专利名称：网络流量仿真方法和设备、网络流量测试方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及网络测试技术领域，尤其指一种网络流量仿真方法和设备、网络流量测试方法及设备。
背景技术：
目前，NetStream(网络流)采样技术给网络管理提供了很多方便，并为网络管理人员提供了可以从数据网络访问“详细记录”信息的方法，其中，NetStream是基于一组报文的集合，NetStream中的报文具有相同的关键字。输出的NetStream数据可以有很多种用途，包括网络管理和规划、企业记帐和分部门的计费、ISP(Internet Service Provider，互联网服务提供商)编制帐单、数据储备以及用于商业目的的数据采集。在产品开发测试中，需要对NetStream的应用能力进行全面的测试，其中，流采样的精度和流量波形跟随吻合度是用户主要关心的问题。
现有技术中的NetStream实验室测试，基本上是基于各种测试仪器提供的流量模型进行，使用一个或者多个随机流量模型进行测试。图1是现有技术中NetStream测试的示意图。如图1所示，测试仪提供流量模型，发送给路由器，在路由器上使能NetStream采样功能，并将NetStream的统计信息定期发送给NSC(NetStream Collector，网络流数据收集器)以供收集，由NSC进一步处理后，交给NDA(NetStream Data Analyzer，网络流数据分析器)进行数据分析、计费、网络规划等多种应用。而在产品的测试中使用较多的是周期性线速流量模型测试，该测试方法流量模型单调，产品测试中使用的流量模型受制于测试软件的支持能力；而且，流量模型有效性不足，实际网络流量的统计波形没有得到较好的仿真，不能确定实际网络流量经过路由NetStream采样后波形的用户满意度。
发明内容
本发明实施例要解决的问题是提供一种网络流仿真测试方法和设备，以解决现有技术中产品测试的流量模型单调，而且有效性不足，不能确定实际网络流量经过路由器NetStream采样后波形的用户满意度的问题。
为达上述目的，本发明实施例提供了一种网络流量仿真方法，包括以下步骤对实际网络流量进行离散采样；对所述离散采样数据进行波形拟合；根据所述拟合的波形构造流量仿真模型。
本发明实施例还提供了一种网络流量测试方法，包括以下步骤根据实际网络流量的仿真模型，构造发送流量速率，定点发送；根据所述发送流量速率构造所述仿真模型的输出波形，并将所述输出波形与所述实际网络流量波形进行比较，得到波形偏差数据。
本发明实施例还提供了一种网络流量仿真设备，包括离散采样单元，用于对实际网络流量进行离散采样；波形拟合单元，连接所述离散采样单元，用于对离散采样数据进行波形拟合；模型构造单元，连接所述波形拟合单元，用于根据所述拟合的波形构造流量仿真模型。
本发明实施例还提供了一种网络流量测试设备，包括流量发送单元、输出波形构造单元和波形比较单元，所述流量发送单元，用于根据实际网络流量的仿真模型，构造发送流量速率，定点发送；所述输出波形构造单元，用于根据所述发送流量速率构造所述仿真模型的输出波形；所述波形比较单元，用于将所述输出波形与所述实际网络流量波形进行比较，得到波形偏差数据。
与现有技术相比，本发明实施例的流量模型更丰富，从而使得网络流量仿真的手段也更加丰富，且流量模型不受测试软件支持能力的限制；本发明实施例更提高了NetStream采样测试的有效性和NetStream采样业务的用户满意度。
图1是现有技术中NetStream测试的示意图；图2是本发明实施例一种网络流量仿真方法的流程图；图3是本发明实施例实际网络流量的波形示意图；图4是本发明实施例对实际网络流量进行离散采样的示意图；图5是本发明实施例对离散波形进行拟合的示意图；图6是本发明实施例一的网络流量仿真流程图；图7是本发明实施例二的网络流量仿真流程图；图8为本发明实施例一种网络流量测试方法的流程图；图9是本发明实施例一种网络流量仿真设备的示意图；图10是本发明实施例一种网络流量测试设备的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例进行详细说明。
图2是本发明实施例一种网络流量仿真方法的流程图，如图2所示，本发明实施例提供一种基于实际网络流量的模型仿真方法，包括以下步骤步骤201，对实际网络流量进行离散采样。从实际网络流量的波形图中，选取某个周期的波形为离散采样的对象。图3是本发明实施例实际网络流量的波形示意图，图3所示的流量波形是比较常见的实际网络流量波形图，在接口的入方向，可以近似的看作流量波形是以24小时为一个周期。选取其中一个周期内的波形，并对该波形进行时间轴的离散化，如图4所示，图4为本发明实施例对实际网络流量进行离散采样的示意图。在对波形进行离散化的过程中，采样频率的选择是一个很重要的环节，采样频率越高，对实际网络流量的仿真效果越好。考虑到路由器等网络设备大多在5分钟左右刷新一次端口的流量统计，因此在测试仿真中，通常也采用5分钟为一个仿真采样周期。如果需要更高精度的仿真效果，则可以减小仿真采样周期，但是，对采样频率的选择需要兼顾测试仪器的支持能力和切换时间。在测试仪器相应速度可以更快，测试仿真要求更高的情况下，可以减小仿真采样周期，也即提高采样频率。
另外，由于在实际应用过程中，对实际网络流量是有监控的，因此可直接从实际网络流量的监控统计数据中提取对应时间段的数据进行离散，将离散数据序列导入测试仪器，并据此生成对应的波形图。
步骤202，对离散采样数据进行波形拟合。在步骤201中，对实际网络流量进行离散采样，得到的是实际网络波形的离散采样点，需要对该些离散采样点进行波形拟合。图5是本发明实施例对离散波形进行拟合的示意图，如图5所示，本发明的实施例采用后向一阶差分的离散方法，对离散采样点进行波形拟合，离散方法的选择需要考虑到测试仪器或者仿真软件的处理工作量，如果在测试仪器或者仿真软件的处理工作量承受范围内，有更高的精度需要，则可采用更高阶的离散方法。
步骤203，根据所拟合的波形构造仿真流量模型。根据拟合后的图形，构造测试仪发送流量速率，将固定单位时间段内的流量通过测试仪器提供的命令接口选择发送。例如，在步骤201中5分钟采样一次，则用户在编写TCL(ToolCommand Language，工具命令语言)脚本时，设置测试仪器发送某一离散值大小的流量，持续5分钟，然后进行一次更换，更换为下一个离散值的流量，持续5分钟，从而得到一个近似的实际网络流量波形仿真。
在输出仿真波形的同时，需要对输出的仿真波形进行记录，然后将输出的仿真波形和实际网络流量的波形进行比较，得到仿真波形和实际网络流量波形的偏差数据，从而根据该偏差数据有效评估NetStream采样的用户满意度。
以正弦波的流量仿真为例，假如实际网络流量可以抽象为一个正弦波形，流量为F，振幅为A，最小流量为B0，波形周期为T，时间为t，波形位移为t0，则有以下波形函数F(t)＝B0+A*sin[2π/T*(t0+t)]
假设B0＝0.5(Gbps)，A＝2.0(Gbps)，t0＝0，T＝24小时＝1440分。较为精确的方法是先把波形函数进行一阶差分，然后求得每个离散点的值。此处直接使用差分时刻点的函数值进行波形拟合，采样时间选取为5分钟一次，一个周期内采样288次，相对于T＝1440分钟来说，这个采样率能够近似恢复实际波形图形。
这样，正弦流量波形图就离散成间隔5分钟的一个序列F(t)＝＞F{F0 F1 ... F286 F287}F(x)＝0.5+2.0*sin(2π*5*x/1440)F(t)＝F0(0≤t＜5)F1(5≤t＜10)...
F287(1435≤t＜1440)在获得该正弦流量波形的离散序列后，可以根据该离散序列进行测试仪器的流量设置，需要技术人员进行测试仪器的脚本编写。通过TCL脚本设置测试仪器发送某一离散值大小的流量，持续5分钟，也即为采样时间，然后进行一次更换，更换为为下一个离散值的流量，从而得到一个近似的实际网络流量波形仿真。
对于如上述实施例中的正弦波形等较简单的实际网络流量，进行流量仿真的时候，可直接从波形库中调用相对应的波形函数以及离散波形图形进行仿真。于是，就需要建立一个存储有常见波形函数以及对应的离散波形图形等信息的波形库。常见的波形包括正弦波、方波、三角波、伪随机波形和实际网络真实波形等。并且该波形库中的波形函数可支持参数的修改，以符合各种实际应用场合的需要。
其中，正弦波形对仿真相关的参数有振幅、周期、仿真采样频率，或者仿真采样周期等。振幅通常以接口带宽为基准，周期参考值通常以24小时为基准，仿真采样周期通常采用5分钟。当然，在精度要求更高的情况下，还可采用更加严格的参数设置。
方波波形对仿真相关的参数有振幅、周期、仿真采样频率，或者采样周期等。振幅通常以接口带宽为基准，周期参考值通常以24小时为基准，仿真采样周期通常采用5分钟。当然，在精度要求更高的情况下，还可采用更加严格的参数设置。方波可以达到较好的仿真效果，在上下沿跳变时坡度会变缓。
三角波形对仿真相关的参数有爬升斜率、下降斜率、最小值、爬升阶段时间、下降阶段时间等。仿真采样周期通常采用5分钟。当然，在精度要求更高的情况下，还可采用更加严格的参数设置。
伪随机波形，为了仿真实现的方便，采用一个参考基准流量，在每个仿真采样周期中，加入随机的扰动。把基准流量波形和扰动波形进行采样叠加，构造流量。基准流量通常选择正弦波形，或者方波波形，扰动流量通常采用正弦波形。
实际网络真实波形，可直接使用实际网络流量监控波形图进行仿真，使用实际网络流量监控中得到的真实数据，进行流量的构造，仿真采样周期通常采用5分钟。当然，在精度要求更高的情况下，还可采用更加严格的参数设置。
在实际应用过程中，多数情况，实际网络流量的波形是不规则的，比较复杂。因此，对于不规则、复杂波形，可进行分段仿真。每一个时间段内的波形可以用波形库中提供的波形函数进行叠加。例如，在一个时间段内，假设流量波形可以由函数F+G表示，F、G各自在某个采样时间tn周期内的离散值为F(tn)，G(tn)，此时仿真的波形参数就为F(tn)+G(tn)。更为复杂的波形同样也可以用这样的方法得到，即再叠加更多的函数。
以上实施例的流量模型更加丰富，从而使得网络流量仿真的手段也更加丰富，可达到对实际网络流量更好的仿真效果。
图6是本发明实施例一的网络流量仿真流程图。如图6所示，对于复杂波形的实际网络流量进行仿真的方法包括以下步骤步骤601，对实际网络流量进行离散采样。从实际网络流量的波形图中，选取某个周期的波形为离散采样的对象。选取其中一个周期内的波形，并对该波形进行时间轴的离散化。在对波形进行离散化的过程中，采样频率的选择是一个很重要的环节，采样频率越高，则对实际网络流量的仿真效果越好。考虑到路由器等网络设备大多在5分钟左右刷新一次端口的流量统计，因此在测试仿真中，通常也采用5分钟为一个仿真采样周期。当然，对于复杂波形的流量仿真，如果需要更高精度的仿真效果，则可以减小仿真采样周期，但是，对采样频率的选择需要兼顾测试仪器的支持能力和切换时间。在测试仪器相应速度可以更快，测试仿真要求更高的情况下，可以减小仿真采样周期，也即提高采样频率。
步骤602，对离散采样数据进行分段波形拟合。步骤601中，对实际网络流量进行离散采样，得到的是实际网络波形的离散采样点，由于实际网络流量的波形较复杂，无法通过波形库中的常见波形叠加得到。因此，需要对复杂的实际网络流量波形进行分段，再对各分段波形分别进行拟合，通过波形叠加的方式，得到对各分段波形进行仿真的波形函数，从而达到较好效果的仿真。例如，在某个分段内，假设流量波形可以由函数F+G表示，F、G各自在该分段的采样时间tn周期内的离散值为F(tn)、G(tn)，此时仿真的波形参数就为F(tn)+G(tn)。对于更加复杂的波形则需要再叠加更多的函数，以达到较好的仿真效果。
步骤603，将分段拟合的波形进行合并，并根据所拟合的分段波形构造流量模型。根据拟合后的分段图形，构造测试仪发送流量速率，将固定单位时间段内的流量通过测试仪器提供的命令接口选择发送。在输出仿真波形的同时，需要对输出的仿真波形进行记录，然后将输出的仿真波形和实际网络流量的波形进行比较，得到仿真波形和实际网络流量波形的偏差数据，从而根据该偏差数据有效评估NetStream采样的用户满意度。
上述实施例中，对离散采样数据进行分段波形拟合，解决了对较复杂的现网流量进行仿真的问题，从而达到较好的仿真效果。
在一些特定的场合，需要对特定的流量进行仿真，而该特定的流量即没有波形描述，也难通过波形库中的波形叠加得到。则用户可根据需要设置特定的波形，本发明的实施例中是通过画笔绘制出特定的波形，并采用上述方法对该特定的波形进行离散，并构造出对该特定波形的仿真波形。图7是本发明实施例二的网络流量仿真流程图。如图7所示，对特定流量仿真的方法包括以下步骤步骤701，绘制特定流量波形。用户根据特定场合的需要，通过画笔绘制出特定的波形，这就要求测试仪器具有图形编辑功能，可支持图形编辑界面。
步骤702，对该特定流量波形进行离散采样。从该特定流量的波形图中，选取某个周期的波形为离散采样的对象。选取其中一个周期内的波形，并对该波形进行时间轴的离散化。
步骤703，对离散采样数据进行波形拟合。步骤702中对实际网络流量进行离散采样，得到的是实际网络波形的离散采样点，需要对该些离散采样点进行波形拟合。
步骤704，根据所拟合的波形构造流量模型。根据拟合后的图形，构造测试仪发送流量速率，将固定单位时间段内的流量通过测试仪器提供的命令接口选择发送。
上述实施例中，根据特定场合的需要，通过画笔绘制功能绘制特定流量波形，并对该特定流量波形进行仿真，使得流量模型的构造更加丰富，更加方便，从而适应特殊工作场合的需要。
以上为根据实际网络流量构造流量仿真模型的实施例，该仿真流量模型通过测试仪器提供的命令接口，以一定的速率发送流量给路由器等网络设备，在网络设备上使能NetStream采样功能，并将NetStream的统计信息定期发送给网络流数据收集器以供收集，由网络流数据收集器进一步处理后，交给网络流数据分析器进行数据分析、计费、网络规划等多种应用。
如图8所示，图8为本发明实施例一种网络流量测试方法的流程图，包括以下步骤步骤801，根据实际网络流量的仿真模型，构造发送流量速率，定点发送。测试仪器根据实际网络流量的仿真模型，构造发送流量速率，并通过测试仪器提供的命令接口，以一定的速率发送流量给路由器等网络设备。
步骤802，根据发送流量速率构造仿真模型的输出波形，并将该输出波形与实际网络流量波形进行比较，得到波形偏差数据。在测试仪器的输出端，根据发送流量速率构造仿真模型的输出波形，并将该输出波形与实际网络流量波形进行比较，得到波形偏差数据。然后，可根据得到的波形偏差数据判断网络流量测试的用户满意度。
上述实施例的测试方法，将仿真模型的输出波形和实际网络流量波形进行比较，从而可依此判断NetStream测试的用户满意度。
本发明的实施例还提供了一种网络流量仿真设备，如图9所示，包括离散采样单元100、波形拟合单元200、模型构造单元300。
其中，离散采样单元100，用于对实际网络流量进行离散采样。从实际网络流量的波形图中，选取其中一个周期内的波形，并对该波形进行时间轴的离散化。另外，由于在实际应用过程中，对实际网络流量是有监控的，因此可直接从实际网络流量的监控统计数据中提取对应时间段的离散数据，把流量监控数据直接作为离散采样的数据。
波形拟合单元200，连接离散采样单元100，用于对离散采样数据进行波形拟合。采用后向一阶差分的离散方法，对离散采样单元100的采样数据进行波形拟合，当然，若有更高的精度需要，则可采用更高阶的离散方法。
模型构造单元300，连接波形拟合单元200，用于根据所拟合的波形构造流量仿真模型。
波形拟合单元200包括波形存储子单元201、波形叠加子单元202和波形分段子单元203。波形存储子单元201，用于存储波形图形和对应的波形函数。波形叠加子单元202，连接波形存储子单元201，用于对波形存储子单元201中的波形进行叠加，得到实际网络流量的仿真波形。进一步地，波形拟合单元还可以包括波形分段子单元203，连接波形叠加子单元202，用于对不规则、复杂的实际网络流量波形进行分段，然后再由波形叠加子单元202通过波形叠加得到各分段的仿真波形。
本发明的另一实施例在上述单元的基础上增设了波形设置单元400，连接离散采样单元100，用于设置特定流量波形。在本发明实施例中，是根据特定的需要，通过画笔绘制出特定的波形，并将该绘制的波形发送到离散采样单元100进行离散采样。
本发明的实施例还提供了一种网络流量测试设备，如图10所示，包括流量发送单元101、输出波形构造单元102和波形比较单元103。其中，流量发送单元101，用于根据实际网络流量的仿真模型，构造发送流量速率，定点发送；输出波形构造单元102，连接流量发送单元101，用于根据发送流量速率构造仿真模型的输出波形；波形比较单元103，连接输出波形构造单元102，用于将输出波形与所述实际网络流量波形进行比较，得到波形偏差数据。然后，可根据得到的波形偏差数据判断网络流量测试的用户满意度。
本发明的实施例可适用于各种网络流量，包括IPv4/IPv6、单播/组播、IP/MPLS(Multi Protocol Label Switching，多协议标签交换)、ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)等。本发明实施例的仿真方法包括带宽仿真和pps(packet per second，包速率)仿真，所谓带宽仿真即以统计的bits速率进行仿真，所谓pps仿真，即以统计的包速率进行仿真，两种仿真方式的实现方法都为前述的实现方法。而且本发明实施例的测试方法不仅适用于产品的NetStream仿真测试，也适用于正常转发流量的仿真测试。本发明实施例对应的软件可存储在一个计算机可读取的存储介质中。
综上所述，本发明的实施例流量模型更丰富，从而使得网络流量仿真的手段也更加丰富，且流量模型不受测试软件支持能力的限制；本发明实施例更提高了NetStream采样测试的有效性和NetStream采样业务的用户满意度。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种网络流量仿真方法，其特征在于，包括以下步骤对实际网络流量进行离散采样；对所述离散采样数据进行波形拟合；根据所述拟合的波形构造流量仿真模型。
2.如权利要求1所述网络流量仿真方法，其特征在于，所述对实际网络流量进行离散采样，包括选取所述实际网络流量的周期波形，并对所述波形进行时间轴的离散采样。
3.如权利要求1所述网络流量仿真方法，其特征在于，所述对离散采样数据进行波形拟合，包括根据所述离散采样数据，将波形库中的波形函数叠加得到拟合波形。
4.如权利要求3所述网络流量仿真方法，其特征在于，所述根据离散采样数据将波形库中的波形函数叠加得到拟合波形，包括对所述离散采样数据进行分段；根据各分段的离散采样数据，将波形库中的波形函数叠加，得到各分段的拟合波形；将所述各分段的拟合波形进行合并。
5.如权利要求1所述网络流量仿真方法，其特征在于，所述对实际网络流量进行离散采样之前，还包括设置实际网络流量波形，并选择所述设置的实际网络流量波形为离散采样的对象。
6.一种网络流量测试方法，其特征在于，包括以下步骤根据实际网络流量的仿真模型，构造发送流量速率，定点发送；根据所述发送流量速率构造所述仿真模型的输出波形，并将所述输出波形与所述实际网络流量波形进行比较，得到波形偏差数据。
7.一种网络流量仿真设备，其特征在于，包括离散采样单元，用于对实际网络流量进行离散采样；波形拟合单元，用于对所述离散采样数据进行波形拟合；模型构造单元，用于根据所述拟合的波形构造流量仿真模型。
8.如权利要求7所述网络流量仿真设备，其特征在于，所述波形拟合单元包括波形存储子单元和波形叠加子单元，所述波形存储子单元，用于存储波形图形和对应的波形函数；所述波形叠加子单元，用于对所述波形存储子单元中的波形进行叠加，得到所述离散采样数据的拟合波形。
9.如权利要求7所述网络流量仿真设备，其特征在于，所述网络流量仿真设备还包括波形设置单元，连接所述离散采样单元，用于设置特定流量波形。
10.如权利要求7所述网络流量仿真设备，其特征在于，所述网络流量仿真设备还包括波形输出单元，用于根据构造的仿真模型，输出仿真波形。
11.一种网络流量测试设备，其特征在于，包括流量发送单元、输出波形构造单元和波形比较单元，所述流量发送单元，用于根据实际网络流量的仿真模型，构造发送流量速率，定点发送；所述输出波形构造单元，用于根据所述发送流量速率构造所述仿真模型的输出波形；所述波形比较单元，用于将所述输出波形与所述实际网络流量波形进行比较，得到波形偏差数据。
全文摘要
本发明公开了一种网络流量仿真方法，为基于实际网络流量的模型仿真，包括首先，对实际网络流量进行离散采样；然后，对采样数据进行波形拟合；最后根据拟合的波形构造流量模型。本发明还提供了一种网络流量仿真设备，丰富了网络流量仿真的手段，提高了NetStream(网络流)采样测试的有效性和NetStream采样业务的用户满意度。
文档编号H04L12/24GK101060445SQ20071010435
公开日2007年10月24日 申请日期2007年5月9日 优先权日2007年5月9日
发明者冉国盛 申请人:华为技术有限公司