NGI分組交換網的網絡規(guī)劃和性能評估

李露　唐寶民 2008/07/01

圖1　網絡規(guī)劃模型圖

　　首先是對所要規(guī)劃的網絡容量和性能進行測量和評估。網絡容量是指任何事件間隔內網絡所能承載的最大通信量；網絡性能是指網絡時延、吞吐量、網絡可用性等，仔細分析網絡容量和性能，設計到網絡的流量控制和路由選擇方法。

　　其次通過獲得的數據確定網絡拓撲結構，網絡體系結構，包括功能分層，各對等層實體間通信所遵守的協議以及路由配置方案。

　　常用的網絡體系結構主要有ISO/OSI、TCP/IP、SNA、DNA等，我們可以選用ISO/OSI體系結構，它發(fā)展比較成熟，是網絡技術發(fā)展的主流，可以體現出NGI的特點。

　　網絡拓撲結構主要是確定各種設備以什么方式相互連接起來，在設計時應該考慮網絡的規(guī)模，網絡的體系結構，所采用的協議，網絡設備類型，以及擴展和升級管理維護等方面的因素。網絡拓撲結構常使用層次化網絡結構，分為三層：

　�。�1）主干層：主要由路由交換機、路由器等組成；

　�。�2）轉接層：主要由交換機、路由器等組成；

　�。�3）接入層：可由局域網方式、撥號方式等支持用戶連接入網。

　　再次是網絡估算。根據鏈路成本滿足最短路徑的方法，在一個MPLS網絡中配置路由文件。

　　第四是進行分析和評估。它的實施可以和其余的任務同時操作，這些任務包括成本計算、評估網絡質量參數（QoS、GoS、Delay）等。

　　NGI分組交換網的網絡規(guī)劃的立體模型（見圖2）

圖2　網絡規(guī)劃的立體模型

　　從立體模型中可以看到：

　�。�1）根據網絡功能可以將網絡規(guī)劃分為三層：拓撲層、物理層和網絡層。

　　其中邏輯層和物理層都是獨立的，網絡規(guī)劃任務需要被單獨完成，網絡層選擇IP網絡。但是無論如何，每一層之間都有一些相互關系。從網絡成本來看，最佳的通信集中在邏輯層，一個好的分布結構產生一個最佳的物理拓撲，物理層的更多的可用的網絡資源必須由網絡層提供，因此我們還需要考慮多層最優(yōu)化問題。

　　從下一代因特網的角度考慮，物理層和使用像GMPLS路由協議的光交換網絡關系最密切，需要考慮到GMPLS路由器在邏輯層的配置，從邊緣路由到GMPLS核心路由要被物理距離限制，因此相應的關系可能要在設計兩層時被反復的考慮，但是分開來考慮邏輯和物理層設計。

　�。�2）根據網絡規(guī)劃的時間順序可以將規(guī)劃過程分為三段：戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)術規(guī)劃和操作規(guī)劃。

　　戰(zhàn)術上的網絡規(guī)劃任務需要考慮到網絡的實施，他們研究中間的瓶頸，那些隨著未來服務和業(yè)務增加帶來的瓶頸，然后提出一個最佳網絡擴充相關的投資計劃。

　　戰(zhàn)略上的規(guī)劃是最抽象的設計任務，它主要研究的是通信網的戰(zhàn)略問題，以及長遠來看的相關服務。戰(zhàn)略規(guī)劃的范圍是，研究全部的新網絡的實施，以及新技術的介紹，或者網絡中的新服務。戰(zhàn)略上的網絡規(guī)劃通常模仿已經存在的網絡或者即將建設的網絡。

　　操作規(guī)劃需要詳細的設計網絡的知識，以及網絡管理任務相關的知識，因此，網絡規(guī)劃是網絡操作人員的任務。

　�。�3）根據物理上的分布可以將網絡規(guī)劃分為三部分：ANP、SANP和CNP。

　　SANP是用戶接入網部分，因為它的地理位置寬泛而傳輸率低，所以是網絡規(guī)劃中最昂貴的部分。在傳統(tǒng)的PSTN/ISDN，這個要消耗總費用的80%。在下一代網絡中，我們使用光纖傳輸。CNP是核心網部分，ANP是接入網部分，它是SANP與CNP的橋梁，覆蓋不同的網絡區(qū)域，因此它需要不同型的設備和組織。大的接入網甚至被劃分成兩部分——LOWANP和UPANP。下一代接入網有很多種，比如基于DSL的寬帶比特流接入網。

3、網絡規(guī)劃和性能評估的工具

　　網絡規(guī)劃和性能評估的工具并沒有很清晰的界限，很多工具兼具網絡規(guī)劃和性能評估的功能。這些工具主要有四類：

　�。�1）技術經濟綜合評估工具：這些工具能夠獲得較少的細節(jié)，它們主要評估的對象是所規(guī)劃網絡的一般特征，重點是覆蓋整個網絡。

　�。�2）設計和優(yōu)化工具：這種工具可以評估到較多的網絡細節(jié)，能夠考慮到網絡實體的詳細的特征，例如網絡片段。它也能夠評測到特別的技術。

　�。�3）詳細的設計和配置：這類工具可以評估到更多的網絡細節(jié)部分，不能夠覆蓋整個網絡使用，可以對網絡細分的實體使用，例如評測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　�。�4）分析和仿真工具：這類工具可以評估到最多的細節(jié)。它們不僅可以評估到整個網絡甚至可以照顧到每個網絡元素的行為。

　　3.1　分組交換網網絡規(guī)劃的工具

　　所有的規(guī)劃軟件或工具都需要包括下面幾個主要因素：能夠設計最小成本的網絡結構，能夠給出通信網絡的戰(zhàn)略規(guī)劃，通信網絡的技術規(guī)劃，能夠給出路由配置方案，計算出流量負荷、網絡容量，并能夠進行設備配置和資源的分布。

　　常用的網絡規(guī)劃工具有：

　　Networks IP：它能夠完成IP或者MPLS多業(yè)務網絡的規(guī)劃和優(yōu)化。Networks IP可以同時實現戰(zhàn)略和技術兩方面的規(guī)劃。它能夠設計網絡、通信建模、配置路由表、容量規(guī)劃、成本計算，給出LSP文檔和設備配置等，它是由DETECON Consultants開發(fā)的。

　　Networks ATM：它是用于規(guī)劃ATM網絡的工具。Networks ATM可以計算出每個位置的通信量，這個工具能夠完成全部的ATM網絡的設計，以及設備配置。

　　IP/MPLSView：它能夠針對IP和IP/MPLS網絡給出樹狀的解決方案。該軟件能在整個網絡規(guī)劃過程中，針對網絡的多個層，多個廠商，多協議環(huán)境做出過仿真，設計，配置以及性能管理。這個系統(tǒng)能夠使用直接的繪圖顯示和通過靈活的綜合的報告，提供簡明的確切的IP or IP/MPLS的路由配置，通道和接線視圖。

　　3.2　網絡性能評估的工具

　　當網絡的規(guī)劃和預算已經確定后，就需要使用網絡評估工具來確認和評估。主要是性能評估和仿真工具，能夠分析到每個網絡元素，每個網絡塊或者整個網絡。

　　一般情況下，我們可以將性能評估軟件分為兩類。第一種是仿真工具，第二種是優(yōu)化軟件。對于合適的網絡結構，仿真工具能夠仿真出傳輸、路由、時延、損耗等等。優(yōu)化軟件能夠評估出一個算法的精確性、最佳的路由方法。

　　一個最優(yōu)的網絡具有的特性是：具有最好的性能，可以具體的施行并且成本盡可能的小，如圖3所示。

圖3　最優(yōu)網絡具有的特性

　　常用的優(yōu)化軟件有：

　　GAMS：綜合數學建模系統(tǒng)是一個通過用數學編程來建立高水平的模型系統(tǒng)的軟件。它由一個語言編譯器和一個集成的高性能解決器組成。GAMS適應于大型的復雜的建模應用。使用該軟件能夠建立適應于各種新環(huán)境的大型模型。

　　CPLEX：具有高效率，實現快速和高收益的性能。ILOG CPLEX的數學優(yōu)化技術能夠優(yōu)化在資源配置方面的決策。它能夠使用數學規(guī)劃模型解決非常復雜的商業(yè)問題。先進的最優(yōu)化算法促使用戶能夠更快的找到建模的解決方案。

　　常用的仿真軟件有：

　　OPNET：該軟件是適用于網絡建模和仿真，在通信行業(yè)中是最主要的環(huán)境之一。能夠用于設計和研究通信網絡，通信設備，協議等。它是具有很強的彈性和可測性的軟件。該軟件被許多世界上有聲望的研究機構使用于處理R&D程序。

　　MATLAB：該軟件是適用于技術上的處理、控制設計、信號處理和通信、圖像處理和圖像實驗以及測量。該軟件還能用于解決更多的其他的問題，并體現出其更強大的功能。

　　NS-2：它是開放式的資源仿真工具。該軟件能夠對網絡研究中不連續(xù)的事件進行模擬。能夠仿真TCP系統(tǒng)，路由選擇和有線或無線網絡的多點傳送協議。例如，Cantabria大學曾經使用NS-2仿真和模擬出REPOSIT系統(tǒng)。

4、結束語

　　本文說明了基于NGI技術的分組交換網的規(guī)劃過程。首先闡述了當前因特網的種種局限性，然后給出了下一代因特網的幾個關鍵技術，并介紹了我國NGI的發(fā)展現狀。接著提出了網絡規(guī)劃的方案，簡單介紹了網絡規(guī)劃的目標，詳細闡述了網絡規(guī)劃的兩個模型，線性模型分為四步，分別是對所要規(guī)劃的網絡流量進行測量和評估、確定網絡體系結構、網絡估算、分析和評估；立體模型給出了一個宏觀的規(guī)劃步驟。最后給出了具體的網絡規(guī)劃的工具，分為網絡規(guī)劃工具，網絡仿真和優(yōu)化工具。文章考慮了技術層面的網絡規(guī)劃步驟，討論了多種規(guī)劃的工具。隨著下一代網絡的不斷發(fā)展，技術的不斷完善，不久的將來，下一代因特網絡的就會得到廣泛推廣。文中給出的規(guī)劃方案只是所有規(guī)劃方案中的一種，根據不同的網絡需求會有不同的規(guī)劃方案。

泰爾網