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基于o p n e t 的v o m p l s 网络性能仿真与评估 摘姜 近年来，随着基于多协议标记交换的语音( v o m p l s ) 技术的不断发 展，基于多协议标记交换的语音( v o m p l s ) 网络在全球范围内的部署实施 工作得到了飞速地发展。因为语音在传送与接收时要求具有较高的服务质 量，对基于多协议标记交换的语音( v o m p l s ) 网络进行全面、高效、低成 本投入的预测与评估日益成为当今网络设计与实施领域的主要热点。 本论文首先提出了一种基于o p n e t 的v o m p l s 网络恢复性能评估方 案，该方案利用o p n e tm o d e l e r 工具构建一个v o m p l s 网络仿真平台，分 析与评估基于m p l s 的两种故障恢复技术。仿真结果表明，采用基于多协 议标记交换的运行、管理、维护技术( m p l so a m ) 的快速重路由( f r r ) 机制可以有效地缩短流量重路由时间与改进v o m p l s 网络服务质量，验证 了基于m p l s o a m 技术的f r r 机制在v o m p l s 网络系统中实现服务质量 ( q o s ) 性能网络优化的可行性。 此外，本论文还提出了基于o p n e t 的v o m p l s 虚拟专用网络( v p n ) 就绪评估方法，该方法利用o p n e tm o d e l e r 工具，构建了一个v o m p l s 虚 拟专用网络仿真平台，依据带宽与延时性能指标，评估v o m p l s 虚拟专用 网络能够支持新增虚拟专用网( p n ) 的语音呼叫数，并测定了当混合传 输m p l s 语音流量与i p v 4 流量时主干网路由器的c p u 利用率与虚拟专用 网语音延时量。仿真结果表明，利用网络仿真工具o p n e t ，可以确定现存 v o m p l s 网络能够支持的新增虚拟专用网的语音呼叫数，并验证了在i p 公 t 众网上能够确保基于v o m p l s 虚拟专用网的语音数据的性能稳定性与信 息隔离性。 关键词：o p n e t ；基于m p l s 的语音；快速重路由；网络仿真；虚拟专 用网络；网络就绪 s i m u l a t i o na n da s s e s s m e n to f p e r f o r m a n c ei nv b m p l sn e t w o r kb a s e do n o p n e t a b s t r a c t n o w a d a y s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f v o i c eo v e r m u l t i p r o t o c o ll a b e l s w i t c h i n g ( v o m p l s ) t e c h n o l o g y ，t h ed e p o l y m e n ta n di n p l e m e n t a t i o no f v o i c e o v e rm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( v o m p l s ) n e t w o r ki sr a p i d l yd e v e l o p i n g i ng l o b a lv a r i o u sf i e l d s b e c a u s ei tr e q u e s t sh i g h e rq u a l i t yo fs e r v i c ew h e nv o i c e d a t aa r et r a n s m i t t i e da n dr e c e i v e d ，c o m p r e h e n s i v e 、e f f i c i e n ta n dl o w c o s t p r e d i t o i n a n da s s e s s m e n ti nv o i c eo v e r m u l t i p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n g ( v o m p l s ) n e t w o r kh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l ya t t r a c t e dp e o p l e 、sa t t e n t i o ni n n e t w o r kd e s i g na n di n p l e m e n t a t i o nf i e l d f i r s t ，t h i st h e s i sp r e s e n t e da ne v a l u a t i o ns c h e m eo fr e c o v e r yp e r f o r m a n c e i nv o m p l sn e t w o r kb a s e do no p n e t i tm o d e l e das i m u l a t i o np l a t f o r mo f v o m p l sn e t w o r ki no p n e tm o d e l e r , t w of a i l u r er e c o v e r yt e c h n i q u eb a s e do n m p l sw e r ea n a l y z e da n de v a l u a t e d s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tu s i n gf a s t r e r o u t i n g ( f r r ) b a s e d o n m u l t i - p r o t o c o l l a b e l s w i t c h i n go p e r a t i o n a d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e ( m p l so a m ) c a ne f f i c i e n t l yd e c r e a s ed e l a y o ft r a f f i cr e r o u t i n ga n di m p r o v eq u a l i t yo fs e r v e r ( q os ) i nv o m p lsn e t w o r k ， a n dv e r i f yt h a tt h es c h e m eh a sf e a s i b i l i t yo fa c h i e v i n go p t i m i z a t i o no fn e t w o r k p e r f o r m a n c ei nv o m p l sn e t w o r ks y s t e m i l l f u r t h e r m o r e ，t h em e t h o do fr e a d i n e s sa s s e s s m e n ti nv o m p l sv i r t u a l p r i v a t en e t w o r k ( v p n ) b a s e do no p n e tw a sp r e s e n t e d i t m o d e l e da s i m u l a t i o np l a t f o r mo fv o m p l sv i r t u a lp f i v a t en e t w o r ku s i n go p n e tm o d e l e r a c c o r d i n gt ob a n d w i d t ha n dd e l a y , i ta s s e s s e dt h en u m b e ro fn e wi n c r e a s i n g v o i c ec a l l s i nv o m p l sv i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ( v p n ) a n dm e a s u r e dc p u u t i l i t yo fr o u t e r si nb a c k b o n en e t w o r k sa n dd e l a yo fv i r t u a lp r i v a t en e t w o r k v o i c ed a t aw h e nn e t w o r kt r a n s m i t t e d 伊l sv p nt r a f f i ca n dt r a d i t i o n a li p t r a f f i cs i m u l t a n e o u s l y s i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tu s i n gn e t w o r ks i m u l a t i o n t o o lo p n e t , t h en u m b e ro fv o i c ec a l l si sd e t e r m i n e dw h e nv i r t u a lp r i v a t e n e t w o r ki sb e i n gi n c r e a s e di ne x i s t i n gv o m p l sn e t w o r ks u p p o r t ，a n dv e r i f y t h a ti tc a na s s u r ep e r f o r m a n c es t a b i l i t ya n di s o l a t i o no fv oi c ed a t ab a s e do n v o m p l sv i r t u a lp r i v a t en e t w o r ki ni pn e t w o r k k e yw o r d s ：o p n e t ；v o m p l s ；f a s tr e r o u t i n g ；n e t w o r ks i m u l a t i o n ； v p n ；n e t w o r kr e a d i n e s s 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成 果和相关知识产权属广西大学所有。除己注明部分外，论文中不包含其他人已经 发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研 究工作提供过重要帮助的个人和集体，均己在论文中明确说明并致谢。 论文作者虢彦缃 学位论文使用授 d 严月多日 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 囫即时发布 ( 保密论文需注明，并在解 论文储签名：肜赶 口解密后发布 6 具况b l 于o p n e t 的v o m p l s 网络性能仿l 与评估 第一章绪论 随着计算机多媒体化与i n t e m e t 技术的不断发展，从电信业未来的发展趋势来看， i p 语音技术( v o l p ) 【1 】将数据网络和语音网络合二为一，改变了即时语音服务质量与通 信沟通方式，其发展潜力非常可观。网络的i p 化也必然带来语音的i p 化，i p 电话将成 为未来话音业务的主要提供方式。目前，v o l p 技术在越来越多的跨国公司、大中型企 业、政府机关、金融、证券行业、军队、电力行业、远程教育机构都得到了广泛应用【2 引。 随着i p 语音技术与下一代网络( n g n ) 融合技术的迅速发展，提高语音信息在传 输延时、抖动、丢包率、可靠性等方面的服务质量( q o s ) 也日趋成为研究的热点之一。 近几年来，多协议标签交换( m p l s ) 1 4 技术为i n t e m e t 提供了一种新的数据包转发模式， 有效地影响了i p 语音网络中数据流量工程、服务质量保证和虚拟专用网( v p n ) 的实 现，成为了未来i p 语音网络发展的关键技术：在v o l p 中融合m p l s 技术，就形成了 v o m p l s 技术【。 随着v o m p l s 技术的不断发展，v o m p l s 网络在全球范围内的部署实施工作也在加 速；因为语音在传送与接收时要求具有较高的服务质量要求，对v o m p l s 网络进行全面 高效，低成本投入的预测评估日益成为当今网络设计与实施领域的主要热点。 1 1v o m p l s 技术的发展概况 作为一种融合技术，v o m p l s 技术的发展历程，是紧随v o l p 技术与m p l s 技术 的发展而不断发展起来的。 1 1 1v o l p 技术的发展 随着数据网络的重要性以及数据网络容量的不断扩展，促使了数据与语音的进一步 融合。在一个统一的数据网络平台上传输语音、图像、图形、视频数据及多媒体信息已 成为大势所趋。在承载语音方面，v o a t m ( v o i c eo v e ra t m ) 技术、v o f r ( v o i c eo v e rf r ) 技术以及v o l p 技术得到了不断发展，而v o l p 以自身的优势在其应用方面有着巨大的 发展潜力。 v o l p 的发展至今已有十四年，其发展过程大致可以分为三个阶段【5 j ：1 9 9 9 年之前， v o l p 一般在公用i n t e m e t 上传送，这时它们常常被称作i n t e m e tp h o n e ；2 0 0 0 - - - 2 0 0 2 年， 基于专用i p 网上的v o l p 出现，许多新兴的v o l p 公司也陆继出现，如n e t 2 p h o n e 、i b a s i s g - 西大掌硕士掌位沧文| i 于o p n e t 的v b m p l s 网络性能仿l ：与评w 6 等，一些传统电信公司也开始提供长途低价的v o i p 业务，如中国电信的i p 长途电话； 2 0 0 3 年以后，针对住宅用户的宽带v o i p 开始出现，它们往往与宽带接入捆绑在一起， 使用包月制，或者在宽带包月费的基础上再增加少量的费用。与此同时，企业i p 业务 开始推出，用户开始把数据与话音业务转移到统一的i p 平台上。 随着互联网络覆盖范围的急剧扩大和使用领域的拓展，v o l p 通信呈现出一派生机 蓬勃的景象【6 ，7 1 。2 0 0 6 年以来，全球v o i p 市场发展迅速，尤其是发达国家v o l p 市场规 模在迅速扩大，对传统电话的替代作用逐步增强。例如，英国管制机构o f c o m 和爱尔 兰管制机构c o m r e g 预计，在不远的将来所有话音业务都要转移到i p 技术上来。根据 咨询公司i d a t e 的预测，全球v o l p 用户数2 0 1 0 年将超过2 亿，2 0 11 年底达到2 5 亿。 根据这些预测可以看出，2 0 0 7 - - 2 0 1 0 年间，v o i p 用户的平均年复合增长率将超过5 0 ， 远高于包括移动电话在内的传统电话的增长率。i d a t e 还估计，到2 0 11 年，宽带电话 形式的v o l p 用户数将在全部电话用户数中占据1 6 以上的份额。 2 0 0 3 年，中国v o l p 业务市场处于技术萌芽阶段，市场规模较小；2 0 0 4 年v o l p 市 场经历了初步发展，增长率达到了1 7 1 ；2 0 0 5 年，由于管制政策的阶段性调整和限制， v o i p 市场规模增长出现了小幅回落，但整体仍然保持快速增长；2 0 0 6 年，v o l p 市场处 于积蓄力量的阶段，增长率稳步上升；2 0 0 7 年，由于明确政策的出台，导致v o i p 市场 爆发性地增长；2 0 0 8 年以后，v o l p 市场进入进一步调整和稳步发展阶段，增长率保持 在7 0 左右，预计到2 0 0 9 年将v o l p 市场份额达到1 2 6 亿美元，复合增长率为2 2 8 5 。 v o l p 是典型的实时性业务，与服务质量( q o s ) 的联系尤为密切，对于q o s 有很高 的要求。用户在使用v o i p 业务的时候，最关心的莫过于通话的语音服务质量问题。 然而，由于v o i p 是利用i p 网络进行语音通信，i p 技术是一种面向无连接的技术， i p 网络的初衷仅是提供一种称之为“尽力而为”( b e s te f r o r t ) 的服务，这对于只要求准 确率而对时延没有严格要求的数据业务来说是合适的，而对于话音、视频等实时通信业 务，它们的服务质量( q u a l i t y o f s e r v i c e ，q o s ) 是难以保障的。v o l p 的服务主要归结为 承载网络问题，而目前的网络带宽限制是造成时延过大、拥塞的主要原因。 与此同时，随着语音服务在已有数据网络上的不断融合，黑客们对于v o l p 的攻击 将会愈演愈烈，v o l p 当然无法避免安全方面的相关威胁1 6 】。根据i n s t a t 研究显示，现 今采用v o i p 的企业普遍都存在着安全方面的威胁，且以中大型企业更为严重；2 0 0 6 年 6 月初，美国两个高科技小偷被控告从不知情的业务提供商那里盗取了价值1 0 0 多万美 元的通话分钟。如何设计一个考虑了安全因素的v o i p 网络成为了人们关注的焦点问题。 2 i 于o p n e t 的v o m p l s 网络性能仿鼻与评估 1 1 2 多协议标记交换( m p l s ) 技术的发展 多协议标记交换( m p l s ) 被称为下一代最具竞争力的通信网络技术，是一种在开放 的通信网络上，使用标签引导数据高速、高效传输的技术f g 纠。它是在一个无连接的网 络中引入了连接模式的特性，减少了网络的复杂性，兼容现有各类型的主流网络技术， 能够降低5 0 的网络成本。在提供i p 业务时能够确保服务质量和安全性，并具有流量 工程能力。此外，m p l s 也被用于解决虚拟专用网( v p n ) 的扩展和维护成本问题。 m p l s 把选路和转发分开，由标签来规定一个数据分组通过网络的路径。由于宽带管理 的引入，m p l s 将使传统i p 语音网络“尽力而为”的状况得以改善。 多协议标记交换技术( m p l s ) 属于第三代网络架构，是新一代的i p 高速骨干网络 交换标准，由i e t f ( i m e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，因特网工程任务组) 所提出，由c i s c o 、 a s c e n d 、3 c o m 等网络设备厂商所主导。对m p l s 技术的研究在9 0 年代后期便开始 了前期的工作，互联网工程任务组( i e t f ) 针对m p l s 的工作组于1 9 9 7 年成立。1 9 9 7 年， 由多家公司联合向i e t f 提交了m p l s 框架及体系结构两个草案文档，它以c i s c o 公司 的t a g 交换为基础而又结合各家之长。为了更好地研究发展m p l s 技术，协调各网络 设备厂商之间的利益与统一思想，2 0 0 0 年3 月以l u c e n t 公司为首的有关机构联合成立 了m p l s 论坛。m p l s 技术的标准化工作仍在进行之中，主要的组织有i e t f 、i t u 和 m p l sf o r u m ，最具影响力的当数i e t f 的m p l s 工作组，它独立于各个网络设备厂商， 现有的m p l s 相关协议基本上来自于这个工作组，以及该组织后来派生出流量工程工作 组和m p l sv p n 工作组，该工作组前后公布了超过3 0 0 个r f c 和相关草烈】。 m p l s 主要标准：r f c3 0 3 1 ( m p l s 总体结构) ，r f c 3 0 3 4 ( 帧中继网络上m p l s ) ， r f c3 0 3 5 ( a t m 网络上m p l s ) 、r f c3 0 3 6f l d p ) 。 l 3mpl sv p n 标准：d r a f t - i e f f - p p v p n r f c 2 5 4 7 b i s 主流l 2m p l sv p n 标准：m a r t i n i 方式o r a f t m a r t i n i 1 2 c i r c u i t t r a n s m p l s ) k o m p e l l a 方式( d r a f t - k o m p e l l a p p v p n - 1 2 v p n ) 、m p l sv p n 封装( d r a f t m a r t i n i 1 2 c i r c u i t e n c a p m p l s 、 1 0 - 1 1 】。 最早使用m p l sv p n 专网技术的是以j u n i p e r 、c i s c o 为技术先导的i t 界大公司及 各大学研究试验室等，主要集中在北美地区，许多草案的研究制定和修改也是同步进行 的f 1 2 】。m p l sv p n 业务近几年发展尤为迅速，据g a r t n e r 公司的分析数据显示：从2 0 0 4 年到2 0 0 6 年，m p l sv p n 市场的增长率保持在15 - - - 5 6 ；2 0 0 6 年，全球m p l sv p n l 于o p n e t 的v o m p l s 网蜒 性能仿鼻与评估 的市场规模达到1 0 亿美元。日本的n t tc o m m u n i c a t i o n s 构建了全国范围内、宽带多业 务m p l s 网络，并在这一个平台上提供i p 、e t h e r n e t 、f r 和a t m 业务。 2 0 0 1 年，中国网通针对中国v p n 市场的特点，结合行业技术发展方向，选择了 基于m p l s 技术的i p v p n 作为切入点，推出高效易用的i p v p n 服务，为用户提供更 好的业务选择，从而加速了这一市场的发展【i 3 1 。 近两年来，法国o r a n g eb u s i n e s ss e r v i c e s ( o b s ) 与中国电信在中国境内开展了先 进m p l sv p n 跨境合作，结成了强有力的伙伴关系。通过这次合作，o b s 的用户网络 将通过中国电信的新一代承载网络延伸到包括东莞、大连、广州、深圳及厦门等2 0 0 多 个城市【1 4 j 。 1 1 3v o m p l s 技术的发展 现今，m p l s 所具有的采用更快包转发速率的路由器和更宽的带宽优点，使得它成为 改进语音业务服务质量的重要关键技术。v o l p 技术与m p l s 技术的不断融合，促进了 v o m p l s 的不断发展【15 1 ，使得v o m p l s 技术与相l 匕v o f r 和v o a t m 技术在技术实现、网 络管理和运行费用上都显示了较大的优越性。 一直以来，i e t f 、i t u t 、m p l s f o r u m 等国际标准机构都为v o m p l s ( v o i c eo v e r m p l s 或v o l po v e rm p l s ) 标准的规范做了大量的工作【1 6 - 19 1 。2 0 0 0 年，i e t f 首先发表了 v o m p l s 的草案 ；2 0 01 年，m p l s f o r u m 提出以m p l s 为载体直接承载v o i c e 的协议 ；2 0 0 2 年，i t u t 公布y 1 2 6 1 标准 。 目前，世界知名的v o l p 提供商g e c k o t e c h 、n e c ，u m 实验室都在针对v o m p l s 网络设 备兼容、部署方案、安全、远程管理监控等方面开展了大量的研发工作【2 0 啦】。国际 m p l s 论坛也将v o m p l s 技术的部署与测试做为研究领域的关键技术【1 2 】。 现今，中科院计算机研究所信息网络室开展了下一代互联网络关键技术的攻关 1 2 3 , 2 4 1 ，其中利用m p l s 技术来实现i p v 4 向i p v 6 过渡过程中的混合网络语音通信成为了主 要研究课题。国内中兴、华为也各自推出了自己的软交换产品和方案1 25 】；华为c & c 0 8 i n e t 综合网络平台采用构件化分层体系结构，支持基于软交换的分组交换，适用于现有 p s t n 平滑演进和面向n g n 建设的综合网络平台。作为c & c 0 8i n e t 的核心构件，其软交 换构件s o f t x l 0 0 0 采用了v o m p l s 技术来实现语音业务。中兴通讯自主研发的电信级核心 路由器产品，作为国家重点新产品，曾获i p v 6 r e a d y 金牌认证、路由器最具成长性品牌 4 | i 于o p n e t 的v o m p l s 网络性能仿；与评估 等多项荣誉，在全球三十多个国家的主流运营商中有着广泛而成熟的应用。国际m p l s 论坛2 0 0 7 年大会中，中兴通讯高端路由器参加了包括v o m p l s 技术的m p l sv p n 互通性、 端到端伪线业务( e n d e n d p s e u d o w i r e s ) 、多段伪线( m u l t i s e g m e n tp s e u d ow i r e s ) 、错 误检测与o a m 等多个测试项，表现稳定而出色设备展示，并与业界其他设备共同组网， 完成了基于m p l s 技术传送的v o m p l s 、i p t v 业务的演示活动。 1 2v o m p l s 部署预测与评估的研究现状 随着v o m p l s 网络规模的急剧扩大和网络复杂性迅速增加，需要考虑的设计与性 能评估因素也随之急剧增加，现今世界上越来越多的研究机构与实验室投入到新型的网 络设计和评估方法研究工作中，致力于提高v o m p l s 网络设计的客观性和评估结果的 可靠性与可信度。 2 0 0 4 年6 月，国际m p l s 论坛在企业网络的部署计划中开始对v o m p l s 网络进行性能 评估与测试【2 6 】。s h o r e t e l 公司、t o s h i b a 公司与3 r dw a v e 公司的i p 研发部针对v o m p l s 网络部署实施，从网络可靠性、可扩展性、可管理性方面对语音服务质量丌始提出了评 估部署方案【2 7 。2 9 1 。r t s 公司( r e l a t i o n a lt e c h n o l o g ys o l u t i o n s ) 网络就绪研究机构从2 0 0 6 年开始致力于v o m p l s 网络就绪的语音服务质量测试与评估工作，并针对思科公司、 j u n i p e r 、h p 等生产商的网络语音设备进行评测与调试。 文献 3 0 】 3 1 】 3 2 】( 3 3 】，针对于v o m p l s 网络部署计划，进行了语音流量延时、抖动、 带宽、丢失率等性能指标上的理论分析预测与评估。文献 3 4 针对当今v o i p 在企业的 安全部署，从网络地址转换、安全性、成本投入、呼叫承诺控制等方面入手，较好地融 合v o m p l s 技术，提出了采用会话控制器部署于企业v o m p l s 网络方案，提高了传送 实时语音v o l p 信息的安全性。为优化v o i p 在m p l sv p n 的设计成本，文献 3 5 刊备v o l p 网络分为评估网络与传送网络来部署设计，使用不同的成本计算方式优化v o l p 网关部 署，并用贪婪策略对所提出的方案进行仿真评估。 文献 3 6 】从语音呼叫协议类型、隧道种类，不同v p n 类型的部署角度入手，测试 与评估m p l s 在语音传输的服务质量性能优化。文献 3 7 】从枚举攻击，跨域攻击、拒绝 服务攻击等方面评测v o m p l s 网络的r s v p - - t e 协议的安全性，并提出安全策略方案。 文献 3 8 将i p 网络与m p l s 网络的保护监控技术加以融合，并构建测试评估平台，进行 语音延时与抖动的分析评估。文献 3 9 针对从u e s t c 校园网提出一种基于被动模式 流量分析的v o l p 语音质量评估方法，文献 4 0 提出了一种基于测量的i p 语音网络性 l 予o p n e t 的v o m p l s 网络性能仿翼与评估 能评价方法研究。 新型的v o m p l s 网络设计和评估方法的提出促进了语音评估工具的发展；目前已经 有一些商用语音评估工具用于测试网络中实施i p 语音应用的性能和评估网络的可行性 一1 j ；如e u r e s oj u p i t o ri i 、n e t l qv i v i n e t 评估器、s p i r e n t 公司的i p t v 测试器、三 重播放分析仪( t p a ) 应用软件、t r i p l ep l a y 钡t j 试评估系统。 l - 3 本文所研究的问题与内容 在广泛查阅了国内外有关资料的基础上，针对v o m p l s 网络部署预测与评估的现状 与发展动态有了较为全面的认识，逐步发现了其中存在的具体问题，从而明确了论文的 研究重点；发现v o m p l s 网络部署预测与评估问题如下： 第一：部署预测与评估方法问题。从论文1 2 章节所查阅的文献，我们发现对 v o m p l s 网络进行部署预测与性能分析评估，目前常用的评估方法有数学分析法、实践 测量法、计算机仿真法】。数学分析方法主要是通过概率论、排队论等数学分析对要研 究的问题进行抽象建模，找出性能指标之间的相互关系，然后进行一系列的推导求解， 得到所需结果【删。但这种方法建模与求解的过程较为繁重，有时甚至无法得出解。实践 测量法，一般是采用网络测试分析仪器，对实际网络进行现场数据采集，优点是评估准 确性较高，但弊端在于分析仪器成本较高，并且它不能在网络部署之前预测网络性能。 计算机仿真法既能够对现有网络性能从各个层次进行分析，也能对计划实施的网络性能 进行预测。它使用网络仿真软件，通过建立网络设备、链路和协议模型，模拟网络流量 的传输，从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据m 】；世界上使用的网络仿真软 件有o p n e t 、n s 2 、g l o m o s i m 、q u a l n e t 等。目前国内常用的n s 2 、g l o m o s i m 比较适 用在t c p 层以上的网络仿真，然而当仿真节点数较多时速度较慢。o p n e tm o d e l e r 是全 球领先的网络建模仿真软件，并且它的附带模块a c e 与系统在环( s i t l ) ，在虚拟网络环 境下，能够有效地、较低预测成本投入地部署v o m p l s 网络原型应用软件，对i p 语音进 行测试与评估。然而，目前o p n e t 的应用在国内还处于逐步发展阶段，又因m p l s 技术 比较复杂，涉及的关联领域较多，使得其预测评估工作成熟的周期较长；导致了利用 o p n e t 软件进行v o m p l s 网络预测与评估的案例文献较少。 第二：v o m p l s 网络恢复性能的评估问题。保护切换技术对于提高v o m p l s 网络的 可用性和稳定性具有关键意义。保护切换意味着对受保护l s p 路由的预计算和资源的预 分配，可以保证在l s p 连接失效或者中断后快速重新获得网络资源。m p l so a m 技术现 6 l 于o p n e t 的v o mp l s 网崩 性能仿i ；与评估 今还处于初步发展阶段，目前应用较广的支持点到点的l s p 保护切换，导致了不必要的 网络恢复延时；基于m p l so a m 的f r r 机制，采用了两种主流的保护方式( 链路保护和 节点保护) 进行保护切换，但因其在解决v o m p l s 网络部署问题思路上的复杂度，限制 了此机制在v o m p l s 网络系统的广泛应用；因此对基于m p l so a m 的f r r 机制在 v o m p l s 网络中进行性能预测评估研究具有着理论与现实的技术推广意义。 第三：随着m p l s 技术与v o l p 技术不断的融合，预测评估与部署v o m p l s 网络就 绪工作遇到了难题；分别是( 1 ) 如果在v o m p l s 虚拟专用网开通新的i p 语音业务，为 保证一定的s l a ，需要确定它最大可以支持的新增语音呼叫数。( 2 ) 由于我国所采用的 m p l sv p n 模式全部都是利用现有i p 网构建，与传统的i p 业务混合传输，在一些地区 m p l sv p n 业务流量使主干网路由器的c p u 利用率急剧上升，不利于主干网路由器稳 定工作，使得一些服务提供商对i p 骨干网开展m p l sv p n 业务处于迟缓态势；因此在 同时混合传输m p l sv p n 语音流量和传统i p 流量的i p 网络中，需要预测与评估 v o m p l s 虚拟专用网络的主干路由器稳定性与语音的延时影响性。目前已经有一些商用 v o i p 评估工具用于测试网络中实施v o i p 应用的性能和评估网络的可行性；如e u r e s o j u p i t o r i i 、n e t l qv i v i n e t 评估器、s p i r e n t 公司的i p t v 测试器：然而，现今还没有 一种商用v o l p 评估工具以适中的投资成本较为全面地解决以上提出的问题。 为了解决以上提出的v o m p l s 网络部署预测与评估问题，本文对研究内容作了如下 安排： ( 1 ) 在v o m p l s 部署预测与评估方法上，采用基于o p n e t 的网络性能仿真评估方 法，结合o p n e t 较为先进的m p l s 模块、a c e 模块与流量模块，采用网络仿真有效逼真 地模拟v o m p l s 网络各种行为，使得测试结果能够公正地评判预部署的v o m p l s 语音网 络的性能，从而为v o m p l s 网络性能的规划和设计提供客观和可靠的定量依据，并有效 地降低预测评估投资成本。 ( 2 ) 依据语音带宽、延时与抖动性能指标，提出基于o p n e t 的v o m p l s 网络恢复 性能仿真分析方案，该方案利用o p n e tm o d e l e r y _ 具构建一个v o m p l s 网络仿真平台， 分析，针对基于m p l s 的两种网络故障恢复技术一点到点1 + 1 保护切换技术与基于m p l s o a m 技术的f r r 机制故障保护技术加以分析比较与评估，以验证基于m p l so a m 技术 的f r r 算法在v o m p l s 网络系统中实现q o s 性能网络优化的可行性，为基于o p n e t 的 v o m p l s 网络评估提供一定的参考。 ( 3 ) 提出基于o p n e t 的v o m p l s 虚拟专用网络就绪仿真评估方案，该方法利用 7 | i 于o p n e t 的v o m p l s 网络性能仿真与评估 o p n e tm o d e l e r 工具，构建了一个v o m p l s 虚拟专用网络仿真平台，依据带宽与延时性 能指标，通过分次加载相应的预测语音流量，确定v o m p l s 网络可扩展性与潜在的网络 性能临界点，预测与评估v o m p l s 虚拟专用网络能够支持的新增语音呼叫数以及m p l s 语音流量与i p v 4 语音流量混合传输时主干网路由器的转发性能和虚拟网语音延时量变 化，提高v o m p l s 网络性能部署决策的科学性。 1 4 本文的内容结构安排 本文内容安排如下： 第二章主要介绍了v o l p 技术，详细分析了v o l p 网络的模型结构、工作原理以及 实现方式，并对s i p 协议做了详细介绍；并深入分析了影响v o l pq o s 的主要因素，探 讨了目前实现i p 语音q o s 的几种策略。 第三章主要介绍m p l s 技术的体系结构，并描述了m p l s 协议在虚拟专用网建设中的 应用，主要对m p l sv p n 的网络结构、内部机制、工作过程及其b g p m p l sv p n 框架以 及v o m p l s 网络的框架与评估预测方法做出了阐述。 第四章主要提出了一种基于o p n e t 的v o m p l s 网络恢复性能评估方案，预测与 评估基于m p l s 的两种故障恢复技术。 第五章提出了一种基于o p n e t 的v o m p l s 虚拟专用网络就绪评估方案，对设计性 能方案进行预测与比较。 最后总结全文内容，提出本课题有待于进一步深入研究的问题。 l 于o p n e t 的v o m p l s 网络性能仿真与评估 第二章v o l p 技术 随着全世界i p 网络互连环境突飞猛进地发展，i p 语音( v o i c eo v e ri n t e r n e tp r o t o c o l ， v o i p ) 技术以数据分组包的方式在i p 数据网络上实现了较好地实时业务传送。 现今，i p 语音技术可以通过i p 网络为越来越多的用户提供语音、视频会议、数据信 息传输业务，目前构建的企业外部网络、企业内部网络、局域网、城域网在很大程度上都 使用了v o l p 技术来实现实时语音业务通信。 2 1v o i p 工作原理 v o l p f l l 技术是将语音的传输与因特网相结合，使因特网与现有的p s t n 网络融合构 成语音、数据、视频的多媒体信息综合网络。其基本原理是模拟语音信号通过一定的处 理加工之后变成数字信号，然后，采用编码、封包技术手段将这些数字语音信号通过分 组交换网( 如因特网、a t m 网络或者帧中继网络) 传输；在语音接收端经过解包与解码 系统还原原始的语音模拟信号，从而实现整个语音信源至信宿的通信过程。v o l p 的通信 过程具体可以分为如下几个阶段【3 】： ( 1 ) 语音至数据转换 语音信号是模拟信号波形，通过i p 网络传输方式实现传输语音，对于实时语音传送 或是非实时语音传送，首先需要对语音信号进行a d 转换：语音信息数字化后有利于采 用对语音进行编、解码技术，发送端的语音编码器和接收端的语音解码器采用相对应的 编、解码算法，从而使得接收端的语音设备较好地还原发送端的语音信号。 ( 2 ) 数字化数据至i p 分组的转换 在对语音信号进行数字处理加工之后，接着，就应对语音分组依据一定的数据帧长 进行压缩编码。然后，将压缩的数据帧组合成语音数据包传送至网络处理器。最后，由 网络处理器为语音分组包添加分组头信息、时间生存值以及其它相关信息之后通过网络 传送到另一个语音信宿端点。 ( 3 ) 网络语音传送 在网络传送通道中，全部网络被看成一个整体，持续不断地从输入端接收语音分组， 然后在一定时间内将语音分组传送到网络输出端。网络中的中间节点负责检查每个输入 数据包所携带的路由信息，并使用这一信息将该数据包转发到目的路径的下一个网络节 点。 9 l 于o p n e t 自v o m p l s 磐t 慧仿 茸评怙 ( 4 ) i p 语音数据包至目的地的数据转换 语音信宿网络设备接收输入数据并进行处理。接收端提供了一个调节流量大小的语 音缓冲器，用柬调整网络产生的语音叫延抖动。用户可自行选择缓冲器的太小，小的缓 冲器产生延迟较小。在对语音数据进行处理过程中，去除路由和控制信令的相关信息， 保存原始的语音数据，然后把这个语音数据提供给语音解码器。语音解码器模块将经过 一定的语音解码算法实现语音数据解压。 ( 5 ) 数字语音信息至模拟语音还原 通过相关的驱动设备将缓冲器中语音样本取出并传送至语音声卡系统，实现数字语 音信号转化成模拟语音信号，通过扬声器根据预定的频率播出，还原原始语音信号。 整个过程如图21 所示： 黟，柏一一：巫正p c m 西纳磴 吾音铺。 i 盼目嘲锚 r 黟i , t i ，d t , 謦啤嚣”一 语音信宿 图21v o l p 系统基本传输过程 f i g2 ib a s i ct r a l s m i tp r o c e s so f v o l ps y s t e m 目前，通过v o l p 技术部署实现语音通信的形式有带有v o l p 语音程序的个人电脑 至带有v o l p 语音程序的个人电脑、电话机至带有v o l p 语音程序的个人电脑以及电话 机到电话机三种形式# i 。如图22 所示 对于带有v o l ? 语音程序的个人电脑至带有v o l p 语音程序的个人电脑形式来说，具有 多媒体通信功能的个人电脑经过电话线或局域网连接到互联网络上，使用i p 地址进行语 音呼叫。语音压缩、编解码和封包均通过个人电脑的c p u 、声卡、网卡等计算机硬件资 源来实现。 对于电话机至带有v o l p 语音程序的个人电脑来说，则是由语音网关来实现i p 地址和 电话号码的对应的映射与解释，完成相应的语音编、解码和封、解包过程。 对于电话机到电话机形式而言，使用电话号码通过i p 网络进行语音呼叫语音信 t 于o p n e t 的v o m p l s 月搏隹越甘 与评估 源的网关设备鉴别信源客户信息，