陳 孟，敖發(fā)良，滕 舟

（桂林電子科技大學(xué) 信息與通信學(xué)院，廣西 桂林541004）

作為一種新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，彈性分組環(huán)RPR（Resilient Packet Ring）采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)、空間復(fù)用、拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別、保護(hù)倒換和統(tǒng)計(jì)復(fù)用等技術(shù)，繼承以往各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并克服其不足之處，集可靠性、高效性和經(jīng)濟(jì)性于一身，成為優(yōu)化城域網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x技術(shù)。

OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的3層建模體系可精確模擬現(xiàn)實(shí)中的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)其提供的多種通信機(jī)制可真實(shí)地模擬網(wǎng)絡(luò)中的通信[1]。本文利用OPENT完成對(duì)RPR網(wǎng)絡(luò)的建模及性能測(cè)試。

1RPR網(wǎng)絡(luò)的OPNET建模

1.1 RPR的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)[2]

圖1是節(jié)點(diǎn)的MAC功能結(jié)構(gòu)，從MAC客戶子層上載的數(shù)據(jù)由客戶進(jìn)入MAC控制子層，進(jìn)入環(huán)路選擇模塊，經(jīng)路由查找，確定上環(huán)的環(huán)號(hào)（環(huán)0或環(huán)1），經(jīng)公平控制處理到達(dá)發(fā)送邏輯模塊，然后被發(fā)送至物理接口；另一方面，由物理接口接入的環(huán)路數(shù)據(jù)幀首先進(jìn)行地址查找和幀頭幀尾校驗(yàn)，判斷是否為本地?cái)?shù)據(jù)幀，若為本地?cái)?shù)據(jù)幀則直接上傳至客戶層；若為非本地?cái)?shù)據(jù)幀，則傳送到當(dāng)前子環(huán)的發(fā)送邏輯模塊，進(jìn)入物理接口，繼續(xù)環(huán)路上的傳輸。

1.2 RPR節(jié)點(diǎn)模型

圖1 節(jié)點(diǎn)的MAC功能結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述RPR節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)要求,在OPNET環(huán)境下設(shè)計(jì)RPR的節(jié)點(diǎn)模型，如圖2所示。其中，src_A/_B/_C是客戶端產(chǎn)生包的數(shù)據(jù)源，分別模擬A，B，C 3類業(yè)務(wù)；mac_client是客戶端模塊，負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)經(jīng)mac_control模塊傳送到相應(yīng)的環(huán)上或從相應(yīng)的環(huán)路上接收傳往本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),并發(fā)送到sink模塊；sink模塊負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)包，并統(tǒng)計(jì)不同類型的數(shù)據(jù)包，如吞吐量、端到端延遲等，統(tǒng)計(jì)完成后將包銷毀。mac_control是控制模塊，根據(jù)客戶端要求進(jìn)行環(huán)選擇，將來自客戶端的業(yè)務(wù)傳送到相應(yīng)的環(huán)路，或從環(huán)路上接收發(fā)往本節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)的環(huán)切換，發(fā)送拓?fù)湫畔?，?zhí)行整形調(diào)度等相關(guān)控制信息等；fa為公平模塊,負(fù)責(zé)各業(yè)務(wù)的公平接入并實(shí)現(xiàn)公平算法；output_selector是相應(yīng)的輸出控制模塊，負(fù)責(zé)傳送業(yè)務(wù)。rx_0/_1和tx_0/_1分別表示0環(huán)/1環(huán)物理層的收、發(fā)信機(jī)。

圖2 RPR節(jié)點(diǎn)模型

1.3 RPR節(jié)點(diǎn)進(jìn)程模型

進(jìn)程是一系列作用于數(shù)據(jù)的邏輯操作及觸發(fā)這些操作的條件。OPNET進(jìn)程編輯器采用圖形與代碼相結(jié)合的方式創(chuàng)建進(jìn)程模型，采用有限狀態(tài)機(jī)（FSM）描述進(jìn)程的邏輯行為[3]。圖3為 mac_control模塊的 FSM，其中 data_down、data_up狀態(tài)分別數(shù)據(jù)的下環(huán)或上環(huán)的響應(yīng)，ctrl_up、ctrl_down分別控制數(shù)據(jù)上環(huán)或下環(huán)的響應(yīng)。process_queues狀態(tài)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)響應(yīng)的隊(duì)列處理。cross_up狀態(tài)負(fù)責(zé)把跨環(huán)的數(shù)據(jù)經(jīng)MAC子層放到跨環(huán)緩沖器（relay）里，cross_down狀態(tài)則從跨環(huán)緩沖器里取出要跨環(huán)的數(shù)據(jù)并放到環(huán)上。Shaper負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)整形。

圖3 mac_control模塊的FSM

圖4為fa模塊的FSM，其中FA_RCV負(fù)責(zé)公平算法模塊的公平信息幀處理，fa_age負(fù)責(zé)公平算法速率更新，此模塊可在RPR草案D2.0的公平算法基礎(chǔ)上擴(kuò)展，分析驗(yàn)證不同的公平算法[4]。fa_adv廣播公平算法模塊中的公平信息幀。

圖4 fa模塊的FSM

2 仿真和性能測(cè)試

圖5為遵循IEEE 802.17協(xié)議所建立的RPR雙環(huán)網(wǎng)絡(luò)模型[5]。

圖5 RPR網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?/p>

設(shè)定場(chǎng)景參數(shù)[6]：鏈路支持速率600 Mb/s，鏈路延時(shí)為7×10-5（相當(dāng)于15 km的光纖距離），網(wǎng)絡(luò)仿真時(shí)間8 s。設(shè)置node_0向node_1發(fā)送600 Mbit/s的數(shù)據(jù)流量,node_2向node_3發(fā)送300 Mbit/s的數(shù)據(jù)流量，采集的node_1和node_3的流量如圖6所示。從圖6可看出，采集到的節(jié)點(diǎn)流量滿足RPR空間復(fù)用的條件，即node_0向node_1傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，在同一環(huán)上node_2可不受影響地向node_3傳輸數(shù)據(jù)。

圖6 node_1和node_3的數(shù)據(jù)流量

圖7為采集node_0到node_1的端到端延時(shí)。從圖7（a）看到node_0到node_1平均端到端延時(shí)未超出0.4 ms,達(dá)到毫秒級(jí)的要求，結(jié)果表明該模型具有較好的時(shí)延特性。設(shè)置node_1在0～0.3 s時(shí)向node_2發(fā)送300 Mbit/s的數(shù)據(jù)流量,node_0在 0.1～0.2 s時(shí)向 node_2發(fā)送 300 Mbit/s的數(shù)據(jù)流量，從圖 7（b）可看出 node_1在 0.1～0.2 s時(shí)發(fā)生擁塞，從而觸發(fā)公平算法，經(jīng)調(diào)整后，在0.2 s后node_1不再擁塞。

圖7 收集node_0到node_1間的端到端延時(shí)仿真結(jié)果

3 結(jié)束語

本文遵循IEEE 802.17協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OPNET的環(huán)境下對(duì)RPR網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，并對(duì)該模型的端到端延時(shí)、節(jié)點(diǎn)吞吐量及公平性等關(guān)鍵性能進(jìn)行測(cè)試，從而驗(yàn)證了該模型的正確性，為進(jìn)一步研究RPR提供一定仿真基礎(chǔ)。

[1]昌 俊，敖發(fā)良.基于一種高生存性RPR網(wǎng)絡(luò)的路由研究[J].光學(xué)與光電技術(shù)，2008（6）：1-2.

[2]陶智勇,張繼軍,包立明,等.彈性分組環(huán)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2003.

[3]張 銘，竇赫蕾，常春藤.OPNET modeler與網(wǎng)絡(luò)仿真[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[4]何海洋，徐 釗.基于OPNET的RPR網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J/OL].2008.http://www.paper.edu.cn/downloadpaper.ph p?serial_number=200806-557&type=1.

[5]IEEE 802.17.Working group.RPR standard 802.17[S].2004.

[6]黃本維.彈性分組環(huán)關(guān)鍵技術(shù)及其仿真模型研究[D].武漢:華中科技大學(xué)，2003.