【毕业学位论文】（Word原稿）下一代网络核心业务平台的研究及性能分析-计算机应用技术博士论文

密级： 保密期限： 博士研究生学位论文 题目： 下一代网络核心业务平台的研究及性能分析 学 号： 028104 姓 名： 杨孟辉 专 业： 计算机应用技术 导 师： 廖建新 教授 学 院： 计算机科学与技术学院 2005年 05 月 10 in of F 0, 2005 3 独创性（或创新性）声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学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已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期： 关于论 文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校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，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后遵守此规定） 保密论文注释：本学位论文属于保密在 年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 日期： 导师签名： 日期： 北京邮电大学博士学位论文 摘要 1 下一代网络核心业务平台的研究及性能分析 摘 要 强大的业务提供能力是 亮点，但目前各种标准化工作组织出于自己的考虑，各自提出了不同的业务接口标准，并且各厂家所推出的业务层的设备也相差较远，不利于各电信运营商开展 务。鉴于此，有必要开发各电信运营商自己的业务平台，并在此基础上提供各电信运营商特色业务。 务平台包括两 部分：统一门户平台和核心业务平台。 (1)统一门户平台主要是面向用户。当运营商在同一个地点存在多个厂家的 一门户平台使运营商屏蔽具体的厂家设备和提供的业务之间的差异，让用户面对的是一个统一的业务界面。用户通过统一门户平台，就能够开通或者定制自己需要的各种 务。 (2)核心业务平台或业务生成平台主要是运营商用来开发新业务或者向第三方内容提供商开放的一个业务平台。当存在多个 家的设备时，由于各厂家在开发具体业务时有不同的实现方式。因此，运营商建一个统一的业务平台显得非常必要，各个设备厂家遵 循运营商业务平台的规范和接口，以便运营商快速地提供统一的增值业务或者向第三方内容提供商开放。 务平台实现了虚拟归属环境（ 表达的统一业务平台的概念，它以一致的方式向用户提供业务并控制业务，使得用户在不同网络漫游，使用不同终端时将得到相同的定制化环境。 心业务平台采用 术，使得业务提供者能够便捷地利用网络能力开发业务。 本论文结合电子信息产业发展基金重点项目“下一代网络核心业务平台”，介绍了作者在系统研发过程中的主要工作，研究的侧重点选择在系统服务性能建模，系统可靠性 建模等几个方面，主要考察了 心业务平台中业务管理服务器、 务器、整个业务平台的服务性能和可靠性。 本论文的主要创新工作可以简要归纳如下： （一） 对 务器的功能和性能需求，提出了 务器的负载共享结构；基于务器的负载共享结构，提出了 务器的性能分析模型。根据性能模型，分析了 务器的服务效率、消息的平均等待时间、平均逗留时间、平均排队长度、平均个数等性能指标。通过仿真试验，验证了性能模型的有效性。该 性能模型为分析 务器 的 服务性 能提 供了理论依据 ，对 术 的应用 有积极地指导意义。 （二） 建立了 业务管理 服务器的性能模型，分析了该系统的 平均响应时间，系统吞吐量和北京邮电大学博士学位论文 摘要 2 拒绝概率 性能指标，并给出了求解这些性能指标的表达式。通过对真实系统测量 , 确定了模型参数。仿真实验和对真实系统的测量都验证了性能模型的有效性。对实验结果的分析表明，该性能模型能够反映实际系统的真实性能状况，是一个有效的数学模型。 （三） 利用排队网络理论建立了 心业务平台的性能分析模型，即基于消息流的多任务类型封闭排队网络模型。提出了用于分析多任务类型封闭排队网络模型的近似平均 值分析算法，并运用该算法对本文提出的性能分析模型进行了求解，获得了该模型每一个节点中所有消息的平均排队长度，平均时延和吞吐量等性能指标。通过分析这些性能指标，可以定位影响系统性能的瓶颈。仿真实验验证了心业务平台性能模型的有效性，同时也验证了本文提出的近似平均值分析算法对分析多任务类型封闭排队网络模型的正确性和有效性。本文提出的近似平均值分析算法对一般的封闭排队网络模型的性能分析有重要参考价值。 （四） 分析了 心业务平台提供的功能 , 提出了 心业务平台负载共享模型，描述了负载共享的实现方法及相关 技术；基于该负载共享模型，提出了 心业务平台硬件配置的最优化计算方法。该方法根据业务需求以及运行业务软件的计算机的特征来求解 心业务平台的最小代价硬件配置。仿真实验验证了该最优化计算方法的有效性和正确性。 （五） 基于随机 ，提出了一种计算 心业务平台可靠性的方法。对双机热备份容错系统和 N+1 互备份容错系统的硬件环境分别进行了可靠性建模与分析。提出了软件模块容错方法，并得到了软件模块可靠性表示方法；然后从软件模块的角度，对业务软件的可靠性进行了建模与分析。通过实例，分析了 心业务平 台的硬件系统和业务软件是如何协作满足业务可靠性要求。 （六） 由于 心业务平台的支撑环境是一个集群系统，本文分析了具有 n+k 冗余配置的一般计算机集群系统的可靠性，提出了基于 的可靠性分析模型，并使用 程理论对该模型进行了求解。定义了 3 个用于可靠性分析的度量指标，即可靠性、年停机时间、平均故障前时间。使用可靠性分析模型对上述指标进行了数值试验，同时分析了 n+k 冗余配置集群系统的可靠性与计算机故障率、硬件切换修复率、计算机重启修复率、计算机重新加载修复率、人工维修率、故障修复覆盖因子、工作 计算机的数量、冗余计算机的数量和应用需要的最小计算机数量之间的关系。与 出 的模型相比，该模型更加通用，可以分析具有 n+k 冗余配置的一般计算机集群系统的可靠性。分析结论对计算机集群的设计具有重要参考价值。 本论文受国家自然科学基金（ 60432010）、 高等学校博士学科点专项科研基金资助课北京邮电大学博士学位论文 摘要 3 题（ 20030013006）资助。 【 关键词 】 下一代网络， 能建模与分析，可靠性建模与分析， 最优化计算 a of of GN It is to in of (1) is a of in to a GN (2) or is to or rd it is to a of in to or rd of It to in is SA by on &D to GN in of of in of in (1) a on of at on as of of in is s (2) In to of GN on as on is of to of it is (3) at GN on To an is to as in in be by in be is is in in of to (4) GN a on an of is of in to is to of (5) an of GN is of up on +1 A to is to of is in of is a is to to (6) GN is a To of a n+k an is by to on of of of by s is to of a n+k is by 0432010, 20030013006). 北京邮电大学博士学位论文 目录 I 目录 第一章 绪论 . 1 言 . 1 内外发展动态 . 8 文的主要贡献 . 10 文的结构和安排 .章参考文献 . 13 第二章 心业务平台的研究与实现 . 14 言 . 14 心业务平台的系统结构及相关技术 . 14 心业务平台的系统结构 . 15 心业务平台相关的技术体制 . 16 务器中面向会话 服程序的研究与实现 . 20 务 . 21 向会话 服程序的实现 . 22 用 台实现会话管理 . 25 种方案的评价 . 26 务器接入安全的研究与实现 . 26 务器的负载共享结构 . 27 务器接入安全的实现 . 28 异步方法调用的实现和性能评价 . 32 步方法调用 . 34 步模式与异步回调模式的性能比较 . 40 章参考文献 . 43 第三章 务器性能建模与分析 . 46 言 . 46 务器的负载共享结构 . 46 统性能分析模型 . 47 求服务过程合并后的平均服务率求解方法 . 48 求到达过程合并后的平均到达率求解方法 . 49 求到达过程合并后产生请求 的应用实体个数求解方法 . 49 务器性能模型求解 . 50 型评价 . 51 . 51 . 52 . 52 果分析 . 53 章小节 . 53 章参考文献 . 54 北京邮电大学博士学位论文 目录 四章 业务管理服务器的性能建模与分析 . 5