密級(jí)： 保密期限： 博士研究生學(xué)位論文 題目： 下一代網(wǎng)絡(luò)核心業(yè)務(wù)平臺(tái)的研究及性能分析 學(xué) 號(hào)： 028104 姓 名： 楊孟輝 專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù) 導(dǎo) 師： 廖建新 教授 學(xué) 院： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 2005年 05 月 10 in of F 0, 2005 3 獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明 本人聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果，也不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 日期： 關(guān)于論 文使用授權(quán)的說(shuō)明 學(xué)位論文作者完全了解北京郵電大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)單位屬北京郵電大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定） 保密論文注釋：本學(xué)位論文屬于保密在 年解密后適用本授權(quán)書。非保密論文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，適用本授權(quán)書。 本人簽名： 日期： 導(dǎo)師簽名： 日期： 北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文 摘要 1 下一代網(wǎng)絡(luò)核心業(yè)務(wù)平臺(tái)的研究及性能分析 摘 要 強(qiáng)大的業(yè)務(wù)提供能力是 亮點(diǎn)，但目前各種標(biāo)準(zhǔn)化工作組織出于自己的考慮，各自提出了不同的業(yè)務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)，并且各廠家所推出的業(yè)務(wù)層的設(shè)備也相差較遠(yuǎn)，不利于各電信運(yùn)營(yíng)商開(kāi)展 務(wù)。鑒于此，有必要開(kāi)發(fā)各電信運(yùn)營(yíng)商自己的業(yè)務(wù)平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上提供各電信運(yùn)營(yíng)商特色業(yè)務(wù)。 務(wù)平臺(tái)包括兩 部分：統(tǒng)一門戶平臺(tái)和核心業(yè)務(wù)平臺(tái)。 (1)統(tǒng)一門戶平臺(tái)主要是面向用戶。當(dāng)運(yùn)營(yíng)商在同一個(gè)地點(diǎn)存在多個(gè)廠家的 一門戶平臺(tái)使運(yùn)營(yíng)商屏蔽具體的廠家設(shè)備和提供的業(yè)務(wù)之間的差異，讓用戶面對(duì)的是一個(gè)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)界面。用戶通過(guò)統(tǒng)一門戶平臺(tái)，就能夠開(kāi)通或者定制自己需要的各種 務(wù)。 (2)核心業(yè)務(wù)平臺(tái)或業(yè)務(wù)生成平臺(tái)主要是運(yùn)營(yíng)商用來(lái)開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)或者向第三方內(nèi)容提供商開(kāi)放的一個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)。當(dāng)存在多個(gè) 家的設(shè)備時(shí)，由于各廠家在開(kāi)發(fā)具體業(yè)務(wù)時(shí)有不同的實(shí)現(xiàn)方式。因此，運(yùn)營(yíng)商建一個(gè)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺(tái)顯得非常必要，各個(gè)設(shè)備廠家遵 循運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)平臺(tái)的規(guī)范和接口，以便運(yùn)營(yíng)商快速地提供統(tǒng)一的增值業(yè)務(wù)或者向第三方內(nèi)容提供商開(kāi)放。 務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了虛擬歸屬環(huán)境（ 表達(dá)的統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺(tái)的概念，它以一致的方式向用戶提供業(yè)務(wù)并控制業(yè)務(wù)，使得用戶在不同網(wǎng)絡(luò)漫游，使用不同終端時(shí)將得到相同的定制化環(huán)境。 心業(yè)務(wù)平臺(tái)采用 術(shù)，使得業(yè)務(wù)提供者能夠便捷地利用網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)。 本論文結(jié)合電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金重點(diǎn)項(xiàng)目“下一代網(wǎng)絡(luò)核心業(yè)務(wù)平臺(tái)”，介紹了作者在系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中的主要工作，研究的側(cè)重點(diǎn)選擇在系統(tǒng)服務(wù)性能建模，系統(tǒng)可靠性 建模等幾個(gè)方面，主要考察了 心業(yè)務(wù)平臺(tái)中業(yè)務(wù)管理服務(wù)器、 務(wù)器、整個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)的服務(wù)性能和可靠性。 本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作可以簡(jiǎn)要?dú)w納如下： （一） 對(duì) 務(wù)器的功能和性能需求，提出了 務(wù)器的負(fù)載共享結(jié)構(gòu)；基于務(wù)器的負(fù)載共享結(jié)構(gòu)，提出了 務(wù)器的性能分析模型。根據(jù)性能模型，分析了 務(wù)器的服務(wù)效率、消息的平均等待時(shí)間、平均逗留時(shí)間、平均排隊(duì)長(zhǎng)度、平均個(gè)數(shù)等性能指標(biāo)。通過(guò)仿真試驗(yàn)，驗(yàn)證了性能模型的有效性。該 性能模型為分析 務(wù)器 的 服務(wù)性 能提 供了理論依據(jù) ，對(duì) 術(shù) 的應(yīng)用 有積極地指導(dǎo)意義。 （二） 建立了 業(yè)務(wù)管理 服務(wù)器的性能模型，分析了該系統(tǒng)的 平均響應(yīng)時(shí)間，系統(tǒng)吞吐量和北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文 摘要 2 拒絕概率 性能指標(biāo)，并給出了求解這些性能指標(biāo)的表達(dá)式。通過(guò)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)測(cè)量 , 確定了模型參數(shù)。仿真實(shí)驗(yàn)和對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的測(cè)量都驗(yàn)證了性能模型的有效性。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析表明，該性能模型能夠反映實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)性能狀況，是一個(gè)有效的數(shù)學(xué)模型。 （三） 利用排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)理論建立了 心業(yè)務(wù)平臺(tái)的性能分析模型，即基于消息流的多任務(wù)類型封閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型。提出了用于分析多任務(wù)類型封閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的近似平均 值分析算法，并運(yùn)用該算法對(duì)本文提出的性能分析模型進(jìn)行了求解，獲得了該模型每一個(gè)節(jié)點(diǎn)中所有消息的平均排隊(duì)長(zhǎng)度，平均時(shí)延和吞吐量等性能指標(biāo)。通過(guò)分析這些性能指標(biāo)，可以定位影響系統(tǒng)性能的瓶頸。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了心業(yè)務(wù)平臺(tái)性能模型的有效性，同時(shí)也驗(yàn)證了本文提出的近似平均值分析算法對(duì)分析多任務(wù)類型封閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的正確性和有效性。本文提出的近似平均值分析算法對(duì)一般的封閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的性能分析有重要參考價(jià)值。 （四） 分析了 心業(yè)務(wù)平臺(tái)提供的功能 , 提出了 心業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)載共享模型，描述了負(fù)載共享的實(shí)現(xiàn)方法及相關(guān) 技術(shù)；基于該負(fù)載共享模型，提出了 心業(yè)務(wù)平臺(tái)硬件配置的最優(yōu)化計(jì)算方法。該方法根據(jù)業(yè)務(wù)需求以及運(yùn)行業(yè)務(wù)軟件的計(jì)算機(jī)的特征來(lái)求解 心業(yè)務(wù)平臺(tái)的最小代價(jià)硬件配置。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該最優(yōu)化計(jì)算方法的有效性和正確性。 （五） 基于隨機(jī) ，提出了一種計(jì)算 心業(yè)務(wù)平臺(tái)可靠性的方法。對(duì)雙機(jī)熱備份容錯(cuò)系統(tǒng)和 N+1 互備份容錯(cuò)系統(tǒng)的硬件環(huán)境分別進(jìn)行了可靠性建模與分析。提出了軟件模塊容錯(cuò)方法，并得到了軟件模塊可靠性表示方法；然后從軟件模塊的角度，對(duì)業(yè)務(wù)軟件的可靠性進(jìn)行了建模與分析。通過(guò)實(shí)例，分析了 心業(yè)務(wù)平 臺(tái)的硬件系統(tǒng)和業(yè)務(wù)軟件是如何協(xié)作滿足業(yè)務(wù)可靠性要求。 （六） 由于 心業(yè)務(wù)平臺(tái)的支撐環(huán)境是一個(gè)集群系統(tǒng)，本文分析了具有 n+k 冗余配置的一般計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)的可靠性，提出了基于 的可靠性分析模型，并使用 程理論對(duì)該模型進(jìn)行了求解。定義了 3 個(gè)用于可靠性分析的度量指標(biāo)，即可靠性、年停機(jī)時(shí)間、平均故障前時(shí)間。使用可靠性分析模型對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)值試驗(yàn)，同時(shí)分析了 n+k 冗余配置集群系統(tǒng)的可靠性與計(jì)算機(jī)故障率、硬件切換修復(fù)率、計(jì)算機(jī)重啟修復(fù)率、計(jì)算機(jī)重新加載修復(fù)率、人工維修率、故障修復(fù)覆蓋因子、工作 計(jì)算機(jī)的數(shù)量、冗余計(jì)算機(jī)的數(shù)量和應(yīng)用需要的最小計(jì)算機(jī)數(shù)量之間的關(guān)系。與 出 的模型相比，該模型更加通用，可以分析具有 n+k 冗余配置的一般計(jì)算機(jī)集群系統(tǒng)的可靠性。分析結(jié)論對(duì)計(jì)算機(jī)集群的設(shè)計(jì)具有重要參考價(jià)值。 本論文受國(guó)家自然科學(xué)基金（ 60432010）、 高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助課北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文 摘要 3 題（ 20030013006）資助。 【 關(guān)鍵詞 】 下一代網(wǎng)絡(luò)， 能建模與分析，可靠性建模與分析， 最優(yōu)化計(jì)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). 北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文 目錄 I 目錄 第一章 緒論 . 1 言 . 1 內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) . 8 文的主要貢獻(xiàn) . 10 文的結(jié)構(gòu)和安排 .章參考文獻(xiàn) . 13 第二章 心業(yè)務(wù)平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn) . 14 言 . 14 心業(yè)務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù) . 14 心業(yè)務(wù)平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) . 15 心業(yè)務(wù)平臺(tái)相關(guān)的技術(shù)體制 . 16 務(wù)器中面向會(huì)話 服程序的研究與實(shí)現(xiàn) . 20 務(wù) . 21 向會(huì)話 服程序的實(shí)現(xiàn) . 22 用 臺(tái)實(shí)現(xiàn)會(huì)話管理 . 25 種方案的評(píng)價(jià) . 26 務(wù)器接入安全的研究與實(shí)現(xiàn) . 26 務(wù)器的負(fù)載共享結(jié)構(gòu) . 27 務(wù)器接入安全的實(shí)現(xiàn) . 28 異步方法調(diào)用的實(shí)現(xiàn)和性能評(píng)價(jià) . 32 步方法調(diào)用 . 34 步模式與異步回調(diào)模式的性能比較 . 40 章參考文獻(xiàn) . 43 第三章 務(wù)器性能建模與分析 . 46 言 . 46 務(wù)器的負(fù)載共享結(jié)構(gòu) . 46 統(tǒng)性能分析模型 . 47 求服務(wù)過(guò)程合并后的平均服務(wù)率求解方法 . 48 求到達(dá)過(guò)程合并后的平均到達(dá)率求解方法 . 49 求到達(dá)過(guò)程合并后產(chǎn)生請(qǐng)求 的應(yīng)用實(shí)體個(gè)數(shù)求解方法 . 49 務(wù)器性能模型求解 . 50 型評(píng)價(jià) . 51 . 51 . 52 . 52 果分析 . 53 章小節(jié) . 53 章參考文獻(xiàn) . 54 北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文 目錄 四章 業(yè)務(wù)管理服務(wù)器的性能建模與分析 . 5