（计算机应用技术专业论文）基于等效带宽的网络qos收费方案研究.pdf

南京| | 】| j l u 人学 f ! ：! l 研究生学位论文摘虹 摘要 i n t e m e t 卜的应用不断出现，而网络资源有限。为了更好地分配网络资源、减轻 或避免网络拥塞，埘网络收费机制的研究变得越来越重要。一个有效的计费机制应能 为用户提供良好的服务质量，并为网络服务提供商( i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r ：1 s p ) 获取更多的收益。然而，现在的网络对各种服务的计费或收费仍然不够完善。当日f 网 络迫切地需要更为方便、有效的收费机制。 本文首先讨论了当前国内外等效带宽的若干典型估计方法和测量方法；其次，回 顾了通信网络中若干典型的收费方案，分析了各种方案的原理、优缺点；然后，重点 探讨了k e l l y 的基于等效带宽的收费方案，通过对该方案的仿真，论证了k e l l y 的基 于等效带宽收费可以促使用户在c a c 期间，申明的中值信元率尽量接近业务流的中 值信元率的实际值；最后，本文在k e l l y 的基于等效带宽收费方案的基础上考虑q o s 参数，并在费率的制定上引入博弈理论，对k e l l y 的基于等效带宽的收费方案进行改 进，得到一种能够综合考虑q o s 参数和等效带宽的网络q o s 收费方案，并存考虑q o s 中时延和时延抖动要求的情况下对浚收费方案进行仿真和理论分析，结果表明该方案 能够依掘不同的时延和时延抖动要求对业务流进行收费。 关键词：等效带宽，收费，服务质量 粥束琊i 毡人学倾l 科究生学位论克 摘簦 a b s t r a c 譬 t h ea p p l i c a t i o no ft h ei n t e r n e ti n c r e a s e sc o n s t a n t l y , b u tt h en e t w o r kr e s o u r c e sa f e l i m i t e d i no r d e rt oa s s i g nt h er e s o u r c e sb e t t e la n dt oa l l e v i a t eo rt oa v o i dt h ec o n g e s t i o ni n n e t w o r k s ，i ti sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt or e s e a r c ht h ec h a r g i n gm e c h a n i s mi nn e t w o r k s ， a ne f f e c t i v ec h a r g i n gs c h e m ec a nb r i n gu s e r st h eb e t t e rq u a l i t yo fs e r v i c em a dp r o v i d et h e h i g h e rr e v e n u ef o rt h en e t w o r ks e r v i c ep r o v i d e r s h o w e v e r , t h e r ei sn o ta n yp e r f e c tp r i c i n g a n dc h a r g i n gs c h e m e 稻fv a r i o u ss e r v i c e s a tp r e s e n t ，t h en e t w o r kn e e d sm o r ec o n v e n i e n t a n dm o r ee f f e c t i v ec h a r g i n gm e c h a n i s mt l r g e n t l n 7 r h i sp a p e rf i r s t l yd i s c u s s e ss e v e r a lr e p r e s e n t a t i v ee s t i m a t em e t h o d sa n dm e a s u r e m e t h o d so ft h ee f f e c t i v eb a n d w i d t h ，s e c o n d l y ；t h i sp a p e rr e v i e w ss e v e r a lr e p r e s e n t a t i v e c h a r g i n gm e c h a n i s m so ft h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，a n da n a l y s e st h ep r i n c i p l e ，v i r t u e a n dd r a w b a c k a n dt h e n ，t h i sp a p e rd i s c u s s e s k e l l y s e f f e c t i v eb a n d w i d t hc h a r g i n g m e c h a n i s m 。t h r o u g ht h ee m u l a t i o no ft h i sm e c h a n i s m ，t h i sp a p e rd e m o n s t r a t e st h a tk e l l y s e f f e c t i v eb a n d w i d t hc h a r g i n gm e c h a n i s me a r lu r g et h el l s e rs t a t e st h em e a nr a t ed u r i n gc a c b a s e do nt h er e a lm e a nr a t e a tl a s t ，t h i sp a p e ri m p r o v e sk e l l y sc h a r g i n gm e c h a n i s mb a s e d o nt h ee f f e c t i v eb a n d w i d t ha c c o r d i n gq o sp a r a m e t e r s ，a n db r i n g st h eg a m et h e o r yi n e s t a b l i s h i n gt h ec o s tr a t e ，a n dg e t s aq o sc h a r g i n gm e c h a n i s mw h i c he a r lc o n s i d e rq o s p a r a m e t e r sa n dt h ee f f e c t i v eb a n d w i d t hs y n t h e t i c a l l y c o n s i d e r i n gd e l a ya n dd e l a yj i e e r d e m a n do fq o sp a r a m e t e r s ，t h i sp a p e ra l s oe m u l a t e st h em e c h a n i s ma n da n a l y s e st h e m e c h a n i s m t h er e s u l ts h o w st h a tt h i sm e c h a n i s mc a nc h a r g et h et r a f f i cb a s e d0 n 氇e d i f f e r e n c eo fd e l a ya n dd e l a y j i t t e rd e m a n d k e y w o r d s ：e f f e c t i v eb a n d w i d t h ，c h a r g e ，q u a l i t yo f s m w i e e i h 南京i i i l i i u 人学颂i 。i w ，t 生学位论史前 刖茜 本人的硕士学位论文基于等效带宽的网络q o s 收费方案研究在k e j l y 的基十 等效带宽收费方案的萆础上，综合考虑q o s 参数和等效带宽剥网络收费方案进行了相 关研究。 本人按照南京邮电大学硕 学位研究生论文丌题报告所规定的研究任务和上作 训划，经过一年半的课题研究，本人的学位论文基本完成了研究生论文外题报告所预 定1 - 匀要求及成果。 本人郑重声明：所呈交的学位论文基于等效带宽的网络q o s 收费方案研究， 除义中特别) f 】以标注的地方外，不包古其他人已经取得或已经发表的研究成果。在本 人攻读硕士学位期间，本人的学位论殳指导老师，每个学期都多次强调科石j 工作中学 术道德的重要性，禁止不严肃、不真实的行为。本人刑本人的学位论文基丁等效带 宽的网络q o s 收费方案研究所使用的o p n e l 网络仿真软件以及所获得的仿真数掘 的真实性负全部责任。 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工学计算机应用技术 研究方向：计算机通信与网间互连技术 作 者：三q 堕级研究生 李珊珊指导教师挂查选 题目：基于等效带宽的网络q o s 收费方案研究 英文题目：r e s e a r c ho nq o sc h a r g i n gs c h e m ei nn e t w o r k sb a s e d o nt h ee f f e t i v eb a n d w i d t h 主题词：等效带宽收费服务质量 k e y w o r d s ： e f f e c t i v eb a n d w i d t h c h a r g eq u a l i t yo fs e l w m e 南京| | | | j i u 人学坝| 研究生学位论文笫】帝一j i 第1 章引言 随着i n t e m e t 的迅速普及，网络用户越来越多。尽管 i ) ! i 络容量不断增加，但是网络 资源仍然紧张，网络搠塞问题仍然没有得到有效的解决。为了更好地分配网络资源、减 轻或避免网络拥塞，对网络收费机制的研究变得越来越重要。 收费( c h a r g i n g ) ，是按照一定的计费( p r i c i n g ) 方法收取一定的费用，因此，研究 网络收费机制，必须研究列网络资源进行计费的方法。在后面的叙述中，为了简化描述， 我们不区别计费与收费，举例说，后面介绍的基于等效带宽的计费方案也即基于等效带 宽的收费方案。 由于网络的收费机制的重要性，近年来， ，| ：多学者提出了各种计费机制，如平速率 计费、基于使用的计费( 其中包括基于等效带宽的计费方案等) 和基于q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ：服务质量) 的计费等。个有效的计费机制应能为用户提供良好的服务质量， 并为网络服务提供商( i n t e r n e ts e r v i c ep r o v i d e r ：i s p ) 获取更多的收益。 计费机制在管理网络资源、避免网络拥塞等方面起着重要的作用。然而现在的网络 对各种服务的计费或收费仍然不够完善。当前网络迫切地需要更为方便、有效的收费机 制。 从k e l l y 的基于等效带宽的计费机制中可以看出，一个连接的等效带宽能够有效地 表示该连接所消耗的带宽数量。基于等效带宽可以对业务流所占的带宽资源进行有效的 计费，也可以简化连接接纳控制( c o n n e c t i o na d m i s s i o nc o n t r o l ：c a c ) 。等效带宽的 快速估计方法与实时测量方法，及其在网络价格机制与收费方案研究中的应用，是等效 带宽理论的一个重要发展方向，也是未来网络技术的研究重点。然而，虽然k e l l y 的基 于等效带宽的计费机制考虑到了q o s 参数，但是其q o s 参数的应用还不够直观。因此， 基于q o s 的计费机制的研究，将是计费机制的一个重要发展方向。另外，将博弈论应用 到计费机制中也引起了人们的重视，也将是未来计费机制的研究重点。 本文的工作围绕k e l l y 的基于等效带宽的计费方案进行。因此，本文首先研究了当 前国内外等效带宽的若干典型估计方法：考虑到这些方法在实际应用中存在的局限，分 析和比较了等效带宽的五种测量方法。 其次，本文回顾了通信网络中若干典型的计费方案；分析了平速率计费，优先级计 费，p m p ，灵活市场，等效带宽计费等方案的原理，优缺点；简单介绍了基于q o s 计费 l 南京邮l 乜人学坝1 州究生学位论叟第1 辛0 1 卉 方案以及博弈论在计费方案中的应用。 然后，本文重点探讨了k e l l y 的基于等效带宽的计费方案，通过对该汁费方案的仿 真，论证了k e l l y 的撼于等效带宽计费可以促使用户在c a c 期间，中明的中值信元率尽 量接近、【k 务流中值信元率的实际值。 最后，本文在k e l l y 的基于等效带宽计费方案的基础上考虑q o s 参数，并在费率的 制定上引入博弈理论，对收费方案进行改进，得到一种能够综合考虑q o s 参数和等效带 宽的基于等效带宽的网络q o s 收费方案；并对该收费方案进行的试验仿真和理论分析， 说明该方案能够根掘不同的时延和时延抖动要求对业务流进行收费。 南京悱i u 人学蛳l ：_ i j i 究生学位论文筇2 奇等敞甜宽理论 第2 章等效带宽理论 本文的主要工作罔绕k e l l y 的基于等效带宽的收费方案而展丌，本章首先叙述了等 效带宽的定义，并分析等效带宽的若干典型估计方法和测量方法。 2 1 等效带宽定义 不同的业务类型具有不同的q o s 要求。网络在传输这些具有不同特性的业务流时应 该提供相应的q o s 保证。各业务流的源端以不同的速率发送数据。网络对这些业务流进 行统计复用，允许业务流的峰值速率之和超过可用链路容量，从而提高了刚络资源的利 用率。等效带宽方法是用来计算业务流被统计复用后所需带宽的一种方法。个业务 流( 或连接) 的等效带宽能够有效地表示该连接所消耗的带宽数量。基于等效带宽列以 对业务流( 或连接) 所占的带宽资源进行有效的计费，也可以简化连接接纳控制。这 些促进了等效带宽理论的发展。 统计复用允许突发源按需共享带宽以提高网络的利用率。这些突发源的统计特性 确定了复用的即时程度( i n s t a n t a n e o u 8d e g r e e ) 。聚合业务流( a g g r e g a t et r a f fjc ) 被 统计复用后，达到峰值速率之和的概率很小。因此，支持统计复用的网络能获得更高 的利用率。使用当前业务流的统计特性，概率承诺服务( p r o b a b i l i s t i eg u a r a n t e e d s e f v i c e ) 保证了包的丢失概率的一个范围“1 ： p ( 源总业务量一可用带宽) r 缓冲x c 3 v d 、 g ( 2 1 ) 其中，f 是时问问隔，s 一般为期望的丢失率。在式( 2 1 ) 中，源被统计复用后，总 的业务量称为源的等效带宽( e f f e c t i v eb a n d w i d t h ) 或有效带宽( e q ujv a l e n t b a n d w i d t h ) 。 该等效带宽的计算方法可表述为如下形式：假设r 是链路带宽，r 为缓冲区大小， 且x ，( r ) 为时间间隔f 内第i 个业务流的瞬时到达速率，x ，( r ) 独立且同分布。设s ( r ) 是 n 个、世务流的瞬时到达速率之和，则s ( r ) = x ，( f ) 。根据式( 2 1 ) ，有 t = l p c s ( r ) 门r b s 。这罩的s ( r ) 即为等效带宽。 南京1 1 1 1 f l u 人学烦i j 究生学位论文 靴2 章等馓带宓娌论 2 2 等效带宽的估计方法 文 3 中+ ，一个具有无黻缓冲区的排队系统( 其服务速率为常数p ) 产生的稳杰遍历 随机过程 x ( f ) ，f t 所需的q o s 保证可描述为 g ( b ) = p ( q b ) e 一 遮犀，q 为队长的随机变量，日为q o s 参数，b 是缓冲医门限。 ( 2 2 ) 设n ，爱类爱为j 瓣! 整务浚夔数量，据，移) 是类型为；懿戴务滚瓣等效繁宽，k 表示 k 业务流类型的数量。如果n j ，( 曰) 羔，那么该q o s 保证就能被满足。 j ；l 下面讨论三静典型静等效带宽静估订方法，鄯丈褊差( t a r g ed e v i a t i o a ) 信计浚、k e l l y 方法和流体流( f l u i df l o w ) i 厦似法。 2 2 大偏差售计法 火偏差估计法是一种基于大偏差理论的方法。它提供了测量几炎源模型的等效带宽 熬统一挺絮，寝矮子菜些类爨懿穗有事俘( r a r ee v e n t ) 。这些臻寄事馋是因为犬羹豹小 羲 率事件闹州发生而导致的。大偏差理论用来估计稀有零件的性质，比如它们的发t 卜频率 和最有可能发生的方式，并将概率问题转变成确定性问题。 夫镳差铬谤法建立在驮长霆分蠢戆澎逶 亍为主，哥穗子分撰长鞠关、监务静簸长尾分 布的渐进性质。最简单的大偏差问题是关于独立同分布的随机变量序列x ，x ：，的试验 t 誊值 兰三生 大子其期望中篷e ( x ，) 验壤率。犬镛差理论蒸予c h e m 。f f 法列 、摊， ( c h e r n o f f 7 s t h e o r e m ) ，也称为克莱姆法月, 1 ( c r a m e 7 s t h e o r e m ) 。这个法则给出了该概率问题 盼上界和下界。 卜瑶是对浚法刚的其体搐透。考虑独立同分布酌随机变量序列x ；，x ：，。瑕设e ( x ，) 存在，没m ( o ) = e e “。，a ( o ) 为累积生成函数( c u m u l a n t g e n e r a l ir i gf u n c t i o n ) ，即 a ( o ) = l o g e e “。那么幽勒诖德变换( l e g e n d r e t f a n s f o f m ) 司褥， i ( a ) ：2s ：9 “0 一a ( o ) ) ”1 。 南京m u 人学坝l ”究生学位论叟 第2 章等效带宽垲论 令l ，：量三当。对每个口 酗和正整数n ，墨，满足 f t p ( s ，盯) sp “( 2 3 ) 假设对0 的某邻域内的0 ，m ( 0 ) o ，存在一个整数，使得剥任何h n o ，满足 p ( s ，日) e 叫( 1 。+ 。( 2 4 ) 由式( 2 3 ) 、( 2 4 ) 可得 p ( s ，口) = p “。嘶 ( 2 5 ) 则式( 2 5 ) 即为c h e m o f f 法则的表达式5 1 ，其中i ( 口) 称为速率函数。 在人偏差理论中，随机变量序列只要存在一个函数i ( ) 使得c h e r n o 行法则成立，则 称该随机变量序列满足大偏差原则( l d p ) 。 接纳控制问题是根据q o s 是否被满足来决定是否接纳该业务流【5 1 。出于满足q o s 要 求的最小带宽是型0 ，那么刻k 务流的等效带宽a ( 护) = 掣。 2 2 2k e liy 方法 大偏差理论中等效带宽的定义仅与业务流的统计特性有关，不依赖于资源的性质， 而r e li y 提出的另一个等效带宽定义包含了两个自由参数。这两个参数分别与空间和时 间有关。空f 日j , o n , j 问刻度的选择将依赖于资源的性质。 令x 0 ，t 为问隔 0 ，t 内从源端到达的业务负荷，k e l l y 对业务流的等效带宽定义为 1 t d ( s ，f ) = ；i l o g e e 。扣。1 o s ，f o o ( 2 6 ) 该函数的变量s 是与统计复用器容量有关的空间参数，变量t 是与缓冲区由满到空 的i ：1 , ? f n j 有关的时间参数。参数s ，t 一起，代表了一个网络工作点( n e t w o r ko p e r a t i n g p o i n t ) ，该工作点依赖于带宽，缓冲区大小和业务流混合( m i x ) 等因素。在给定的某 个实际应用中，时间和空间参数的选择依赖于q o s 需求、资源容量和服务规则。 k e l l y 的等效带宽定义有下列性质”： i 如果x o ，f 】有独立增量，那么a ( s ，t ) 与t 无关； 粥京掷 毡大学预l 训究生学倥论文 第2 章等效带宽理论 看) ( l o ，t j 。乞。x a o ，t j ，兵中x ，【o 7 j 独立，那么掰( s ，t ) 2 乞，q ( s ，小 m 。l 。i m o s ( 、 蹦冲掣 ； t v 黔b 沪一f 掣i 综合j i i 与i 。，s 由。增至o 。时，等效带宽由型中值增加到峰值。 f k e l l y 窭冬等效繁宽定义是舒霹连续瞪鬻夔量毒凌褥到筑。但由予实舔网终楚以离鼗时 i h 1 话行冉勺守r r 辫研窑黼制存离箭时怕f 内得到馨神带甯南 球( 。，f ) ：上l 。g e f 。5 ：一1 o ，r o 。 、 s t lj 用k e l l y 的等效带宽定义计算等散带宽时，需要对业务流的动态过程有详尽的描述， 因此，该定义在实际应用中比较困难。 2 2 毫流体流邋似法 一般柬蜓，裹速网络中鲍资源( 链鼹，缓冲区) 传送的是离散的数据单元( 即数据 包或者信元) ，因此，业务流和缓冲隧魂应是离散筑。然而，当我们处理大缓冲区时， 模型粒度变得很小，以致离敞业务流可以近似为连续业务流( 这意味着我们可以完全忽 嘛信元级剐鼠只分析突发级剐) 。那么，考虑一个储存器，在该锉存器中，一个流体良 变化速率流入，以常速率c 流宙，无论如何，浚稽存嚣j # 空。这种处理方法称为流体流 近似。 流体流横烈把业务滤攒述巍个马尔可夫调制的鼹有峰速率和乎均速率魄连续滚。 令n 为某业务源的等效带宽。那么该j 泣务源通过交换祝时，由流体流近似方法可以得到 业务源的等效带宽2 1 步+ ， 舭赫 2 蹦务l p ； 其中= 肋( 1 一p ) p b ，y = ( 1 一p ) p b 2 十4 日b b p ( 1 一p ) p ，b 是渊的平均突 发疑度，p 为源的翻蠲率( 平均，避僖) ，p 是潺鹄媾谯速率，盘。i n f 三1 ，b 忌交换视的 南京邮i b 人学顾l 研究生学位论文第2 章等效带宽理论 缓冲区大小。聚合流等效带宽可简单估计为该聚合流中各种业务源的等效带宽的和，但 它仅当源突发性不强且具有短平均突发周期时才有效。 2 2 4 一些特定业务源的等效带宽 下面归纳了五种业务源的等效带宽( 对于较简单的游模型如常逐, 率, l k g - 源、岗明业 务源，我们就不作介绍了) 。 。) 泊松业务源：泊松强度为 的泊松流的等效带宽口( 口) ：兰生尘m 。 b )伟朗运动( b r o w n a n m o t i o n ) 业务源：该源的业务流具有稳定的独立增量。其等 效带宽口( 护) = + 去衍2 ”1 ，其中，是中值到达速率，0 2 是到达速率的方差。 c )高斯分布业务源( 根据等效带宽的k e l l y 方法) ：高斯源a ( t ) 有下面形式： a ( ，) = z ( ，) + m ，其中z ( f ) 是零中值的f 态分布，五为中值速率( m e a nr a t e ) a 那么该 类业务流的等效带宽口( 蹦) = 五+ 寺v a r z ( f ) ”1 。 d )离散时问o n o f f 马尔可夫业务源：如图2 1 所示，离散时间o n o f f 马尔可 夫链从状态1 到状态2 的转移概率为“，从状态2 到状态1 的转移概率为兄。在状态1 ， 以常速率h 产生业务量，而在状态2 ，不产生任何业务量，n a - 该类业务源的等效带宽 印一铲1 瞧+ 寿卜 h 九 图2 1 离散时间0 n - 0 f f 马尔可夫业务源 e ) f b m ( f r a c t i o n a lb r o w n i a nm o t i o n ) 业务源：f b m 过程 z ( t ) 常被用作为聚集 业务的模型。具有突发参数为h 的f b m 的等效带宽为口( 口，r ) = + 罢仃2 r 2 h - i 【6 【8 ，其中 是中值到达速率，d 2 是到达速率的方差。它具有长相关结构。f b m 过程的增量过程 堕塞业! ! 叁兰堡! ：业塑生兰堡堡塞 兰! ! 竺墼堕壅型堡 工( f ) = z ( 女+ 1 ) 一z ( 尼) ) 。1 称为f g n ( f r a c t i o n a lg a u s s i a nn o i s e ) 过程。它具有严格自 相关结构。 2 3 等效带宽的测量方法 网络在决定是否接纳一个业务源时，需要知道源的等效带宽，因此等效带宽的计算 必须尽量的方便和快捷：其次，式( 2 2 ) 是无限队列的负荷超过门限b 的概率上限，因此 分配的资源数量可能超过实际资源要求：另外，在k e ll y 的等效带宽定义中，等效带宽 的计算需要对业务流的动态过程有详尽的描述，因此，该定义在实际应用中比较困难。 由于这些原因，等效带宽的测量变得很重要。下面将讨论五种等效带宽的测量方法”“： 直接估计、块估计、k u l b a c k l e i b l e r 距离估计( 简称k l d 估计) 、线性估计( l r 估计) 和时间估计。 l 、直接估计( d i r e c te s t i m a t o r ) “：直接估计用长度为t 的滑动窗口测量到达过程 的采样中值，用该中值代替式( 2 6 ) 中的期望。直接估计没有任何附加假设的限制。但问 隔f f ，f + f ) 内大量到达的业务流可能导致数值溢出，这种潜在的溢出在参数空问上限制 了直接估计的应用。 2 、块估计( b l o c ke s t i m a t o r ) 1 1 1 该方法也可由式( 2 6 ) 导出。它用不重叠的窗口 代替直接估计中滑动窗口。块估计基于这样一个假设：块到达过程是在间隔t 内到达的 独立同分布随机变量的聚合。然而，这个假设也限制了块估计的应用，比如，它不能用 于自相似业务流。 3 、k l d 估计( k u l l b a c k l e i b l e rd i s t a n c ee s t i m a t o r ) 1 ：k l d 方法是基于虚拟缓冲 区的方法，使用式( 2 2 ) 来测量等效带宽。如果到达流x 被送至服务速率为p 的单服务 员队列，那么队列长度超过门限b 的概率以速率口指数衰减。这样通过观察个给定服 务速率为p 的队列的衰减速率来估计口。口的估计可由给定的缓冲门限b 的排队大小的 观测分布和p ( b 1 = e - 4 - i ( p 归之间k l d 的最小值获得( 西为用测量方法得出的测量值) 。 k l d 估计刁i 包含时闻参数。它仅适用于稳定的短相关业务流( s h o r t r a n g ed e p e n d e n t t r a f f i c ) 。 4 、线性回归估计( 1i n e a rr e g r e s s i o ne s t i m a t o r ) “”：该方法与和e l d 估计相似， 不同的是，由于队列长度的衰减速率是速率为目的指数衰减，那么队列长度超过门限b 南京邮电大学伽 i ：研究生学位论文 第2 章等效带宽理论 的概率的对数是线性的，这样可以对给定的_ i d 值使用线性回归方法话计口。它和k l d 估 计有相同的限制。 5 、时间估计( t i m ee s t i m a t o r ) 0 1 ：与其它测量方法不同，时间估计不是测量到达过 程而是考虑到达间隔。这个方法可以避开直接估计和块估计中探测一个正确时间量度的 困难。时间估计中，设定块的大小为a ，要被监测的变量是收集a 个信元所需要的时间。 这隐含了观察块的持续时间与业务流的突发性有关。时| b j 估计将提供仅有变量口的函数。 从上面的描述可知这五种等效带宽的测量方法是使用一定的方法( 如用采样中值 代替期望) 束简化等效带宽定义和估计方法中等效带宽的计算。使用这些方法测出的等 效带宽与用估计方法得到的等效带宽基本是一致的。因此等效带宽的测量方法有助于等 效带宽在各种情况下的应用。 9 南京邮i u 大学坝i ：研究生学位论文 第3 章收费方案综述 第3 章收费方案综述 收费是一个通信网络f 常运转的基本要求。为了提高网络资源的使用效率，网络管理 者除了采用适当的流量控制策略来防止拥塞外，还可以通过对不同业务流制定不同的收费 标准来引导用户合理地利用网络资源。对业务流进行收费，不仅仅是为了获得利润，其本 身也是一种资源分配机制。虽然它不是显式地为特定用户的业务流分配网络的缓冲和带宽 资源，但是，由于价格信号限制了那些对资源的评价低于当前价格的用户进行传输，从而 将网络资源分配给那些传输业务价值更高的用户。换言之，价格信号可以被看作一种激励 机制，用来调整用户的传输行为。随着网络用户的增多，网络拥塞变得越来越严重，更突 出了研究网络收费机制的必要性。 网络的计费机制通常可以分为基于使用的计费机制( u s a g e - b a s e dp r i c i n gm e c h a n i s m u p m ) 和不基于使用的计费机制( n o n u s a g e b a s e dp r i c i n gm e c h a n i s m ：n p m ) “。 基于使用的计费机制是指价格随用户对网络资源使用情况的不同而变化。在基于使用 的计费机制下，用户发送信元的数量、发送的时间等因素都会影响价格，适当的基于使用 的计费机制可以引导用户改变对业务传输位率、突发度或者传输时延的要求，甚至可以引 导用户揭示其业务统计特征的真实信息，这些信息无疑对流量控制策略的制定至关重要。 而不基于使用的计费机制是指在一定的计费时间内用户为使用网络资源而支付的费 用是固定的。在1 ；基于使用的计费机制下价格不随用户对网络资源的使用情况而变化，例 如专线用户支付固定的月租金就可以任意使用所租用的传输信道。下面所述的平速率计费 属于不基于使用的计费机制范畴。 3 1 平速率计费 平速率计费( f l a t - r a t ep r i c i n g ) 1 3 1 是i n t e m e t 网络最早使用的计费方法，至今仍然是 最普遍的收费方法。平速率计费方案中，用户每单位时间支付固定的费用，而与资源的 使用无关。 平速率计费，方法是最简单、方便的，能够应用于现存的网络而不需要任何附加的 计费装置；网络提供者易于对业务流进行收费，管理方便；任何用户都可以接入到网络， 并且获得相同的服务水平。该计费机制便于理解，并可以充分的使用网络所提供的服务。 露翕辫也大学镀i 嘲 究虫掌位茔立 筘3 常枝爨方箍：综述 然丽，网络嗣户是自私纳，双考懑国已静收蕊。他们缝 蔓希罄褥戮离质量瀚服务， 磷不是每链，氏京终，鼠弼霉致了薅终粕黎鹃囊蕊，两霹络秘窭发囊霹重，该方裹茺法对蹋 户进行控镶葶翟蘧耨分配瓷灞，囡蕊乎遮攀收费不裁予搦签擦凝帮竖努藏管避；曼终，它 没有考虑用户的不同服务腻掇要求，常常导致资源的浪旋；平速攀汁费的收赞畸实际馒 攒无荚，透斌，浚援鼙警鼗了对辍曩户不公平 包速率( 2 ) 中值包大小= 包大，j 、 距离= 距离 空：其中“ ”表示右边的参数出左边鳃q o s 参数转换露来。 ( 1 ) 转换盾的延迟= 可撩受延运+ 可接受的延迟辩动 ( 2 ) 转换后的包速率= 要求的包速率x ( 1 - - p l p ) 将上述的q o s 参数换算为可接受队列蜒迟( a q d ) 、包速率、包大小和距离( 蹴数) 等 参数，再根据可接受延迟计算每个包的估计到达时间( e t a ) 。埘在不同时i 脚到达的每 1 8 童查业! ! 叁堂堕! 型薹圭兰堡丝壅笙! ! 坚望塑塞堡些 个包，按下面所示的价格收取不同的费用。 a ) 任何在e t a 内到达的包，满足所需要的q o s ，其价格为实际包大小x 距离a q d ； b ) 任何包时隙丢失的包价格为最小包大小距离a q d ； c 1 在e t a 之外到达的包价格为实际包大小x 距离a q d ； d ) 由于搠塞而丢失的包价格为平均包大d , t e 离a q d 。 基于q o s 对每个包进行计费后，根据下面公式对业务流进行收费： 。( ) = 口+ p ( ) + 卢+ 月( ) + ， 其中，c 忡。( a ) 为该业务类型( 如实时业务流或非实时业务流) 的收费，。：是 q o s 参数集( 如带宽，包丢失率，平均时延，时延抖动等) ，a 是基于使用收费的系数， p ( o - c 。) 为由上面的计费机制中计算出的价格，为资源的系数，月( ) 是资源预留收 费( 可能包括连接建立的收费) ，而，是固定的接入收费。该方案可用在任何提供q o s 的环境中。 基于q o s 的收费方案，综合考虑了用户对网络资源的使用基于用户对q o s 的选 择进行业务流收费，为i s p s 提供了确保利润的手段。 3 4 计费机制中博弈论的应用 博弈论( g a m e t h e o r y ，又称对策论) 数学模型的提出已有近五十年的历史，从最早 的二人零和对策到目前已发展完备的合作对策及非合作对策f ”1 ，博弈论思想应用于经济和 市场决策领域已经取得广泛的成功 3 4 i 。博弈论是研究竞争条件下决策分析的科学。它研究 的典型问题是若干个利益冲突者在同一环境中进行决策以求自己的利益得到满足。 博弈问题有五个要素：局中人，局中人的可行方案集，局中人决策的先后顺序，局中 人的收益函数，信息。 - 局中人，是指在问题中为自己的利益进行决策的各方。 - 可行方案集是局中人可以采取的行为方案的全体。 决策先后顺序是实际问题动态性质的反映。如果各个局中人是同时进行决策， 或者不同局中人决策时间有先后顺序，但后决策的局中人并不知道前面的局中 人选择了什么行为方案，问题便是静态博弈；其它的都是动态博弈。 1 9 窭塞塑! i 叁兰塑! 型! 薹羔里竺笙塞 望! 薹堕望变窭鳖堕 一 收益函数是博弈最后结果中各个局中人利益的表示。 - 信息是指局中人在决策时对其条件的知识。 缓定爝户麓存在对瓣络资源豹竞争，这释竞争穗当于经济学孛静利益冲突，翮络资滚 分配的目的魁进行用户间的利益协调。在博弈论模型下，通常假怒用户和资源供应商独立 优化各自的评价函数，从丽饺资源分配达到某一特定的对策均衡解。 簿穿沦( 袋对襞泠) 在汁费辊裁孛瀚应角大致有簿令方瑟。一方蟊，透过簿穿论解 决上述的一些机制中某些具体问题，如优先级计费中，网络应用的优先级和网络资源的 分配就是用户和网络系统之间协商的n a s h 均衡问题；另一方面，运用博弈论研究业务 流的诗费撬翻。对于翦者，由于不涉及诗费魏舔瑾，我弼不孬赘；窭。后者怒瓣络看搏包 括系统( 1 酬络服务提供简) 和用户在内的若干局中人之间的博弈。博弈论的关注点包括 研究单个的鼹中人造求效蘸最大化行为的决策过程，系统在大量周中人的作矧下是否存 在墓秘均臻或稳定释，以及嗣中久暴激竞争与合 筝等不霜策殪对于系统对策均衡解静彩 虮单个用户为了使自己的收益最大化，其行为是自私的；当没裔用户能够再提高自己 的满意度时，刚络达到平褥_ n a s h 均掇。这样的话，如果所有服务类别的价格楣| 一， 那么臻户将选择最高质量激务。 对资源管理者而言，博弈论方法只提供一种保证用户通过协议方式获取网络资源的 机制，不同蹋户可以台作( 铂多个业务源的统计复用) ，也可以竞争( 如在遣缓建立阶 段不强、监务呼明争夺丽络戆可箱带宽) 。 非合作博弈( n o n c o o p e r a t i v eg a m e ) 是对所有局中人的决策思维作出种假设而来 考察的竞争决燕机制。这葶f | i 假设是：局中人认为所礴对手欲景自己于不利，丽邋过聪自 已可行方案邋行逸拜班求收盏尽可能大。文 3 5 1 摇密，菲合作薄羚中两个竞争豹i s p 之 | 白j 能够达到n a s h 均衡。 与非台 乍溥奔相对，合作博弈( c o o p e r a t i v eg a m e ) 中，麟中人谋划与其对手共 同取得尽可熊大懿秘益。邋常，考虑弱户阊资源剩鹚的公平牲对，应往意到泻户在传藕 叻、商阶段可以自由选择对自己有利的策略，它与其它用户的合作收益不能低于自已单独 行动在最坏愤况一f 的收签。从网络角度餐，所有合作媾弈解都应具有这样的性质：在均 衡点楚任何溺户收益的增加都必将导致箕毡雳户枝蔬的降低。已有学者论证，台作博弈 因其实施需鬟通用的流量控制算法、信令系统和抽象的效用函数米调控用户的行为，故 不能应用至i 现存的网络中 3 ”。 薅奔论侔为微观经漭