CN107517130B - 基于opnet的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法。在提取无缝冗余协议下，进行网络的报文特征等效、延时特征等效、流量特征等效以及逻辑特征等效，通过对网络各节点进行外部等效，获取仿真结果。本发明提供了一种基于OPNET仿真平台对无缝冗余协议在报文特性、时间特性以及流量分布特性上的等效处理方法，在OPNET现有模型基础上，能够实现PRP、HSR网络性能模拟，避免了复杂的建模工作，同时具有OPNET通用性的特点。本发明提供的方法，将为各个领域的通信组网研究提供有效的仿真工具，具备一切仿真方法所具有的优势。本发明是一种方便实用的基于OPNET仿真平台实现无缝冗余协议的网络性能等效仿真方法。

Description

基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法

技术领域

本发明是一种基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，属于基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法的创新技术。

背景技术

随着通信技术的发展，不断推出了各式各样的通信协议，无缝冗余协议提供了一种新的网络冗余的方法，在各种通信组网中得到了广泛应用，另一方面，随着各种仿真软件的出现，通过仿真法进行通信组网研究，得到通信网络性能的方法逐渐得到推广。OPNET仿真平台能够准确仿真复杂网络的通信行为，同时界面效果良好，设备模型库丰富，得到业内的认可，然而，现阶段OPNET仿真平台缺少对无缝冗余协议的描述，以及与其相关的设备模型，无法有效开展基于无缝冗余协议的各种组网研究。

现有技术是通过仿真法实现无缝冗余协议通信组网研究，可以在软件平台上，通过自定义设备模型，进行编程实现设备的各种功能以及参数设置，对设备的发送、接收、转发、处理数据包全过程进行编程，并通过仿真结果收集获得通信组网评价，其存在的缺点是建模过程复杂，需要专业的技术人员进行编程，往往难以实现；且存在自定义设备与标准模型库模型兼容问题。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法。本发明提供的基于OPNET仿真平台实现无缝冗余协议的网络性能等效仿真方法，为无缝冗余协议在组网方案中的研究提供了简化的等效仿真工具，能够在仿真平台上完成无缝冗余协议的组网研究以及网络性能评价，减少实物仿真人力物力的耗费，又避免了搭建仿真平台新的设备模型繁琐的建模过程。

本发明的技术方案是：本发明基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，在提取无缝冗余协议下，进行网络的报文特征等效、延时特征等效、流量特征等效以及逻辑特征等效，通过对网络各节点进行外部等效，获取仿真结果。

上述报文特征等效是建立仿真包格式，使得各字段能与无缝冗余协议下包格式各字段相互匹配；延时特征等效是通过改变节点模型参数，获得节点处理数据帧时间大小；流量特征等效是模拟数据包的传播过程，使得报文在网络中的传输规律符合无缝冗余协议报文传输规范；逻辑特征等效是模拟无缝冗余协议对数据包的处理过程与处理方法，使得在处理结果上能够保证方法的有效性。

本发明提供了一种基于OPNET仿真平台对无缝冗余协议在报文特性、时间特性以及流量分布特性上的等效处理方法，在OPNET现有模型基础上，能够实现PRP、HSR网络性能模拟，避免了复杂的建模工作，同时具有OPNET通用性的特点。本发明提供的方法，将为各个领域的通信组网研究提供有效的仿真工具，具备一切仿真方法所具有的优势。本发明是一种方便实用的基于OPNET仿真平台实现无缝冗余协议的网络性能等效仿真方法。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明具体实施步骤的流程图；

图3为本发明搭建PRP节点模型的原理图；

图4为本发明搭建HSR节点模型的原理图；

图5为本发明搭建QuadBox节点模型的原理图；

图6为本发明报文接收处理规则的流程图。

具体实施方式

实施例：

本发明的原理图图如图1所示，本发明提供了一种基于OPNET仿真平台实现无缝冗余协议的网络性能等效仿真方法，在提取无缝冗余协议下，进行网络的报文特征等效、延时特征等效、流量特征等效以及逻辑特征等效，通过对网络各节点进行外部等效，获取仿真结果。

本实施例中，报文特征等效是建立仿真包格式，使得各字段能与无缝冗余协议下包格式各字段相互匹配；延时特征等效是通过改变节点模型参数，获得节点处理数据帧时间大小；流量特征等效是模拟数据包的传播过程，使得报文在网络中的传输规律符合无缝冗余协议报文传输规范；逻辑特征等效是模拟无缝冗余协议对数据包的处理过程与处理方法，使得在处理结果上能够保证方法的有效性。

本发明基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，具体包括如下步骤：

1）包格式定义；

2）等效节点模型建立；

3）参数设置；

4）仿真场景搭建；

5）仿真结果处理。

本实施例中，上述步骤1）的包格式定义方法如下：

根据无缝冗余协议定义的数据包格式，在OPNET数据包编辑器中，生成所对应的数据包，要求所生成的数据包能够与无缝冗余协议所定义的数据包所有字段以及所有字段大小、字段数据类型相互匹配。从而从数据包角度能够实现仿真等效。数据包建立过程及与无缝冗余协议对应关系如下图所示。

本实施例中，上述步骤2）的等效节点模型建立方法如下：

等效节点模型建立包括以下三种类型节点，根据无缝冗余协议具体的设备模型，基于OPNET仿真平台搭建PRP节点模型（包含RedBox模型）、HSR节点模型（包含RedBox模型），以及用于不同网络连接的QuadBox节点模型。

上述搭建PRP节点模型的方法如下：

PRP节点模型主要实现报文的接收与发送，从发送规律的节点外部等效来看，PRP节点能够在同一时刻经由两个不同端口发送相同的数据帧至不同网络，从接收规律的外部节点等效来看，PRP节点能够从两个不同网络接收相同内容数据帧。为实现节点的外部等效（时间特性、流量分布特性等效），采取以下等效方法构建模型:

11)通过两个源节点A、B模拟报文发送与接收，源节点可以选用OPNET***自带设备模型或用户自定义模型，要求能加载上述定义的无缝冗余数据包格式，同时发送规律可设，以达到两组源节点同时发送相同大小数据帧。由此形成的两组报文发送阶段相互独立，互不干扰，符合PRP双网发送与接收规律。

12) 通过在设备节点前加入交换机模块，通过参数设置，调节PRP节点处理数据时间，使得在时间特性上满足等效要求。

上述搭建HSR节点模型的方法如下：

HSR节点报文发送规律与接收规律与HSR节点类似，其构造方法相似，同样通过两个设备节点模拟报文发送与接收，并在前端配置交换机，前端配置的交换机可以达到两个目的，一是起到时间特性调整，二是为报文信息流分布提供限制。

区别于PRP由双网形成冗余，网络相互独立的特点，HSR利用环网形成冗余所有报文信息在同一个网络中进行传输，为模拟HSR节点的转发规律，使所有报文信息按照HSR协议进行数据流通，利用交换机VLAN技术对报文信息流分布进行管理，具体实现方式如下：

21）对所有HSR节点i中等效的两个数据源Ai、Bi节点分别配置不同的VLAN；

22）使所有节点的数据源An、Bn两两相互对应，通过VLAN形成逻辑上两个相互独立的两个网络，即对端口5配置的接收的VID对应所有源节点An的PVID，对端口6配置的接收的VID对应所有源节点Bn的PVID；

23）对端口9、10配置的VID应满足除本节点i外，其他节点An、Bn的PVID，以满足同一HSR节点内的两个源节点A、B，无法通过环网接收到本源节点或另一源节点的数据帧，又能保证其他HSR节点的数据能够在环网中进行转发，从而保证HSR的发送、接收、以及转发规律。

上述搭建QuadBox节点模型的方法如下：

QuadBox节点是连接两个HSR网络的交换节点，为两个HSR环网提供数据帧交互支持。QuadBox的等效模型需满足接收发送规律，即从一个环两个端口接收报文，并发送给另一个环两个端口，以及转发规律，即不以另一个环为目的地址，向同环另一端口转发报文，并通过VLAN对信息流分布进行约束。

具体配置方法为，HSR环网I相同两路数据帧从端口11、13分别接入QuadBox，并从端口19、20分别进入HSR环网II，具体的配置规则如下：

端口12、14配置端口11、13接收的报文对应源节点PVID，以保证报文在HSR环网I中的有效传输；

端口15、16，端口17、18分别配置需要向HSR环网II中转发的端口11、端口13接收的报文对应源节点PVID，以保证报文向HSR环网II中有效传输；

端口11只接收来自端口13、19的报文、不接收来自端口20的报文对应的源节点PVID。

本实施例中，上述步骤3）的参数设置方法如下：针对数据帧发送规律以及网络个节点转发速率、带宽大小进行设置，其中节点转发速率可以通过对设备转发时间进行测量以满足真是转发时间要求。

本实施例中，上述步骤4）的仿真场景搭建方法如下：

根据无缝冗余协议的组网特点，进行网络搭建。对于PRP网络，由PRP节点两回出线分别连接形成PRP双网，对于HSR环网，由HSR节点两端出线首尾连接形成环形结构。

本实施例中，上述步骤5）的报文接收处理方法如下：

仿真结果收集与处理是无缝冗余协议等效仿真的最终环节，需要模拟节点数据采集特点，由于无缝冗余协议对相同的两路数据帧，只获取先到达的数据帧，并丢弃后到达的数据帧。采用等效法仿真，由于两路收发节点相互独立，收发逻辑也互不影响，因此，同过对仿真结果进行筛选，对同一节点两个设备节点收到的同一报文延时进行比对，并将延时小的报文延时作为网络传输报文延时，并忽略延时大的报文，同时记录收取报文数目。

Claims (7)

1.一种基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，其特征在于在提取无缝冗余协议下，进行网络的报文特征等效、延时特征等效、流量特征等效以及逻辑特征等效，通过对网络各节点进行外部等效，获取仿真结果，具体包括如下步骤：

1)包格式定义；

2)等效节点模型建立；

3)参数设置；

4)仿真场景搭建；

5)仿真结果处理；

上述步骤2)的等效节点模型包括以下三种类型：根据无缝冗余协议具体的设备模型，基于OPNET仿真平台搭建PRP节点模型、HSR节点模型，以及用于不同网络连接的QuadBox节点模型；

上述搭建PRP节点模型的方法如下：

PRP节点模型主要实现报文的接收与发送，从发送规律的节点外部等效来看，PRP节点能够在同一时刻经由两个不同端口发送相同的数据帧至不同网络，从接收规律的外部节点等效来看，PRP节点能够从两个不同网络接收相同内容数据帧；为实现节点的外部等效，包括时间特性、流量分布特性等效，具体采取以下等效方法构建模型:

11)通过两个源节点A、B模拟报文发送与接收，源节点选用OPNET***自带设备模型或用户自定义模型，要求能加载上述定义的无缝冗余数据包格式，同时通过设置发送规律，以达到两组源节点同时发送相同大小数据帧，由此形成的两组报文发送阶段相互独立，互不干扰，符合PRP双网发送与接收规律；

12)通过在设备节点前加入交换机模块，通过参数设置，调节PRP节点处理数据时间，使得在时间特性上满足等效要求。

2.根据权利要求1所述的基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，其特征在于报文特征等效是建立仿真包格式，使得各字段能与无缝冗余协议下包格式各字段相互匹配；延时特征等效是通过改变节点模型参数，获得节点处理数据帧时间大小；流量特征等效是模拟数据包的传播过程，使得报文在网络中的传输规律符合无缝冗余协议报文传输规范；逻辑特征等效是模拟无缝冗余协议对数据包的处理过程与处理方法，使得在处理结果上能够保证方法的有效性。

3.根据权利要求1所述的基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，其特征在于上述步骤1)的包格式定义方法如下：

根据无缝冗余协议定义的数据包格式，在OPNET数据包编辑器中，生成所对应的数据包，要求所生成的数据包能够与无缝冗余协议所定义的数据包所有字段以及所有字段大小、字段数据类型相互匹配，从而从数据包角度能够实现仿真等效。

4.根据权利要求1所述的基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，其特征在于上述步骤3)的参数设置方法如下：针对数据帧发送规律以及网络个节点转发速率、带宽大小进行设置，其中节点转发速率通过对设备转发时间进行测量以满足真是转发时间要求。

5.根据权利要求1所述的基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，其特征在于上述步骤4)的仿真场景搭建方法如下：

根据无缝冗余协议的组网特点，进行网络搭建，对于PRP网络，由PRP节点两回出线分别连接形成PRP双网，对于HSR环网，由HSR节点两端出线首尾连接形成环形结构。

6.根据权利要求1所述的基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，其特征在于上述步骤5)的报文接收处理方法如下：

仿真结果收集与处理是无缝冗余协议等效仿真的最终环节，需要模拟节点数据采集特点，由于无缝冗余协议对相同的两路数据帧，只获取先到达的数据帧，并丢弃后到达的数据帧；采用等效法仿真，由于两路收发节点相互独立，收发逻辑也互不影响，因此，同过对仿真结果进行筛选，对同一节点两个设备节点收到的同一报文延时进行比对，并将延时小的报文延时作为网络传输报文延时，并忽略延时大的报文，同时记录收取报文数目。

7.根据权利要求1所述的基于OPNET的无缝冗余协议网络性能等效仿真方法，其特征在于上述搭建HSR节点模型的方法如下：

HSR节点报文发送规律与接收规律与HSR节点类似，其构造方法相似，同样通过两个设备节点模拟报文发送与接收，并在前端配置交换机，前端配置的交换机能达到两个目的，一是起到时间特性调整，二是为报文信息流分布提供限制；

区别于PRP由双网形成冗余，网络相互独立的特点，HSR利用环网形成冗余所有报文信息在同一个网络中进行传输，为模拟HSR节点的转发规律，使所有报文信息按照HSR协议进行数据流通，利用交换机VLAN技术对报文信息流分布进行管理，具体实现方式如下：

21)对所有HSR节点i中等效的两个数据源Ai、Bi节点分别配置不同的VLAN；

22)使所有节点的数据源An、Bn两两相互对应，通过VLAN形成逻辑上两个相互独立的两个网络，即对端口5配置的接收的VID对应所有源节点An的PVID，对端口6配置的接收的VID对应所有源节点Bn的PVID；

23)对端口9、10配置的VID应满足除本节点i外，其他节点An、Bn的PVID，以满足同一HSR节点内的两个源节点A、B，无法通过环网接收到本源节点或另一源节点的数据帧，又能保证其他HSR节点的数据能够在环网中进行转发，从而保证HSR的发送、接收、以及转发规律；

上述搭建QuadBox节点模型的方法如下：

QuadBox节点是连接两个HSR网络的交换节点，为两个HSR环网提供数据帧交互支持，QuadBox的等效模型需满足接收发送规律，即从一个环两个端口接收报文，并发送给另一个环两个端口，以及转发规律，即不以另一个环为目的地址，向同环另一端口转发报文，并通过VLAN对信息流分布进行约束。

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