NGI分組交換網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )規劃和性能評估

李露　唐寶民 2008/07/01

圖1　網(wǎng)絡(luò )規劃模型圖

　　首先是對所要規劃的網(wǎng)絡(luò )容量和性能進(jìn)行測量和評估。網(wǎng)絡(luò )容量是指任何事件間隔內網(wǎng)絡(luò )所能承載的最大通信量；網(wǎng)絡(luò )性能是指網(wǎng)絡(luò )時(shí)延、吞吐量、網(wǎng)絡(luò )可用性等，仔細分析網(wǎng)絡(luò )容量和性能，設計到網(wǎng)絡(luò )的流量控制和路由選擇方法。

　　其次通過(guò)獲得的數據確定網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，網(wǎng)絡(luò )體系結構，包括功能分層，各對等層實(shí)體間通信所遵守的協(xié)議以及路由配置方案。

　　常用的網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的主流，可以體現出NGI的特點(diǎn)。

　　網(wǎng)絡(luò )拓撲結構主要是確定各種設備以什么方式相互連接起來(lái)，在設計時(shí)應該考慮網(wǎng)絡(luò )的規模，網(wǎng)絡(luò )的體系結構，所采用的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )設備類(lèi)型，以及擴展和升級管理維護等方面的因素。網(wǎng)絡(luò )拓撲結構常使用層次化網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)方式、撥號方式等支持用戶(hù)連接入網(wǎng)。

　　再次是網(wǎng)絡(luò )估算。根據鏈路成本滿(mǎn)足最短路徑的方法，在一個(gè)MPLS網(wǎng)絡(luò )中配置路由文件。

　　第四是進(jìn)行分析和評估。它的實(shí)施可以和其余的任務(wù)同時(shí)操作，這些任務(wù)包括成本計算、評估網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量參數（QoS、GoS、Delay）等。

　　NGI分組交換網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )規劃的立體模型（見(jiàn)圖2）

圖2　網(wǎng)絡(luò )規劃的立體模型

　　從立體模型中可以看到：

　　（1）根據網(wǎng)絡(luò )功能可以將網(wǎng)絡(luò )規劃分為三層：拓撲層、物理層和網(wǎng)絡(luò )層。

　　其中邏輯層和物理層都是獨立的，網(wǎng)絡(luò )規劃任務(wù)需要被單獨完成，網(wǎng)絡(luò )層選擇IP網(wǎng)絡(luò )。但是無(wú)論如何，每一層之間都有一些相互關(guān)系。從網(wǎng)絡(luò )成本來(lái)看，最佳的通信集中在邏輯層，一個(gè)好的分布結構產(chǎn)生一個(gè)最佳的物理拓撲，物理層的更多的可用的網(wǎng)絡(luò )資源必須由網(wǎng)絡(luò )層提供，因此我們還需要考慮多層最優(yōu)化問(wèn)題。

　　從下一代因特網(wǎng)的角度考慮，物理層和使用像GMPLS路由協(xié)議的光交換網(wǎng)絡(luò )關(guān)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(guān)系可能要在設計兩層時(shí)被反復的考慮，但是分開(kāi)來(lái)考慮邏輯和物理層設計。

　　（2）根據網(wǎng)絡(luò )規劃的時(shí)間順序可以將規劃過(guò)程分為三段：戰略規劃、戰術(shù)規劃和操作規劃。

　　戰術(shù)上的網(wǎng)絡(luò )規劃任務(wù)需要考慮到網(wǎng)絡(luò )的實(shí)施，他們研究中間的瓶頸，那些隨著(zhù)未來(lái)服務(wù)和業(yè)務(wù)增加帶來(lái)的瓶頸，然后提出一個(gè)最佳網(wǎng)絡(luò )擴充相關(guān)的投資計劃。

　　戰略上的規劃是最抽象的設計任務(wù)，它主要研究的是通信網(wǎng)的戰略問(wèn)題，以及長(cháng)遠來(lái)看的相關(guān)服務(wù)。戰略規劃的范圍是，研究全部的新網(wǎng)絡(luò )的實(shí)施，以及新技術(shù)的介紹，或者網(wǎng)絡(luò )中的新服務(wù)。戰略上的網(wǎng)絡(luò )規劃通常模仿已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò )或者即將建設的網(wǎng)絡(luò )。

　　操作規劃需要詳細的設計網(wǎng)絡(luò )的知識，以及網(wǎng)絡(luò )管理任務(wù)相關(guān)的知識，因此，網(wǎng)絡(luò )規劃是網(wǎng)絡(luò )操作人員的任務(wù)。

　　（3）根據物理上的分布可以將網(wǎng)絡(luò )規劃分為三部分：ANP、SANP和CNP。

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

3、網(wǎng)絡(luò )規劃和性能評估的工具

　　網(wǎng)絡(luò )規劃和性能評估的工具并沒(méi)有很清晰的界限，很多工具兼具網(wǎng)絡(luò )規劃和性能評估的功能。這些工具主要有四類(lèi)：

　　（1）技術(shù)經(jīng)濟綜合評估工具：這些工具能夠獲得較少的細節，它們主要評估的對象是所規劃網(wǎng)絡(luò )的一般特征，重點(diǎn)是覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò )。

　　（2）設計和優(yōu)化工具：這種工具可以評估到較多的網(wǎng)絡(luò )細節，能夠考慮到網(wǎng)絡(luò )實(shí)體的詳細的特征，例如網(wǎng)絡(luò )片段。它也能夠評測到特別的技術(shù)。

　　（3）詳細的設計和配置：這類(lèi)工具可以評估到更多的網(wǎng)絡(luò )細節部分，不能夠覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò )使用，可以對網(wǎng)絡(luò )細分的實(shí)體使用，例如評測系統的穩定性。

　　（4）分析和仿真工具：這類(lèi)工具可以評估到最多的細節。它們不僅可以評估到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )甚至可以照顧到每個(gè)網(wǎng)絡(luò )元素的行為。

　　3.1　分組交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )規劃的工具

　　所有的規劃軟件或工具都需要包括下面幾個(gè)主要因素：能夠設計最小成本的網(wǎng)絡(luò )結構，能夠給出通信網(wǎng)絡(luò )的戰略規劃，通信網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)規劃，能夠給出路由配置方案，計算出流量負荷、網(wǎng)絡(luò )容量，并能夠進(jìn)行設備配置和資源的分布。

　　常用的網(wǎng)絡(luò )規劃工具有：

　　Networks IP：它能夠完成IP或者M(jìn)PLS多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )的規劃和優(yōu)化。Networks IP可以同時(shí)實(shí)現戰略和技術(shù)兩方面的規劃。它能夠設計網(wǎng)絡(luò )、通信建模、配置路由表、容量規劃、成本計算，給出LSP文檔和設備配置等，它是由DETECON Consultants開(kāi)發(fā)的。

　　Networks ATM：它是用于規劃ATM網(wǎng)絡(luò )的工具。Networks ATM可以計算出每個(gè)位置的通信量，這個(gè)工具能夠完成全部的ATM網(wǎng)絡(luò )的設計，以及設備配置。

　　IP/MPLSView：它能夠針對IP和IP/MPLS網(wǎng)絡(luò )給出樹(shù)狀的解決方案。該軟件能在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )規劃過(guò)程中，針對網(wǎng)絡(luò )的多個(gè)層，多個(gè)廠(chǎng)商，多協(xié)議環(huán)境做出過(guò)仿真，設計，配置以及性能管理。這個(gè)系統能夠使用直接的繪圖顯示和通過(guò)靈活的綜合的報告，提供簡(jiǎn)明的確切的IP or IP/MPLS的路由配置，通道和接線(xiàn)視圖。

　　3.2　網(wǎng)絡(luò )性能評估的工具

　　當網(wǎng)絡(luò )的規劃和預算已經(jīng)確定后，就需要使用網(wǎng)絡(luò )評估工具來(lái)確認和評估。主要是性能評估和仿真工具，能夠分析到每個(gè)網(wǎng)絡(luò )元素，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )塊或者整個(gè)網(wǎng)絡(luò )。

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

　　一個(gè)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )具有的特性

　　常用的優(yōu)化軟件有：

　　GAMS：綜合數學(xué)建模系統是一個(gè)通過(guò)用數學(xué)編程來(lái)建立高水平的模型系統的軟件。它由一個(gè)語(yǔ)言編譯器和一個(gè)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(shí)現快速和高收益的性能。ILOG CPLEX的數學(xué)優(yōu)化技術(shù)能夠優(yōu)化在資源配置方面的決策。它能夠使用數學(xué)規劃模型解決非常復雜的商業(yè)問(wèn)題。先進(jìn)的最優(yōu)化算法促使用戶(hù)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(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )，通信設備，協(xié)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(shù)上的處理、控制設計、信號處理和通信、圖像處理和圖像實(shí)驗以及測量。該軟件還能用于解決更多的其他的問(wèn)題，并體現出其更強大的功能。

　　NS-2：它是開(kāi)放式的資源仿真工具。該軟件能夠對網(wǎng)絡(luò )研究中不連續的事件進(jìn)行模擬。能夠仿真TCP系統，路由選擇和有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的多點(diǎn)傳送協(xié)議。例如，Cantabria大學(xué)曾經(jīng)使用NS-2仿真和模擬出REPOSIT系統。

4、結束語(yǔ)

　　本文說(shuō)明了基于NGI技術(shù)的分組交換網(wǎng)的規劃過(guò)程。首先闡述了當前因特網(wǎng)的種種局限性，然后給出了下一代因特網(wǎng)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，并介紹了我國NGI的發(fā)展現狀。接著(zhù)提出了網(wǎng)絡(luò )規劃的方案，簡(jiǎn)單介紹了網(wǎng)絡(luò )規劃的目標，詳細闡述了網(wǎng)絡(luò )規劃的兩個(gè)模型，線(xiàn)性模型分為四步，分別是對所要規劃的網(wǎng)絡(luò )流量進(jìn)行測量和評估、確定網(wǎng)絡(luò )體系結構、網(wǎng)絡(luò )估算、分析和評估；立體模型給出了一個(gè)宏觀(guān)的規劃步驟。最后給出了具體的網(wǎng)絡(luò )規劃的工具，分為網(wǎng)絡(luò )規劃工具，網(wǎng)絡(luò )仿真和優(yōu)化工具。文章考慮了技術(shù)層面的網(wǎng)絡(luò )規劃步驟，討論了多種規劃的工具。隨著(zhù)下一代網(wǎng)絡(luò )的不斷發(fā)展，技術(shù)的不斷完善，不久的將來(lái)，下一代因特網(wǎng)絡(luò )的就會(huì )得到廣泛推廣。文中給出的規劃方案只是所有規劃方案中的一種，根據不同的網(wǎng)絡(luò )需求會(huì )有不同的規劃方案。

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