張建立

摘要：在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率有著越來(lái)越高的要求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用更加頻繁，從而推進(jìn)了光纖網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用。光纖網(wǎng)絡(luò)容易產(chǎn)生信號(hào)質(zhì)量損傷問(wèn)題，也被稱為網(wǎng)絡(luò)損傷。為了保障網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量，設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，以期通過(guò)該系統(tǒng)來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)損傷進(jìn)行仿真評(píng)估，從而進(jìn)一步改良損傷力強(qiáng)的元件。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)損傷 仿真系統(tǒng) 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0170-01

根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)的通訊承載網(wǎng)應(yīng)該是IP網(wǎng)，這就要求IP網(wǎng)必須具備更高的傳輸質(zhì)量和實(shí)時(shí)性，為了保障數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量，必須對(duì)IP協(xié)議進(jìn)行改造。當(dāng)前已經(jīng)有一些研究者提出了影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕蛩匕ǘ秳?dòng)、時(shí)延和吞吐量等，這也被稱為網(wǎng)絡(luò)損傷。

1 網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)的流程和功能

在經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)用程序發(fā)送信息的特征會(huì)出現(xiàn)改變，這就造成了接收端和發(fā)送端的信息特征不一致，從而影響了應(yīng)用性能，這即網(wǎng)絡(luò)損傷。網(wǎng)絡(luò)會(huì)影響應(yīng)用程序的性能，傳輸時(shí)延為0、吞吐能力無(wú)窮大的理想數(shù)據(jù)通路并不會(huì)影響應(yīng)用程序的性能，但是受到物理設(shè)備性能指標(biāo)的限制，以及在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中該應(yīng)用所傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)別等因素的影響，數(shù)據(jù)通路經(jīng)常會(huì)受到限制。常見(jiàn)的影響數(shù)據(jù)通路的負(fù)面因素主要包括外界干擾、網(wǎng)絡(luò)控制信息的數(shù)據(jù)流或者其他應(yīng)用程序、傳輸媒介方面的限制，以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能指標(biāo)方面的限制等。

IP網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)損傷主要包括丟失、出錯(cuò)、延時(shí)、拆分、重復(fù)、重組、亂序、抖動(dòng)、擁塞、鏈路中斷、干擾、路由震蕩、路由陷阱或路由黑洞、速率限制、網(wǎng)絡(luò)跨越等，其中不能用其他網(wǎng)絡(luò)損傷表示的網(wǎng)絡(luò)損傷有6種，分別為：重組、拆分、重復(fù)、錯(cuò)誤、丟失、延時(shí)，這6種網(wǎng)絡(luò)損傷可稱為基損傷[1]。

2 網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)應(yīng)該以整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中涉及到的所有元件的具體性能囊括進(jìn)來(lái)，通過(guò)比較完整的數(shù)學(xué)分析模型，建立網(wǎng)絡(luò)損傷仿真模擬綜合評(píng)價(jià)平臺(tái)以及輸出和輸入操作界面，并進(jìn)行模塊化設(shè)置。該系統(tǒng)應(yīng)該通過(guò)仿真計(jì)算輸出誤碼率和波形圖。

2.2 設(shè)計(jì)流程

該系統(tǒng)選擇的程序設(shè)計(jì)方法是C++語(yǔ)言面向?qū)ο?，其所定義的對(duì)象是引發(fā)網(wǎng)絡(luò)損傷的元件，分別為網(wǎng)橋、交換機(jī)、中繼器、路由器和光纖，各元件均包括不同的屬性和特征，而不同元件的屬性和特征又分別具有相應(yīng)的特性和共性。該系統(tǒng)可以分為兩個(gè)主要部分：人機(jī)交互的數(shù)據(jù)與操作部分、網(wǎng)絡(luò)傳輸損傷評(píng)估數(shù)據(jù)操作部分。

該系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置元件數(shù)據(jù)庫(kù)，按照屬性和性質(zhì)對(duì)和網(wǎng)絡(luò)損傷有關(guān)的元件進(jìn)行分類，并對(duì)相同的接口函數(shù)進(jìn)行定義，將同類軟件衍生出的元件屬性差異進(jìn)行分類，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行定義。以其對(duì)傳輸?shù)淖饔脼橐罁?jù)，對(duì)元件賦予不同的傳輸函數(shù)。

2.3 功能模塊設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括5個(gè)緊密關(guān)聯(lián)的功能模塊：圖形化人機(jī)接口模塊、設(shè)備系統(tǒng)模塊、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能評(píng)估模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、網(wǎng)絡(luò)元件庫(kù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。其中網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)的中心是人機(jī)接口模塊，主要供用戶進(jìn)行系統(tǒng)操作，用戶可以通過(guò)該模塊啟動(dòng)損傷仿真、建立網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)、設(shè)置各元件參數(shù)。要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的元件庫(kù)系統(tǒng)參數(shù)和設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，則需要使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸性能評(píng)估模塊，然后使用圖形化的方式來(lái)顯示評(píng)估結(jié)果。人機(jī)交互接口模塊可以對(duì)設(shè)備系統(tǒng)參數(shù)和元件庫(kù)模塊參數(shù)進(jìn)行反饋。

2.4 系統(tǒng)操作流程

該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)圖形化、可視化仿真操作，通過(guò)圖形化操作平臺(tái)，用戶可以進(jìn)行存取文件、啟動(dòng)仿真、設(shè)置參數(shù)、調(diào)整結(jié)構(gòu)、選擇設(shè)備、選擇元件等操作，用戶先要對(duì)鏈路連接的合法性進(jìn)行檢查，然后再對(duì)各元件傳輸函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，運(yùn)用波形圖來(lái)仿真模擬網(wǎng)絡(luò)傳輸，最后將仿真結(jié)果得出來(lái)[2]。

3 網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以分為兩個(gè)基本步驟。第一個(gè)基本步驟是要變網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的線性串?dāng)_、ASE噪聲、信號(hào)平均功率進(jìn)行計(jì)算，第二個(gè)基本步驟是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體性能以及選定的信號(hào)畸變進(jìn)行計(jì)算。

在波長(zhǎng)與主要使用平均功率和載波波長(zhǎng)來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行表示，對(duì)于相位傳輸不予考慮，波長(zhǎng)變量的損耗或增益函數(shù)用元件來(lái)表示，從而進(jìn)行功率計(jì)算。對(duì)非線性效應(yīng)和信號(hào)波形受到網(wǎng)絡(luò)元件的影響不予考慮。以信號(hào)占用波段的個(gè)數(shù)為依據(jù)，將信號(hào)表示為寬帶或者窄帶。用在各波長(zhǎng)處的傳輸函數(shù)來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)元件，并運(yùn)用數(shù)據(jù)表或線性方程來(lái)給出此函數(shù)，可假設(shè)一個(gè)常數(shù)來(lái)表示波段內(nèi)的損耗或者增益。

時(shí)間和輸入功率也會(huì)對(duì)各元件的傳輸函數(shù)造成一定的影響，在經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)元件時(shí)，ASE噪聲、串?dāng)_、信號(hào)的功率就要與該元件的損耗值或者增益值相乘，這樣就可以得出各個(gè)元件輸出端的平均功率值。與此同時(shí)，如果一個(gè)元件產(chǎn)生串?dāng)_，就不能在該波長(zhǎng)段的平均功率上加上串?dāng)_功率，應(yīng)該使用不同的窄帶信號(hào)來(lái)表示每個(gè)干擾，再用第二步仿真來(lái)評(píng)估串?dāng)_造成的影響[3]。

第二步計(jì)算可以使用時(shí)域的波形來(lái)表示信號(hào)，此時(shí)應(yīng)該對(duì)相位和幅度進(jìn)行考慮，只計(jì)算選中網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹？梢詫?duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的偏振、相位、頻率和調(diào)制方式進(jìn)行選擇，從而獲得初始信號(hào)形式。如果串?dāng)_向較小，則可當(dāng)作噪聲或者對(duì)其進(jìn)行忽略。可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的傳輸方程來(lái)表示網(wǎng)絡(luò)中的信息元件。通過(guò)逆向轉(zhuǎn)換，輸出的光譜采樣會(huì)在輸出端的最后一個(gè)模塊中轉(zhuǎn)回時(shí)域信號(hào)，頻域和時(shí)域這兩種表示形式同時(shí)有效。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)全部的時(shí)域信號(hào)復(fù)振幅進(jìn)行離散化和采樣，對(duì)所有的相位信息和輔助信息進(jìn)行了囊括，通過(guò)選擇典型元件的方式將元件庫(kù)建立了起來(lái)，同時(shí)建立了傳輸損傷模型。以元件模型和完整的系統(tǒng)框架為基礎(chǔ)，使用網(wǎng)絡(luò)損傷仿真系統(tǒng)來(lái)評(píng)估和計(jì)算整個(gè)鏈路的性能。該系統(tǒng)能夠有效地模擬網(wǎng)絡(luò)損傷，并計(jì)算網(wǎng)絡(luò)傳輸受到計(jì)算機(jī)各元件的影響，以此為基礎(chǔ)來(lái)改良損傷力強(qiáng)的軟件，從而使網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量得到不斷的提高。

參考文獻(xiàn)

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