试论下一代网络核心业务平台的研究及性能分析

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1、北京邮电大学博士学位论文下一代网络核心业务平台的研究及性能分析姓名：杨孟辉申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：廖建新20050510北京邮电大学博J：学位论文摘要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NGN的亮点，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NON业务。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。NGN业务平台包括两部分：统-17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

2、多个厂家的NGN设备时，统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-17户平台，就能够丌通或者定制自己需要的各种NGN业务。(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NON厂家的设备时，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。NGN业务平台实现了虚拟归属环境(VHE)所表达的统一业务平台的概念，它以一致的

3、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。NON核心业务平台采用Parlay／OSA技术，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NON核心业务平台中业务管理服务器、Parlay服务器、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Parlay服务器的功能和性能需求，提出了Parlay服务器的负载共享结构；基于Parlay服务器

4、的负载共享结构，提出了Parlay服务器的性能分析模型。根据性能模型，分析了Parlay服务器的服务效率、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Parlay服务器的服务性能提供了理论依据，对Varlay技术的应用有积极地指导意义。(--)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，系统吞吐量北京邮f匕人学博‘I。学位论文摘要和拒绝概率性能指标，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

5、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NGN核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，可以定位影晌系统性能的瓶颈。仿真实验验证了NGN核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『F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

6、的性能分析有重要参考价值。(四)分析了NGN核心业务平台提供的功能，提出了NGN核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NGN核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NON核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Petri网，提出了～种计算NGN核心业务平台可靠性的方法。对双机热备份容错系统和N+I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

7、的可靠性进行了建模与分析。通过实例，分析了NGN核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NGN核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Markov链的可靠性分析模型，并使用Markov过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