[發(fā)明專利]一種面向QualNet網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真的實(shí)物接入方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310098333.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN103200190A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 栗蘋;龔鵬;孔杰軍;李廷震;趙鳳俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/06
• 分類號(hào): H04L29/06
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種面向QualNet網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真的實(shí)物接入方法，屬于網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真系統(tǒng)中，需將仿真軟件構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)同真實(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)起來，需要高效的實(shí)物接口實(shí)現(xiàn)兩者的關(guān)聯(lián)。

網(wǎng)絡(luò)的研究中普遍采用了實(shí)物實(shí)驗(yàn)法和軟件仿真法。實(shí)物實(shí)驗(yàn)法中，實(shí)驗(yàn)對(duì)象在真實(shí)物理平臺(tái)上運(yùn)行，具有較高的精度；但構(gòu)建全尺度實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺(tái)代價(jià)高昂，且進(jìn)行大量重復(fù)試驗(yàn)是困難的。軟件仿真法具有較好的靈活性和可控性，但不能直觀展示真實(shí)設(shè)備、應(yīng)用在特定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)際性能。為將實(shí)物實(shí)驗(yàn)法和軟件仿真法有效結(jié)合，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)提出了網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真的方法。所謂網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真，就是在由仿真軟件構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)中引入真實(shí)設(shè)備，使真實(shí)應(yīng)用程序、協(xié)議或硬件參與到網(wǎng)絡(luò)仿真中。真實(shí)協(xié)議棧和應(yīng)用程序在不做任何修改的情況下運(yùn)行，其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流流入或流出虛擬網(wǎng)絡(luò)。這種方法將真實(shí)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和應(yīng)用程序同仿真軟件在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景上的靈活性有機(jī)結(jié)合在一起，為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)研究提供了有效手段，當(dāng)前得到了廣泛應(yīng)用。

構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真系統(tǒng)，一方面需要具有高保真度和實(shí)時(shí)運(yùn)行能力的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件；另一方面需要高效的實(shí)物接口以將真實(shí)數(shù)據(jù)包注入和導(dǎo)出虛擬網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)注入虛擬網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)數(shù)據(jù)包是否對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)透明,可以將網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真劃分為兩類：

隧道模式：真實(shí)數(shù)據(jù)包對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)是不透明的，虛擬節(jié)點(diǎn)不能解析、識(shí)別真實(shí)數(shù)據(jù)包中的協(xié)議字段。

解析模式：虛擬節(jié)點(diǎn)能夠解析、識(shí)別真實(shí)數(shù)據(jù)包中的協(xié)議字段，能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)節(jié)點(diǎn)同虛擬節(jié)點(diǎn)在協(xié)議上的交互。

在“隧道模式”網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真系統(tǒng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)包從真實(shí)節(jié)點(diǎn)發(fā)出并進(jìn)入虛擬網(wǎng)絡(luò)時(shí)，實(shí)物接口并沒有對(duì)真實(shí)數(shù)據(jù)包進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。真實(shí)數(shù)據(jù)包在虛擬網(wǎng)絡(luò)中可能被丟掉、延遲、重排序、甚至復(fù)制，但由于數(shù)據(jù)包并未被解析，虛擬節(jié)點(diǎn)不能完成與協(xié)議字段相關(guān)的操作。因此，這種模式只能構(gòu)建“真實(shí)節(jié)點(diǎn)–虛擬網(wǎng)絡(luò)–真實(shí)節(jié)點(diǎn)”的仿真場(chǎng)景。而在“解析模式”網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真系統(tǒng)中，虛擬節(jié)點(diǎn)能夠識(shí)別和處理真實(shí)數(shù)據(jù)包的協(xié)議字段，能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)節(jié)點(diǎn)同虛擬節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議上的交互。兩種模式的接入方式各有優(yōu)劣，“隧道模式”簡單方便，具有較高的接入效率；而“解析模式”能夠?qū)⒄鎸?shí)網(wǎng)絡(luò)同虛擬網(wǎng)絡(luò)跟緊密的結(jié)合起來，具有更好的擴(kuò)展性。

QualNet作為當(dāng)前廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件具有較高的保真度和良好的擴(kuò)展性，同時(shí)也提供了實(shí)物接口以支持真實(shí)設(shè)備的接入，方便構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真系統(tǒng)。其提供的實(shí)物接口通過構(gòu)建真實(shí)節(jié)點(diǎn)同虛擬節(jié)點(diǎn)一對(duì)一的映射關(guān)系來將真實(shí)節(jié)點(diǎn)嵌入虛擬網(wǎng)絡(luò)。使用QualNet構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)，然后將虛擬節(jié)點(diǎn)A映射到真實(shí)節(jié)點(diǎn)B上，A與B形成一個(gè)真實(shí)節(jié)點(diǎn)-虛擬節(jié)點(diǎn)對(duì)（LVP），其中真實(shí)節(jié)點(diǎn)B用LVP-L表示，而A為B在虛擬網(wǎng)絡(luò)中的影子節(jié)點(diǎn)，用LVP-V表示。仿真中，真實(shí)節(jié)點(diǎn)B發(fā)出的數(shù)據(jù)包，會(huì)從虛擬節(jié)點(diǎn)A進(jìn)入虛擬網(wǎng)絡(luò)；同樣虛擬網(wǎng)絡(luò)中到達(dá)A的數(shù)據(jù)包，也會(huì)流向B，這樣A和B從網(wǎng)絡(luò)行為上看恰如同一個(gè)節(jié)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述功能，QualNet提供了IPNE（IP?network?emulation,IP網(wǎng)絡(luò)模擬）接口。IPNE支持三種工作模式：NatOn,NatYes,TrueEmulation,其中NatOn和NatYes工作于“隧道模式”，而TrueEmulation則采用了“解析模式”。如圖1所示，IPNE通過隧道模塊將真實(shí)節(jié)點(diǎn)同仿真服務(wù)器相連，通過常規(guī)處理模塊實(shí)現(xiàn)真實(shí)數(shù)據(jù)包導(dǎo)入和導(dǎo)出虛擬網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際工作過程中，真實(shí)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包通過安裝在真實(shí)節(jié)點(diǎn)上的隧道處理模塊封裝后，發(fā)給仿真服務(wù)器；仿真服務(wù)器通過隧道處理模塊解封收到的真實(shí)數(shù)據(jù)包，然后將其注入虛擬網(wǎng)絡(luò)；同樣的，虛擬網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)包，經(jīng)過仿真服務(wù)器上的隧道處理模塊封裝后發(fā)給真實(shí)節(jié)點(diǎn)，真實(shí)節(jié)點(diǎn)解封后即可識(shí)別、處理此數(shù)據(jù)包。如此便將真實(shí)節(jié)點(diǎn)同仿真服務(wù)器構(gòu)建的虛擬網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)到來。QualNet的改進(jìn)版本EXata,進(jìn)一步增強(qiáng)了上述實(shí)物接入能力，但方法上基本保持一致。

Qualnet提供的實(shí)物接口在一定程度上能夠?qū)⒄鎸?shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入虛擬網(wǎng)絡(luò)，但其靈活性和擴(kuò)展性受到了限制。IPNE工作于TrueEmulation模式時(shí)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行手動(dòng)配置靜態(tài)路由，不能實(shí)現(xiàn)真實(shí)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)接入虛擬網(wǎng)絡(luò)，增加了仿真的復(fù)雜性，尤其是在虛擬網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，手動(dòng)配置靜態(tài)路由是困難的。而EXata只支持解析模式接入功能，且必須在真實(shí)設(shè)備上安裝相應(yīng)的管理軟件才能將真實(shí)節(jié)點(diǎn)接入虛擬網(wǎng)絡(luò)，考慮到真實(shí)設(shè)備的多樣性和使用權(quán)限的問題，限制了EXata網(wǎng)絡(luò)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的適用性。

發(fā)明內(nèi)容