网络测量与性能评价

摘 要:随着新技术的飞速发展,网络的运行越来越复杂。网络测量与性能评价方法的研究对于指导网络设计和改进网络运行性能状况有着重要的意义。为了综合地评价网络的运行状况,在测量的基础上,提出了基于多个测量指标的多指标综合评价方法,并应用到路径性能评价和网络性能评价上,该方法可以有效的评价目标路径和网络的运行状况。

关键词:网络测量 性能评价 性能指标

计算机技术和通信技术的迅猛发展使得网络进入千家万户,网络日益成为人们工作、学习、生活的必备工具。在网络普及过程中,网速是网络技术和网络经营的关键。众所周知,网络带宽越宽,数据传输速率就越高,宽带技术应运而生。如今以 TCP/IP为核心的Internet取得了飞速发展,Internet变得越来越庞大、越来越复杂,己经成为一个综合数据、语音、视频等多媒体服务的平台。在这种高速发展情况下,人们把目光集中在网络量的增长以及新技术的产生上,忽略了质的提高以及技术的优化。然而这泡沫式增长,终究要转到提高网络运行质量,提高经济效益的轨道上来。网络测试正是实现这种转化,提高网络运行质量的关键点。

一、干网技术

1.主干网技术

宽带技术包括主干网技术和接入网技术。在过去的几年内,运营商将大量资金注入主干网,主干网已经基本实现了光纤化,传输速率可以达到千兆。

宽带主干网在物理层使用的是SONET(同步光纤网络)技术。ITU-T以SONET为基础,制定出国际标准同步数字系列SDH。一般可以认为SDH和SONET 是同义词。主干网的网络层服务大致可以分成三类:虚电路服务、数据报服务和ATM技术。

2.接入网技术

接入网是连接用户终端设备和某种业务网网络节点之间的网络设施,即用户交接设备之后到用户引入线之前,仅提供通道而不具备交换功能的通信设备网络。

宽带主干网已经基本实现光纤化,其带宽可满足当前的通信需要,但大部分的接入网仍然停留在以电话交换为主的水平上。接入网的传输速率普遍比较低,成为制约宽带网络发展的瓶颈,于是,近年来出现了多种接入网技术。目前发展比较迅速的几种宽带技术主要有ISDN(综合业务数字网)、HFC(混合光纤同轴网)、ADSL(非对称数字线路)、LAN(宽带以太网方式)。

3.发展方向

近年来,宽带主干网基本实现了光纤化,其速度可以承载任何服务。接入网的速度就成了网络发展的瓶颈。今后几年内,接入网建设是宽带网络发展的重点。进一步增加接入带宽,降低上网费用,提高网络服务质量是一个重要发展方向。宽带网络的另一个发展方向是多网融合,在一个网络内传输语音、文字、图像、视频等各种信息,最终实现将电话网、有线电视网及计算机网络融为一体。

二、网络性能测量的概念

1.网络性能的概念

网络性能是对一系列对于运营商有意义的,并可用于系统设计、配置、操作和维护的参数进行测量所得到的结果。可见,网络性能是与终端性能以及用户的操作无关的,是网络本身特性的体现,可以由一系列的性能参数来测量和描述。

2.网络性能参数的概念

对网络性能进行度量和描述的工具就是网络性能参数。网络性能参数包括:IP包传输延迟;IP包时延变化;IP包误差率;IP包丢失率;虚假IP包率;流量参数;业务可用性。

三、网络测量技术分析

宽带测量技术应用于测量时所具备的优势。宽带测量技术用于EMI测量时,其数字信号处理能力使它能够实时仿真传统模拟设备的各种测量模式,如峰值检测模式、平均值检测模式、RMS检测模式和类峰值检测模式。同时,它还能引入诸如相位谱、短时谱、统计评估以及基于FFT的时-频分析方法等新的分析理念。由于时域技术允许对整个信号谱内的幅度和相位信息进行并行处理,因此测量时间至少可以缩短一个数量级。

1.时域电磁干扰测量系统

图1所示为一个时域测量装置的框图,其中包含一个时域电磁干扰(TDEMI)测量系统和一个用于与TDEMI做比较的传统EMI接收机。TDEMI系统中包含:宽带天线、线性阻抗稳定网络、开关单元、放大器、低通滤波器、模数转换器和一台个人计算机。

2.信号处理理论

ADC以采样频率fs 对输入连续信号进行采样和量化,fs至少应为信号最高频率的两倍。数字化之后,数据按N个样本块的形式送入估值程序,作为谱估计器的输入。TDEMI系统中所采用的谱估计方法的数学基础就是离散傅立叶变换。

3.自动化TDEMI测量算法

在时域测量中,要捕捉数据,首先需要进行ADC采样。采样后,利用数字方法FFT计算出信号的频谱。之后的信号处理过程就能够纠正由天线频率特性、传输线特性、放大器和抗混迭失真滤波器造成的误差。然后分析EMI信号的峰值、RMS值和均值。利用附加的噪声门限调整功能还能将该结果与传统EMI接收机测得的结果进行比较。

4.EMC测试方案

(1)平稳EMI信号的测量

EMI测量时遇到的信号通常都具有随机性。这些信号中除了有谐波成分和(伪)噪声以外,还可能包含瞬态成分和突发成分。尽管如此,仍可认为,只要观测时间△TM足够长,一个随机EMI信号的样本x(t)(t0< t < t0 +△TM)中可以包含该信号的所有信息。

由TDEMI系统和传统EMI接收机测得的谱结果,两种测量方式均采用了均值检测模式,观测时间均为△TM = 5 ms。接收机频率步进值为50 kHz,采用了一个带宽为120 kHz的IF滤波器。TDEMI系统和传统EMI接收机所测得的窄带谐波信号的幅度谱基本匹配,二者的平均偏差还不到0.5 dB。它们只在噪声门限上有较小的差别,这是由于TDEMI系统和传统噪声接收机的噪声性能不同造成的。

(2) 瞬态EMI信号的测量

当信号中主要包含尖峰信号、突发信号和其他瞬态现象时,TDEMI系统相对于传统EMI接收机而言,就具有重大优势。因为在TDEMI系统中用作ADC的示波器能够设置为只在捕捉到瞬态信号发生时触发。在TDEMI系统测得的谱中,随着测量时间的延长,只有测量的变化性稍为减缓,而EMI接收机测得的结果则很明显严重依赖于停留时间。这是由目标信号的特性造成的。EMI接收机需要较长的停留时间才能保证在每个频点上的每次测量均能够恰好观测到一个瞬态信号。而TDEMI系统则会根据前面谈到的触发条件自动对瞬态信号作出反应,并且在被测目标没有EMI辐射的时候停止捕捉数据。这样,TDEMI系统就有可能在很短的观测时间内完成精确的测量。

四、性能评价

局域网的研究主要集中在互连结构或通信子网上,这表现在网络拓朴结构以及访问控制方式上,提高网络性能,改善性价比,是网络发展的源动力。

一般认为,LAN的性能由应用方面的需要、所连设备的性能及运行环境等诸因素相互作用,相互影响所决定,既涉及硬件技术,又涉及软件技术,因此,很难以一两个简单参数对LAN 的性能作出全面评价。从系统设计、管理、维护等角度来考察,有三个参数需要考虑:信道吞吐量、信道利用率和延迟时间。此外, 考察网络性能还要考虑网络工作的稳定性、公平性和坚固性。

随着网络 测试的发展与测试方法的日趋多样化,提出了对网络整体性能进行综合评价的需求。网络测试和分析评价己经成为人们认识网络、了解网络、更好使用网络的重要手段。对网络性能进行分析评价的方法主要有以下几种:测量法、分析法、模拟法。下面简单介绍分析法、模拟法。

1.分析法

这种方法是将实际系统化为数学模型,然后求出表达式,并求解用以表示系统性能。作为一种数学工具,排队论起到了重要作用,而且收到了很好的效果。因为排队论所研究的问题主要是等待队列和服务队列中的一些现象,而在计算机网络中,经常碰到报文发送、询问处理、输入输出设备请求等,这些都是等待队列和服务队列的问题,因而可能用排队论来进行网络的某些性能分析。

2.模拟法

在很多情况下,网络性能太复杂,其它方法难以处理,这时模拟是唯一可行的分析网络的方法。应用前面的分析方法求解,有时要作出许多假设,因而产生的误差有时难以接受。虽然,模拟过程可能浪费时间,但它能获取比排队更精确的分析模型。当然模拟法最终是通过计算机程序实现的,然后通过然后通过对所得到的结果来分析网络的性能。

五、结束语

宽带测量技术利用TDEMI测量系统能够仿效传统的模拟EMI测量系统的各种工作模式,网络测试技术是及时了解网络运行状态、检测网络拥塞、提供接入控制参考依据以及保证网络服务质量的基础和必要手段,是传统网络管理系统的有益补充。而网络性能评价,不同于网络测试但往往又建立在网络测试的基础之上。网络性能评价方法的研究对于指导网络设计和改进网络运行性能状况有着重要的意义。

参考文献:

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