CN101867505A

CN101867505A - 一种网络仿真方法和装置

Info

Publication number: CN101867505A
Application number: CN 201010213374
Authority: CN
Inventors: 韦建威; 张淑萍; 申林飞
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: CN101867505B

Abstract

本发明实施例提供了一种网络仿真方法及设备，所述网络仿真方法包括：位于网络仿真平台内部的仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式接收位于网络仿真平台外部的控制进程发送的仿真命令；仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式将仿真命令传递给网络仿真平台内对应的仿真网元进程；仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式接收仿真网元进程根据仿真命令执行仿真行为后输出的仿真结果；仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式将仿真结果输出给控制进程，使得仿真结果通过控制进程进行显示输出。通过上述方法，用户可以通过输入仿真命令灵活地对指定的需要仿真的网元进行仿真，并可以实时得到仿真结果，提高了灵活性以及仿真可信度。

Description

一种网络仿真方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种网络仿真方法和装置。

背景技术

随着新的网络技术的涌现，不同类型网络的融合逐渐成为一种趋势。这一趋势使得网络运营的业务种类不断增加，网络负载日益繁重，伴随而来的是网络结构、规模的日趋庞杂，因此，需要新的技术手段代替传统的网络规划和设计。

在各种网络规划和设计中，网络仿真是一种新兴技术手段。通过建立设备、链路和协议等网络运行中可能应用的各种实物的模型，模拟真实网络环境中流量的传输，网络仿真可以获取设计或优化真实网络所需的性能数据。站在商业应用角度上，成熟的网络仿真技术应该至少具备以下若干优点中的一个：

(1)模拟度高，能够模拟高度复杂的真实网络环境，得到高度可信的模拟结果，从而具有很强的预测功能；

(2)应用范围广，既可以用于现有网络的优化和扩容，又可以用于新网络的设计；

(3)成本低廉，初期应用成本不应过高，已经创建的网络模型在后期仍然能够使用，并且投资持续下降。

现有的网络仿真技术是采用通用的仿真平台(例如，Opnet、NS2和Omnet等)提供仿真引擎，完成仿真过程后，将仿真结果输出至硬盘上的文件中，用户运行仿真结果查看程序，查看仿真结果信息。

由于现有技术是在仿真过程结束后才提供仿真结果，因此，整个仿真过程是“黑盒化”的，仿真过程中无法动态地显示仿真结果，这使得现有技术不能实时测试或演示输入对输出的影响，在用户看来，灵活性、仿真效果较差，对设计或优化真实网络提供的信息可信度不高。

发明内容

本发明实施例提供一种网络仿真方法和装置，旨在解决现有网络仿真技术无法动态地显示仿真结果、灵活性较差的问题。

本发明实施例提供一种网络仿真方法，包括如下步骤：

位于网络仿真平台内部的仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式接收位于所述网络仿真平台外部的控制进程发送的仿真命令；

仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式将所述仿真命令传递给所述网络仿真平台内对应的仿真网元进程；

仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式接收所述仿真网元进程根据所述仿真命令执行仿真行为后输出的仿真结果；

仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式将所述仿真结果输出给所述控制进程，使得所述仿真结果通过所述控制进程进行显示输出。

本发明实施例还提供了一种网络仿真设备，包括：

仿真核心引擎，用于生成位于网络仿真平台内部的仿真可视化交互进程，以及仿真网元进程；

所述仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式接收位于所述网络仿真平台外部的控制进程发送的仿真命令；

仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式将所述仿真命令传递给所述网络仿真平台内对应的所述仿真网元进程；

通过本发明实施例，用户可以通过输入仿真命令灵活地对指定的需要仿真的网元进行仿真，并可以实时得到仿真结果，整个仿真过程并不再是“黑盒化”，而是可以根据需要动态得到仿真结果，提高了灵活性以及仿真可信度。同时，本发明实施例还通过仿真可视化交互进程来实现外部控制进程与内部仿真网元间进程通信的中转，降低了处理复杂度，提高了处理效率以及仿真命令的通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以如这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种网络仿真方法基本流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的一种网络仿真方法准备阶段流程示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种网络仿真方法执行阶段信令交互图；

图4是本发明实施例三提供的网络仿真方法一种应用场景示意图；

图5是本发明实施例四提供的一种网络仿真设备结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1，本发明实施例一提供的网络仿真方法基本流程示意图，主要包括步骤：

S101，位于网络仿真平台内部的仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式接收位于网络仿真平台外部的控制进程发送的仿真命令；

在本发明实施例通过基于现有的通用网络仿真平台(例如Opnet、NS2、Omnet和J-Sim)来实现。其中，仿真可视化交互(Simulation Visible&Interaction，SVI)进程位于平台内部；控制进程位于平台外部，用于通过外部进程通信方式向SVI进程发送仿真命令。具体地，网络仿真平台可以位于一个物理实体(如某一台PC机或服务器)，而控制进程可以位于另一个物理实体(如另一台PC机或服务器)；需要说明的是，两者也可以位于同一物理实体，但只是在物理位置上位于同一实体，从实现功能上看仍是两个不同的物理实体(如两个独立的模块)。

这里的控制进程实现形式并不唯一，例如为了用户方便操作可以使用图形用户接口(GUI，Graphic User Interface)程序来实现控制进程，或者使用命令行等其他方式来实现控制进程，在此并不限定。用户可以通过控制进程以外部进程通信方式向网络仿真平台内部的仿真可视化交互进程发送仿真命令，或者后续可以以外部进程通信方式接收仿真可视化交互进程发送的仿真结果，并进行显示。

这里的外部进程通信方式可以通过套接字，或者管道，或者信号，或者报文队列，或者共享队列的方式进行通信，在进行外部进行通信时，由于网络仿真平台被视为一个独立的网络实体，因此，当另一实体与其通信时，需要通过指定的端口号、IP地址等信息进行通信。

S102，仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式将仿真命令传递给网络仿真平台内对应的仿真网元进程；

当SVI进程接收仿真命令后，SVI进程通过内部进程通信方式将仿真命令传递给网络仿真平台内对应的仿真网元进程；这里的内部进程通信方式是由网络仿真平台内部提供的，例如，可以通过进程调用，或者远程中断，或者包传递的方式进行内部进程通信。

与外部进程通信方式不同，内部进程通信方式由于是在网络仿真平台内部，因此，不需要指定相应的端口号、IP地址等信息，一部分功能也会由网络仿真平台进行处理，因此，相比与外部进程通信，实现起来也更加容易。在一个拥有大量仿真网元的仿真场景中，如果不使用SVI进程通过内部进程通信方式与各仿真网元进程进行通信，而让外部控制进行直接通信外部进程通信方式与各仿真网元进程进行通信的话，那么控制进程必须和每个网元进程通过端口号、IP地址等进行连接，这样显然会大大增加处理的复杂度；而通过设立SVI进程，外部控制进程只需要保持与SVI进程的连接，所有命令都可以通过SVI进程以一定格式进行发送，对于外部控制进程，只需要关注与SVI进程的接口功能，所有命令都可以在基于SVI进程的接口之下传递，而不必关注每个具体的传递细节(由SVI进程与每个仿真网元进程通过内部进程通信方式来完成)，在减少处理复杂度的同时，也提高了命令指令的通用性。

S103，仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式接收仿真网元进程根据仿真命令执行仿真行为后输出的仿真结果；

仿真网元进程通过SVI进程接收到仿真命令后执行相应的仿真行为，并将仿真结果通过内部进程通信方式输出给SVI进程；

S104、仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式将仿真结果输出给控制进程，使得仿真结果通过控制进程进行显示输出。

SVI进程接收到仿真结果后，再通过外部进程通信方式将仿真结果输出给控制进程，通过控制进程对仿真结果进行输出。例如，当通过GUI程序实现控制时，控制进程将结果输出给对应的结果显示进程(仿真结果显示也可以由控制进程本身实现)，具体输出的形式可以是文本、图形、音视频或者任意一个或多个的结合。

通过本发明实施例，用户可以通过输入仿真命令灵活地对指定的需要仿真的网元进行仿真，并可以实时得到仿真结果，整个仿真过程并不再是“黑盒化”，而是可以根据需要动态得到仿真结果，提高了灵活性以及仿真可信度。同时，本发明实施例还通过SVI进程来实现外部控制进程与内部仿真网元间进程通信的中转，降低了处理复杂度，提高了处理效率以及仿真命令的通用性。

实施例二

本发明实施例基于实施例一来对技术方案进行详细说明。

本发明实施例中，位于网络仿真平台外部的控制进程可以通过第三方程序进生成，例如，通过MSVC、VB、JAVA和Delphi等编程语言及工具通过创建GUI程序来生成；

位于网络仿真平台内部的仿真可视化交互进程(SVI进程)以及仿真网元进程可以由仿真平台生成，具体地，仿真平台根据仿真场景确定并生成相关的仿真模型，然后根据这些模型生成对应的进程。这里的网络仿真场景是指需要仿真的一个网络场景，例如，可以一个IP网络，或者无线网络，或者其他需要仿真的网络，可以根据实际需求进行设置，在此并不限定。

仿真场景的构建也需要确定需要仿真的网元，例如，构建一个无线网络仿真场景时，确定需要哪些仿真网元参与，这里的仿真网元可以是对应于实际网络的网关，路由器，终端等设备。

确定仿真场景及仿真网元后，生成仿真网元模型；具体地，可以根据各种仿真要素来生成仿真网元模型，这里的仿真要素泛指网络仿真行为需要的数据或图形等素材，例如，如果想对一个路由器进行仿真，则与这个路由器相关的网络仿真要素可以是路由器的类型、地址、各种配置参数等；当确定网络仿真要素后，即可以通过网络仿真平台提供的仿真网元模型编辑器进行编辑，生成仿真网元模型，后续可由网络仿真平台中的仿真核心引擎根据仿真网元模型生成对应的仿真网元进程。

需要说明的是，在本发明实施例中，仿真可视化交互进程可视为一个特殊的仿真网元进程，其由一个特殊的仿真网元模型(能与外部进程通过外部进程间通信方式进行通信)得到，本发明实施例为了方便区分，将仿真可视化交互模型/进程与一般的仿真网元模型/进程(如某个网关、链路等)用不同的名称来表示。

为了更清楚地对本发明实施例技术方案进行说明，下面通过各阶段及各阶段中的各步骤进行详细阐述：

S21、仿真准备阶段；

该阶段用于完成仿真的一些准备或初始化工作，如场景构建、模型及进程的建立等，参见图2，具体包括如下步骤：

S211、构建仿真场景，根据仿真场景确定仿真网元；

例如，确定对哪种场景(如IP网络、无线网络等)进行仿真，需要哪些仿真网元(如哪些网关、路由器、终端、链接等)，这些网元的连接关系，各种参数，需要执行哪些仿真动作等；

由于本发明实施例需要与外部进程进行通信，因此，需要确定一个能与外部进程进行通信的网元。

S212、根据确定的仿真网元生成仿真网元模型；

当确定仿真网元后，通过网络仿真平台中的仿真网元模型编辑器生成仿真网元模型，例如，将步骤S211确定的能与外部进程进行通信的网元生成对应的仿真模型，即仿真可视化交互模型(SVI模型)；SVI模型定义了端口号，IP地址等信息，可以通过外部进程通信方式与其他进程通信；

其他由步骤S211确定的仿真网元也通过仿真网元模型编辑器生成对应的仿真网元模型，SVI模型或网元仿真模型可以包括如下信息：

(1)模型属性，即，仿真网元模型具有可配置参数信息，例如路由器协议配置、链路带宽和流量大小等；

(2)进程代码，即，仿真网元模型具有可以用来模拟真实网络环境下网络实体的行为的代码，例如路由计算、包转发和链路时延计算等，这些代码可以由用户事先写入。

S213、根据仿真模型生成对应的进程；

当生成相关的仿真模型后，网络仿真平台的仿真核心引擎将这些模型生成对应的进程，如果有多个仿真模型，则生成多个仿真进程，每个模型对应一个仿真进程；例如，SVI模型生成SVI进程，仿真路由器模型生成仿真路由器进程，仿真网关模型生成仿真网关进程；在SVI模型生成SVI进程后，SVI进程可以创建与外部控制进程的连接，并进入侦听状态，以便随时接收来自控制进程的仿真命令。

这些进程中包括各自的进程ID，用来区分各进程；通过进程，可以执行相应的进程代码来完成仿真行为。

S22、仿真执行阶段；

当仿真准备阶段完成后，即可进入仿真执行阶段，执行仿真行为，参见图3，具体包括如下步骤：

S221、仿真平台外部的控制进程通过外部进程通信方式向仿真可视化交互进程(SVI进程)发送仿真命令；

例如，通过套接字，或者管道，或者信号，或者报文队列，或者共享队列的方式接收控制进程的仿真命令，仿真命令可以包括仿真的对象及仿真内容；

在初始化时，网络仿真平台与外部主机可以根据事先确定的端口号及地址(如IP地址)进行连接，仿真命令由用户通过输入，通过仿真命令可以指定相应的网元执行自定义的仿真行为，增加了仿真的灵活性。

S222、SVI进程将仿真命令通过内部进程通信方式发送给仿真网元进程；

例如，可以通过进程调用，或者远程中断，或者包传递的方式将仿真命令发送给各仿真网元进程。

S223、仿真网元进程根据仿真命令执行相关的仿真行为，得到仿真结果；

仿真行为根据需求的不同而不同，例如，可以仿真某个网元开启或关闭，或者仿真某个网元处理特定数据时的输出，或者仿真某条链路损坏时对系统的影响，在此并不限定。具体的仿真进程由网络仿真平台的仿真核心引擎控制并执行。仿真结束后，实时输入仿真结果。

S224、仿真网元进程通过内部进程通信方式将仿真结果发送给SVI进程；

仿真完成后，仿真网元进程通过内部进程通信方式将仿真结果发送给SVI进程。

S225、SVI进程通过外部进程通信方式将仿真结果输出给网络仿真平台外部的控制进程；

S226、控制进程根据得到的仿真结果将其显示输出。

如果控制进程本身具备显示输出的能力，可以由控制进程直接输出，或者也可以交由其他结果显示进程进行输出。为了查看方便，可以基于GUI程序来实现输出的形式可以是文本、图形、音视频或者任意一个或多个的结合。

实施例三

为了更加清楚地说明本发明实施例中的技术方案，本发明实施例结合具体应用场景来对本发明实施例进行详细说明。

随着电信IP化，愈来愈多的运营商将业务承载到IP承载网上。当组网场景变得日益复杂时，数据包的路由信息在网络稳态和故障发生情况下直观快速显示成为网络运行维护的一个重大难题。本发明实施例提供的技术方案可以解决这一重大难题，以下以附图4所示网络故障注入及路由显示仿真IP场景组网为例说明。

假设本场景汇总网络仿真平台的主机/模块地址是A，端口为B。

S401，首先是进行网络仿真的准备工作，即，确定网络仿真场景以及生成各种仿真模型，包括创建一个仿真可视化交互模型(对应图中SVI模型)、3个仿真路由器模型(对应图中仿真路由器模型1-3)、2个仿真客户端模型(对应图中仿真客户端1-2)、5个链路模型(对应图中仿真链路模型1-5)；这些模型都在网络仿真平台上生成，如地址为A的主机或模块。

另外，为了对仿真进行控制，还需要在控制端生成一个控制程序，如这里为了控制方便，生成GUI程序，并通过GUI程序中的控制进程进行控制。

上述模型的创建可以采用上述实施例中的方法，在此不再赘述。

其中，生成的仿真可视化交互模型支持与GUI程序中的控制进程通过外部通信进程方式进行通信，包括接收解析控制进程发送来的仿真命令，仿真命令包括仿真内容，例如显示xx地址对路由信息、设置xx链路故障/恢复等。

仿真路由器模型支持动态路由协议(如RIP、ISIS、OSPF等)，能感知路由器端口所连接的链路状态，在链路发生故障时能重新计算路由；根据动态路由协议生成的路由表正确转发数据包；为每个经过的数据包打上本路由器标识。

仿真客户端模型支持向指定目的地址的客户端发送数据包；支持接收目的地址为本客户端地址的数据包；支持分析数据包中的路由器标识(由途经路由器打点)，获取数据包的传输路由信息；支持接收来自仿真可视化交互进程的路由显示命令，向仿真可视化交互进程发送指定地址的路由信息。

仿真链路模型支持数据包传送；支持接收来自仿真可视化交互进程的故障/恢复命令，设置本链路状态(正常/故障)。

S402，用户运行网络仿真平台，网络仿真平台中的仿真核心引擎载入网络仿真场景及场景中的各模型，包括仿真可视化交互模型和仿真网元模型。

S403，仿真核心引擎根据仿真网元模型生成仿真网元进程，根据仿真可视化交互模型生成仿真可视化交互进程，在初始化时，仿真可视化交互进程创建指定端口B的进程通信连接，并进入侦听状态，仿真核心引擎维护仿真网元进程生成的仿真行为列表，根据仿真行为列表的时间顺序执行仿真行为；

S404，在控制端运行GUI程序，生成控制进程；

S405，在初始化时，GUI程序中的控制进程创建指定地址A和端口B的进程通信连接，并进入访问状态，与仿真可视化交互进程完成连接握手，建立两个进程之间的进程连接；

S406，用户通过GUI程序在控制界面输入一仿真命令FM1，该仿真命令的仿真内容为显示源地址为客户端1的IP地址的路由信息；

S407，GUI程序中的控制进程通过外部进程通信方式将仿真命令FM1发送至仿真可视化交互进程；

S408，仿真可视化交互进程接收到仿真命令FM1后，将仿真命令发送至仿真客户端2进程；

S409，仿真客户端2进程接收到仿真命令FM1后，进行任务记录，当接收到源地址为客户端1的IP地址的数据包时，解析出客户端1到客户端2的路由信息，将该路由信息发送至仿真可视化交互进程；

S410，仿真可视化交互进程接收仿真客户端2进程发送的路由信息，通过外部进程通信方式连接传递至控制进程；

S411，GUI程序通过控制进程接收客户端1到客户端2的路由信息，以图形、文本或两者相结合的方式显示给客户。

本发明实施例中，由于控制进程可以随时接收用户不同的命令，网络仿真过程动态地显示出来，控制进程为网络仿真过程提供人机交互功能，使网络仿真的演示效果更加逼真，得到的数据可信度更高，为用户优化网络设计提供了更强的依据。

实施例四

本发明实施例提供了一种网络仿真设备51，参见图5，包括：

仿真核心引擎511，用于生成位于网络仿真平台内部的仿真可视化交互进程，以及仿真网元进程；

仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式接收位于网络仿真平台外部的控制进程发送的仿真命令；

仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式将仿真命令传递给网络仿真平台内对应的仿真网元进程；

仿真可视化交互进程通过内部进程通信方式接收仿真网元进程根据仿真命令执行仿真行为后输出的仿真结果；

仿真可视化交互进程通过外部进程通信方式将仿真结果输出给控制进程，使得仿真结果通过控制进程进行显示输出。

本发明实施例中，控制进程由网络仿真平台外部的控制端创建，例如，控制进程可以是控制端GUI程序中的一个进程。

网络仿真设备51还包括：

仿真场景构建单元512，用于构建仿真场景，根据仿真场景确定仿真网元，具体地，仿真场景构建单元可以由网络仿真平台内部提供场景构建的功能单元实现。

网络仿真设备51还包括：

仿真网元模型生成单元513，用于根据仿真场景构建单元512确定的仿真网元生成仿真可视化交互模型，使得仿真核心引擎511通过仿真可视化交互模型生成仿真可视化交互进程；

仿真网元模型生成单元513，还用于根据仿真场景构建单元512确定的仿真网元生成仿真网元进程模型，使得仿真核心引擎511通过仿真网元进程模型生成仿真网元进程。

其中，仿真网元模型生成单元可以由网络仿真平台内部提供模型生成的功能的元实现，例如，可以通过仿真网元模型编辑器来实现模型的生成。

本发明实施例中，外部进程通信方式通过套接字，或者管道，或者信号，或者报文队列，或者共享队列的方式进行通信；

内部通信方式通过进程调用，或者远程中断，或者包传递的方式进行通信。

本发明实施例中，仿真核心引擎511通过仿真可视化交互模型生成仿真可视化交互进程后，仿真可视化交互进程创建与控制进程的连接，并进入侦听状态。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例提供的一种网络仿真方法和装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种网络仿真方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所方法，其特征在于，在接收所述仿真命令，执行仿真行为之前还包括：

构建仿真场景，根据仿真场景确定仿真网元。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述仿真场景确定的仿真网元生成仿真可视化交互模型，通过所述仿真可视化交互模型生成所述仿真可视化交互进程；

根据所述仿真场景确定的仿真网元生成仿真网元进程模型，通过所述仿真网元模型生成所述仿真网元进程。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述外部进程通信方式通过套接字，或者管道，或者信号，或者报文队列，或者共享队列的方式进行通信；

所述内部进程通信方式通过进程调用，或者远程中断，或者包传递的方式进行通信。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述仿真可视化交互模型生成所述仿真可视化交互进程后还包括：

所述仿真可视化交互进程创建与所述控制进程的连接，并进入侦听状态。

6.一种网络仿真设备，其特征在于，包括：

7.如权利要求6所述的网络仿真设备，其特征在于，还包括：

仿真场景构建单元，用于构建仿真场景，根据仿真场景确定仿真网元。

8.如权利要求7所述的网络仿真设备，其特征在于，还包括：

仿真网元模型生成单元，用于根据所述仿真场景构建单元确定的仿真网元生成仿真可视化交互模型，使得所述仿真核心引擎通过所述仿真可视化交互模型生成仿真可视化交互进程；

所述仿真网元模型生成单元，还用于根据所述仿真场景构建单元确定的仿真网元生成仿真网元进程模型，使得所述仿真核心引擎通过所述仿真网元进程模型生成所述仿真网元进程。

9.如权利要求6所述的设备，其特征在于：

10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述仿真核心引擎通过所述仿真可视化交互模型生成仿真可视化交互进程后，仿真可视化交互进程创建与所述控制进程的连接，并进入侦听状态。