基于無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型的電話網(wǎng)絡(luò)通信量分析.ppt

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1、Scale-freeuser-networkapproachtotelephonenetworktrafficanalysis基于無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型的電話網(wǎng)絡(luò)通信量分析YongxiangXia,*ChiK.Tse,?WaiM.Tam,?FrancisC.M.Lau,andMichaelSmallReceived4April2005;published16August2005本文研究用戶網(wǎng)絡(luò)對(duì)電話網(wǎng)絡(luò)通信量的影響。傳統(tǒng)的假設(shè)（完全連接的用戶網(wǎng)絡(luò)）：用戶間鏈接是一致的，均勻的通信量分析方法。提出的方法（無(wú)標(biāo)度用戶網(wǎng)絡(luò)）：無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)分析電話用戶行為。每個(gè)用戶都有一些固定的朋友，他有可

2、能與他們聯(lián)系，這些朋友的數(shù)量也是遵循冪律分布。對(duì)于無(wú)標(biāo)度用戶網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)阻塞(呼叫失敗)通常更嚴(yán)重。它也表明，不是由于網(wǎng)絡(luò)容量，而是由于用戶網(wǎng)絡(luò)無(wú)標(biāo)度特性，使承載的通信量是有限的。摘要：研究背景和意義在社會(huì)，信息，技術(shù)，和生物系統(tǒng),無(wú)數(shù)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)例子。電話網(wǎng)絡(luò)，包括傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡(luò)和蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，都是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。電話網(wǎng)絡(luò)在過(guò)去的幾十年里，經(jīng)歷了飛速的發(fā)展。對(duì)于運(yùn)營(yíng)商，經(jīng)營(yíng)面臨挑戰(zhàn)，必需提供多種通信服務(wù)，同時(shí)保持一個(gè)適當(dāng)水平的服務(wù)質(zhì)量。為了便于更好地網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，能反映真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的通信量的分析方法是不可或缺的。這就要求建立與現(xiàn)實(shí)的物理網(wǎng)絡(luò)相似的特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型——無(wú)標(biāo)度用戶網(wǎng)絡(luò)模型互聯(lián)網(wǎng)、

3、航空網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)絡(luò)比較互聯(lián)網(wǎng)，航空網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)絡(luò)都是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)是一個(gè)分組交換系統(tǒng)。在傳輸過(guò)程中，從源和目的地沒(méi)有建立專門的連接,要經(jīng)過(guò)路由器的轉(zhuǎn)發(fā)。類似，航空網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)分組交換系統(tǒng)。電話網(wǎng)絡(luò)是電路交換系統(tǒng)，每一個(gè)電話呼叫，來(lái)電和接收器之間建立專門的連接。應(yīng)用于研究互聯(lián)網(wǎng)或航空交通網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)理論不適用研究電話網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建用戶網(wǎng)絡(luò)模型基本思想傳統(tǒng)的通信量分析，每個(gè)用戶可以以相同的概率打電話給其他用戶。因此，這個(gè)用戶網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)全連接網(wǎng)絡(luò)。這樣在用戶網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)用戶的影響被認(rèn)為是相同的。然而，在現(xiàn)實(shí)中，一些用戶比其他的用戶進(jìn)行更多的通話。一個(gè)相對(duì)較小的集團(tuán)用戶通常負(fù)責(zé)大多數(shù)的電話，

4、有更大的通信量影響。我們的基本假設(shè)是：用戶網(wǎng)絡(luò)是不均勻的，即，在網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)用戶不能以相同的概率呼叫每一個(gè)用戶。事實(shí)上，用戶通常只呼叫叫自己認(rèn)識(shí)的人，如家庭成員，同事，朋友們。如果用戶有更多的熟人，在任何時(shí)刻他打電話或接電話的概率會(huì)更高。構(gòu)建無(wú)標(biāo)度用戶網(wǎng)絡(luò)步驟：首先，一些熟人用戶數(shù)量對(duì)于用戶i是一個(gè)服從冪律分布的隨機(jī)數(shù)。換句話說(shuō)，在這一步，熟人名單上的規(guī)模對(duì)每個(gè)用戶是固定的。下一步，認(rèn)識(shí)的用戶列表中在朋友的選擇在網(wǎng)絡(luò)中是隨機(jī)的。認(rèn)識(shí)的關(guān)系是雙向的。例如，如果用戶i選擇用戶j做朋友，然后用戶i就自動(dòng)添加到用戶j的相識(shí)名單中。當(dāng)一個(gè)用戶要打個(gè)電話，他隨機(jī)從他的熟人名單選擇一個(gè)接收器。

5、用戶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖形式上，這是一個(gè)典型的無(wú)標(biāo)度配置。我們可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)和連接來(lái)描述一個(gè)用戶網(wǎng)絡(luò)。具體來(lái)說(shuō)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)用戶，l連接表明，節(jié)點(diǎn)之間這些用戶是朋友。節(jié)點(diǎn)的度（連接節(jié)點(diǎn)數(shù)）等于朋友數(shù)量。實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)用戶，用戶i只有個(gè)鏈接，這些鏈接連接著他和他的個(gè)朋友：服從冪律分布：具有指數(shù)特性圖2顯示在無(wú)標(biāo)度用戶網(wǎng)絡(luò),服從冪律分布的。我們清楚地看到，一個(gè)相對(duì)少數(shù)用戶擁有大量的熟人模型分析中的基本概念在電話網(wǎng)絡(luò)，“通信量”，指的是累積的被用戶占用的溝通信道的數(shù)量。電話網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有向的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)邊有一個(gè)方向從呼叫者到接收者用戶的電話可分為2類：來(lái)電和去電。來(lái)電（incomingcall

6、s）：被收到的電話。去電（outgoingcalls）：正在發(fā)起的電話。保持時(shí)間（holdingtime）：呼叫到達(dá)，對(duì)話成功建立，雙方的通話時(shí)間。平均呼叫到達(dá)率（）：每單位時(shí)間平均電話到達(dá)的數(shù)量通信量負(fù)載取決于：平均呼叫到達(dá)率（）占用時(shí)間（holdingtime）interarrivaltime：間隔時(shí)間intercalltime：電話閑置時(shí)間三種典型的電話進(jìn)程case1：呼叫到達(dá)時(shí)，接收器閑置，呼叫建立成功，并調(diào)用接收器從事一次通話。case2：呼叫到達(dá)時(shí)，用戶在與另一個(gè)用戶進(jìn)行通話或所有通道都被占用。此時(shí)電話處于阻塞狀態(tài)。Case3：用戶想在時(shí)刻建立一個(gè)通話，但是在時(shí)刻，收

7、到一個(gè)通話，則此時(shí)通話不能正常進(jìn)行，被取消。但是由于此通話未發(fā)起，所以電話不處于阻塞狀態(tài)。占用時(shí)間（holdingtime）是服從指數(shù)分布的隨機(jī)變量，其概率密度函數(shù)：是平均通話時(shí)間，對(duì)所有的用戶都相同。電話閑置時(shí)間（intercalltime）概率密度函數(shù)是平均閑置時(shí)間，對(duì)于不同的用戶，平均值不一樣對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，平均通話率：=N為網(wǎng)絡(luò)用戶總數(shù)通信量強(qiáng)度A代表一段時(shí)間內(nèi)的平均活動(dòng)，單位是“愛(ài)爾蘭”A=單一信道的通信量強(qiáng)度是1愛(ài)爾蘭：這條信道總是處于繁忙狀態(tài)。一組信道的最大通信量強(qiáng)度