CN107819649A - 一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，用于测试卫星通信网络是否支持海量终端访问某种基于TCP/UDP的私有协议。包括：开发海量终端模拟软件建立数万量级模拟终端模型。在网络测试仪上设置客户端和服务器端。客户端和服务器端分别与海量终端模拟软件和卫星主站相连；在网络测试仪上配置客户端和服务器端网络；客户端导入捕获的待测协议的会话报文，创建播放列表，配置负载模型和用户行为。服务器端播放客户端导入的播放列表里的流文件并执行测试；网络测试仪对测试结果进行统计处理，并形成测试报告。本发明的技术效果在于开发仿真模型软件，挖掘现有测试工具的特点，对它们进行结合使用达到测试目的。

Description

一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法
技术领域
本发明属于卫星通信网络性能测试领域，涉及一种基于海量终端访问私有协议的测试方法及其测试系统。
背景技术
目前网络中的应用除了标准的应用外，还有几千种甚至更多的其他应用，比如P2P(BitTorrent,eDonkey、Kazaa、Gnutella等)和即时消息协议(MSN、Yahoo Messager、GTalk、QQ、Skype等)应用，同时还有军队、部委和研究所自己开发的专用协议或者定制应用。这些应用统称为私有协议，其特点是不规范，不标准，种类繁多，协议变化快，测试起来非常棘手。
相较于电信网络、计算机网络等地面通信网络，卫星通信网络具有延迟大、抖动大、误码率较高等特点，需要测试卫星通信网络对各种私有协议的支持情况。对单个终端而言，可以直接接入卫星通信网络，然后利用实际的应用软件完成某种私有协议的测试。然而随着宽带卫星通信系统的发展，海量用户的组网规模势在必行，那么海量终端并发的协议测试也就必不可少。对于标准协议而言，业界已经提供了成熟的测试工具和方法。但对于某种特定的私有协议，这种海量终端的并发测试业界并没有明确的方法。如果将海量终端实际接入卫星通信网络，测试和维护的工作量都太大，而且接入网络的终端数量也很受限。因此本发明设计和开发一个海量终端模拟软件，可以实现数万量级模拟终端的并发接入和进行包括各种私有协议在内的业务测试。
目前网络测试的工具主要以测试软件和具有专门硬件平台的测试仪表为主，测试软件适用于一般的功能及一致性测试。测试软件的特点是便于安装、使用灵活并且成本较低。缺点是测试软件受用户主机本身性能影响较大，不太适用于网络“压力”测试，测试结果和实际网络应用有较大差距。并且测试软件支持的协议有限，只支持标准协议，或者需要编写脚本，支持多种测试协议。而且测试人员必须弄清楚被测试应用系统使用的什么协议，因为关系到测试脚本能否正确录制与执行。而以专门硬件为平台的测试仪表由于采用了高速的ASIC或FPGA，使得测试流量在发送方向及接收统计方向都能够达到线速，从而满足了网络性能测试的要求，在网络协议的扩展性上，也更加开放灵活。
发明内容
发明所要解决的课题
针对背景技术的不足，本发明提供一种灵活、可扩展的基于卫星通信网络的海量终端访问私有协议测试方法，用于测试卫星通信网络是否支持海量终端访问某种基于TCP/UDP的非标准应用层协议。
用于解决课题的技术手段
一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，具体包含如下步骤：
步骤1，按照卫星通信网络协议，利用多线程技术和虚拟网卡技术，实现海量终端模拟软件，并以此建立海量模拟终端的登录和业务模型；
步骤2，在网络测试仪上设置客户端和服务器端，将客户端与海量终端模拟软件相连，将服务器端与卫星通信网的主站相连；
步骤3，对照被测卫星通信系统的终端和主站的网络规划，在网络测试仪上分别配置客户端和服务器的网络；
步骤4，通过捕获包软件(例如软件Wireshark)捕捉待测协议会话的报文，生成包含流的PCAP文件，将生成包含流的PCAP文件导入客户端，并创建播放列表；
步骤5，在网络测试仪的客户端配置流量负载模型和用户行为；
步骤6，服务器端回放客户端导入的播放列表里的流文件，执行测试；
步骤7，利用网络测试仪对测试结果进行统计处理，并形成测试报告。
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤1中，按照卫星通信网络协议，利用多线程和虚拟网卡技术，实现海量终端模拟软件，建立海量模拟终端的登录和业务模型。该软件可以模拟海量终端的登录过程，也可以向卫星通信网的主站发送TCP/UDP数据，还能够模拟各种实际网络应用；
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤2中，利用网络测试仪进行卫星通信系统的回环测试，将客户端与海量终端模拟软件相连，将服务器端与卫星通信网的主站相连；
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤3中，在网络测试仪的客户端为每个终端配置业务IP，其中IP地址与该终端的LAN口地址在相同网段，但是子网掩码配置为16位，网关配置为海量终端模拟软件的业务网口IP；同时，在网络测试仪的服务器端配置一个业务IP，其中IP地址与主站的网管IP在同一个子网，掩码和网关与网管相同；网络测试仪的客户端作为业务源向服务器端发送业务数据。海量终端软件通过内部虚拟网卡进行抓包，根据业务源IP进行业务分发，分给相应的终端业务队列。实现所有客户端通过海量终端访问服务器端；
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤4中，通过捕获包软件Wireshark捕获待测协议会话的报文，生成包含流的PCAP文件，然后将生成包含流的PCAP文件导入网络测试仪的客户端；
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤4中，在客户端创建播放列表，其中该播放列表包括流名称、流回放开始时间、发送第一个数据包开始时间、服务器端IP、服务器端口、包延迟、关闭对话类型等；
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤5中，在网络测试仪的客户端配置流量负载模型和用户行为，其中流量负载模型的类型包括Simusers和Simusers/second，用于确定系统支持的最大并发用户数或每秒可处理的用户数，而用户行为的执行脚本格式为sapee：//目录/播放列表；
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤6中，网络测试仪按照步骤5中设定的流量负载模型和用户行为方式，在服务器端回放步骤4中向客户端导入的播放列表playlist里的流文件，执行测试；
作为本发明一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法的进一步优选方案，在步骤7中，测试结果包含吞吐量、播放列表和活跃播放列表；
其中，吞吐量为每秒传入和传出播放列表的业务；
播放列表具体统计如下：
尝试的：每秒发送给服务器端的播放列表请求数；
成功的：每秒成功的播放列表总数；
不成功的：每秒不成功的播放列表总数；
活跃播放列表为测试期间建立的活跃播放列表数。
发明效果
1、在研究各种现有测试工具的基础上，结合本发明的海量终端模拟软件，提出了利用网络测试仪表来进行海量终端访问私有协议的卫星通信网络性能测试方法，该方法能有效降低搭建性能测试环境的硬件成本、组网复杂度、维护的难度和环境迁移的难度，可以提升系统测试覆盖性，验证系统可靠性和稳定性；
2、本发明提出一种灵活、可扩展的基于卫星通信网络的海量终端访问私有协议测试方法，用于测试卫星通信网络是否支持海量终端访问某种基于TCP/UDP的非标准应用层协议；
3、该测试方法通过开发海量终端模拟软件建立海量终端模型，可模拟卫星通信网络中海量终端访问私有协议并进行网络性能测试，支持TCP/UDP流，支持IPv4和IPv6，支持回放TCP三层握手不完整的流(缺少或者丢失)，支持对私有协议的报文内容，报文顺序，报文时序等进行按需修改，并且可以对各种应用层协议灵活配置，完成各种应用流量的混合，产生与现网流量模型一致的真实应用层流量模型。
附图说明
图1是根据本发明的网络测试拓扑示意图；
图2是根据本发明的网络测试连接图；
图3是根据本发明的私有协议测试流程图；
图4是根据本发明的吞吐量测试结果示意图；
图5是根据本发明的播放列表测试结果示意图；
图6是根据本发明的活跃播放列表测试结果示意图；
图7是根据本发明的每个客户端测试结果示意图。
具体实施方式
以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。
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。
如图1所示，本发明提供了一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法。按照卫星通信网络协议，利用多线程技术和虚拟网卡技术，实现海量终端模拟软件，并以此建立海量模拟终端的登录和业务模型。
如图1所示，本发明提供了一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法。单个海量终端模拟软件可模拟例如4000个终端登录流程，并且稳定在线。模拟终端可向卫星主站发送TCP、UDP数据，也可模拟各种实际网络应用。
多个海量终端模拟软件可同时在一个卫星子网上运行，每个海量终端模拟软件模拟一个终端组下的部分或全部终端。
单台服务器可同时运行多个海量终端模拟软件，多台服务器并发模拟海量终端并稳定在线。
如图1所示，本发明提供了一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法。利用网络测试仪进行卫星通信系统的回环测试，将客户端与海量终端模拟软件相连，将服务器端与卫星通信网的主站相连；
如图2所示，给出了根据本发明的测试连接图：网管具有卫星网络管理和监控等功能；网控是全网数据交换和控制中心；调制代理完成前向DVB-S2协议规定的编码调制功能；解调代理完成回传卫星通信协议规定的突发数据解调译码等功能；海量终端软件服务器用于运行海量终端软件；网络测试仪是本发明所用测试仪表。
如图3所示，给出了根据本发明的私有协议测试流程图：具体流程步骤如下：
步骤1，按照卫星通信网络协议，利用多线程技术和虚拟网卡技术，实现海量终端模拟软件，并以此建立海量模拟终端的登录和业务模型。该软件可以模拟海量终端的登录过程，也可以向卫星通信网的主站发送TCP、UDP数据，还能够模拟各种实际网络应用；
步骤2，在网络测试仪上设置客户端和服务器端，将客户端与海量终端模拟软件相连，将服务器端与卫星通信网的主站相连。
步骤3，对照被测卫星通信系统的终端和主站的网络规划，在网络测试仪上分别配置客户端和服务器的网络；
在网络测试仪的客户端为每个终端配置业务IP，其中IP地址与该终端的LAN口地址在相同网段，但是子网掩码配置为16位，网关配置为海量终端模拟软件的业务网口IP；同时，在网络测试仪的服务器端配置一个业务IP，其中IP地址与主站的网管IP在同一个子网，掩码和网关与网管相同；网络测试仪的客户端作为业务源向服务器端发送业务数据。海量终端软件通过内部虚拟网卡进行抓包，根据业务源IP进行业务分发，分给相应的终端业务队列。实现所有客户端通过海量终端访问服务器端。
步骤4，捕捉待测协议会话的报文，生成包含流的PCAP文件，将生成包含流的PCAP文件导入客户端，并在客户端创建播放列表；
播放列表包括流名称，流回放开始时间，发送第一个数据包开始时间，服务器端IP，服务器端口，包延迟，关闭对话类型等。
这里的播放列表是流文件的集合。而流是指两个主机之间TCP或UDP会话的数据负载。点击任何一个流都可以看到流中包含的报文交互过程以及报文的详细内容。将报文中的某一字段设为变量，这样每次回放报文，报文内容都不会重复，实现多用户多场景。
步骤5，在网络测试仪的客户端配置流量负载模型和用户行为；
流量负载模型有Simusers和Simusers/second，其中Simusers是指虚拟用户。这种负载类型可以确定设备或系统支持的最大并发用户数。而Simusers/second是指每秒产生的最大并发用户数。用来衡量被测设备或系统每秒可处理的用户数。
负载模型的场景设置四个阶段，分别为延迟(delay)、增加(ramp up)、稳定(steady)和下降(ramp down)。每个阶段的测试时间不同，以更接近真实流量负载。
用户行为的执行脚本格式为sapee：//目录/播放列表。
所有的虚拟用户会执行脚本中配置的用户行为。
步骤6，服务器端回放客户端导入的播放列表里的流文件，执行测试；
服务器端回放客户端导入的播放列表里的流，需要设置播放列表的路径和客户端导入的一致。服务器端的每一个关联对应一个播放列表，因此客户端播放几条播放列表，服务器端就关联几个播放列表。
步骤7，利用网络测试仪对测试结果进行统计处理，并形成测试报告。
客户端实时统计的指标有三个，吞吐量(througthput)、播放列表(Playlists persecond)和活跃播放列表(Active playlists)。分别由三个图给出。
如图4所示，给出了吞吐量测试结果示意图，具体说明如下：
吞吐量(througthput)：每秒传入(incoming)和传出(outgoing)播放列表的业务，单位为千比特/每秒。
如图5所示，给出了播放列表测试结果示意图，具体说明如下：
播放列表(Playlists per second)统计如下：
尝试的(Attempted)：每秒发送给服务器端的播放列表请求数；
成功的(successful)：每秒成功的播放列表总数。所有的包都被发送和接收，并且用于所有流的CLOSE类型正确，认为播放列表成功；
不成功的(unsuccessful)：每秒不成功的播放列表总数。不成功有多种原因：如一个播放列表里的任何流不发送一个包、接收不到期望的包、或者不正确的关闭等。
如图6所示，给出了活跃播放列表测试结果示意图，具体说明如下：
活跃播放列表(Active playlists)：测试期间建立的活跃播放列表数。
如图7所示，测试报告可以查看每个终端的测试结果，用于对不同终端的测试结果进行具体分析。
综上所述，本发明提供一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，用于测试卫星通信网络是否支持海量终端访问某种基于TCP/UDP的私有协议。包括：开发海量终端模拟软件建立数万量级模拟终端；在网络测试仪上设置客户端和服务器端，客户端和服务器端分别与海量终端模拟软件和卫星主站相连；在网络测试仪上配置客户端和服务器端网络；客户端导入捕获的待测协议的会话报文，创建播放列表，配置负载模型和用户行为；服务器端播放客户端导入的播放列表里的流文件并执行测试；网络测试仪对测试结果进行统计处理，并形成测试报告。本发明的技术效果在于开发仿真模型软件，挖掘现有测试工具的特点，将它们进行结合使用达到测试目的。
本发明中应用了具体实施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。
需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，具体包含如下步骤：
步骤1：按照卫星通信网络协议，利用多线程技术和虚拟网卡技术，实现海量终端模拟软件，并以此建立海量模拟终端的登录和业务模型；
步骤2，在网络测试仪上设置客户端和服务器端，将客户端端口与海量终端模拟软件侧连接，服务器端与卫星通信网的主站侧连接；
步骤3，对照被测卫星通信系统的终端和主站的网络规划，在网络测试仪上分别配置客户端和服务器的网络；
步骤4，捕捉待测协议会话的报文，生成包含流的PCAP格式的文件，将所生成的包含流的PCAP格式的文件导入客户端，并创建播放列表；
步骤5，在网络测试仪的客户端配置流量负载模型和用户行为；
步骤6，服务器端回放客户端导入的播放列表里的流文件，执行测试；
步骤7，利用网络测试仪对测试结果进行统计处理，并形成测试报告。
2.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤1中，按照卫星通信网络协议，利用多线程和虚拟网卡技术实现海量终端模拟软件，建立海量模拟终端的登录和业务模型，
所述海量终端模拟软件能够实现下述动作的至少一种，所述动作包括：模拟海量终端的登录过程、向卫星通信网的主站发送TCP、UDP数据、模拟各种实际网络应用。
3.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤2中，利用网络测试仪进行卫星通信系统的回环测试，将客户端与海量终端模拟软件相连，将服务器端与卫星通信网的主站相连。
4.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤3中，在网络测试仪的客户端为每个终端配置业务IP，其中IP地址与该终端的LAN口地址在相同网段，但是子网掩码配置为16位，网关配置为海量终端模拟软件的业务网口IP；同时，在网络测试仪的服务器端配置一个业务IP，其中IP地址与主站的网管IP在同一个子网，掩码和网关与网管相同。
5.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤4中，通过捕获包软件捕获待测协议会话的报文，生成包含流的PCAP格式的文件，然后将所生成的包含流的PCAP格式的文件导入网络测试仪的客户端。
6.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤4中，在客户端创建播放列表，其中该播放列表包括流名称、流回放开始时间、发送第一个数据包开始时间、服务器端IP、服务器端口、包延迟、关闭对话类型。
7.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤5中，在网络测试仪的客户端配置流量负载模型和用户行为，其中流量负载模型用于确定系统支持的最大并发用户数或每秒可处理的用户数，用户行为方式的执行脚本格式为sapee：//目录/播放列表。
8.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤6中，网络测试仪按照步骤5中设定的流量负载模型和用户行为方式，在服务器端回放步骤4中向客户端导入的播放列表里的流文件，执行测试。
9.根据权利要求1所述的基于海量终端的卫星通信网络的私有协议测试方法，其特征在于，
在步骤7中，测试结果包含吞吐量、播放列表和活跃播放列表。
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