的降低网络系统 的效率。因此网络要事先采取措施避免拥塞现象的发 生，并且当拥塞发生时能够对之进行及时的处理，保 证网络系统的通信质量( j o nm p e h a ，2 0 0 0 ，1 1 h e m l e n g l iz ，f a r o u kk a m o u n ，2 0 0 0 ) 。 实现i p 局域网和a t m 主干网互联的一个关键问题是 如何解决面向无连接的协议和面向连接的协议之间的转 换，也就是怎样将面向无连接的突发式数据流映射到a t m 网络的连接，解决的这个问题的关键是有效的带宽分配 策略。一种方法是在一对网间互联器之间建立半永久的 虚通路( v p ) ，但是使用这种方法会使虚通路的数目随着 网络规模的增大而呈指数级增长；由于面向无连接的数 据流具有突发性，如果采用给每一个虚通路分配固定带 宽方法的话，将会造成带宽的很大浪费。为了解决这个 问题，文献( j a y i e ra r a c i l ，d a n i e lm o r a t 0 ，a n dm i k e l lz a l ，1 9 9 9 ) 中给出了动态带宽协商策略( d y n a m ic b a n d w i d t hr e n e g o t i a t i o n ) ，这种策略为每一个虚通路分 配一定的带宽，同时在网间连接器中设置一定大小的缓 冲区，当突发数据流量超过了分配的带宽时，数据进入 缓冲区，如果缓冲区中的队列超过了一定的界限的话， 系统将分配更多的带宽；当缓冲区中的队列减少到一定 的限度时，则带宽会相应的减少。采用动态分配带宽策 略的主要缺点在于对数据突发性较强的面向无连接业务 会导致过于频繁的增加和减少带宽，使得系统的协商开 销增大，同时缓冲区的界限也很难确定。文献( f c h a n ， v c s l e e ，1 9 9 6 ，d a n ie 1o a w d u c h e ，1 9 9 9 ) 中给出了带 宽公告策略( b a n d w i d t ha d v e r t is i n g ) ，采用这种策略 时，只有在网络有剩余带宽的情况下才允许面向无连接 的业务进入到a t m 网络中。它的优点是由于协商时间的 减少使得信元的平均时延减少，但是网间互联器必须能 够知道网络当前的剩余带宽情况，这同样需要网络额外 的进行信息交换，同时面向无连接的业务可能会对面向 连接的业务的服务质量产生影响。 1 2 3 电子商务系统设计 近年来，因特网的飞速发展在给人们带来了巨大的信 浙江大学博士学位论文 塑 息资源的同时也给企业带来了无限的商机。正是在这种 需求的前提下，电子商务( e l e c t r o n i cc o m m e r c e ) 应运而生 并逐渐开发形成了一种高级的商业环境。电子商务一词 是由i b m 在19 9 7 年首先使用的。所谓的电子商务，是指 实现整个贸易过程中各阶段的贸易活动的电子化。从涵 盖范围方面可以定义为：交易各方以电子交易方式而不 是通过当面交换或直接面谈方式进行的任何形式的商业 交易：从技术方面可以定义为：电子商务是一种多技术 的集合体，包括交换数据( 如电子数据交换、电子邮件) 、 获得数据( 共享数据库、电子公告牌) 以及自动捕获数据 ( 条形码) 等。电子商务涵盖的业务包括：信息交换、售 前售后服务( 提供产品和服务的细节、产品使用技术指 南、回答顾客意见) 、销售、电子支付( 使用电子资金转 账、信用卡、电子支票、电子现金) 、运输( 包括商品的 发送管理和运输跟踪，以及可以电子化传送的产品的实 际发送) 、组建虚拟企业( 组建一个物理上不存在的企业， 集中一批独立的中小公司的权限，提供比任何单独公司 多得多的产品和服务) 、公司和贸易伙伴可以共同拥有和 运营共享的商业方法等。 电子商务是2 1 世纪信息化社会贸易活动的主要表现 形式，是全球经济一体化的产物，也是全球经济一体化 发展的重要推动力。目前世界上大多数的发达国家和发 展中国家都在不遗余力的推动电子商务在全球的发展， 力图使本国在这一领域中具有优势。中国政府和企业也 敏锐的意识到了信息化及电子商务对经济增长和企业竞 争力的巨大影响，相继的推出了“金桥”、“金卡”等一 系列金字工程。此外，还在青岛港、天津港等五个港口 建立了远洋集装箱信息系统。早在1 9 9 6 年2 月，中国外 经贸部就正式组建了国际贸易e d i ( 电子数据交换) 服务 中心。2 0 0 0 年2 月，中国国际电子商务中心完成了国家 “九五”重中之重的科技攻关项目“商业电子信息安全 认证系统”，并通过了国家科技部和国家密码管理委员会 的技术鉴定。 商务电子化，已经成为加快商务活动的各个进程、 减少差错率、提高服务质量、降低成本和加快资金周转 的重要手段。对于电子商务系统中典型的商品交易，可 以将其描述为三个阶段： 交易前阶段：在这个阶段，交易的双方，也就是 浙江大学博士学位论文 旦 通常所说的买方和卖方在交易合同签订之前进 行一些必要的准备活动。这些活动包括卖方在网 络上发布自己的产品说明和交易的有关信息，买 方则通过网络寻找适合自己要求的商品和交易 的机会。买卖双方通过计算机网络交换商品信 息，比较商品的价格和交易条件，了解一些交易 的政策，从而可以选择出合适的交易对象。 交易中阶段：这个阶段主要是指双方签订合同， 进行交易的过程。这个过程通常涉及面很广，如 需要与金融机构、海关等方面进行电子单证的交 换( e d i ) 和电子支付等。 交易后阶段：在这个阶段中，交易中的买卖双方 在完成各种相关的交易手续以后，将商品交给运 输公司或者邮局，或者直接通过电子化方式传送 数字产品或提供服务。另外，卖方还要向买方提 供令人满意的优质的售后服务。 在电子商务中，系统不仅要通过收集关于买或卖的 商品的有用信息来高效的帮助用户做出决定，使得买方 和卖方可以尽快的达成协议；同时，系统还应该维护服 务的可靠性。为了实现这个目标，就要求电子商务系统 具有智能特性。许多研究人员已经研究了人工智能中软 件的智能性，并且试图将智能体技术应用到电子商务当 中。在电子商务中通过多智能体系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ， m a s ) 开发的应用程序就是这方面努力的结果。一个智能 体就是一个计算机程序，它可以通过执行智能任务来辅 助用户。它不同于传统的软件，智能体具有自主性、交 互性、反应性和主动性。近来，智能体技术已经被应用 到电子商务的各种应用当中以减少搜索和交易的成本。 通过将智能体技术应用到电子商务领域开发的著名的电 子商务系统有s t a r l f o r d si n f o r m a s t e r ( i n f o r m a s t e r ) 、 k a s b a h ( a c h a v e z ，p m a e s ，k a s b a h ，19 9 6 )和 u n i k - a g e n t ( j k l e e ，w l e e ，1 9 9 7 ，1 9 9 8