（计算机应用技术专业论文）电力短信系统中的流量控制和拥塞控制策略的研究.pdf

摘要 电力短信系统中的流量控制和拥塞控制策略的研究 作者简介：李明，男，1 9 8 1 年3 月生，师从成都理工大学荆、淑霞教授，2 0 0 8 年6 月毕业于成都理工大学计算机应用专业，获得工学硕士学位。 摘要 电力企业数字化是一个十分复杂而迫切的过程，如何实施一个既能满足当前 企业需求又具有可持续发展能力，功能强大又具有良好柔性的信息系统，就成为 今后一个时期内电力企业信息化的重要内容。近年来，电力事业进入高速发展阶 段，已由计划经济向市场经济迅速过渡，电力营销由以生产为中心阶段进入以消 费者为中心阶段，建立完善的现代电力客户服务体系是电力企业数字化的一个重 要组成部分。因此，近几年各地电力集团公司丌始引进发达国家电力企业营销服 务理念，运用现代通信网络技术，已经开始逐步建立比较完善的现代电力客户服 务体系。于此同时，近年来，随着移动通信技术的飞速发展，手机( 包括小灵通) 日益普及。短信以其方便、快捷、简洁、可记录、价格低廉等诸多优势，已成为 一种主要的通讯方式。由于短信特有的优势及其在电力行业广阔的应用前景，目 前各电业局、供电局都有建设短信服务平台的需求。 本文根据电力公司的需求，利用电力公司现有的资源为其拟定建设一个短信 平台，以实现对省电力公司下属各供电局及其他相关单位短信通信的统一管理及 监控，建立比较完善的现代电力客户服务体系奠定基础，为企业内部管理提供辅 助平台，为生产运营提供新的工作模式。为了提高系统的稳定性，对t c p 网络的 流量控制和拥塞控制进行了深入的研究，并结合系统平台的实际情况给出了控制 策略。对于流量控制，通过对接收缓存对网络流量和时延的影响的研究，并根据 省电力公司实际的业务情况，从端到端的角度给出了网络流量控制策略；对于拥 塞控制，笔者发现，t c p 建立连接后，由于t c p 对当前网络可用带宽缺乏先验知 识，t c p 采用指数形式增加拥塞窗口的大小，直到检测的丢包，并将网络可用带 宽估计为当前数据发送速率的一半，这种方式的最大缺点在于它导致连续的突发 性的丢包。这种连续的丢包不仅增加了包的丢失率，同时会引起发送端t c p 粗粒 度的超时，降低t c p 的吞吐量。本文从慢启动的角度出发，在此基础上提出了一 种改进的t c p 慢启动算法基于带宽预测的半余弦慢启动算法，并通过仿真对 其吞吐量兼容性进行了评估。仿真的结果表明，该算法避免了慢启动阶段的多包 丢失，并能有效改进t c p 的性能，是实用和有效的。最后对系统的不足和下一步 成都理l 人学硕j 卜学位论文 工作提出了展望。 关键词：短信系统慢启动拥塞控制流量控制 f l o wc o n t r o la n dc o n g e s t i o nc o n t r o lo fp o w e rc o m p a n y 】e s s a g es y s t e m i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：l i m i n g ，m a l e ，w a sb o mi nm a r c h ， 19 81w h o s et u t o r w a sp r o f e s s o rs u ns h u 。x i a h eg r a d u a t e df r o mc h e n g d uu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yi n c o m p u t e ra p p l i c a t i o nm a j o ra j l dw a sg r a n t e dt h em a s t e rd e g r e ei nj u n e ， 2 0 0 8 a b s t r a c t n u m e r a l i z a t i o no fe l e c t r i cp o w e re n t e 印r i s ei sc o m p l i c a t e da n dv e r yu r g e n t p r o c e s s ，e s t a b l i s h i n gt h ep e r f e c tm o d e mp o w e r c u s t o m e rs e r v l c es y s t e m1 sa n i m p o r t a n tp a no fe l e c t r i cp o w e re n t e 印r i s en u m e r a l i z a t i o n i nt h e s ey e a r s ， e l e c t n c p o w e re n t e r p r i s e si no u rc o u n t d r ，i n t r o d u c i n gi n t ot h em a r k e t i n gs e r v i c ec o n c e p t l o n o t t h ee l e c t r i cp o w e re n t e r p r i s ei nd e v e l o p e dn a t i o na 1 1 du s i n gm o d e mn e t w o r k a n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e ，a l r e a d yb e g i nt o 伊a d u a l l ye s t a b l i s hm o r ep e e c tm o d e m s e r v i c es v s t e m a tt h es a m et i m e ， w i t ht h er a 讲dd e v e l o p m e n to fm o b i l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n i q u e ， c e l l u l a rp h o n eh a sb e c o m eam a i nc o m m u n i c a t i o n t 0 0 1 b e c a u s et h em e s s a g es p e c i a la d v a n t a g ea n di t sv a s ta p p l i c a t i o np r o s p e c ti nt h e e l e c t r i cp o w e r6 e l d ， m o s to fe l e c t r i c i t yp o w e rc o m p a n yh a v et h en e e do fe s t a b l i s h i n g e l e c t r i c i t yp o w e rm e s s a g es y s t e m t h i sp a p e ra c c o r d i n gt ot h en e e do fp o w e rc o m p a n y ，m a k i n gu s e o ft h ee x i s t i n g r e s o u r c e s ， c o n s t l l l c t sam e s s a g es y s t e mi no r d e rt ou n i f o 咖l ym a n a g ea n ds u p e r v l s e e a c hi n f e o r i t yp o w e rs u p p l yb u r e a ua n do t h e rd e p tc o n c e m e do 士p r o v l n c ep o w e r c o m p a n y f o ri n s u r i n gs y s t e mo fs t a b i l i t y ， t h ea u t h o rh a sl u c u b r a t e do nt h et c p n e t w o r kn o wc o n t r o la n dc o n g e s t i o nc o n t r o l ， a n db r i n g sf o n v a r dr e s o v l e m e n t a c c o r d i n gt ot h ea c t u a ls i t u a t i o n b e c a u s et c pe x p o n e n t i a l l yg r o w s i tsc o n g e s t l o n w i n d o wd u r i n gt h ei n i t i a ls l o ws t a r tp e r i o d ，m a n yp a c k e tsa r el o s td u r i n gt h i sp e r i o d t h i sm a k e st c pc o a r s e g r a i n e dt i m e o u ta n dd e t e r i o r a t e st c p sp e r f o n n a n c e b a s e d o nt h ed e e pa n a l y s i so ft h et c pc o n n e c t i o n ，t h i sp a p e rg i v e st h ee q u i v a l e n tb a n d w i d t h c o n c 印ta n dd e d u c e s i tsa n a l ”i c a le x p r e s s i o n a c c o r d i n gt ot h i st h e o r e t i ca n a l y s i s ， t h i sp a p e rp r o p o s e sa j li m p r o v e dt c ps l o w - s t a r ta l g o r i t h mb a s e d o nl i n l ( b a n d 。w i d t h f o r e c a s t a tt h es a m et i m e ， w ee v a l u a t et h ea l g o r i t h n l sp e 雨m l a n c e ， f a i m e s sa n d c o m p a t i b i l i t yo nt h en sp l a t f o r m t h er e s u l t so fs i m u l a t i o np r o v e t h a tt h i sa l g o r i t h m c a nr e s o l v et h ep r o b l e m ， o f 、v h i c hm a n yp a c k e t sa r el o s td u r i n gt h ei n i t i a ls l o w 。s t a r t 成都理工大学硕+ 学位论文 p e “o d i ti n c r e a s e st h eg o o dt h r o u g h p u to ft c pn o w b e c a u s et h i sa l g o r i t h mo n l y m o d i 6 e st h es e n d e ro ft c pal i t t l e ，i ti ss i m p l e ，p r a c t i c a la n de f f e c t i v e f i n a l l yt h e s y s t e m sd e f i c i e n c ya n dt h ew o r kw i l lb ed o n ei nt h e 如t u r ei se x p e c t k e y w o r d s ：m e s s a g es y s t e m s l o w - s t a n c o n g e s t i o nc o n t r o l n o wc o n t r o l 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。掘我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盛都理王太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：零 岁日甩 z 。护万年s 月 2 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛型理王太堂有关保留、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论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权盛壑理王太堂 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用本授权书) 学位论文作者签名： 参日甩 学位敝作特师签轹叫棣 2d 口g 年箩月 27 日 第1 章引言 第1 章引言 计算机技术和通信技术奠定了信息化社会发展的基础。它们已经成为人们 生活、工作、学习重要的组成部分，已经融入到社会的方方面面。建立信息化 社会已经提到了议事日程。 1 1研究的技术背景与意义 电力企业信息化是一个十分复杂的过程，如何实施一个既能满足当前企业 需求又具有可持续发展能力，功能强大又具有良好柔性的信息系统，就成为今 后一个时期内电力企业信息化的重要内容。各省电力公司在信息化建设方面迈 出了可喜的步伐，并在如下系统中取得了定的进展：实时数据系统、资产管 理系统、企业资源计划管理系统、机组经济运行专家系统、物资超市和电子商 务系统、可靠性统计分析系统、实时成本核算系统、竞价上网辅助决策系统等。 随着信息技术的不断发展，今后电力企业应该是一个全面集成的数字化企业， 它建立在先进的经营理念、管理方法和信息技术的基础上，并能够通过集成化 的企业战略框架不断改进，适应电力体制改革的发展。 数字化电力企业的目标是通过全面采用先进的信息技术，实现设计数字 化、建造数字化、生产过程数字化、管理数字化，并通过集成实现企业在整个 生命周期的信息管理；实现客户、企业和供应商的无缝集成，实现人、技术、 经营目标和管理方法的集成；增强核心竞争力，带动企业的均衡发展。通过集 成企业的所有过程、规则、信息、资源、人员、技术，使企业成为具有协作性、 学习型、虚拟化、实时性的电力企业，并在各方面呈现数字化的特征。 近年来，电力事业进入高速发展阶段，己由计划经济向市场经济迅速过渡， 电力营销由以生产为中心阶段进入以消费者为中心阶段。建立完善的现代电力 客户服务体系是电力企业数字化的一个重要组成部分。因此，为适应电网商业 化运营需要，开拓电力市场，近几年各地电力集团公司开始引进发达国家电力 企业营销服务理念，运用现代通信网络技术，已经开始逐步建立比较完善的现 代电力客户服务体系。 计算机网络【3 j 是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的产生奠定了信 息化社会发展的技术基础。如今，计算机网络已经成为人们只常生活工作的重 要组成部分。于此同时，随着移动通信技术的飞速发展，手机( 包括小灵通) 同益普及。短信以其方便、快捷、简洁、可记录、价格低廉等诸多优势，己成 为一种主要的通讯方式。非常适合电力公司向客户提供延伸、互动和个性化的 优质服务，也可以为电力公司的信息管理软件、办公软件、生产、营销、客户 成都理i ：人! 学硕十学位论文 服务等系统提供高效的应用支持。本文针对电力公司需求( 本文以四川省电力 公司为例) 利用电力公司现有的通信资源，提出的短信平台解决方案，实现与 短信业务运营商( 中国移动、中国联通、中国电信) 短信网关之问的通信，利 用电力系统信息资源为电力客户提供短信服务，为企业内部管理提供辅助平 台，为生产运营提供新的工作模式。 1 2 国内外研究现状 发达国家电力企业，运用现代通信网络技术，建立比较完善的现代电力客 户服务体系。目前各省市电力局已基本完成了9 5 5 9 8 电力客户服务中心系统的 建设和用电管理系统的建设，对提高电力管理部门为客户服务的水平起到了相 当的作用。提供良好的服务，是以消费者为中心最为直接的体现，也是增供扩 销必不可少的条件。建设客户服务中心系统将使客户除得到用电营业厅服务之 外，在家中、办公室内足不出户即可享受电力服务，开设这一看不见的服务窗 口正是体现电力企业优质服务形象的重要手段之一。 近年来，随着移动通信技术的飞速发展，手机( 包括小灵通) 日益普及。 短信以其方便、快捷、简洁、可记录、价格低廉等诸多优势，已成为一种主要 的通讯方式。由于短信特有的优势及其在电力行业广阔的应用前景，目前各电 业局、供电局都有建设短信服务平台的需求。电力短信服务平台将成为9 5 5 9 8 语音服务平台的有力补充和完善，并为电力客户提供更方便服务功能。随着电 力客户手机资料的完善，短信服务平台将逐步成为一个主要的服务与通信平台 之一。为了提高系统的稳定性，笔者对网络的流量控制和拥塞控制进行了深入 的研究，发现现有的t c p 慢启动策略由于对当自i 网络可用带宽缺乏先验知识， 并且慢启动后期窗口增加过快，它将导致连续的突发性的丢包。这种连续的丢 包不仅增加了包的丢失率同时会引起发送端t c p 粗粒度的超时，降低t c p 的 吞吐量。因此，笔者在此提出了另一种慢启动方案。 1 3 研究内容和主要成果 本课题是自选题目，本文的研究目标是利用电力公司现有的资源为其拟定 建设一个短信平台，以实现对省电力公司下属各供电局及其他相关单位短信通 信的统一管理及监控，建立比较完善的现代电力客户服务体系奠定基础，为企 业内部管理提供辅助平台，为生产运营提供新的工作模式。具体业务包括基于 移动、联通、电信的短信公众信息服务、建立电力企业内部短信信息渠道、结 合电力企业现有业务系统如：缴费、报修、查询、通知等为客户提供短信服务。 2 第l 章引言 为提高系统的稳定性，笔者对短信系统网络的流量控制和搠塞控制做了深入的 研究。主要的研究内容和成果如下： ( 1 ) 根据省电力公司的业务需求，利用现有的资源为其拟定一个短信平台， 并对系统开发过程中的难点进行分析。 ( 2 ) 通过对接收缓存对网络流量和时延的影响的研究，并根据省电力公司 实际的业务情况，从端到端的角度对网络的流量进行控制。 ( 3 ) 从网络整体角度，通过对t c p 拥塞控制进行研究，提出一种慢启动方 法，以提高系统的稳定性。 ( 4 ) 利用n s 一2 网络模拟器对提出的慢启动方法进行测试。 1 4 论文章节安排 论文共分为六章： 引言全面概括本论文的基本情况和意义。 第一章引言。本章介绍本课题所研究的问题及其科学意义、 围及内容、研究方案和论文结构。 第二章通过需求分析，为电力公司短信系统拟定解决方案， 开发过程中的难点，引出本文研究重点。 课题研究范 分析系统在 第三章通过对接收缓存对网络流量和时延的影响进行研究，结合实际情 况，从端到端的角度提出网络的流量优化的方法。 第四章从网络整体角度，对系统网络进行拥塞控制。这一章通过对t c p 的网络捌塞的深入研究，根据现有的t c p 慢启动的不足，提出另一种慢启动 方案。 第五章利用n s 2 网络模拟器对提出的慢启动方法进行测试。 第六章总结全文，给出结论，讨论了需要进一步改进的地方，并确定进 一步研究方向。 成都理i ：人学硕十学位论文 第2 章电力短信平台系统概述 建立完善的现代电力客户服务体系是电力企业数字化的一个重要组成部 分。由于短信特有的优势及其在电力行业广阔的应用前景，目前各电业局、供 电局都有建设短信服务平台的需求。而电力短信服务平台的建立将会为电力客 户提供更方便、更快捷的服务功能。 2 1电力短信需求分析 对于软件系统丌发工作，理解项目需求是至关重要的。需求说明的任务是 发现问题、规范问题。需求分析有益于提高软件开发过程的能见度，便于对软 件丌发过程的控制与管理，便于采用工程方法开发软件，提高软件的开发质量， 便于丌发人员、维护人员、管理人员、客户之间的交流、协作，让用户了解软 件的功能、性能是否与实际需求达到一致。 2 1 1 基本业务需求 很多省的电力公司及其地市供电公司在多年的信息系统应用中，已经建立 了全面的信息管理系统、办公系统，这些软件系统为公司的生产和管理发挥了 积极的作用。企业的发展和市场竞争的加剧，要求电力公司更加完善面向用电 客户的服务体制，为客户提供更好的服务，提高客户满意度，降低服务成本。 为了满足用户需求多样化、提高用户满意度，电力客户服务中心系统的用 户接口应当包括用户可能用到所有接入方式，包括语音接入、i n t e m e t 接入( 有 线接入) 、无线接入( 短信、w a p j 2 m e b r e w ) 等，让用户随时随地都能够 获得电力客户服务中心所提供的服务。该系统将采用短信接入方式( s m s ，s h o r t m e s s a g es e r v i c e ) 。短信接入方式( s m s ) 采用的协议包括s g i p 、s m p p 、c m p p 。 在s m s 模式下，手机用户通过m o b i l es t a t i o n 的无线接入方式与通讯基站进行 信息传送，基站分系统再与g s m c d m g p r s 网联系，用户信息通过 g s m c d m 刖g p r s 网与s m s c ( s h o nm e s s a g es e i c ec e n t e r ) 到达移动运营 商公共短信网关( s mg a t e w a y ) ，并经由短信网关按短信服务号路由到客服中心 的短信接入与应用服务器( s m sa c c e s sa n da p p l i c a t i o ns e r v e r ) ，由s m sa c c e s s a n da p p l i c a t i o ns e r v e r 为电力客户提供相应的服务，如图2 1 所示。 4 第2 章电力短信平台系统概述 ， 一 n 黾 一二一 ， i； ： ： s m s c s 峪g a t e w a y 图2 1 短信接入 语音接入方式的优点是普及、直接、及时，对用户的要求低，但不适合对 用户提供“推送”类服务，如电费催缴、信息发饰等；w a p 、j 2 m e 、b i 汪w c d m a 1 x 等方式能够实现与客户的实时互动，实现丰富的服务功能，但是，由于目 前移动通信带宽的限制，导致基于w a p 的业务应用并不成熟；虽然g p r s 和 c d m a1 x 能够提供更高的传输速度，但对终端( 手机) 的要求较高，用户并 不普及，所以，采用这种技术来提供客户服务的时机尚不成熟。 采用短信( s m s ) 方式具有以下优点： 1 用户群广泛，所有手机用户都可享受基于s m s 提供的服务； 2 足够提供信息广播、电费催缴等“推送”服务； 3 技术成熟，s m s 是目前应用最广的一种移动增值业务； 4 费用低廉，与语音、w a p 等接入方式相比，费用相对低廉； 5 移动性，与有线接入方式相比，具有移动性。 考虑到短信接入方式的诸多优势，非常适合电力公司向客户提供延伸、互 动和个性化的优质服务，也可以为电力公司的信息管理软件、办公软件、生产、 营销、客户服务等系统提供高效的应用支持。近年来，随着移动通信技术的飞 速发展，手机( 包括小灵通) 日益普及。短信已成为一种主要的通讯方式。 在电力行业，短信主要应用于： 电费电量查询 欠费催缴 停电通知 缴费扣款通知 故障报警 短信办公( 通知、通告、交流、群组短信会议) 由于短信特有的优势及其在电力行业广阔的应用前景，目前各电业局、供 电局都有建设短信服务平台的需求。随着电力客户手机资料的完善，短信服务 平台将逐步成为一个主要的服务与通信平台之一。 成都理i ：人学硕： ! 学位论文 为了统一电力公司短信通信与各移动运营商( 中国移动、中国联通、中国 电信、中国网通) 的通信接口、统一短信通信的管理、降低短信服务成本、提 高短信通信的可靠性和稳定性，为电力公司拟建设一个短信平台，以实现对电 力公司下属各供电局及其他相关单位短信通信的统一管理及监控。 2 1 2 基本性能要求 1 稳定性系统要求具备高度的稳定性，具有处理大量并发用户请求的能 力，主机系统需7 枣2 4 小时连续运行，系统整机平均无故障时间不低于8 0 0 0 0 小时；软件新版本的更新不能影响系统运行。 2 先进性和成熟性采用短信服务领域的最新技术，保证系统在建成后一段 时间内不会因技术落后而大规模调整，并能够通过升级保持系统的先进性，延 长其生命周期，同时又要保证先进的技术是稳定的、成熟的，支持现有的网络 协议。 3 安全性对主机的访问设置验证和有限授权并进行审计，防止未经授权的 人员误用或进行违纪活动。 4 满足对容量和容错的需求，要充分考虑短信容量对线路流量和系统处理 能的要求。 5 兼容性和扩展性系统平台应可以容纳已有或未来新增的不同品牌的设 备，并充分保证异种系统的互操作性。为满足未来软硬件的灵活部署和容量要 求，应考虑系统规模扩展的需求和升级能力。 6 易于管理和维护系统必须易于使用，以减少员工培训费用；同时，系统 维护应尽量集中、简单，尽量避免复杂系统和多系统组合的维护开销，减轻维 护人员的负担，提高网管和决策的效率。 2 2 系统总体方案及功能 电力短信服务系统建设将以国家各类技术规范和业务要求为依据，采用国 际先进的短信服务解决方案，内部网络应用采用c s 及b s 相结合的体系结构， 结合w e b 技术，建设统一短信平台系统。 2 2 1 系统功能结构 根据电力公司短信平台的功能要求，短信平台系统的结构如图2 2 所示， 包括短信平台短信通信、通信过程的管理与控制、信息安全管理、系统管理以 及平台开发接口5 大部分： 6 第2 章电力短信平台系统概述 ( 1 ) 短信通信网关，实现与移动运营商以及电力公司内部的短信通信。 ( 2 ) 短信通信管理，实现短信通信过程的管理与控制。 ( 3 ) 系统服务，实现接收发送短信。 ( 4 ) 系统管理，实现对短信平台的管理功能。 ( 5 ) 平台开发接口，为其他程序开发短信应用提供接口。 如图2 2 所示，省电力公司下属的各电业局( 如德阳电业局、成都电业局、 乐山电业局等) 要实现短信通信，可通过连接到省公司短信服务来实现；电业 局各个具体应用再通过编程接口的调用实现与电业局的短信服务进行短信通 讯。 成都理jr ：人学硕十学位论文 铲湖掣蹼蹄；棠肄r 协呵 s c - r 协卿蹼嬖警而；棠癸誉= if 厂 短信通信网关 移动短信网关 联通短信网关i网通短信网关li 电信短信网关l 路由解析i 系统管理 操作员权限管理li 通信计费管理平台用，、管理 ll 通信配置管理 i 系统日志管理 il 统计查询 历史数据管理 i 系统服务 数据收发 j i 短信内容监控与过滤 l i 用户鉴权 通信管理 运行监控路由管理 四 四川电力公司短信服务 川i 电 z、 力 电力短信通讯协议 公 气7兰习 厂 、 h j 系统管理 短 信 操作员权限管理 通信计费管理平台用户管理 il 通信配置管理 平 系统日志管理统计查询 l 历史数据管理 i 厶 口 系统服务 数据收发i短信内容监控与过滤 f 用户鉴权 j 通信管理 运行监控 li 路由管理 四川电业局短信服务 短信平台应用接口 i c o m 组件 | | w c b * r v c e i i j a v a 接口包 l 、l 彳p彳p彳卜 | i 电力短倌通讯协议i 电力短信通讯协议| | 电力短信通讯协议 弋夕弋夕弋7 9 5 5 9 8 ) ( 二二重信查费系! i ) 二虿磊五匠历五j i ) 图2 2四川电力公司短信平台系统结构 8 第2 章电力短信平台系统概述 2 2 2 系统模块功能 1 短信通信网关 短信网关主要实现与移动运营商的短信通信，并为电力公司内部系统实现 与移动用户的短信通信提供公共接口服务。 由于在中国国内，中国移动采用c m p p 协议( c h i n am o b i l ep e e rt op e e r ， 中国移动点对点协议) 、中国联通采用s g i p 协议( s h o r tm e s s a g eg a t e w a y i n t e r f a c ep r o t o c 0 1 ，短信网关接口协议) 、中国电信采用s m g p ( s h o r tm e s s a g e g a t e w a vp r o t o c o l ，短信网关协议) 、中国网通采用c n p p ( c h i n an e tp e e rt op e e r ， 点对点协议) 协议，因此，短信平台的短信网关要同时支持上述4 种协议。 对于电力公司内部的短信通信( 如短信平台与成都电业局短信服务系统、 乐山电业局短信服务系统等) ，则采用标准的s o c k e t 通信协议，具体接口 规范待定。 路由解析功能判定上行( 客户发往短信平台) 短信的去向并将短信转发至 相应的目的系统。 2 短信通信管理 短信通信管理实现短信通信过程的管理与控制，包括：运行监控与管理、 路由管理。 ( 1 ) 运行监控与管理：通过获取短信平台系统运行的各种状态信息，控 制系统的运行状态，规范和跟踪使用者的使用行为，从而保障短信平台运行的 稳定性。 ( 2 ) 路由管理：由于电力公司下属所有短信平台用户均使用电力公司的 统一短信端口号( 如9 5 5 9 8 ) 进行短信通信，为了识别上行( 又客户发往平台) 短信的去向，需要采用长号码作为短信路由的依据，如：9 5 5 9 8 0 l 指向成都电 业局，9 5 5 9 8 0 2 指向德阳电业局，9 5 5 9 8 1 4 指向乐山电业局，等等。路由规则 由省公司定义。在路由管理模块中，路由规则可灵活配置和修改。 3 系统管理 系统管理实现对短信平台的管理功能，由于涉及到许多具体的业务细节所 以功能比较复杂，主要包括一下功能： ( 1 ) 操作员权限管理：对于进入系统的合法用户，也需要对其操作权限 进行控制，以防对系统安全造成危害。操作员权限管理主要通过用户权限划分 和用户权限控制来实现。 ( 2 ) 通信计费管理：对短信通信按照与移动运营商达成的计费规则进行 费用计算，并能够分时段、分地区、按用户等条件产生统计报表。 9 成都理：一r 大学硕士学位论文 ( 3 ) 通信配置管理：其内容包括平台用户通信配置和移动网关通信配置。 ( 4 ) 平台用户管理：平台用户是指通过短信平台实现短信通信的电力公 司内部系统用户，如成都电业局、德阳电业局等。平台用户管理内容包括：用 户基本信息，通信参数，及端口的开通和关闭、信息修改等功能。 ( 5 ) 统计查询：能够对通信量、通信费按时间、地区、平台用户等不同 条件组合产生统计报表。 ( 6 ) 历史数据管理：当数据库服务器中数据量太大，实现对历史记录数 据( 接收和已发送短信) 的清理( 转移或删除) 处理，减轻服务器的负荷，保 证数据量大时系统能正常运行。 ( 7 ) 系统r 志管理：系统各模块在运行时都需要记录详细的日志信息， 日志管理提供查询和分析功能，通过各模块的日志反映和发现系统运行过程中 发生的问题。 4 系统服务 系统服务主要包括数据收发，短信内容监控与过滤和用户鉴权，其主要实 现的功能如下： ( 1 ) 数据收发：负责对上行和下行短信数据进行接收，存储和转发。 ( 2 ) 短信内容监控与过滤：对经过短信平台的所有短信内容进行监控， 对其中具有反动、黄色及危害国家安全的信息进行过滤，并作r 志记录。 ( 3 ) 用户鉴权：对各使用短信平台的用户( 如各电业局的短信系统) 进 行鉴权，未获得许可的用户、业务已被停止的用户、非法用户，系统将拒绝访 问。 5 短信平台应用接口 短信平台接口为其他程序开发短信应用提供接口。接口丌发方式包括： c o m 控件，支持语言：v c + + 、v b 、d e l p h i 、p b 、j a v as c r i p t 、v bs c r i p t 、n e t 等；j a v a 开发包，支持语言：j a v a 。 2 2 3 短信平台组网方案 短信平台的组网，如图2 3 所示，短信平台的平台服务器和数据库服务器 互为主备关系，以实现冗余备份。采用磁带库作为短信平台的数据备份系统。 短信平台采用c s 和b s 相结合的体系结构，在管理终端上安装平台管理 客户端软件。一般用户终端采用浏览器方式进行访问。 短信平台与电信运营商通过d d n 专线或者i n t e i 州e t 相连接，在短信平 台与电信运营商之间安装防火墙以保障系统安全。 电力公司下属企业、单位的短信系统通过电力系统内部网络与短信平台相 连接。 l o 第2 章电力短信平台系统概述 竺皇生竺望望兰! r 一一一一夏婉一ir 一一一一夏瓣【一ir 一一一一一 ! 芽! ；鬲；l 再! 厂气1 ：! ，希! ! 厂 c ) 的数据需要传送，发送方的发送速 率为r 1 ，传播时延为t 1 ，接收方的缓存能力是接收方能够提供的最大n v n d 设为c ，这样传输时延t 2 为m r 1 ，所以端到端的时延t o = t 1 + t 2 ，若 c 三c 叩a c i t y ，流量只受网络容量的限制，发送端可以连续发送数据直至填满网 络管道，则丁o = m r 1 + 丁1 ，若c c a p a c i t y ，则需要把数据分成lm ci 段 ( 1m ci 表示不小于m c 的最小整数) ，避免接收缓存溢出，发送方每发送完 一段数据就需要等待接收通告，所以7 1 0 = lm c ) i ，c ( c 月1 + r 1 ) 。即可得到 丁o = m 尺1 + 丁1 当c c a p a c i t y ， ( 3 - 1 ) 丁o = _ m c ) 牛( c r 1 + 丁1 ) 当c c a p a c i t y ， ( 3 2 ) 由( 3 1 ) 和( 3 2 ) 的函数关系可知，当c c a p a c i t y 时，随着c 的增大， t o 会变小，而在c c a p a c i t y 时，由于网络容量的限制，再怎么增加c ，t 0 都 保持不变。所以在不受网络容量限制的情况下，合理地增加接收缓存，可以增 加吞吐量，提高资源利用效率。 接收缓存过小除了会影响时延外，还会影响流量的连续性。从拥塞窗口的 示意图3 4 可以看出，随着c w n d 的变化，网络的流量也是程锯齿状变化的。 m d 过小会加重起伏的变化，减小流量的大小和增加流量的抖动，这对于视 频、音频等连续性要求很强的实时业务是不可忍受的【2 3 】，所以接收缓存的设置 可以起到一个平滑流量的作用。 然而，接收缓存也不是越大越好。数据段的到达并不都是有序的，接收方 需要等待接收窗口指定的各个数据段到来并排序才能提交给应用层【2 4 1 。接收缓 存设置过大，窗口需要等待和处理的时间也响应增加。假设接收方提交到应用 层的平均处理速率为r 2 ，最后得到发送端到应用层的时延t 3 为 丁3 = m 尺1 + r 1 + c 尺2 当c c a p a c i t y ， ( 3 3 ) 丁3 = m c 木( ( c 尺1 + r 1 ) + c 尺2 ) 当c c 印a c i t y ， ( 3 - 4 ) 成都理l ：人学硕十学位论文 根据( 3 3 ) 和( 3 4 ) 得到时延t 3 和缓存大小的关系，可以看出在c c a p a c i t y 时，t 3 有最小值，在c c a p a c i t y 时，t 3 是一条递增的直线。 一般情况下，像传送文件、发送e m a i l 等对实时性要求不高的业务，可以 设置缓存大小c 稍微大于带宽时延乘积，这样可以使网络带宽得到充分的利 用。而比如远程控制和实时数据的采集及分发等，需要数据或控制命令从发送 到应用执行有很低的延迟，对带宽的要求不是很高，则应设置c 小于带宽时延 乘积，使t 3 取到最小值，也就是牺牲一定的带宽，降低网络的利用率，来换 取时延的降低。 3 3电力短信平台网络流量控制方案 通过上一节的分析可以得出这样的结论，在缓存容量小于网络容量的时 候，缓存容量是制约网络流量的主要因素，同时数据从发送方到接收方的应用 层的时延有最小取值。在缓存容量大于网络容量的时候，网络的容量限制着网 络吞吐量，处理时延也随着缓存的增大而增大。所以接收端的缓存设置应该可 以根据业务对时延要求的不同而灵活地进行调整，以便使网络的吞吐量和时延 都得到很好的保证，从而使网络得到优化。 根据电力业务的需要，在短信平台的上流动的短信数据可分为及时性数据 和非及时性数据。对于非及时性的短信数据( 如每月的代扣信息、预付费信息 等) ，这些业务对实时性要求不高，可以设置缓存大小稍微大于带宽时延乘积， 这样可以使网络带宽得到充分的利用。对于及时性的短信数据( 如临时的停电 信息) ，这些业务对实时性要求较高，则应设置缓存小于带宽时延乘积，使 t 3 取到最小值，也就是牺牲一定的带宽，降低网络的利用率，来换取时延的 降低。 短信数据由各供电局发起，然后有各地方的电业局收集、整理、备份，在 完成这个步骤以后，各地方电业局将收集，整理完成的短信转发到省电力公司， 再有省电力公司将短信服务器系统统一放送给短信网关。在这个过程中短信数 据的汇聚点主要集中在各地方短信服务器、省短信服务器两个部分，因此这两 个部分节点服务器负担较重，特别是省短信服务器。为了确保系统具备高度的 稳定性，具有处理大量并发用户请求的能力，主机系统需7 奉2 4 小时连续运行， 系统整机平均无故障时i 旬不低于8 0 0 0 0 小时，除了选用高性能的硬件设备之 外，在系统的软件设计上还必须给以充分的考虑。对于非及时性数据还可以从 时间上进行流量控制，这些数据应该主要集中在1 9 ：o o 2 2 ：0 0 这段时间发送， 而且每个电业局在每月定期发送这些短信信息的时间也尽量分开。对于及时性 数据由于其在发送时间上的不可确定性，不能从时间上进行流量控制，还是用 2 4 第3 章短信系统的流苗控制 前面介绍的方法。 3 4 小结 本章先介绍了t c p 的流量控制机制，然后分析了接收缓存对流量和时延的 影响，最后结合短信系统的业务特点给出了短信平台的流量控制策略，由于及 时性数据存在突发性，因此单纯的流量控制并不能很好保证系统网络的稳定 性，为了改善系统网络的稳定性，下一章将提出一种慢启动策略，以增加系统 网络的健壮性。 成都理i ：人学硕十! 学位论文 第4 章短信系统的拥塞控制 捐j 塞控制技术针对网络中的拥塞和数据冲突而成为网络控制中的另一种 核心技术。拥塞控制的应用将会使计算机网络变得更加健壮。 4 1拥塞控制的背景知识 拥塞控制的对象是网络环境，目的是使负载不超过网络的传输能力。 4 1 1网络拥塞的含义 网络拥塞口5 j ( c o n g e s t i o n ) 指的是在分组交换网络中，传送分组数目太多 时，由于存储转发节点的资源有限而造成网络传输性能下降的情况。在网络发 生拥塞时，一般会出现数据丢失，时延加大，吞吐量下降，严重时甚至会导致 “拥塞崩洲 心j ，( c o n g e s t i o nc o 儿a p s e ) 现象。f l o y d 总结出拥塞崩溃主要包括以下 几种：传统的崩溃、未传送数据包导致的崩溃、用于数据包分段造成的崩溃、 日益增长的控制信息流造成的崩溃等。一般说来，拥塞发生在网络负载增加导 致网络效率降低的时候。拥塞的一种极端情况是死锁( d e a d l o c k ) ，导致网络 无法正常工作，推出死锁往往需要网络复位操作。对于拥塞现象，可以进一步 用图4 1 来描述。当网络拥塞负担较小时，吞吐量随着负载的增加而增加，呈 线性关系，响应时间增长缓慢。当负载达到网络容量时，吞吐量呈现缓慢增长 响应时间急剧增加这一点称为k n e e 。如果负载继续增加，路由器开始丢包， 当负载超过一定量时，吞吐量急剧下降这一点称为c l i 一9 1 。可以看出，负载在 k n e e 附近时网络的使用效率最高。拥塞控制就是网络节点采取措施来避免拥 塞的发生或者对拥塞的发生做出反应。 响 应 时 间 网络负载网络负载 ( a ) 吞吐量随负载的变化( b ) 相应时间随负载的变化 2 6 第4 章短信系统的拥塞控制 图4 1吞吐量和相应时间随负载的变化 在图4 1 中就是使负载保持在k n e e 附近。拥塞控制机制实际上包含捌塞避 免( c o n g e s t i o na v o i d a n c e ) 和拥塞缓解( c o n g e s t i o nm i t i g a t i o n ) 。前者的目的是使网 络运行在k n e e 附近，避免拥塞的发生；而后者则是使网络运行在c l i f f 的左侧 区域。前者是一种“预防”措施，维持网络的高吞吐量、低延时状态避免进入拥 塞；后者是一种m 恢复”措施，时网络从拥塞中恢复过来，进入正常的运行状态。 4 1 2 拥塞产生的原因 拥塞发生的主要原因在于网络能够提供的资源不足以满足用户的需求，这 些资源包括缓存空间、链路带宽容量和中间节点的处理能力。由于互联网的设 计机制导致其缺乏“接纳控制”能力，因此在网络资源不足时不能限制用户数 量，而只能降低服务质量来继续为用户服务，也就是“尽力而为”的服务。 拥塞虽然是由于网络资源的稀缺引起的，但单纯的增加资源并不能避免拥 塞的发生。例如增加缓存空间到一定程度时，只会加重拥塞，而不是减轻拥塞， 这是因为当数据包经过长时f 自j 排队完成转发时它们很可能早已经超时，从而引 起源端超时重发，而这些数据包还会继续传输到下一个路由器，从而浪费网络 资源，加重网络拥塞。事实上，缓存空间不足导致的丢包更多是拥塞的“症状” 而非原因。 资源的相对不足是引起拥塞的根本原因。这些资源包括链路带宽、可分配 的处理器时间、缓冲区、内存等。考虑到某个具体的流，如果在某个时间内对 所达到的流量