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确定主机的地理位置是一项重要的网络应用服务,目前主要是通过查询IP到实际地理位置的映射数据库来获得主机的地理位置,IP地址库不易构建与维护,由于更新不及时、覆盖度低、粒度大等原因,所提供的节点的位置不够精准。已有的基于网络坐标的地理信息系统是在构建虚拟网络坐标系统的基础上构建主机地理位置定位系统,在构建虚拟网络坐标系统时,由于受基准节点、坐标维数、“失真时延”和三角不等式违例的影响,产生了预测时延与实测时延之间的误差,最后定位主机地理位置时,除了在最小化误差函数时会产生误差之外,由于使用了虚拟网络坐标系统的预测时延,误差被累加放大。
论文主要针对“失真时延”和三角不等式违例对虚拟网络坐标系统性能的影响以及主机地理位置定位时误差被累加放大的问题,研究的内容和成果包括以下三个方面:
(1)由于网络状态的变化,网络时延随时都在变化,有时候会出现大幅度地波动甚至是跳跃,如果直接采用“失真”的时延值作为输入时延,那么节点定位的坐标位置被错位,时延预测性能不佳,因而从时延样本中过滤出正常的时延值作为网络时延输入是提高时延预测性能的基础。本文介绍并分析了已有的时延预处理算法,进一步提出了递归点估计时延过滤(RPE-filter)算法。
(2)由于网络本身的原因,特别是路由策略的原因,网络中不可避免地存在TIV现象,而传统的构建网络坐标系统的算法(包括Vivaldi算法)默认严格满足三角不等式约束,导致系统的准确性与稳定性不高。本文通过引入三角系数,改进了Vivaldi算法使之具有检测、抑制TIV的功能。
(3)通过前人的研究得出地理距离与网络距离成正比例相关关系,因而可以选择球面地理坐标空间作为网络坐标空间所嵌入的几何空间,即可以直接利用时延信息构建主机地理位置定位系统,省略了构建网络坐标系统的中间步骤,避免误差被二次累加放大。
通过实验仿真得出RPE-filter算法,不仅能够抑制随机延迟污染,还能平滑时延的波动,更能实时反映网络拓朴的变化,绝对误差累加和比目前被广泛使用的两种时延预处理算法都小,提高了虚拟网络坐标系统时延预测的准确性。改进的Vivaldi算法,利用参考节点,引入三角系数判断、检测违例边,并根据三角系数值的大小对违例边进行相应程度地压缩嵌入、拉伸预测。通过实验仿真对比得出改进的的Vivaldi算法比原Vivaldi算法的准确性更高。在本文所开展的实验范围内验证了主机地理位置定位的准确性,并分析了误差产生的原因及其相应地解决方法。