NGI分组交换网的网络规划和性能评估

李露　唐宝民 2008/07/01

图1　网络规划模型图

　　首先是对所要规划的网络容量和性能进行测量和评估。网络容量是指任何事件间隔内网络所能承载的最大通信量；网络性能是指网络时延、吞吐量、网络可用性等，仔细分析网络容量和性能，设计到网络的流量控制和路由选择方法。

　　其次通过获得的数据确定网络拓扑结构，网络体系结构，包括功能分层，各对等层实体间通信所遵守的协议以及路由配置方案。

　　常用的网络体系结构主要有ISO/OSI、TCP/IP、SNA、DNA等，我们可以选用ISO/OSI体系结构，它发展比较成熟，是网络技术发展的主流，可以体现出NGI的特点。

　　网络拓扑结构主要是确定各种设备以什么方式相互连接起来，在设计时应该考虑网络的规模，网络的体系结构，所采用的协议，网络设备类型，以及扩展和升级管理维护等方面的因素。网络拓扑结构常使用层次化网络结构，分为三层：

　　（1）主干层：主要由路由交换机、路由器等组成；

　　（2）转接层：主要由交换机、路由器等组成；

　　（3）接入层：可由局域网方式、拨号方式等支持用户连接入网。

　　再次是网络估算。根据链路成本满足最短路径的方法，在一个MPLS网络中配置路由文件。

　　第四是进行分析和评估。它的实施可以和其余的任务同时操作，这些任务包括成本计算、评估网络质量参数（QoS、GoS、Delay）等。

　　NGI分组交换网的网络规划的立体模型（见图2）

图2　网络规划的立体模型

　　从立体模型中可以看到：

　　（1）根据网络功能可以将网络规划分为三层：拓扑层、物理层和网络层。

　　其中逻辑层和物理层都是独立的，网络规划任务需要被单独完成，网络层选择IP网络。但是无论如何，每一层之间都有一些相互关系。从网络成本来看，最佳的通信集中在逻辑层，一个好的分布结构产生一个最佳的物理拓扑，物理层的更多的可用的网络资源必须由网络层提供，因此我们还需要考虑多层最优化问题。

　　从下一代因特网的角度考虑，物理层和使用像GMPLS路由协议的光交换网络关系最密切，需要考虑到GMPLS路由器在逻辑层的配置，从边缘路由到GMPLS核心路由要被物理距离限制，因此相应的关系可能要在设计两层时被反复的考虑，但是分开来考虑逻辑和物理层设计。

　　（2）根据网络规划的时间顺序可以将规划过程分为三段：战略规划、战术规划和操作规划。

　　战术上的网络规划任务需要考虑到网络的实施，他们研究中间的瓶颈，那些随着未来服务和业务增加带来的瓶颈，然后提出一个最佳网络扩充相关的投资计划。

　　战略上的规划是最抽象的设计任务，它主要研究的是通信网的战略问题，以及长远来看的相关服务。战略规划的范围是，研究全部的新网络的实施，以及新技术的介绍，或者网络中的新服务。战略上的网络规划通常模仿已经存在的网络或者即将建设的网络。

　　操作规划需要详细的设计网络的知识，以及网络管理任务相关的知识，因此，网络规划是网络操作人员的任务。

　　（3）根据物理上的分布可以将网络规划分为三部分：ANP、SANP和CNP。

　　SANP是用户接入网部分，因为它的地理位置宽泛而传输率低，所以是网络规划中最昂贵的部分。在传统的PSTN/ISDN，这个要消耗总费用的80%。在下一代网络中，我们使用光纤传输。CNP是核心网部分，ANP是接入网部分，它是SANP与CNP的桥梁，覆盖不同的网络区域，因此它需要不同型的设备和组织。大的接入网甚至被划分成两部分——LOWANP和UPANP。下一代接入网有很多种，比如基于DSL的宽带比特流接入网。

3、网络规划和性能评估的工具

　　网络规划和性能评估的工具并没有很清晰的界限，很多工具兼具网络规划和性能评估的功能。这些工具主要有四类：

　　（1）技术经济综合评估工具：这些工具能够获得较少的细节，它们主要评估的对象是所规划网络的一般特征，重点是覆盖整个网络。

　　（2）设计和优化工具：这种工具可以评估到较多的网络细节，能够考虑到网络实体的详细的特征，例如网络片段。它也能够评测到特别的技术。

　　（3）详细的设计和配置：这类工具可以评估到更多的网络细节部分，不能够覆盖整个网络使用，可以对网络细分的实体使用，例如评测系统的稳定性。

　　（4）分析和仿真工具：这类工具可以评估到最多的细节。它们不仅可以评估到整个网络甚至可以照顾到每个网络元素的行为。

　　3.1　分组交换网网络规划的工具

　　所有的规划软件或工具都需要包括下面几个主要因素：能够设计最小成本的网络结构，能够给出通信网络的战略规划，通信网络的技术规划，能够给出路由配置方案，计算出流量负荷、网络容量，并能够进行设备配置和资源的分布。

　　常用的网络规划工具有：

　　Networks IP：它能够完成IP或者MPLS多业务网络的规划和优化。Networks IP可以同时实现战略和技术两方面的规划。它能够设计网络、通信建模、配置路由表、容量规划、成本计算，给出LSP文档和设备配置等，它是由DETECON Consultants开发的。

　　Networks ATM：它是用于规划ATM网络的工具。Networks ATM可以计算出每个位置的通信量，这个工具能够完成全部的ATM网络的设计，以及设备配置。

　　IP/MPLSView：它能够针对IP和IP/MPLS网络给出树状的解决方案。该软件能在整个网络规划过程中，针对网络的多个层，多个厂商，多协议环境做出过仿真，设计，配置以及性能管理。这个系统能够使用直接的绘图显示和通过灵活的综合的报告，提供简明的确切的IP or IP/MPLS的路由配置，通道和接线视图。

　　3.2　网络性能评估的工具

　　当网络的规划和预算已经确定后，就需要使用网络评估工具来确认和评估。主要是性能评估和仿真工具，能够分析到每个网络元素，每个网络块或者整个网络。

　　一般情况下，我们可以将性能评估软件分为两类。第一种是仿真工具，第二种是优化软件。对于合适的网络结构，仿真工具能够仿真出传输、路由、时延、损耗等等。优化软件能够评估出一个算法的精确性、最佳的路由方法。

　　一个最优的网络具有的特性是：具有最好的性能，可以具体的施行并且成本尽可能的小，如图3所示。

图3　最优网络具有的特性

　　常用的优化软件有：

　　GAMS：综合数学建模系统是一个通过用数学编程来建立高水平的模型系统的软件。它由一个语言编译器和一个集成的高性能解决器组成。GAMS适应于大型的复杂的建模应用。使用该软件能够建立适应于各种新环境的大型模型。

　　CPLEX：具有高效率，实现快速和高收益的性能。ILOG CPLEX的数学优化技术能够优化在资源配置方面的决策。它能够使用数学规划模型解决非常复杂的商业问题。先进的最优化算法促使用户能够更快的找到建模的解决方案。

　　常用的仿真软件有：

　　OPNET：该软件是适用于网络建模和仿真，在通信行业中是最主要的环境之一。能够用于设计和研究通信网络，通信设备，协议等。它是具有很强的弹性和可测性的软件。该软件被许多世界上有声望的研究机构使用于处理R&D程序。

　　MATLAB：该软件是适用于技术上的处理、控制设计、信号处理和通信、图像处理和图像实验以及测量。该软件还能用于解决更多的其他的问题，并体现出其更强大的功能。

　　NS-2：它是开放式的资源仿真工具。该软件能够对网络研究中不连续的事件进行模拟。能够仿真TCP系统，路由选择和有线或无线网络的多点传送协议。例如，Cantabria大学曾经使用NS-2仿真和模拟出REPOSIT系统。

4、结束语

　　本文说明了基于NGI技术的分组交换网的规划过程。首先阐述了当前因特网的种种局限性，然后给出了下一代因特网的几个关键技术，并介绍了我国NGI的发展现状。接着提出了网络规划的方案，简单介绍了网络规划的目标，详细阐述了网络规划的两个模型，线性模型分为四步，分别是对所要规划的网络流量进行测量和评估、确定网络体系结构、网络估算、分析和评估；立体模型给出了一个宏观的规划步骤。最后给出了具体的网络规划的工具，分为网络规划工具，网络仿真和优化工具。文章考虑了技术层面的网络规划步骤，讨论了多种规划的工具。随着下一代网络的不断发展，技术的不断完善，不久的将来，下一代因特网络的就会得到广泛推广。文中给出的规划方案只是所有规划方案中的一种，根据不同的网络需求会有不同的规划方案。

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