馬文君 王 磊

（1.解放軍91033部隊(duì) 青島 266000）（2.解放軍91049部隊(duì) 青島 266000）

1 引言

隨著用戶的增加以及資源的消耗，電話網(wǎng)絡(luò)阻塞日益嚴(yán)重，遠(yuǎn)不能滿足人們的需求?；诖?，通過仿真話務(wù)量模擬各局間電路的使用情況，分析網(wǎng)絡(luò)阻塞的原因并提出改進(jìn)措施已成為解決此類問題的最有效方法［1～3］。

話務(wù)量（Erl）是指單位時(shí)間（一般為1h）內(nèi)用戶的平均占線時(shí)長，實(shí)際統(tǒng)計(jì)時(shí)都是取某段時(shí)間內(nèi)用戶忙時(shí)的話務(wù)量［4～6］。

2 數(shù)學(xué)分析法

2.1 話務(wù)量的產(chǎn)生

以圖1中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例對(duì)話務(wù)量的產(chǎn)生進(jìn)行說明。

節(jié)點(diǎn)1為一級(jí)用戶交換機(jī)，節(jié)點(diǎn)2為二級(jí)用戶交換機(jī)，節(jié)點(diǎn)3，4為端局交換機(jī)。話務(wù)量假設(shè)：

1）節(jié)點(diǎn)1承載500個(gè)用戶，向節(jié)點(diǎn)2的出局話務(wù)量需求每線0.15erl。

圖1 節(jié)點(diǎn)交換機(jī)示例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2）節(jié)點(diǎn)2承載500個(gè)用戶，10%的用戶向節(jié)點(diǎn)1的出局話務(wù)量需求每線0.11erl；90%的用戶向節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4的出局話務(wù)量需求為每線0.06erl。

3）節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4分別承載300個(gè)用戶，其中10%的用戶向節(jié)點(diǎn)1的出局話務(wù)量為每線0.05erl；20%的用戶向節(jié)點(diǎn)2的出局話務(wù)量為0.08erl；節(jié)點(diǎn)3-＞節(jié)點(diǎn)4，節(jié)點(diǎn)4-＞節(jié)點(diǎn)3的出局話務(wù)量為每線0.03erl（10%的用戶）。

根據(jù)以上需求對(duì)節(jié)點(diǎn)間的話務(wù)量進(jìn)行計(jì)算：

節(jié)點(diǎn)1-＞節(jié)點(diǎn)2：500×0.15=75erl；

節(jié)點(diǎn)2-＞節(jié)點(diǎn)1：500×10%×0.11＝5.5erl；

節(jié)點(diǎn)2-＞節(jié)點(diǎn)3：500×90%×0.06×［300/（300+300）］＝13.5erl；

節(jié)點(diǎn)2-＞節(jié)點(diǎn)4：500×90%×0.06×［300/（300+300）］＝13.5erl；

節(jié)點(diǎn)3-＞節(jié)點(diǎn)1：300×10%×0.05＝1.5erl；

節(jié)點(diǎn)3-＞節(jié)點(diǎn)2：300×20%×0.08＝4.8erl；

節(jié)點(diǎn)3-＞節(jié)點(diǎn)4：300×10%×0.03＝0.9erl；

節(jié)點(diǎn)4-＞節(jié)點(diǎn)1：300×10%×0.05＝1.5erl；

節(jié)點(diǎn)4-＞節(jié)點(diǎn)2：300×20%×0.08＝4.8erl；

節(jié)點(diǎn)4-＞節(jié)點(diǎn)3：300×10%×0.03＝0.9erl。

因此根據(jù)話務(wù)量需求得到的局間話務(wù)量矩陣為

利用VC++模擬話務(wù)量的產(chǎn)生即根據(jù)上述方法。

2.2 基于VC++的話務(wù)量產(chǎn)生

2.2.1 輸入文件《demand_properties.txt》

《demand_properties.txt》中的數(shù)據(jù)含義以表 1為例進(jìn)行說明。

表1 節(jié)點(diǎn)3話務(wù)分布屬性

屬性說明：

1）Node_ID 3：表示此節(jié)點(diǎn)的編號(hào)為3；

2）Node_name一級(jí)節(jié)點(diǎn)：表示該節(jié)點(diǎn)名稱為一級(jí)節(jié)點(diǎn)；

3）User_number 100：表示此節(jié)點(diǎn)承載的用戶數(shù)目為100；

4）grade 0：grade為級(jí)別標(biāo)志，0表示此節(jié)點(diǎn)的級(jí)別為一級(jí)節(jié)點(diǎn)（本程序的grade共包括0、1、2共3個(gè)級(jí)別；其中0、1、2分別對(duì)應(yīng)一級(jí)、二級(jí)以及端局；

5）area 0：area為區(qū)域標(biāo)志，0表示此節(jié)點(diǎn)在一級(jí)所在地（本程序的area共包括0、1、2共3個(gè)區(qū)域；分別對(duì)應(yīng)一級(jí)所在地、二級(jí)所在地、端局所在地；

6）type行政部門：type為節(jié)點(diǎn)類別標(biāo)志，行政部門表示此節(jié)點(diǎn)屬行政類（本程序的type共包括行政部門、后勤部門、管理部門、教學(xué)部門共4個(gè)類別；

7）properties：properties為節(jié)點(diǎn)出局話務(wù)屬性標(biāo)志，表示后面的內(nèi)容全部屬于節(jié)點(diǎn)出局話務(wù)屬性部分。

8）0.3一級(jí)全網(wǎng)向下：此節(jié)點(diǎn)承載的用戶中有30%的用戶與二級(jí)及端局有通信需求；

9）0.2一級(jí)橫向：此節(jié)點(diǎn)承載的用戶中有20%的用戶與同級(jí)別節(jié)點(diǎn)有通信需求。

2.2.2 輸入文件《group.txt》

《group.txt》是對(duì)《demand_properties.txt》中各節(jié)點(diǎn)話務(wù)分布屬性的概述，即與某一節(jié)點(diǎn)有通信需求的其他節(jié)點(diǎn)的屬性集合。具體數(shù)據(jù)含義以文本1為例進(jìn)行說明。

文本1一級(jí)全網(wǎng)向下屬性集合

文本1中，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)的屬性（properties）中有“一級(jí)全網(wǎng)向下”，則表示此節(jié)點(diǎn)與級(jí)別（grade）為1（二級(jí)），區(qū)域（area）為1～2中的任何一個(gè)，節(jié)點(diǎn)類別（type）不限的節(jié)點(diǎn)有通信需求。圖2為利用VC++模擬局間話務(wù)量的產(chǎn)生情況。

圖2 局間話務(wù)量的產(chǎn)生

2.3 網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量資源分配

根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源的占用情況，從業(yè)務(wù)量對(duì)應(yīng)的源宿節(jié)點(diǎn)對(duì)的最短路由集合中選擇路由。根據(jù)“先直達(dá)、后迂回”的原則，本文采用K-shortest算法求解路由，即為每對(duì)業(yè)務(wù)需求找k條符合實(shí)際需求的最短路，選擇最短的一條作為傳輸路徑。若最短路無法滿足需求，則選擇次短路；若次短路仍然無法滿足需求，則選擇下一次短路；以此類推，直到選到合適的路由，并分配資源。如果所有的備選路均無法滿足需求，則此業(yè)務(wù)量即此次呼叫無法連通。

采用網(wǎng)絡(luò)仿真的方法研究電話網(wǎng)性能時(shí)同樣選取K-shortest路由算法。

2.4 基于VC++的網(wǎng)絡(luò)性能仿真

2.4.1 輸入文件《topology.txt》

文件《topology.txt》主要用于描述實(shí)際網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕拘畔ⅰ＞唧w的數(shù)據(jù)含義以文本2為例進(jìn)行說明。

文本2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭斎胛募糠謹(jǐn)?shù)據(jù)

文本2中，每一行代表網(wǎng)絡(luò)中一條有向鏈路的基本信息。第一列數(shù)據(jù)的物理含義為鏈路的源節(jié)點(diǎn)；第二列數(shù)據(jù)表示鏈路的目的節(jié)點(diǎn)；第三列表示鏈路的權(quán)重（即根據(jù)權(quán)重和最小的原則選取最短路）；第四列表示該鏈路的帶寬資源。這里的帶寬資源是以干線時(shí)隙為基本單位。

2.4.2 輸入《traffics.txt》

《traffics.txt》即為話務(wù)量生成程序的輸出文件（圖2所示）。圖3為基于VC++的仿真結(jié)果。

圖3 仿真結(jié)果顯示

2.4.3 仿真結(jié)果的收集

收集的仿真結(jié)果為各局間鏈路的利用率（列舉部分），如表2所示。

表2 Circuit Trunks.Utilization（%）

3 網(wǎng)絡(luò)仿真法

3.1 基于OPNET10.5仿真平臺(tái)的電話網(wǎng)性能研究

3.1.1 網(wǎng)絡(luò)仿真拓?fù)涞臉?gòu)建

本文所仿真的節(jié)點(diǎn)數(shù)共187個(gè)，對(duì)于節(jié)點(diǎn)數(shù)多且網(wǎng)絡(luò)分布比較復(fù)雜的情況下，手工繪制拓?fù)鋱D的做法不可取。OPNET中的拓?fù)淇焖倥渲茫≧apid Topology Configuration）功能只適用于有限種類的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且生成的模型節(jié)點(diǎn)可能重疊。針對(duì)這種情況，OPNET提供了基于EMA文件的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?dǎo)入功能［7～8］。

EMA（外部模型訪問）技術(shù)通過類C和C++語言使OPNET在沒有圖形編輯器的情況下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模型的讀寫控制［9］，如圖4所示。

圖4 利用EMA實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷淖x寫控制

拓?fù)錁?gòu)建的具體流程如下：

1）打開OPNET控制臺(tái)窗口，進(jìn)入EMA代碼文件（后綴名為*.em.c）所在目錄，輸入命令op_mkema-m文件名（本例為tele_circuit-EMA，不加后綴）；執(zhí)行剛創(chuàng)建的可執(zhí)行文件＜文件名.i0.em.x＞。具體如圖5所示。

圖5 后臺(tái)運(yùn)行過程

2）點(diǎn)擊菜單File-＞Model Files-＞Refresh Model Directories刷新模型目錄，然后點(diǎn)擊Scenarios→Scenario Components→import…即可。

由以上三種拓?fù)錁?gòu)建方法可以看出，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)多且分布不規(guī)律的情況下，利用EMA技術(shù)生成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的做法是可取的，減少了仿真前期的工作量。所生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D6所示。

3.1.2 仿真話務(wù)量選擇

如表3所示，各級(jí)別節(jié)點(diǎn)的話務(wù)量大小如下：

圖6 網(wǎng)絡(luò)仿真拓?fù)?/p>

表3 話務(wù)量統(tǒng)計(jì)

1）一級(jí)局的話務(wù)量最大，其忙時(shí)話務(wù)量為0.15er；

2）二級(jí)局對(duì)上和對(duì)下的話務(wù)量差別不大，但對(duì)下的話務(wù)量一般都是通過本區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)直達(dá)端局的節(jié)點(diǎn)，對(duì)其他節(jié)點(diǎn)和干線幾乎沒有影響，所以其忙時(shí)話務(wù)量為二級(jí)局到一級(jí)局和橫向的話務(wù)量之和，即0.06er；

3）端局對(duì)本區(qū)域內(nèi)一級(jí)和二級(jí)局的話務(wù)是最大的，但本區(qū)域的話務(wù)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)和干線幾乎沒有影響，所以選擇端局的橫向話務(wù)量為0.01er。仿真時(shí)各級(jí)節(jié)點(diǎn)選取的單位用戶話務(wù)量大小如表4所示。

表4 各級(jí)局的出局話務(wù)量

3.1.3 仿真結(jié)果的收集

收集的仿真結(jié)果為各局間鏈路的利用率，如表5所示。

表 5 Circuit Trunks.Utilization（%）

3.2 基于OPNET 14.5仿真平臺(tái)的電話網(wǎng)性能研究

OPNET 10.5利用離散事件仿真（DES）的機(jī)理進(jìn)行電話網(wǎng)性能研究，無論是仿真的繁瑣程度或是仿真效率都是不可取的。

雖然OPNET10.5里提供的Flow Analysis模塊［10］可以提高仿真運(yùn)行速度，但其需要首先導(dǎo)入背景流量（background traffics），而 background traffics的構(gòu)建只適用于IP-enabled類節(jié)點(diǎn)，且對(duì)于電路交換，只有OPNET中的promina節(jié)點(diǎn)模塊族支持背景流量的導(dǎo)入和Flow Analysis功能。這種缺陷使得Flow Analysis模塊的運(yùn)用受到了限制。

因此OPNET14.5做了改進(jìn)，使用Flow Analysis模塊研究電話網(wǎng)性能時(shí)，不再局限于promina節(jié)點(diǎn)模塊族，普通的電路交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備即可滿足（如圖7所示）。因此仿真的繁瑣和仿真的效率較10.5版本都有了較大的提高。

圖7 OPNET 14.5中的背景流量導(dǎo)入（黑色雙向虛箭頭）

為舉例說明，圖8為OPNET 14.5中局間鏈路2-＞10方向上的背景流量（話務(wù)量）導(dǎo)入界面。

圖8 背景流量設(shè)置

收集的仿真結(jié)果為各局間鏈路的利用率，如表6所示。

表 6 Circuit Trunks.Utilization（%）

4 結(jié)語

由前面三種研究電話網(wǎng)性能的方法可知，三種方法所得到的結(jié)果雖然相似，但是三種方法所耗費(fèi)的時(shí)間卻是迥異的。據(jù)粗略估計(jì)，不包括前期相關(guān)模型建立和參數(shù)配置花費(fèi)的時(shí)間，其中數(shù)學(xué)分析的方法總共耗時(shí)3h才運(yùn)行出結(jié)果，基于OPNET10.5仿真平臺(tái)中的DES機(jī)制總共運(yùn)行了2分31s，而利用OPNET14.5中的Flow analysis機(jī)制總共的運(yùn)行時(shí)間僅為5s。因此基于OPNET14.5中流分析機(jī)制的話音網(wǎng)絡(luò)性能研究方法是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。