吳大海

摘要：針對(duì)分布式NGN承載網(wǎng)的性能評(píng)價(jià)問(wèn)題，該文首先總結(jié)了已有性能評(píng)級(jí)方法及其存在的問(wèn)題，給出了NGN承載網(wǎng)性能評(píng)價(jià)體系構(gòu)建具體步驟，通過(guò)將排隊(duì)論模型轉(zhuǎn)換為可實(shí)際運(yùn)行的CPN層次模型，使得分布式承載網(wǎng)的性能評(píng)價(jià)問(wèn)題分析能夠?qū)崿F(xiàn)。

關(guān)鍵詞：承載網(wǎng)；性能評(píng)價(jià)；層次模型

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）02-0276-02

隨著“三網(wǎng)合一”工程的推進(jìn)，下一代網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Network， NGN）被公認(rèn)為基于IP網(wǎng)絡(luò)和軟交換技術(shù)的多業(yè)務(wù)融合網(wǎng)絡(luò)。但是如何對(duì)NGN的承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)化的性能分析是目前急需解決的重要問(wèn)題。NGN性能評(píng)價(jià)問(wèn)題不僅可以解決由于IP網(wǎng)絡(luò)“盡力而為”服務(wù)模型不能保證服務(wù)質(zhì)量的缺陷，而且還可以為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)者提供輔助的決策信息。

1 現(xiàn)有性能評(píng)價(jià)方法

NGN是一個(gè)典型的分布式網(wǎng)絡(luò)，目前學(xué)術(shù)界針對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)問(wèn)題的解決主要有以下幾類方法[1，2，3，4]：

1） 排隊(duì)論方法：排隊(duì)論方法是早期性能建模和分析的常見(jiàn)方法，主要使用隊(duì)列的基本知識(shí)進(jìn)行性能指標(biāo)的分析工作，通過(guò)對(duì)模擬系統(tǒng)的生滅過(guò)程進(jìn)行分析和求解，得到相應(yīng)性能指標(biāo)的解析解結(jié)果。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于理論基礎(chǔ)強(qiáng)，通過(guò)數(shù)學(xué)演算能夠得到性能指標(biāo)的數(shù)學(xué)解析解，從而可以達(dá)到精確分析和公式化分析的目的，但是也存在應(yīng)用范圍上的巨大缺陷：基于排隊(duì)論的性能分析方法對(duì)系統(tǒng)的約束條件過(guò)于苛刻，而且當(dāng)其中一個(gè)前提條件進(jìn)行微小變化時(shí)，已經(jīng)得到的公式和方法將不能適用，從而限制了這種分析方法的推廣。

2） 隨機(jī)Petri網(wǎng)方法：隨機(jī)Petri網(wǎng)方法實(shí)際上等同于馬爾可夫鏈方法，與進(jìn)程代數(shù)方法求解也類似，這類方法從排隊(duì)論的方法演化而來(lái)，但是不同的是，隨機(jī)Petri網(wǎng)方法有相應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬軟件，如SPN（Stochastic Petri Nets，SPN），通過(guò)軟件模擬和計(jì)算，可以得到相應(yīng)的性能分析結(jié)果，從而一定程度上簡(jiǎn)化了性能分析的難度。但是這類方法與排隊(duì)論方法一樣，需要對(duì)被研究系統(tǒng)的適用條件給予諸多限制，因此在復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，這類方法的適用性也大打折扣。

3） 進(jìn)程代數(shù)方法：進(jìn)程代數(shù)的性能評(píng)價(jià)方法與隨機(jī)Petri網(wǎng)的性能評(píng)價(jià)方法類似，其實(shí)現(xiàn)的基本原理基本一樣，因此在針對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)時(shí)也存在系統(tǒng)狀態(tài)組合爆炸的問(wèn)題。

4） 基于模型的計(jì)算機(jī)仿真方法：在基于模型的計(jì)算機(jī)仿真方法中，有很多的計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)，如QPN（Queueing Petri Nets）和GSPN（Generalized Stochastic Petri Nets）、CPN（Colored Petri Nets）等等。QPN和GSPN直接從排隊(duì)論理論和隨機(jī)Petri網(wǎng)理論演化而來(lái)，而CPN在分層建模技術(shù)上的演化，來(lái)源于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)思想，因此更有利于系統(tǒng)設(shè)計(jì)者進(jìn)行系統(tǒng)編程，也有助于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員根據(jù)所建立的模型進(jìn)行編程設(shè)計(jì)工作。除此之外，CPN方法可以對(duì)被研究系統(tǒng)的適用條件進(jìn)行放寬，如在QPN和GSPN建模過(guò)程中，一般要求對(duì)應(yīng)的時(shí)間因素服從負(fù)指數(shù)分布和定長(zhǎng)分布，而在CPN建模方法中，對(duì)相應(yīng)的時(shí)間因素條件可以進(jìn)行放寬。表1給出了CPN方法支持的時(shí)間概率分布函數(shù)類型。

2 基于CPN的NGN網(wǎng)絡(luò)的性能評(píng)價(jià)體系

為了構(gòu)建NGN的性能評(píng)價(jià)體系，在此采用層次顏色Petri網(wǎng)的建模體系，體系的建立分為以下三步：

首先，將NGN網(wǎng)絡(luò)抽象成一個(gè)典型的排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示，將NGN的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備簡(jiǎn)化成服務(wù)臺(tái)，將待處理的業(yè)務(wù)簡(jiǎn)化成顧客源，各業(yè)務(wù)之間的處理次序和順序抽象成排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)中的排隊(duì)規(guī)則，這樣NGN承載網(wǎng)的基本服務(wù)框架就可以通過(guò)排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初步的架構(gòu)。

3 小結(jié)

本文首先分析了NGN承載網(wǎng)在進(jìn)行性能評(píng)價(jià)時(shí)存在的若干問(wèn)題，進(jìn)而通過(guò)總結(jié)已有的分布式網(wǎng)絡(luò)已有的性能評(píng)價(jià)方法，給出NGN承載網(wǎng)性能評(píng)價(jià)的體系框架，并給出了如何將所建立的性能評(píng)價(jià)體系框架轉(zhuǎn)換為實(shí)際可運(yùn)行的CPN層次模型，這樣通過(guò)軟件的仿真就可以得到要分析的NGN網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方歡，陸陽(yáng)，葛方振，黃鎮(zhèn)謹(jǐn).幾種空竭休假排隊(duì)系統(tǒng)的建模與性能分析[J].應(yīng)用科學(xué)學(xué)報(bào)， 2012， 30（4）： 379-386.

[2] 方歡，陸陽(yáng)，黃鎮(zhèn)謹(jǐn).基于CPN仿真的排隊(duì)系統(tǒng)建模與性能分析[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2013， 25（2）： 228-234.

[3] 林闖，李雅娟，王忠民.性能評(píng)價(jià)形式化方法的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電子學(xué)報(bào)， 2002， 30（12A）： 1917-1922.

[4] 林闖.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2001：130-147.

[5] K. Jensen. Colored Petri Nets. Basic Concepts， Analysis Methods and Practical Use， Volume 1， Basic Concepts [M] Monographs in Theoretical Computer Science. Berlin， Heidelberg， New York： Springer-Verlag， 2nd corrected printing 1997.