（通信与信息系统专业论文）基于tfahp的网络性能评价.pdf

摘要 随着网络麻明范罔的迅速扩夫和应嘲科度的深入，| “i 络的忡能? j ；岔汁价f 歧勺 网络州户关注的焦点。网络指标参数是网络整体性能坪阶1 1 1 的撰水r l r 厄，钮括： 时延、吞吐量、链路利用牢、呐应时问等等。0 ：同的刚络膨用剁网络的指标参数 的要求同样是不同的。 本文采用a i i p ( a n a l ) t i c a l l t i e r a m h 3 p r o c e s s j = 次分斫法) 耐多个h ；芹指枷、参 数存网络性能中的权重值进行计算，反映l 诒：性能评价r m 0 重要雕度一、，避 综合评价钡域，“泛应用的评价算法，使i r f ：| 定性分昕与链疑汁罐们结合h 0 方浊，_ f _ j 评价蹦杯中的众多要素毽个分析、比较、汁弹，最终衔剑筹- 婴索f 二评价际r i ：j 综合权重姐。似是a h p 算法复杂、而h 判断枷：度耵眇0 断褂，阵的陶遗吖j 够牟删， 而且对结果进行饺验的步骤比较繁琐、 箨量很夫，容幼导敏结粜i j 耻i _ 限结 台漩糊理论，本文提f “了改进的摸糊a i l p 舜法丌_ 删，( 什d n g u 胁r f i f ：l t n u m b e r a n a l 3 ，t i c a lh i e r a r c l o p r o c e y l y ；，培r ? i 拜j 摸树i 数的秽! 铡，i h p 弭；j ：) 出；畏 _ f 】i 角模糊数束陶建模糊判断一致m 阵减少摸糊判断带求i n 结粜跌夸奠i 内 选取也通过膜匍理论选用n j 院9 标度法，使f 隅j 论亚w 霹观、合理，m 州他 _ 简单的数学变换1 可使判断4 ：致矩阵变换为慢糊豉矩阵，从胁久犬阳化7 a h p 算法t 卜i 一致性检验的步骤。对舀个参数进汀等级j l j f t l i ，i q ：坎川i i 静f _ f 仪咂 盥加权求哥i i ，巳i 】可得出系统评价的总甜分， 姒多媒体l 叫络为洲文中录用o p n e t 仿真实验统汁分析的方法，定t 降分# i 了指十一f 参数之的关系，提供均造圳瓠m 阵的赛观敞嬲。依据t e z i h p 锥浊，j t 掇计。算了多媒硐络t 、j 延、时延州劫、链蹄利j 牢、爵髓、王也爷的仪一r f ! i l ， 根据措枷、参数的坪判等级结合仪f i 加权求和州川件列 ：i 个h ? x 能1 m l 价 关键调：i 叫i 肘骱 桁h i 参数州行i h pj i h p a b s t r a c t a s “ke x t e n s i o na n dd e e p n e s so fn e t w o r ka p p l i c a t i o n c o n s u m e r sb e c o m ec a r i n g t h ew h o l en e t w o r kp e r f u r m a n c e h o wt oe v a l u a t et h ew h o l en e t w o l kp e i f i 3 r m a n c eh a s b e c o m et h ef o c u s 。n e t w o r kp e r l b r m a n c em e t r i ci st h cb a s i cu n i ti ne v a u a t i o n i n c l u d i n gt i m ed e l a ht h , o t t g h p n t l i n ku t i l i z a t i o n a n dr e s p o n s el i m ce t c h o w e v e r , d i f f e r e n tn e t w o l kr e q u i r e sd i f f r e n tp a r a m e t e r sv a l u e t h i sp a p e rr i s e sa h p ( a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ) a st h ea r i t h m e t i c 、h i c hi s w i d e l y u s e di ne v a l u a t i o nf i e l da n di n t e g r a t e sq u a l i t a t i v ea n a l ? s i sa n dq u a n t i t a t i 、e a n a l y s i s a n a l 5 。z e ，c o m b i n ea n dc o m p u t ee 、a l u a t i o nu n i t s t h e ng i v e st h ei n t e , g r t t i o n e i g h t s ，b u ta h p i sv e r yc o m p l i c a t ea n dl e s so b i e c t i 、i t y jw h i c h o u l dl e a de r r o rf t h ee n d b a s e do nf u z z yt h e o l l yt h i sp a p e rg b e sa l li m p r o v e df u z z 3 7a i1 1 t f a h p ( d i a n g u l a rf u z z yn u m b e ra n a l y t i c a le t i er a r c h yp t o c e s s r li ：a t i pu s e st r k u 3 9 l ci u z z n u m b e ri nf u z z yj u d g e m c n tm a t r i x a n de v a l u a t i o ns c a l es c l e c ：s0 卜n 9 t i ：a i i s m o r eo t l i e c t i v ea n dr e a s o n a b l e ，j u d g e m e n tm a t r i xc o u l db cc o n v e ls e dt oc o n s i s ta t t d f u z z y ，i ti sa l s ob r i e f e rt h a na h re v a l u a t i n ge a c hp a r a m e t e ra n dm u l t i p l yi t si | e i g h t s t h e ng e tt h ew h o l es y s t e m se v a l u a l i o ns c 0 1 1 e a p p l i c a t i o ni si n s t a n c e db ym e d i an e t w o i k t h i sp a p er a n a l y z e ss i m u l a t i o nd a t a a n dg i v e s0 1 ) - i e c t i v e j u d g m e n t sb e t w e e np a r a m e t e r s a c c o r d i n gt or f a l i tc a l c u l a t e i h cw e i g h t so fp a r a m e t e r s ，i n c l u d i q gl i m ed e l a y t h r o u g h p u t ，l i n ku t i l i z a t i o n 7 r i m e d e l a yd i v i s i o na n dp a c k e td t l o p p e dr a t e b a s e do l lp a t a m e t e r s e v a l u a t i o n sc l a s s w e i g he a c ho n e a n dt h e nd r a wt h et o t a ln e t w o r ke v a l u a t i o a k e 3 w o r d ：n e t w o r kp e r l b l m a n c e p a r a l n e t e l si n a l u a t ea ii pf 1 1 a ii i 蘑庆邮电学院硕士论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，s a g e s t - ，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成累，也不包含 为获得重麽整电堂院或其他教育机构的学位或证书面使用过的材 料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：张静 签字日期： 叫年 月羽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解一重庆邮电堂魅有关保留、使 用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交沦文的复 印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 重迭宣曼曳堂照 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适j _ i ：j 本授权书) 7 ，幸寺 学位论文作者签名：多衣。静导师签名：f ) 文孚 簦宇列期：2 ”弗年f 月z 。臼签字日圳：三衅勋z p 日 重庆邮电学院硕七论文 第1 章绪论 网络的出现对现代科技和世界经济发展以及人类生活产生了巨大而深刻的 影响。随着网络新技术、新业务的飞速发展，网络用户对网络的性能要求越来越 商，网络整体性能的评价显得尤为重要起来。网络性能课题的研究和探讨本身就 具有非常重要的理论、应用和实践价值。 1 1 、背景 近十几年来，计算机网络所达到的地位和其产生的影响都不同于本世纪和上 世纪所提出的任何一种技术。网络在各行各业迅速普及，网络应用范围迅速扩大， 网络应用的程度进一步深入，网络用户越来越多。网络服务的终端用户对网络的 服务要求也越来越高，一些特殊的应用，比如视频会议、i p 电话、远程教育等 对当今的网络提出特殊的服务质量要求等等，用户期望得到更多反映网络整体运 行状况的评价值。 对于任意计算机网络来说，当几台、几十台乃至成千上万台计算机连接在一 起时，经常会出现无法预知的复杂交互作用。对网络运营者和网络用户来说，网 络的性能是他们最关心的问题：一方面，网络性能直接关系到网络的运行状况和 服务质量；另一方面，网络当前的性能对网络以后的扩容和升级有直接的影响。 但目前业界还没有一个公认、有效的方法或指标来评价网络的总体性能。 1 2 、研究现状 影响网络性能的主要因素包括链路带宽、网络拓扑、路由算法、通信协议、 拥塞控制、网络配置以及网络应用等。在以往的文献昭川1 中，有关网络性能分 析的研究主要侧重于协议或算法性能的分析方面。例如对两种或多种同类型协议 进行性能方面的比较，或者是列控制算法改进程度的评估，或是对利用某种协议 对特定网络应用支持的尝试等等。而对实际或设计的网络本身的总体性能指标， 以及网络对各种应用的支持性能的研究还很欠缺，然而随着包含多媒体、多协议、 多网络互联发展的趋势，使得网络环境月益复杂，对网络应用系统本身的性能避 重庆邮电学院硕士论文 行评估和预测，对其运行效率进行监控和性能分析显得越来越重要。 网络性能的评价是一项复杂的工作，有必要确立一种综合的性能评价体系对 网络性能进行评价分析。本文通过客观分析各性能参数对网络性能的影响程度反 映网络性能情况。 1 3 、本文的主要内容 本文从反映网络性能的基本单元一一指标参数入手，改进综合评价领域中的 a h p 算法对网络整体性能进行评价，最终计算出多个网络指标参数计算权重值， 从而反映出每个参数在网络中对网络性能的影响程度。本文的主要内容包括： o 综合分析影响网络性能的指标参数以及不同类型的网络所需的指标参 数。 囝分析a h p 算法的基本原理和缺点，井引入模糊理论，提出t f a i f p 算法。 在t f a t t p 中使用了三角模糊数和n ，n9 九标度法对网络的两两指标参数指标 进行标度，构造出模糊一致判断矩阵，并可通过简单的数学变换将判断不一致矩 阵快速转换模糊一致判断矩阵，从而简化a m p 算法中复杂的一致性校验步骤。文 中，还给出计算系统最终评价总分值的思路，即利用每个参数的评判等级对最后 的各权重值加权，再求和。 o 以多媒体网络为例，建立o p n e t 仿真环境下的实验模型。仿真结果表明： 时延、时延抖动、吞吐量、链路利用率可以反映多媒体刚络的性能状况。分析实 验数据的统计值，定性比较网络性能指标的相互间的影响程度。 结合仿真实验中对指标参数的定性比较，利用t f a l t p 计算多媒体网络中 的指标参数量化的权重值。 重庆邮电学院硕士论立 第2 章网络性能指标 要对网络整体性能进行定量的研究，必须指定适当的性能标准，选取相应的 性能指标参数。指标是反映事物某一方面特性的物理量，而指标体系则是由一系 列指标构成的、能较全面地反映所研究事物各方面特征的有机整体，指标的选取 应遵循全面性、简洁性、定性与定量结合以及通用性与特殊性相结合的原则。 指标参数体系可以从多个角度日叽b 2 “3 5 1 来描述，如按照协议层划分可以分 为物理层、数据链路层、网络值p j 层、传输层( t c p i p 层) 和应用层，以反 映不同网络层次中的性能状况。 图2 1网络性能分层模型 也可以按照指标内容来划分：连通性、吞吐量、带宽、信道利用率、信道容 量、带宽利用率、包丢失率、时延、时延抖动等，反映了网络资源利用、网络管 理和网络服务等网络性能。 在实际的网络中，人们关注最多的还是网络本身的总体性能指标参数，以及 嘲络对各种应用的支持性能的研究。因此本文从网络管理者和网络用户的角度出 发，对反映网络整体性能的各项指标参数进行分析研究。 计算机网络领域中被明确定义的与网络性能有关的参数，才称之为“指标”。 重庆邮电学院硕士论文 这些网络性能指标满足以下条件： ( 1 ) 、指标应该有明确的定义。 ( 2 ) 、指标的方法应该有可以重现特性。 ( 3 ) 、对于相同技术的i p 区域完全无偏见。 ( 4 ) 、必须避免导致虚假性能目标的产生。 本文研究的网络性能指标参数所针对的是与网络实时运行相关联的因素( 如 时延、时延抖动、吞吐量、链路利用率等) 。 2 1 、指标参数的定义 下面从各指标的严格定义出发，讨论性能指标体系。 2 。1 1 时延 时延“2 1 定义为穿过一个基本段传送上p 包所经历的时间，与该包传送成功与 否无关。传输时延是两个相关上p 包传送参考事件的时间差仍一白 其中离开 事件发生在如，进入事件发生在t 2 ，这里m 碣 并且1 j 。如果在 n s e 中i p 包被分片，如时刻指最后一个相关进入事件发生的时间。端到端的腰 包传输时延是s r c 和d s t 之间的m p 的单向传输。 如果端到端的主机间的时延与某个域值相差很大时，许多应用程序不能很 好的执行；时延的不确定变化使得支持许多实时应用变得困难或不可能；时延越 大，对于传输层的协议支持高带宽变得越因难；时延的最小值提供一个当穿越的 路径是低负载情况下的时延的指示；大于时延的最大值表示路径上存在阻塞。 网络时延的确定常常需要测量往返时间( r o u n d - t r i pt i m e ) ，即一个数据包自 客户端到服务器间往返所需时间间隔。 网络时延由以下几部分组成： a ) 数据包沿物理链路传输所需时间( t r a n s p o r t t i m e ) ： b ) 数据包经路由器时排0 、及转发所需时间向u e u i n g a n d t r a n s m i s s i o nt i m e c ) 服务器处理数据包并产生响应包所需时间6 ，e r v e r r e s p o n s et i m e j 。 网络时延并不是固定不变的，它随网络状态变化而变化。例如： ( 1 ) 、如果服务器闲，响应快；如服务器忙，则响应慢( 影响服务器响应时 藿庆邮电学院硕士论文 闯) ； ( 2 ) 、如果网络路径无拥塞，则排队时间最小；如果网络路径拥塞，则路由 器排队时间延长( 影响排队时间) ： ( 3 ) 、由链路故障引起的路由变化可能导致数据包往返路径不一致。 通过测试一条路径的时延还可以发现部分设置不正确的路由。例如如果时延 过大，有可能是路由设置有问题，当然，时延过大也很可能是由网络的持续拥塞 造成的，因此时延可以很好的体现网络的拥塞控制能力。一般一条只经过交换设 备的路径上的时延起伏不大，而一条经过共享式设备的路径，在网络利用率较高 时，时延之间的差别则比较大。 2 1 2 吞吐量 吞吐量定义单位时间内成功传送的无差错的数据包数量。包括网络总吞吐 量、节点吞吐量和特定连接或会话吞吐量。般用来描述和评价网络的能力。按 统计的方法不同分为z p 包吞吐量和基于字节的伊包吞吐量。 ，尸包吞吐量( p 乃 对于一个测试数据集，一个出口m p ( n 量点) 的z p 包吞吐量等于一个特定 时间间隔内在该m p 上观测到的成功上尸包数量除以该时间间隔( 等效于：成功 上p 包数业务秒数) 。 基于字节的护包吞吐量( 删乃 对于一个测试数据集，个出口m p 的基于字节z p 包吞吐量等于一个特定 时间间隔内在该m p 上观测到的成功伊包中的所有字节数量除以该时间间隔( 等 效于：成功i p 包数中字节数业务秒数) 。 通常意义上的网络吞吐量般用于评价数据在网络上的传输速率，也可以表 示某特定业务的数据传输速率。 网络吞吐量是指单位时问内通信信道的信息量或一定时问内某台计算机或 设备所能完成的通信总量，亦称通过量，这是一个广义的定义。实际上，在不同 的场合，吞吐量的具体含义和计算方法不尽一致。对于许多应用而宣，吞吐量支 配了整个应用的持续时间，这决定了用户能够感觉到的性能。在网络中，端到端 的吞吐量是用户最为关心的。 重庆邮电学院硕士论文 2 1 3 链路利用率 链路利用率定义一段时间内实际使用的吞吐量与链路接入速率的比值。 以采样时间段内的传输速率与链路容量之比来计算。计算公式如下： b r ( n 。i ) f 坼( 甩，f ) 一l 矿j 占k 抽，f ) 是第甩条链路在第f 采样时间的链路利用率。占，砌，j j 是第f 个采样时间段内第冉条链路传输的数据总量；乃是采样时间段的长度；口。是第n 条链路的链路带宽。 最优利用率：网络饱和之前的最大平均利用率。例如，共享以太网的最大 利用率一般不超过3 7 y 暂o ：令环牌和光纤分布数据接口( f d d i ) ，典型的最优平 均网络利用率目标是加；广域网的最优平均利用率与令牌环相近，也为加 左右。 2 1 4 时延抖动 时延抖动也称为时延变化，是指测试包的绝对传输时延与某时延基准值( 一 般取多次抽样的平均值) 间的差。 两点闻护包时延抖动有? 种定义方法： 方法1 ：端到端两点间尸包时延抖动( k ) 是7 p 包厅通过s r c ( 解) 和d s t 彻玛j 实际时延( 丑) 与通过相同出r 户( 性能测量点) 定义的参考伊包传送时延r 反。) 的差，即：虹= 石一反，( 参见图27 ) 。参考伊包一般指数据流的第一个包。 6 ， 重庆郎电学院硕士论丈 口，女朋p 1 处肝包k 实际到达时阳j x k ：a 2 ，k 8 1 k 口 i m p i 处i p 包k 实际到达时问 v k = x k d 1 2 鲰m p l 与m p 2 间伊包k 绝对传送时间 图2 2i p 包时延抖动 方法2 ：在一段较短的时间间隔内，最大i p t d 与最小伊的差值。 i p d v = i p t b 。一i p t d 。 其中： 护觋，是在一次测量时间间隔内所测量到的最大i p t d o 贶。是在一次测量时间间隔内所测量到的最小，尸7 执 方法3 i p d v = i p l d 。一i p 。i d m ， 其中： 一r p 记 。，是评估间隔内伊劢的一矿7 百分位 一魄。是评估间隔内伊彻的最小值 时延抖动主要是出网络转发设备的排队时延引起的，它反映了网络负载的变 化。可以根据时延测试的方法采集一组网络时延抽样值，进行统计处理得到时延 抖动，也可以直接利用时延抽样测试的结果，无需重复性测试。 重庆掷电学院硕1 ：论文 2 1 5 响应时间 定义系统或功能单元对网络服务请求与响应该请求之间的时间间隔。 系统响应时间通常是指接收方在接收到传送方的请求信息接收后与传送方 收到接收方的响应信息开始之间的时间间隔。 响应时间的大小往往反映网络的运行响应效率，是反映网络性能的主要参数 之一。 2 1 6 丢包率 定义：丢失的妒包占所有妒包的比值。 包丢失分为单向包丢失和往返包丢失 单向包丢失 如果s r c 在州刻发送麒型包的第一位到d “，目j d s t 收到了该包，则认为r 时刻从龇到胁f 的跨廷型单向包丢失为0 ；相反，如果s r c 在硝刻发送p 类型、目 的地址为d s t 的包的第一位，且胁殊收到该包，则认为z 时刻从s r c 至u d s t 的p 类型 单向包丢失为j 。 往返包丢失 如果s r c 在押寸刻发送p 类型包的第一位到五悖 j i d s t 收到了该包后，立即发 送一个膜型的数据包给跏，s r c 收到该数据包。则认为硝刻从s r c 至l j d s t 的膜 型往返包丢失为口； 如果s r c 在丁时刻发送p 类型、目的地址为d s t 的包的第一位，且s r c 未收 到该包，则认为r 时刻从s r c 到d s t 的p 类型往返包丢失为。 网络上的传输基本上是一种“尽力而为”的工作方式。路由器尽力而为地转 发数据包，但也可能根据即时情况而将一些包丢弃。尽力而为是p 协议的一个 重要设计思想，而需要可靠数据包传输的业务就必须检查丢包率并重发丢失的数 据包。t c p 就是为高层的应用提供可靠的传输。 丢包是由于网络传输错误或网络拥塞引起的，如当网络内转发设备接收到 错误包，c r c 校验、帧定位似l i g n m e n o 等错时会丢弃该错误包；或者包的地址 域错误导致包传输到错误目的地：或者转发设备对包进行了错误转发；或者在转 发设备的某个接口上接收到包超过了接口缓冲容量，它会根据排队策略丢弃低优 8 重庆邮电学院硕士论立 先级的包。严重的丢包率指示网络设备故障或网络负载过大。 数据包经过网络时可能因路由器排队而时延。如果队列满了，路由器由于没 有足够的空间而丢弃一些包，其它的网络故障也可能引起丢包，但不那么普遍。 网络丢包率是指在一段特定时间间隔，从客户机到服务器间往返过程中的数 据包占所发送数据包的百分比数。数据包丢失一般时由网络拥塞引起的。丢包率 般在口j 5 ( 严重拥塞) 问变化，更高的丢包率可能导致网络不可用。 少量的丢包率并不一定表示网络故障，很多业务在少量丢包的情况下也能继 续进行。比如：一些实时应用或流媒体业务，如勋鹏就可以忍受少量的丢包， 并且也不重发丢失的包；另外，t c p 协议正是靠检测丢包以发现网络拥塞的，这 时它会以更低的速率重发丢失的包。 2 1 7 错误率 定义：错误p 包( 或错误传送的字节数) 与成功传送的妒包( 成功传送的 字节数) 加错误p 包( 或错误传送字节数) 之和的比值。 错误率也是反映网络性能的重要指标之一，过高的错误率将导致数据重传， 影响网络的性能。 2 2 、网络性能指标的选取 在网络性能评价时，由于评估的网络对象不同，网络承载的业务有所差别， 网络提供服务的偏重也有差异，评价网络性能最优的主要指标是不同的” “” 4 5 1 例如，企业网中支持的服务主要是数据库查询，文件传输业务服务，最 敏感性能指标响应时间和吞吐量，上p 电话提供商的业务网络支撑的服务主要有 话音传输，最敏感的性能指标是时延和时延抖动。 网络在网络设计和管理时，希望通过设置和调整把网络的各项性能指标都调 整到最佳。但这只是一种理想的情况，现实情况中有很多限制，例如成本、链路 状态、传输服务商的技术支持、网络协议的相互影响等，我们只能权衡各方面因 素，选取主要的敏感性能指标参数作为评价特定网络性能好坏的标准，把其它的 性能指标作为参考。而且对于特定的网络来泌，各项性能指标都折衷的方案并不 重庆邮电学院硕士论文 一定能为用户提供最好的服务。因此在网络性能研究中，是否选取了合理的性能 指标参数，是评价与实际是否相符的一个关键因素。 指标参数是网络性能评价的最基础单元。因此，有必要针对具体的网络具体 分析其指标参数。以下给出几种类型网络的主要性能指标参数提供网络性能评价 时参考。 数据传输网络 以批量数据传输业务为主，例如传输大规模数学计算的条件、中间及最终结 果，特定系统的定期采样数据等。它舆型地支持大规模数学计算分布式系统、工 业控制系统、气象数据接收处理系统等应用。 传输业务的用户要求数据的传输准确、完整，能适应突发性数据量，对时延 的要求劳不苛刻。因此选取的网络几个主要性能评价指标为：丢包率、链路利用 率、节点吞吐量和网络吞吐量。 计算机网络 这类网络以交互式业务为主，例如传输数据库查询条件、数据库查询结果、 t e l n e t 命令及应答等数据。它典型地支持订票系统、网上图书馆、文献检索系统、 银行业务系统、保险业务系统等应用系统。 交互式业务的用户要求将网络时延降低到最低，在键入交互式命令后，网络 能快速反应。支持这种服务特点的网络，要求网络的响应时间在用户可以忍受范 围内，数据传输的分组时延尽量小。因此，选取的网络几个主要性能评价指标为： 响应时间、时延和丢包率。 多媒体网络“1 这类网络以多媒体业务为主，传输数据为文字、图形、图像、声音和数据等 多媒体数据，它典型地支持视频会议、远程医疗、远程教育等应用系统。 多媒体应用的用户要求网络容量足够大，数据时延和时延抖动尽量小。因此， 选取的网络几个主要性能评价指标为：吞吐量、链路利用率、时延、时延抖动和 丢包率。 针对目前网络业务的多样性、复杂性特点，网络业务的多以多媒体、查询数 据流业务为主。 重庆酆电学院硕士论文 2 3 、本章小结 网络性能指标是进行劂络性能评价的最基本单元。本章从定义出发，分析了 影响网络整体性能的各项指标参数和参数的计算统计方法。这些参数包括：时延、 吞吐量、链路利用率、时延抖动、响应时间、丢包率、错误率等。不同的指标参 数影响网络性能的不同方面。由于网络中的服务类型各不相同，因此本章中还分 析了不同服务类型中对网络性能参数指标的不同要求，如：数据网络的几个主要 网络性能指标有：丢包率、链路利用率、节点吞吐量和网络吞吐量：多媒体网络 的几个主要网络性能指标有：链路利用率、时延、吞吐量、时延抖动和丢包率。 从而为使用a h p 进行网络整体性能评价的模型建立提供了必要的参考依据。 霉庆邮电学院硕士论文 第3 章a h p 与改进的模糊a h p a h p ( a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ，层次分析法) 是美国运筹学家，匹兹 堡大学的a l s a a t y 教授于2 疗世纪7 口年代提出的一种在理论上科学合理而在应 用上简单易行，又能将定性分析和定量计算相结合的系统评价分析方法。a h p 通过明确问题、建立层次分析结构模型、构造判断矩阵、层次单排序和层次总排 序五个步骤计算各层次构成要素对予总目标的组合权重，从而得到不同可行方案 的综合评价权重值。 基于a h p 的合理性和简便性，该算法已被多个领域5 m 川2 2 m 4 m 8 1 2 9 1 广泛采用，如何使a h p 更客观、更准确地应用到网络评价领域中，是本论文研 究的重点问题。下面具体描述算法的基本原理及优化的算法。 3 1 、a h p 基本原理及算法缺陷 3 1 1 基本原理 a i i p 算法具有良好的适应性1 2 0 但是在各领域中的应用基本原理。其具体 步骤如下： 1 、构造屡次结构模型 a h p 在分析复杂问题时，首先从问题所在整个系统的层次特性出发，用一个 层次结构模型，描述问题所涉及的因素及其相互闯的关系。递阶层次结构的殷 形式如图i j 所示。最高屡通常只包含一个要素，一般为系统的总体目标或问题 的焦点；最底层称为方案层，通常设置解决系统问题的备种备选方案、政策、措 施等。中间层称为准则层，排列用来衡量是否达到目标的各项评价准则和标准等。 最底层的各备选方案在某些方面的特征，需用相应的评价准则来衡量，图i j 中 层次间的连线即表征这些联系。 重庆邮电学院硕士论文 图i j 递阶层次结构 在构造实际问题的层次结构模型时，首先要分解出构成要素，用作用线连接 起来，即可建立层次结构模型。也可以采用目标手段分析方法，来寻求达到目标 应采取的手段以及评价方案的准则和指标，由此建立递阶层次结构模型。某些复 杂问题的层次结构中，还会存在从下层到上层的反向作用，形成具有反馈的层次 结构。如果上层的每一个要素与下层的所有要素都存在联系，就称为完全相关结 构；如果上层要素仅与下层的部分要素相关，则称为不完全相关结构。 2 、建立判断矩阵，计算相对杈重 建立判断矩阵，计算相对权重，通常又称为层次单排序。 判断矩阵是将层次结构模型中同一层次的要素相对于上层的某个因素，相互 闯作成对比较而形成的矩眸。以图i j 为例所示的层次结构为例，方案层的各选 方案层，岛，风相对上层的准则g 作成对比较，可构成下面的判断矩阵 p c 女b 其中，b o 是以。为准则局与局哪个更重要、更强来确定的。 表j ，f ! j j 鸯削l 新i 脚 q 口， 矗，b i口， 一 b ，b | lb l +b ! t6 ，” b ? 鲍， 6 b h厶撕_ 曰； 岛b ，l ，b 。o6 mb ， 盔确定元素b 口的量值时，如粲是比较要素挽1 j 簖l 1 0 某种：l 珂理持r i ，如匝啦、 长度、温度等可以用要素的物理测髓值进行比较。在比较哺汁农! i f , r ：f j f ；一件更 好等渚s x i l i i l 类的问题r i d ，则不f j i l t 精确的洲耐心j 复，儿能用f 1 | 1 懒畿的畅i m ，浇 哪一件更好，f 哪一件稍差丽类似的比较随处, t j 虻。a h p 为j ：i # 这炎比较的纳 果作定量化描述，引入了判断抓度”， 通常使用9 标度法、指数书j ：度浊、1 0 1 0 - 1 8 2 标度、9 9 9 i 枷：度，s x i l & t9 ， 所示。标度表示的是两两要素之间相对露癸付：数量j 毡度。刚此，0 、n , j i 唆泣， 产生了不同的排序方案，赢接或简接地形响最终f t ，j 7 77 论。 表3 2 勘i 唆浊 鬻甄 露臻程度二妇爹标度播数标度一 1 0 1 0 ：1 8 2 标度9 9 9 仃标度 1 l 同等照要 ，9 n1 1 )i 0 ，l l ( t )9 ，9 ( 1 ) j 稍微r _ ；= 理 j9 1 “( 1 2 7 7 )1 2 8t1 s o )9 ，7 ( 1 2 8 6 ) 5 明显霞一： ! j ； 59 3 0 ( 2 0 8 0 )1 4 ，6 ( 2 3 3 3 )9 l 5 ( | 8 0 0 ) 7 姒烈最嘤 79 。9f 4 3 2 7 j 1 6 4 ( 4 0 0 0 ) 9 3t3 0 0 0 ) 9 f 嫂弧婴99 ”( 9 0 0 0j1 8 ，2 ( 9 0 0 0 )q ，l ( 9 0 0 0 ) 2 4 6 8 ：述两p i 巾j 判断i i ；j i t i 州他 j m 五 0 “忡 ( 9 k ，( 1 1 - - k ) j9 ，( 1 0 k ) 托儿豢i0 儿鬃，的t 讧嘤i 。卜_ 之比为蛳j j i ：堂、儿粜，j 儿：嚣i i l j n 。垤_ | 卜二ll 例数 j j = l a 0 通过比较得到的判断矩阵 ，= - ，6 口_ 。麒仃以卜特，囊： i b j j o ： 6 = j b l i = 1 b l j 哪= l ，2 。t t 。 其中第个特点是陶为：若将历与毋相比的结粜记为，反之毋j 局州 比较的结果则为“= 1 b i ，剐转背刘j 、i m 厄素幢成反比。 具育上述几个特点的矩阵称为“矿互反”砸阵。可以证 ! j _ j个月阶的判断矩 阵只有m 1 ) 2 个元素需要确定。州于二如图j 。j 所示的堪次结黝，而策曙埘准则 层可以建立朋个判断矩阵，即p f 口m = = f 2 ，j 州i 酊准0 1 l j 层剥目标噬订 一个判断矩阵跟f ，丹i 以图j j 所_ i 的层次结构总兵需要构造m + 1 个削断 ： , i j t - ， f | ! _ i 是，这晕的标度法提供的判断信息量4 ：足，芥易导致划断站聚；i 现，锇。 计算权重 秘币计算的方浊彳多耕r ，这。瞳汉介荆力揪法和特f i t m i l ! 浊：= 1 、力+ 靛法 这过种计算判断矩阵权霞的近似疗法，1 i 精度篮求个尚的场合，其汁锩 步骤如下： ( i ) 计算p _ ，6 。w 巾每行所f 元索的几何2 卜均值，得到i i _ j 艟m = i m ，m ? 矸t ，其中 e 中 口= 1 , 2 ，一jn j f 3 1 1 ( ：) 对列向鼓m 作归一化处理，阿刮扪对瞰暖向鞋可，- ”二1 7 一1 0 囟， b w ，= i w ，= 半l y m ； ，= i 茕i 戈i i i i j ：u 学x il et ( 3 ) 计算p 的最大特征值五。一其近以计算公式如1 、： “扩去喜警 h 删 其中俨纠，是权重向篡w 右乘判断m 阵p 得到的列向量p w f l _ r 的第i 个 分量。丑。l 每r i 于判断一致性舱验。 2 、特征向量法 对于计算精度要求较高的场合，近似氟法会造成较尺的侈! 祟误，i ! ，般j 采 用特7 e l i 向量法。 线性代数中，列于实数矩阵尸吖6 ，。，其特征疗程为伊一 ，) 绛= 0 ，特 征多项式为r 一 i i = 0 其一 ，为i _ p _ 位阵为列心j ：特 l i ! 值川佝特剐m 扎 对于特征多项式，经运算可求出尸的n 个特征值 ， ? 、a 。而最，、觚 值是旨，之。、= ，l f l x ， ， 。， ，。另p ，f j ：i 、r k 为l h f ；乍p 的迹： ，+ 二+ 呻 ，l = 6 ，手6 刀十一叶b ”，r t 3 1 3 l 特征向结法计算权重的原理如下： 设何 个物体口，b 2 ，b 。，重量分别为f ，f 巧，陟j 一特眄i j q 比 较物体的重量，其比值可构成n n 的艇阵p 。若】_ i i 】向蹬w = ，f 终，et j 。，。 右乘砸阵p ，可掰： p w = h ，l ? 吃”， l 嘭i f j f j w ，1 1 七 一l l i , ! ， 1 1 _ 1 1 1 _ = n l 影 或( p l t1 ) w = 0 t 恤盼理沦州。知一”即乃p 俐ii i l t f s _ ，i i i ih i 从特州“，l 。，州tx , ji j ： ，i 最火特? j ：值n 的特“：髓。 q ；难爵m ，特 ：f | ：l i l ；i _ j f 、i 阿先求出削断矩阶的故火特矾f i ! r 。、；然j i i l 锥刈 恍 ， 厂，jn，l | | h =ijoiijii皿 应f z 的特征向量f n 再对怍归一化处珲，【! ! f 】得剑投最向强。“拶4 断m 计 阶数较高时，可采用迭代算法编程计算特征值 3 、判断一致性检验 1 ) 、完全一致性 根据矩阼理论，营n i 互反艇阵j p = 一6 j 7 。，。x , j ”町m 1 勺l ，一2 ，”，均 有幻一如成立，螂称p 具有完全致性。此时i 口j 反姻埠p 琪订唯 ” 零的最大特征值z 。，且五。一 。实际：，i t lj 二i l i 互反矧! 阵的“一，“一 j ，2 ，圳i 令五。、一丑山式f 引jj 懈以。、+ 乏，一，l j l i j 五，= 0 。 2 ) 、一致性检验指标 人们在对复杂问遴涉及的闲索进行眄两比较 ! l ，i i _ 能做到判| ! 行的完全敛 性，总会存在1 定的估讨+ 误差。这：悔导致判断矩阵的特征值f 瓶m 髓也带仃懈 差。设p7 为带有偏差的判断矩阵，其最大特征值和特瓶向鞋殴为五n l a x 和。 阗为如= j 一，2 一j 脚，义设九。一矗，山式o 1 3 ) 可搿 h - ) l 五，= 通常p 7 的五。h ，两力t n a x 一，l 渡是除 。、以外的娓余所“特征恤代 数和，丐先令敛性 f i t - l ； j ；2 ，兄。、，一h ：一z ，咒表矾j p ， i ，j ，：= w l 蔓 l i l1 j 爱性检验 旨# f ( ：， - j = f 造蜘ii 、： c 。l ：堑芸强| 一 刈j 任意的州断阶”1 以m a x 一”t l , tc ，一，| 1 1 | j 川断j ，i t l ；4l l “+ ，芒。 敛忭：c ，的减人，j w 编芽j 蛳战匕“l d ? 习衲引i 舟wj 1 ： ! ，列戏几 3 ) 、随机致性于旨椿 通常判断矩阵的阶数栉越高。其f , j i 汁舳蕞随之埔火投降也沈选j ，ij ：i 此 对高阶判断矩阵的险验应适当放宽要求。为此0 入随机指标r ，怍为修f h - u t - 以 更合理的随机1 。致性指标c r 来衡麓判断矩阵的致住。 c r = 譬 r 3 l s 尺， 7 。般只要c r - 0 1 0 ，则认为p 县宵满意的鲰- 件办州一凶项露新州螺p 中的元素的值。式( j ，5 jr p 的r ，的值要按划断锻c 阶i 。n 阶教氓丧j ：小选收， 2 阶及以下的判断矩阵总是疆有完命一致性。 表3 ，3 随机一致性指标 3 f 麓_ ) 6 。7轻q 1 0 黪蒸薹； 1 鼍宅。 j 隧越j 0 电 0 5 二lo 8 91 【21 2 6i 3 6 14 ll4 61 4 q 4 、计算组合权重，得到层次总排序6 1 计算组合权重，弗通过组合权歪的刈比，衔剑决策力。案的优劣顺序，义髓： 为层次总排序 层次总排序就是罄于层次单摊牟僻刘的绌聚“鹅纲合杈最，然后通过比较 备要素组合杈亟的大小，得到要鬃f ；i 计 对震要顺序，依次确定刈箭选疗案的0 h 介， 对一】二阁i ，所蕊的递阶域i 欠结均，殴凇则崩c 对h 标j 。；g 的朴f 州议暖州向 鞋为口：k臼!口。】，力策层口对c 爆斧项准州c ，g ，( _ 的权雨列向量分；f j 汇为p ，f k ，玎；，彬，一f i ：， p “? w “，7 是| 以方案嚣f “= ，2 ，h ，刈准( j ! l jc 依= ，2 ，- j m j 的棚q 仪r r “ 此陶成组合权重汁辩0 二7 4 ， 1 1 为乞n o 阳- 扎 表3 4 组合权重计算表 心 c o c 。 组台救- 嚣 old 口， 旷 _ 层， i v l li t 2w t w ji 2 oj i t 8 2w 2 1 w 知f i ! 一。| 。3 i _ b qw f l |i q ，2 0 l h ， k 二= n m q 实际l ，由相对权重则向量 ，l f 7 j ， k 一，j 陶造 ，i - l x j 仅曛矩阵i v = ”j f 比，i ，! j ! i j 组合杈重v t 叮按下j _ 1 ；= 汁罅 a h p 算法步骤如f 吲32 ，l h pj ，咎原j = i f ! ( 3 1 6 ) 再r 克州一l # 辨1 fj 3 1 2a t l p 的缺陷 1 、标度法： 9 标度出现最早，使用最广泛。这种9 溉标度，划分为5 个等级匙台卿 的，但是其具体的j 、i 、5 ，7 9 的取眭可能l t j 能导致判断矩阿一致悱- ，削晰思 维育出入，出现判断结粜偏差。指数标良法引入了。种灵d r i i f , q 魁的参数，虽然比 较合理但是不便于理解和接受，所以没有被推广使蛸：9 9 谚以柏、度，1 0 1 0 1 8 2 标度法，作为9 际度浊的改进标度，大大改善了扎、度f g 十( 1 t 能，阻匙然停f j - - - 9 标度的判断信息节不足的缺陷，无法精确地对系统进行评f 舒