一种基于元胞自动机的自调节的网络模型

摘要

元胞自动机(Cellular Automata，CA)理论是针对离散数值计算而提出的，目前CA研究和应用越来越深广。研究表明，具有特性和规则的CA可用来建立计算机网络模型。本文在NaSch模型和袁坚等人模型的基础上，基于CA建立了一个新的计算机网络模型：Self-Adjusting Network Model based-on Cellular Automata，简称SAN-CA。该模型特点如下：1)基于元胞自动机：把链路中数据包及路由缓存器作为一个整体进行元胞模型化，根据步骤推进演化。2)可自调节：根据现有的网络协议引入反馈机制，控制数据元胞传送速度，实现自调节。3)引入随机化参数：更好的模拟实际网络的额外开销的扰动。在该模型基础上，给出了网络数据包传输的模拟更新步骤，并对此建立了算法，运用MATLAB进行了模拟。结果显示了带宽和负载的变化使网络流量产生自由流相态和拥塞相态，并分析了相变及相变的标准。结果表明该模型能有效地、简单地模拟网络数据流传输和相变特性，为更深入研究网络其它特性，如幂率、自相似性等提供了模型，具有良好发展前景。

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1.绪论

1.1背景

1.2元胞自动机的发展

1.3元胞自动机用于网络建模

1.4本文主要工作

1.5本文的组织结构

2.元胞自动机的理论、模型及应用

2.1元胞自动机理论基础

2.1.1 CA的定义

2.1.2 CA的构成

2.1.3 CA的特征

2.1.4 CA的分类

2.1.4 CA几种典型的行为

2.2典型的元胞自动机模型

2.2.1初等元胞自动机

2.2.2“生命游戏”

2.2.3格子气自动机

2.3元胞自动机模型的应用

2.3.1基于元胞自动机的公路交通流模拟模型

2.3.2其他模型

2.4本章小结

3.基于元胞自动机的自调节的网络模型

3.1引言

3.2 NASCH网络模型

3.2.1提出背景

3.2.2模型分析

3.2.3封闭式模型和开放式模型

3.3袁坚网络模型

3.4 SAN-CA网络模型

3.4.1模型的建立

3.4.1 SAN-CA模型与已有模型的比较

3.4本章小结

4.基于元胞自动机的网络模型的应用研究

4.1引言

4.2模型分析

4.2.1袁坚模型的模拟

4.2.1模拟结果分析

4.3 SAN-CA模型的模拟算法

4.4网络相变特性

4.4.1不同相位下数据包传输

4.4.2网络相变

4.4本章小结

5.总结与展望

5.1本文总结

5.2进一步工作及展望

致谢

参考文献