RPR網絡的OPNET建模與性能測試

陳 孟，敖發良，滕 舟

（桂林電子科技大學 信息與通信學院，廣西 桂林541004）

作為一種新型網絡結構和數據傳輸技術，彈性分組環RPR（Resilient Packet Ring）采用雙環結構、空間復用、拓撲自動識別、保護倒換和統計復用等技術，繼承以往各種技術的優點并克服其不足之處，集可靠性、高效性和經濟性于一身，成為優化城域網中數據傳輸的首選技術。

OPNET網絡仿真軟件的3層建模體系可精確模擬現實中的網絡，同時其提供的多種通信機制可真實地模擬網絡中的通信[1]。本文利用OPENT完成對RPR網絡的建模及性能測試。

1RPR網絡的OPNET建模

1.1 RPR的節點結構[2]

圖1是節點的MAC功能結構，從MAC客戶子層上載的數據由客戶進入MAC控制子層，進入環路選擇模塊，經路由查找，確定上環的環號（環0或環1），經公平控制處理到達發送邏輯模塊，然后被發送至物理接口；另一方面，由物理接口接入的環路數據幀首先進行地址查找和幀頭幀尾校驗，判斷是否為本地數據幀，若為本地數據幀則直接上傳至客戶層；若為非本地數據幀，則傳送到當前子環的發送邏輯模塊，進入物理接口，繼續環路上的傳輸。

1.2 RPR節點模型

圖1 節點的MAC功能結構

根據上述RPR節點結構要求,在OPNET環境下設計RPR的節點模型，如圖2所示。其中，src_A/_B/_C是客戶端產生包的數據源，分別模擬A，B，C 3類業務；mac_client是客戶端模塊，負責把數據源產生的數據經mac_control模塊傳送到相應的環上或從相應的環路上接收傳往本節點的數據,并發送到sink模塊；sink模塊負責接收數據包，并統計不同類型的數據包，如吞吐量、端到端延遲等，統計完成后將包銷毀。mac_control是控制模塊，根據客戶端要求進行環選擇，將來自客戶端的業務傳送到相應的環路，或從環路上接收發往本節點的數據，進行相關的環切換，發送拓撲信息，執行整形調度等相關控制信息等；fa為公平模塊,負責各業務的公平接入并實現公平算法；output_selector是相應的輸出控制模塊，負責傳送業務。rx_0/_1和tx_0/_1分別表示0環/1環物理層的收、發信機。

圖2 RPR節點模型

1.3 RPR節點進程模型

進程是一系列作用于數據的邏輯操作及觸發這些操作的條件。OPNET進程編輯器采用圖形與代碼相結合的方式創建進程模型，采用有限狀態機（FSM）描述進程的邏輯行為[3]。圖3為 mac_control模塊的 FSM，其中 data_down、data_up狀態分別數據的下環或上環的響應，ctrl_up、ctrl_down分別控制數據上環或下環的響應。process_queues狀態負責數據響應的隊列處理。cross_up狀態負責把跨環的數據經MAC子層放到跨環緩沖器（relay）里，cross_down狀態則從跨環緩沖器里取出要跨環的數據并放到環上。Shaper負責對數據整形。

圖3 mac_control模塊的FSM

圖4為fa模塊的FSM，其中FA_RCV負責公平算法模塊的公平信息幀處理，fa_age負責公平算法速率更新，此模塊可在RPR草案D2.0的公平算法基礎上擴展，分析驗證不同的公平算法[4]。fa_adv廣播公平算法模塊中的公平信息幀。

圖4 fa模塊的FSM

2 仿真和性能測試

圖5為遵循IEEE 802.17協議所建立的RPR雙環網絡模型[5]。

圖5 RPR網絡拓撲模型

設定場景參數[6]：鏈路支持速率600 Mb/s，鏈路延時為7×10-5（相當于15 km的光纖距離），網絡仿真時間8 s。設置node_0向node_1發送600 Mbit/s的數據流量,node_2向node_3發送300 Mbit/s的數據流量，采集的node_1和node_3的流量如圖6所示。從圖6可看出，采集到的節點流量滿足RPR空間復用的條件，即node_0向node_1傳輸數據時，在同一環上node_2可不受影響地向node_3傳輸數據。

圖6 node_1和node_3的數據流量

圖7為采集node_0到node_1的端到端延時。從圖7（a）看到node_0到node_1平均端到端延時未超出0.4 ms,達到毫秒級的要求，結果表明該模型具有較好的時延特性。設置node_1在0～0.3 s時向node_2發送300 Mbit/s的數據流量,node_0在 0.1～0.2 s時向 node_2發送 300 Mbit/s的數據流量，從圖 7（b）可看出 node_1在 0.1～0.2 s時發生擁塞，從而觸發公平算法，經調整后，在0.2 s后node_1不再擁塞。

圖7 收集node_0到node_1間的端到端延時仿真結果

3 結束語

本文遵循IEEE 802.17協議，在網絡仿真軟件OPNET的環境下對RPR網絡進行建模，并對該模型的端到端延時、節點吞吐量及公平性等關鍵性能進行測試，從而驗證了該模型的正確性，為進一步研究RPR提供一定仿真基礎。

[1]昌 俊，敖發良.基于一種高生存性RPR網絡的路由研究[J].光學與光電技術，2008（6）：1-2.

[2]陶智勇,張繼軍,包立明,等.彈性分組環[M].北京：北京郵電大學出版社,2003.

[3]張 銘，竇赫蕾，常春藤.OPNET modeler與網絡仿真[M].北京：人民郵電出版社，2007.

[4]何海洋，徐 釗.基于OPNET的RPR網絡仿真平臺設計與實現[J/OL].2008.http://www.paper.edu.cn/downloadpaper.ph p?serial_number=200806-557&type=1.

[5]IEEE 802.17.Working group.RPR standard 802.17[S].2004.

[6]黃本維.彈性分組環關鍵技術及其仿真模型研究[D].武漢:華中科技大學，2003.