CN114500297A - 基于虚实融合的大规模网络测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络测试应用系统领域，公开了一种基于虚实融合的大规模网络测试系统，以融合虚拟网络和实体网络的方式进行测试，虚拟网络具有虚拟网络节点，实体网络具有实体网络节点，包括测试服务系统和测试网络系统；测试服务系统，包括：测试管理配置模块、测试任务输入模块、测试结果输出分析模块、可视化模块；测试网络系统，包括测试任务分析模块、测试组织管理模块、测试任务执行模块、测试数据处理模块；通过集中调度虚拟网络与实体网络，在系统中构建出与当前实体网络高度逼真的网络场景，极大的提高了网络测试的真实性和精确度。

Description

基于虚实融合的大规模网络测试系统

技术领域

本发明涉及网络测试应用系统领域，具体涉及一种基于虚实融合的大规模网络测试系统。

背景技术

随着经济全球化和数字化的不断发展，计算机网络作为基础设施的重要地位愈发明显。除了日常生活和工作之外，网络在工业生产、交通、军事、空间探测等领域也发挥着极大的作用。随着通信技术的迅速发展，网络架构更为复杂，应用繁多。在网络中的新协议、新算法在投入之前需要经过大量的大规模测试规范流程。然而测试如果都在实际场景中进行，大规模的网络测试需要大量的物理网络设备，往往会耗费大量的人力物力。

当前进行网络测试常用的测试方法有网络模拟技术、网络仿真技术以及实物测试床技术。

网络模拟是一种容易实现的方法，利用现有的网络数学模型来代替真实网络，该种测试方法可以进行大规模网络的测试。但是由于模拟技术仅仅是通过数学建模的方式来进行测试，难以模拟实际网络系统和网络环境的不确定因素，因此影响了测试结果的可信度。

网络仿真既可直接部署真实网络业务，又可将真实业务场景与仿真拓扑（节点与链路）通过序列化和持久化等技术永久保存在存储介质中。若有需要，可通过对网络仿真系统内部仿真参数进行相应调整，实现对仿真生命周期进行简易、灵活地管理与控制。但是网络仿真技术在被测网络规模以及复现速度等方面表现不佳，并且由于不是完全真实的网络环境，也影响了测试结果的可信度。

实物测试床技术是利用实体的网络来构建目标网络，其网络测试结果具有可信度高的特点。但是，由于实物测试床技术是完全基于实体的硬件设备来构建网络测试平台，故实物测试床构建难度大、成本昂贵、灵活性差，难以进行大规模网络系统的测试。

此外，当前的网络测试平台普遍缺乏智能分析和优化方法，模型的优化主要靠人来完成，少有软件能够提供基于人工智能的分析工具，这对于大规模的网络测试也是一个挑战。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于虚实融合的大规模网络测试系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于虚实融合的大规模网络测试系统，以融合虚拟网络和实体网络的方式进行测试，虚拟网络具有虚拟网络节点，实体网络具有实体网络节点，包括测试服务系统和测试网络系统；

测试服务系统，包括：

测试任务输入模块，用于接收用户输入的测试任务并发送至测试网络系统，与实体网络连接；所述测试任务包括被测对象、测试网络环境信息、测试过程中需要观测的融合网络的网络状态信息；

测试结果输出分析模块，测试过程中对融合网络的网络状态信息进行实时观测得到观测结果，测试结束后对测试结果进行分析得到分析结果，将观测结果和分析结果发送至可视化模块；

可视化模块，将观测结果和分析结果通过可视化方式呈现给用户；

测试网络系统，包括：

测试组织管理模块，根据测试网络环境信息生成融合网络调度指令，对融合网络中的虚拟网络节点和实体网络节点进行配置，并对融合网络进行生命周期管理；

测试任务执行模块，根据融合网络调度指令组织融合网络，在融合网络上对被测对象进行测试，得到测试结果；

测试数据处理模块，测试过程中实时采集融合网络的网络状态信息以及测试完成后的测试结果，并将网络状态信息和测试结果发送至测试服务系统。

具体地，所述测试网络环境包括融合网络的网络节点数量、网络拓扑；所述网络拓扑包括网络节点间链接方式、链路带宽、传输延时、误码率、丢包率。

具体地，所述测试服务系统包括测试管理配置模块；测试管理配置模块能够对测试网络系统下发控制指令，用于开始、暂停或者结束测试，能够选择保存当前测试任务以及测试任务的测试进度。

具体地，所述测试网络系统包括测试任务分析模块；测试网络系统接收到测试服务系统发送的测试任务后，先通过测试任务分析模块检查测试网络系统是否能提供测试任务所需的测试资源；如果不能提供，则产生反馈信息给用户，指导用户调整测试任务；如果能够提供，测试任务分析模块对测试任务进行分解，确定测试步骤以及测试步骤所需要的测试资源后，传递至测试组织管理模块。

具体地，所述融合网络具有网络单元，网络单元包括融合终端、融合节点、融合链路；

融合节点包括所述的虚拟网络节点和实体网络节点；融合节点位于终端位置时被称为融合终端；

融合链路用于链接各融合节点；

测试组织管理模块对融合网络中的虚拟网络节点和实体网络节点进行配置时，为每个融合节点分配IP地址，为每个虚拟网络节点分配MAC地址；

测试组织管理模块根据测试网络环境信息生成融合网络调度指令时，根据用户输入的测试网络环境信息对各融合链路的链路带宽、传输延时、误码率、丢包率进行配置。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

1.融合网络是基于现有网络的精确刻画，它以实体网络为依据，通过集中调度虚拟网络与实体网络，在系统中构建出与当前实体网络高度逼真的网络场景，极大的提高了网络测试的真实性和精确度。

2.通过融合虚拟网络和实体网络的技术，为大规模网络测试提供了测试平台，用户可以根据自己的需求自定义节点数量，将极大缩减开展大规模网络测试所需要的物理设备成本。

3.可以根据测试需求将实体网络节点和虚拟网络节点映射到整个测试网络拓扑中的任意位置，且测试网络环境可以灵活配置。

4.可以在测试结果输出分析模块上部署人工智能方法，对网络状态信息程和测试结果进行分析，并向用户提供测试结果和优化建议。

附图说明

图1本发明大规模网络测试系统的总体架构图；

图2为本发明融合节点组织管理的示意图；

图3为本发明实施例的测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种基于虚实融合的大规模网络测试系统，将虚拟网络与实体网络相结合，能进行高精确度、高真实性、高灵活性、高扩展性、低成本的大规模网络测试。本发明中的大规模网络测试系统主要包含两个部分：测试服务系统和测试网络系统；测试服务系统旨在为用户提供测试输入、输出和测试管理配置等功能；测试网络系统，旨在进行虚实融合的大规模网络测试。

1.1测试服务系统

测试服务系统为用户提供测试输入、输出和测试管理配置等功能，分为测试任务输入模块、测试结果输出分析、可视化模块、测试管理配置模块。

在测试进行前，用户通过可视化的测试任务输入模块将测试任务输入：首先，用户可以通过测试任务输入模块输入需要测试的协议、算法等被测对象；其次，在测试任务输入模块中可以输入进行大规模网络测试所需要的网络节点数、网络拓扑以及在测试过程中需要观测的网络状态信息；网络拓扑包括节点间链接方式、链路带宽、传输延时、误码率、丢包率；测试任务输入模块还为用户提供物理网络接口，用户可以通过无线或者有线的方式将实体网络接入到系统当中，用来进行虚拟网络节点和实体网络节点的融合；最后，用户可以通过测试任务输入模块指定融合网络的网络拓扑中，哪些融合节点用实体网络节点代表，哪些融合节点用虚拟网络节点代表，构建出完整的融合网络，用于实现不同的测试。实体网络节点即实体网络中的物理节点。

测试过程中，用户通过测试服务系统中的测试结果输出分析模块，对融合网络的网络状态信息（如某一链路的实时传输速率、两节点间的传输延迟）进行实时观测，观测结果将通过可视化模块呈现给用户。

测试结束后，测试结果输出分析模块可对测试结果利用统计、数据挖掘、人工智能等方法进行分析，并通过可视化模块将分析结果呈现给用户。在整个测试过程中用户通过测试管理配置模块，可以随时对测试网络系统下发控制指令，用于开始、暂停、或者结束测试。除此之外，用户可以通过测试管理配置模块选择保存当前的测试任务和测试任务的测试进度，以便于在需要时快速恢复当前状态。

可视化模块贯穿整个测试流程，将系统的数据或功能转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理。

1.2测试网络系统

测试网络系统是整个系统的核心部分，它包括四个模块：用来检查测试任务合法性和分解测试意图的测试任务分析模块、用来管理整个融合网络的测试组织管理模块、用来执行测试任务的测试任务执行模块，以及用来托管测试数据并进行数据采集的测试数据处理模块。

1.2.1测试任务分析模块

在接收测试服务系统测试用户输入的测试任务之后，测试任务分析模块先检查测试系统是否能提供测试任务所需的测试资源，其中测试资源包括测试所需要的协议，测试过程中所依赖的文件，测试过程中所需要的算力、内存等。如果不能提供，则产生反馈信息给测试用户，指导用户调整测试任务。在确定测试系统能够完成测试之后，测试任务分析模块会对用户的测试任务需求进行分解，确定测试步骤及其所需要的具体测试资源，将其传递给测试组织管理模块，以便于测试组织管理模块更好的分配测试任务所需要的测试资源。

1.2.2 测试组织管理模块

测试组织管理模块包括对被测对象、网络节点和融合网络三个部分的组织与管理。

被测对象是用户通过测试服务系统中测试任务输入模块输入的各类网络协议、算法等对象。对被测对象的组织与管理，是指对测试任务所需的节点间链接方式（有线或者无线）、链路带宽、传输延时、误码率、丢包率进行设置，合理调度系统资源后在测试任务执行模块当中进行部署，安排测试。测试组织管理模块预设了以实体网络为基准的链路层、网络层、传输层、应用层等各类协议，以协议栈的方式集成在该模块当中，同时各协议层的层间接口与实体网络一样。当测试任务需要时，用户可以对各层的协议进行调整或修改，测试组织管理模块可以快速地调用各类协议、算法，以便于在测试任务执行模块中快速部署，达到网络测试的目的。

对网络节点的组织与管理是指在不同的测试当中，虚拟网络节点与实体网络节点的数量是不一样的，测试组织管理模块可根据需求，调度系统资源并自动创建虚拟网络节点。如图2所示，创建完虚拟网络节点之后，将虚拟网络节点和通过测试服务系统接入的实体网络的物理节点看成对等体（即虚拟网络节点和实体网络节点在结构和功能上完全一致）来进行集中的处理，实体网络节点和虚拟网络节点统称为融合节点。紧接着，测试组织管理模块将根据用户输入的测试网络环境信息配置实体网络节点和虚拟网络节点,首先为每个融合节点统一分配IP地址以及MAC地址以便于相互之间通信，紧接着按照测试网络环境信息将虚拟网络节点和实体网络节点配置在所需的位置，形成虚实结合的网络拓扑结构。

对融合网络进行组织与管理，是指在每一个测试任务中高效合理地组织测试任务执行模块中的融合终端、融合链路、融合节点，合理调度系统资源，将各层协议、网络算法在测试任务执行模块中进行部署，生成测试所需的整个融合网络执行环境，为测试提供支撑。每个测试任务涉及到的融合网络是不同的，融合网络的生命周期也是不同的，需要测试组织管理模块及时调度、处理和管控。

测试任务执行模块接收来自测试组织管理模块的调度、配置，不同测试所需要的网络拓扑、协议算法等均有所不同，测试所花费的时间也有所不同。因此需要测试组织管理模块根据用户需求来高效组织、保障、维护融合网络，更好地提供网络测试服务。

1.2.3 测试任务执行模块

测试任务执行模块是测试任务执行的单元，根据测试组织管理模块的调度针对用户输入的测试任务确立测试分支，确认测试种类与数量，并给出执行序列。通过测试组织管理模块的部署，在测试任务执行模块中构建出虚实融合的融合网络。

融合网络是对现有网络的精确刻画，它以实体网络为依据，通过集中调度虚拟网络与实体网络，在系统中构建出与当前实体网络高度逼真的网络场景。在根据实体网络构建用于大规模虚实融合所需要的仿真环境时，实体网络中的各个网络单元（终端、节点、链路等信息）是不可或缺的，因此在测试任务执行模块中引入了融合网络单元来准确刻画融合网络。融合网络单元包括融合终端、融合节点、融合链路、融合协议层。

融合节点：融合节点是融合网络中用来传输数据，进行通信的最小单元，它包含虚拟网络节点和实体网络节点两个类型。对于每个融合节点，测试组织管理模块都会为其分配IP地址，便于融合节点之间进行通信。此外，测试组织管理模块还会为每个虚拟网络节点分配MAC地址，用来识别虚拟网络节点的位置。实体网络节点的MAC地址则通过实体网络节点的网卡信息进行直接读取。

融合终端是位于终端位置的融合节点。

融合链路：融合链路用来链接各节点，提供通信链路。融合链路包含三种：实体网络节点之间的链路、虚拟网络节点之间的链路，以及虚拟网络节点和实体网络节点之间的链路。网络拓扑被用户定义时，测试组织管理模块会自动根据用户的需求，对各链路的链路带宽、传输延时、误码率、丢包率进行自动生成并在测试任务执行模块中部署。

融合协议层：融合协议层包括以实体网络为基准在融合网络中抽象出的融合链路层、融合网络层、融合传输层、融合应用层；同时各融合协议层的层间接口与实体网络一样，可以通过测试组织管理模块快速对协议、算法进行改装，并在测试任务执行模块中部署。

在测试过程中测试任务执行模块可以根据需要实时将测试中的网络状态信息发送给数据处理模块。

1.2.4 测试数据处理模块

测试过程中，测试数据处理模块可以对融合网络的各种网络状态信息进行实时采集和储存。当测试结束，形成网络数据库后，测试数据处理模块将测试结果发送给测试服务系统中的测试结果输出分析模块进行进一步处理。

1.3 系统模块接口关系

1.3.1 测试服务系统与测试网络系统

测试服务系统提供交互接口，用户通过测试任务输入模块将测试任务，如待测的网络拓扑、协议和算法等，输入到测试服务系统之中。测试服务系统将进一步通过数据接口，向下传递到测试网络系统，进行测试任务分析。当测试进行时，测试数据将从测试网络系统当中的测试数据处理模块实时传递到测试服务系统当中的测试结果输出分析模块，以便于用户观测。测试结束后，测试网络系统中数据处理模块中的测试结果由测试网络系统发送回测试服务系统，以便于用户进行参考。其次，实体网络将通过测试服务系统提供的接口，接入到测试网络系统中的测试组织管理模块，用来统一配置融合网络。此外，用户通过测试服务系统中的测试管理配置模块，可以实时对测试网络系统进行控制，可以暂停、重启测试或者保存测试进度。

1.3.2 测试网络系统内部模块

测试网络系统的内部四个模块也将通过接口实现通信。首先，测试任务分析模块接收来自于测试服务系统的算法、协议、网络拓扑并进行意图分解，将其传递给测试组织管理模块；测试组织管理模块首先将根据测试分析模块的需求，统一调度、管理所需资源；随后测试组织管理模块通过接口在测试任务执行模块中部署测试所需要的融合网络；此外数据处理模块可以与融合网络系统进行通信，实时获取网络测试中的网络状态信息。

实施例

如图3所示，用户测试支持1000个无人机节点的大规模无人机自组织网络的路由协议，但是用户仅有3架真实无人机。

首先用户向测试服务系统输入其所需要的网络节点数1000、测试的路由协议以及网络拓扑（包括节点间链接方、链路带宽、传输延时、误码率、丢包率）、需要观测的网络状态信息、3架无人机实体网络节点在网络拓扑中的位置，同时通过测试服务系统提供的接口将3架实体无人机接入系统。

测试网络系统中的测试任务分析模块将接受来自测试服务系统的请求，对其就行可行性分析。若不可行，产生反馈信息给测试用户，供其修改测试内容；若可行，将其进行意图分解，交给测试组织管理模块。此时测试组织管理模块将会根据用户的需求，生成997个虚拟网络节点，将997个虚拟网络节点与3个实体网络节点统一配置，形成融合节点。然后根据测试任务需要为每个融合节点生成对应的IP地址、MAC地址，并自动生成融合节点之间的融合链路。同时测试组织管理模块还将根据测试任务的需求，将路由协议在测试网络执行模块当中进行部署。

此时测试任务执行模块运行，开始测试。用户通过测试结果输出分析模块可以实时观测到测试过程中的网络状态信息，并且可以通过测试管理配置模块随时关闭、暂停测试或者保存当前测试内容，以便于下次接着测试。测试网络系统中的数据处理模块将会实时记录测试中的网络状态信息并保存。

测试完成后，测试网络系统中的测试组织管理模块将终止虚拟网络的运行，测试数据处理模块对数据进行打包，测试结果输出分析模块将利用AI技术对数据进行分析，将数据和分析结果通过测试服务系统的可视化模块展现给用户。

如果用户有其它测试需求，可以对3架实体无人机在网络拓扑中的位置进行重新设置，然后重复以上测试步骤。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于虚实融合的大规模网络测试系统，以融合虚拟网络和实体网络的方式进行测试，虚拟网络具有虚拟网络节点，实体网络具有实体网络节点，其特征在于，包括测试服务系统和测试网络系统；

测试服务系统，包括：

测试任务输入模块，用于接收用户输入的测试任务并发送至测试网络系统，与实体网络连接；所述测试任务包括被测对象、测试网络环境信息、测试过程中需要观测的融合网络的网络状态信息；

测试结果输出分析模块，测试过程中对融合网络的网络状态信息进行实时观测得到观测结果，测试结束后对测试结果进行分析得到分析结果，将观测结果和分析结果发送至可视化模块；

可视化模块，将观测结果和分析结果通过可视化方式呈现给用户；

测试网络系统，包括：

测试组织管理模块，根据测试网络环境信息生成融合网络调度指令，对融合网络中的虚拟网络节点和实体网络节点进行配置，并对融合网络进行生命周期管理；

测试任务执行模块，根据融合网络调度指令组织融合网络，在融合网络上对被测对象进行测试，得到测试结果；

测试数据处理模块，测试过程中实时采集融合网络的网络状态信息以及测试完成后的测试结果，并将网络状态信息和测试结果发送至测试服务系统；

所述融合网络具有网络单元，网络单元包括融合终端、融合节点、融合链路；

融合节点包括所述的虚拟网络节点和实体网络节点；融合节点位于终端位置时被称为融合终端；

融合链路用于链接各融合节点；

测试组织管理模块对融合网络中的虚拟网络节点和实体网络节点进行配置时，为每个融合节点分配IP地址，为每个虚拟网络节点分配MAC地址；

测试组织管理模块根据测试网络环境信息生成融合网络调度指令时，根据用户输入的测试网络环境信息对各融合链路的链路带宽、传输延时、误码率、丢包率进行配置。

2.根据权利要求1所述基于虚实融合的大规模网络测试系统，其特征在于：所述测试网络环境包括融合网络的网络节点数量、网络拓扑；所述网络拓扑包括网络节点间链接方式、链路带宽、传输延时、误码率、丢包率。

3.根据权利要求1所述基于虚实融合的大规模网络测试系统，其特征在于：所述测试服务系统包括测试管理配置模块；测试管理配置模块能够对测试网络系统下发控制指令，用于开始、暂停或者结束测试，能够选择保存当前测试任务以及测试任务的测试进度。

4.根据权利要求1所述基于虚实融合的大规模网络测试系统，其特征在于：所述测试网络系统包括测试任务分析模块；测试网络系统接收到测试服务系统发送的测试任务后，先通过测试任务分析模块检查测试网络系统是否能提供测试任务所需的测试资源；如果不能提供，则产生反馈信息给用户，指导用户调整测试任务；如果能够提供，测试任务分析模块对测试任务进行分解，确定测试步骤以及测试步骤所需要的测试资源后，传递至测试组织管理模块。

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