NGI分組交換網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和性能評(píng)估

李露　唐寶民 2008/07/01

圖1　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃模型圖

　　首先是對(duì)所要規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)容量和性能進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估。網(wǎng)絡(luò)容量是指任何事件間隔內(nèi)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(xì)分析網(wǎng)絡(luò)容量和性能，設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，包括功能分層，各對(duì)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(jié)構(gòu)主要有ISO/OSI、TCP/IP、SNA、DNA等，我們可以選用ISO/OSI體系結(jié)構(gòu)，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(xiàn)出NGI的特點(diǎn)。

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是確定各種設(shè)備以什么方式相互連接起來(lái)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，所采用的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型，以及擴(kuò)展和升級(jí)管理維護(hù)等方面的因素。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常使用層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分為三層：

　　（1）主干層：主要由路由交換機(jī)、路由器等組成；

　�。�2）轉(zhuǎn)接層：主要由交換機(jī)、路由器等組成；

　　（3）接入層：可由局域網(wǎng)方式、撥號(hào)方式等支持用戶連接入網(wǎng)。

　　再次是網(wǎng)絡(luò)估算。根據(jù)鏈路成本滿足最短路徑的方法，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(píng)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(jì)算、評(píng)估網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)（QoS、GoS、Delay）等。

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

圖2　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的立體模型

　　從立體模型中可以看到：

　�。�1）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能可以將網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分為三層：拓?fù)鋵�、物理層和網(wǎng)絡(luò)層。

　　其中邏輯層和物理層都是獨(dú)立的，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃任務(wù)需要被單獨(dú)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(jié)構(gòu)產(chǎn)生一個(gè)最佳的物理拓?fù)�，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(yīng)的關(guān)系可能要在設(shè)計(jì)兩層時(shí)被反復(fù)的考慮，但是分開(kāi)來(lái)考慮邏輯和物理層設(shè)計(jì)。

　　（2）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的時(shí)間順序可以將規(guī)劃過(guò)程分為三段：戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃和操作規(guī)劃。

　　戰(zhàn)術(shù)上的網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(kuò)充相關(guān)的投資計(jì)劃。

　　戰(zhàn)略上的規(guī)劃是最抽象的設(shè)計(jì)任務(wù)，它主要研究的是通信網(wǎng)的戰(zhàn)略問(wèn)題，以及長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看的相關(guān)服務(wù)。戰(zhàn)略規(guī)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(zhàn)略上的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃通常模仿已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)或者即將建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)。

　　操作規(guī)劃需要詳細(xì)的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)，以及網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)相關(guān)的知識(shí)，因此，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃是網(wǎng)絡(luò)操作人員的任務(wù)。

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

　　SANP是用戶接入網(wǎng)部分，因?yàn)樗牡乩砦恢脤挿憾鴤鬏斅实停允蔷W(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中最昂貴的部分。在傳統(tǒng)的PSTN/ISDN，這個(gè)要消耗總費(fèi)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(qū)域，因此它需要不同型的設(shè)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(guī)劃和性能評(píng)估的工具

　　網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和性能評(píng)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(guī)劃和性能評(píng)估的功能。這些工具主要有四類：

　�。�1）技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)估工具：這些工具能夠獲得較少的細(xì)節(jié)，它們主要評(píng)估的對(duì)象是所規(guī)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(shè)計(jì)和優(yōu)化工具：這種工具可以評(píng)估到較多的網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，能夠考慮到網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的詳細(xì)的特征，例如網(wǎng)絡(luò)片段。它也能夠評(píng)測(cè)到特別的技術(shù)。

　�。�3）詳細(xì)的設(shè)計(jì)和配置：這類工具可以評(píng)估到更多的網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)部分，不能夠覆蓋整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)細(xì)分的實(shí)體使用，例如評(píng)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　�。�4）分析和仿真工具：這類工具可以評(píng)估到最多的細(xì)節(jié)。它們不僅可以評(píng)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(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(gè)主要因素：能夠設(shè)計(jì)最小成本的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠給出通信網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)略規(guī)劃，通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)規(guī)劃，能夠給出路由配置方案，計(jì)算出流量負(fù)荷、網(wǎng)絡(luò)容量，并能夠進(jìn)行設(shè)備配置和資源的分布。

　　常用的網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(guī)劃和優(yōu)化。Networks IP可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略和技術(shù)兩方面的規(guī)劃。它能夠設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)、通信建模、配置路由表、容量規(guī)劃、成本計(jì)算，給出LSP文檔和設(shè)備配置等，它是由DETECON Consultants開(kāi)發(fā)的。

　　Networks ATM：它是用于規(guī)劃ATM網(wǎng)絡(luò)的工具。Networks ATM可以計(jì)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(shè)計(jì)，以及設(shè)備配置。

　　IP/MPLSView：它能夠針對(duì)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(guī)劃過(guò)程中，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)層，多個(gè)廠商，多協(xié)議環(huán)境做出過(guò)仿真，設(shè)計(jì)，配置以及性能管理。這個(gè)系統(tǒng)能夠使用直接的繪圖顯示和通過(guò)靈活的綜合的報(bào)告，提供簡(jiǎn)明的確切的IP or IP/MPLS的路由配置，通道和接線視圖。

　　3.2　網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估的工具

　　當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和預(yù)算已經(jīng)確定后，就需要使用網(wǎng)絡(luò)評(píng)估工具來(lái)確認(rèn)和評(píng)估。主要是性能評(píng)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(píng)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(duì)于合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(píng)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(shù)學(xué)建模系統(tǒng)是一個(gè)通過(guò)用數(shù)學(xué)編程來(lái)建立高水平的模型系統(tǒng)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(yīng)于大型的復(fù)雜的建模應(yīng)用。使用該軟件能夠建立適應(yīng)于各種新環(huán)境的大型模型。

　　CPLEX：具有高效率，實(shí)現(xiàn)快速和高收益的性能。ILOG CPLEX的數(shù)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(shù)學(xué)規(guī)劃模型解決非常復(fù)雜的商業(yè)問(wèn)題。先進(jìn)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(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(shè)計(jì)和研究通信網(wǎng)絡(luò)，通信設(shè)備，協(xié)議等。它是具有很強(qiáng)的彈性和可測(cè)性的軟件。該軟件被許多世界上有聲望的研究機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)、信號(hào)處理和通信、圖像處理和圖像實(shí)驗(yàn)以及測(cè)量。該軟件還能用于解決更多的其他的問(wèn)題，并體現(xiàn)出其更強(qiáng)大的功能。

　　NS-2：它是開(kāi)放式的資源仿真工具。該軟件能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)研究中不連續(xù)的事件進(jìn)行模擬。能夠仿真TCP系統(tǒng)，路由選擇和有線或無(wú)線網(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(tǒng)。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　本文說(shuō)明了基于NGI技術(shù)的分組交換網(wǎng)的規(guī)劃過(guò)程。首先闡述了當(dāng)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(guó)NGI的發(fā)展現(xiàn)狀。接著提出了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的方案，簡(jiǎn)單介紹了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的目標(biāo)，詳細(xì)闡述了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的兩個(gè)模型，線性模型分為四步，分別是對(duì)所要規(guī)劃的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估、確定網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)估算、分析和評(píng)估；立體模型給出了一個(gè)宏觀的規(guī)劃步驟。最后給出了具體的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的工具，分為網(wǎng)絡(luò)規(guī)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(guī)劃步驟，討論了多種規(guī)劃的工具。隨著下一代網(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(guī)劃方案只是所有規(guī)劃方案中的一種，根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)需求會(huì)有不同的規(guī)劃方案。

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