专利名称：基于链路的通信网络业务可靠性试验方法
技术领域：
本发明涉及一种基于链路的通信网络业务可靠性试验方法，属于可靠性技术领域。
背景技术：
从1837年莫尔斯发明电报机、1876年贝尔发明电话机、1895年马可尼发明无线电设备，到今天通信网络的广泛应用，如今的人类社会已经进入信息时代，人们对信息的需求与日俱增，对通信能力的要求也越来越高，网络可靠性逐渐成为了通信网络的核心要求之一。
一般来说，建成一个网络主要是通过网络的硬件基础设施，向用户提供各种服务。和普通的系统类似，对网络可靠性的考察就是度量网络在规定时间、规定条件下完成规定功能的能力。但由于网络的复杂性、动态性等特点，传统的系统可靠性分析与评估方法已经不能适用。
为了保证通信网络的可靠性，一方面要对设备进行可靠性试验，结合网络拓扑结构，考察与网络设备故障相关的，受温度、湿度、振动等环境条件影响的网络拓扑可靠性；另一方面还要在网络设备样机生产完成后，搭建网络，对网络进行业务可靠性试验，考察受网络业务流程、流量等因素影响的网络业务可靠性。
然而，通信网络可靠性的前期研究多集中在可靠性分析上，采用图论方法以设备可靠性数据为基础分析网络拓扑层可靠性的研究较多，但其中没有考虑网络业务运行过程中的可靠性问题，如由于拥塞、干扰等原因造成的业务运行故障。目前，关于通信网络业务可靠性试验的研究刚刚起步，尚不能回答诸如应该如何进行试验、应该测量哪些数据、如何通过这些数据计算网络业务可靠性等问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决通信网络可靠性试验中数据从产生、采集到分析和处理的问题，提出一种基于链路的通信网络业务可靠性试验方法，通过构建业务拓扑模型，进而产生测试中需要的业务剖面，根据业务具体需求动态收集网络业务数据，并判断是否出现网络故障，最终得到网络业务可靠性指数。
本发明的基于链路的通信网络业务可靠性试验方法，包括以下几个步骤 步骤一通过网络拓扑结构图和网络业务流程，得到业务拓扑模型，确定业务分支及分支上的链路； 1)建立网络拓扑结构图，在网络拓扑结构图上标注每一个服务所在的硬件设备； 2)将网络业务流程以有向边形式标注在网络拓扑结构图中，得到业务拓扑模型； 3)根据业务拓扑模型，确定业务分支数量，判定每条业务分支包含的链路； 步骤二根据实际使用情况产生网络业务； 根据实际使用过程中，用户对网络服务的使用需求，确定网络业务剖面，并依此产生网络业务； 步骤三数据收集； 每隔Δt时间，根据网络业务需求分别测量每条链路的相关参数值； 步骤四进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数； 根据步骤三得到的参数值，进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数值，网络业务可靠性综合评估具体包括以下步骤 (1)计算每条业务分支的服务水平； 根据每条链路的测量结果，计算每条业务分支的服务水平； (2)故障判断； 根据用户设定的故障判据，设置业务需求的门限值，判断t时刻业务i的第j条分支是否发生故障。当测量结果满足业务需求门限值时，认为没有发生l类故障，记为0；当测量结果不能满足业务需求门限值时，认为有l类故障发生，记为1，如下式所示；
式中，Fijl(t)是t时刻业务i的第j条分支是否发生l类故障的布尔计数量，正常状态记0，故障状态记1； (3)每条业务分支可靠性指数计算； 根据统计得来的布尔计量数，计算各业务分支的可靠性指数，如下式所示 式中，RIij是第i个业务第j条分支的可靠性指数；T是试验时长，Δt是数据采集间隔；ωt是各类故障的权重，m是故障的种类，且
(4)每个业务可靠性指数计算； 根据业务分支比例，结合业务分支可靠性指数，计算业务可靠性指数，如下式所示 式中，RIi是第i个业务的可靠性指数；ωj是业务i中第j个分支流量所占比例，且
p是每个业务所含分支数量； (5)网络业务可靠性指数计算； 根据各业务可靠性指数，计算网络业务可靠性指数，如下式所示 式中，RI是网络业务可靠性指数；ωi是网络中各业务权重，q是网络业务的数量，且
本发明的优点在于 (1)本方法明确了网络可靠性是网络对多业务不同要求的支持能力，从用户对每一个业务的要求出发考察网络故障，解决了现存方法中“重网络、轻业务”而导致的可靠性参数没有考虑用户感知的问题。
(2)本发明采用结合业务和网络拓扑的业务拓扑模型，该模型把业务分解到网络拓扑上，解决了现有方法中业务模型和网络拓扑模型相分离，而导致的网络可靠性计算和用户业务无关的问题。
(3)本方法测量的数据来自业务拓扑模型中的链路，需要考察业务的流程，并根据业务的具体需求获取数据，解决了现存方法中数据获取方法不明确的问题。
(4)本方法提出的故障判断来源于实际测量数据，并依据具体业务需求进行判断，同时本发明提出了通信网络可靠性指数的计算方法，解决了目前网络可靠性研究中对测量数据缺少处理方法的问题。
(5)本方法还具有很好的实用性和经济价值，建设完成后使用该方法可以较好地完成产品的可靠性鉴定试验，判断其可靠性水平，或根据此对网络进行优化改进。避免过度追求高可靠性带来的浪费，另一方面也能及时发现不满足用户需求的缺点，避免更大的经济损失。
图1是本发明所述试验方法的流程图； 图2是本发明步骤四所述评估方法的流程图； 图3是实施例中的网络拓扑结构； 图4是实施例中的业务拓扑模型； 图5a是实施例中第一业务第1条分支的吞吐量统计结果； 图5b是实施例中第一业务第2条分支的吞吐量统计结果； 图5c是实施例中第一业务第1条分支的吞吐量统计结果； 图5d是实施例中第一业务第2条分支的吞吐量统计结果； 图6a是实施例中第二业务第1条分支的误码率统计结果； 图6b是实施例中第二业务第2条分支的误码率统计结果； 图6c是实施例中第二业务第1条分支的误码率统计结果； 图6d是实施例中第二业务第2条分支的误码率统计结果； 图7是实施例中第三业务分支的时延统计结果。
具体实施例方式 下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明中所述的链路指两个通信终端之间为传递信息所建立的连接，是一个由终端和连接电路所组成的有向路径，在链路上的具体通信由专门设计的协议来控制；网络业务可靠性指网络对用户使用服务的支持能力；服务指由网络服务器向用户提供的一组网络功能；业务指用户对网络服务的使用；业务剖面指网络在完成规定业务传输这段时间内所经历的业务量及业务流程的时序描述；业务分支指受网络业务流程影响而产生的不同网络路由需求。用户对网络服务的使用，按其业务量和业务分支可能出现的概率分布来定义。
本发明是一种基于链路的通信网络业务可靠性试验方法，流程如图1所示，包括以下步骤 步骤一通过网络拓扑结构图和网络业务流程，得到业务拓扑模型，确定业务分支及分支上的链路； 1)建立网络拓扑结构图，在网络拓扑结构图上标注每一个服务所在的硬件设备； 2)将网络业务流程以有向边形式标注在网络拓扑结构图中，得到业务拓扑模型； 3)根据业务拓扑模型，确定业务分支数量，判定每条业务分支包含的链路。
步骤二根据实际使用情况产生网络业务； 根据实际使用过程中，用户对网络服务的使用需求，确定网络业务剖面(包括业务类型、业务流程、流量大小等要素的时序信息)，并依此产生网络业务。
步骤三数据收集； 每隔Δt时间，根据网络业务需求分别测量每条链路的相关参数值，例如吞吐量、误码率、时延等等。
步骤四进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数； 根据步骤三得到的参数值，进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数值，网络业务可靠性综合评估的流程如图2所示，具体包括以下步骤 (1)计算每条业务分支的服务水平； 根据每条链路的测量结果，计算每条业务分支的服务水平； 例如，平均吞吐量 式中，Vij(t)是业务i的第j条分支在t时刻的平均吞吐量；Vijk(t)是业务i第j条分支的第k条链路在t时刻的吞吐量，n是业务i的第j条分支包括的链路数量。
平均误码率 式中，Eij(t)是业务i的第j条分支在t时刻的平均误码率；Eijk(t)是业务i第j条分支的第k条链路在t时刻的误码率，n是业务i的第j条分支包括的链路数量。
时延 式中，Dij(t)是业务i的第j条分支在t时刻的时延；Dijk(t)是业务i第j条分支的第k条链路在t时刻的时延，n是业务i的第j条分支包括的链路数量。
(2)故障判断； 根据用户设定的故障判据，设置业务需求的门限值，判断t时刻业务i的第j条分支是否发生故障。当测量结果满足业务需求门限值时，认为没有发生l类故障，记为0；当测量结果不能满足业务需求门限值时，认为有l类故障发生，记为1，如下式所示；
式中，Fijl(t)是t时刻业务i的第j条分支是否发生l类故障的布尔计数量，正常状态记0，故障状态记1。
(3)每条业务分支可靠性指数计算； 根据统计得来的布尔计量数，计算各业务分支的可靠性指数，如下式所示 式中，RIij是业务i第j条分支的可靠性指数；T是试验时长，Δt是数据采集间隔；ωi是各类故障的权重(由每条业务分支的重要性决定)，m是故障的种类，且
(4)每个业务可靠性指数计算； 根据业务分支比例，结合业务分支可靠性指数，计算业务可靠性指数，如下式所示 式中，RIi是业务i的可靠性指数；ωj是业务i中第j个分支流量所占比例，且
p是每个业务所含分支数量。
(5)网络业务可靠性指数计算； 根据各业务可靠性指数，计算网络业务可靠性指数，如下式所示 式中，RI是网络业务可靠性指数；ωi是网络中各业务权重(由每个业务的重要性决定)，q是网络业务的数量，且
实施例 某网络提供视频点播服务和网站信息服务，服务器采用Sun Ultra 10333MHz，单核、单CPU、单线程，Solaris操作系统；交换机含16个端口；每个用户群内配置100个终端用户；链路采用10BaseT。
网络有三个用户群，第一用户群和第二用户群使用视频点播服务，形成该网络的第一业务和第二业务，第三用户群使用网站信息服务，形成该网络的第三业务。当用户访问多媒体服务点播时，如果有，则直接下载，如果没有，则由多媒体服务访问总服务，如果有则下载并传回视频；如果没有，则返回用户告知视频没有。网站信息服务则只为第三个用户群提供服务。
网络建设之初对第一业务和第二业务提出了如下需求 1、吞吐量＞1Mb/s； 2、误码率＝0％； 第三业务需要满足对网站的访问响应时间＜4s/page。
由于终端用户的网络带宽等物理特性一般都能够满足可靠性的要求，因此客户要求对该网络(主要是主干网)进行可靠性试验，评价该网络对这三个业务进行支持的能力，即该网络的业务可靠性。
应用本发明的基于链路的通信网络业务可靠性试验方法，包括以下步骤 步骤一通过网络拓扑结构图和网络业务流程，得到业务拓扑模型，确定业务分支及分支上的链路； 1)建立网络拓扑结构图，在网络拓扑结构图上标注每一个服务所在的硬件设备； 网络拓扑结构图如图3所示，LAN1、LAN2和LAN3分别为第一用户群、第二用户群和第三用户群，Server1、Server2、Server3为服务器，Switch1～Switch6为网络交换机，提供数据交换功能。
在网络拓扑结构图上标注每一个服务所在的硬件设备，LAN1和LAN2的多媒体服务配置在Server1和Server2上，总服务部署在Server3上。网站服务也配置在Server3上。
2)将网络业务流程以有向边形式标注在网络拓扑结构图中，得到业务拓扑模型； 在网络拓扑图上把LAN1、LAN2和LAN3对服务的访问，即业务的流程，都以有向边标注在该网络拓扑图中，则网络拓扑结构与业务流程结合，得到业务拓扑模型，如图4所示。
3)根据业务拓扑模型，确定业务分支数量，判定每条业务分支包含的链路。
根据业务拓扑模型，确定业务分支，实施例中，第一业务和第二业务各有两条业务分支，第三业务仅有一条分支。LAN1进行视频点播业务，由于视频存放位置不同，则产生了第1条分支LAN1-Switch1-Switch3-Server1-Switch3-Switch1-LAN1(直接可从位于Server1的多媒体服务器获得视频资源)和第2条分支LAN1-Switch1-Switch3-Switch6-Server3-Switch6-Switch3-Switch1-LAN1(位于Server1的多媒体服务器无该类视频资源，需从位于Server3的总服务器获取)；同理，LAN2的第1条分支为LAN2-Switch2-Switch4-Server2-Switch4-Switch2-LAN2，第2条分支为LAN2-Switch2-Switch4-Switch6-Server3-Switch6-Switch4-Switch2-LAN2；LAN3有LAN3-Switch5-Switch6-Server3-Switch6-Switch5-LAN3分支。各条网络业务分支涉及的链路如表1所示 表1各条网络业务分支涉及的链路 步骤二根据实际使用情况产生网络业务； 试验环境下对实际使用情况的模拟一般以类似案例、类似用户行为的历史数据等信息为参考，本案例的模拟情况为 ①业务类型视频点播业务、网站访问业务； ②业务发送频率第一用户群的业务请求频率为不间断发送，第二用户群的业务请求间隔为1s，第三用户群的业务请求间隔服从λ＝10s的指数分布； ③业务发送量第一用户群的视频业务发送量服从λ＝1024Byte的指数分布，第二用户群的视频业务发送量为常数12000Byte，网站访问业务发送量服从a＝2000Byte，b＝21000Byte的均匀分布。
④业务运行时长T＝24h。因为用户对网络上服务的使用情况以24小时为时长进行重复，因此，可靠性试验选取的业务运行时长为24小时。
步骤三数据收集； 每隔Δt＝60s，根据业务需求分别测量各条链路的相关参数，具体测量情况如表2所示 表2测量各条链路测量的相关参数 步骤四进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数； 根据步骤三测量得到的数据，进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数值，具体如下 (1)计算每条业务分支的服务水平； 根据每条链路的测量结果，计算每条业务分支的服务水平，具体如下 第一业务(第一用户群的视频业务)的第1条分支的服务水平 式中，V11(t)是第一业务的第1条分支在t时刻的平均吞吐量；V11k(t)是第一业务的第1条分支的第k条链路在t时刻的吞吐量，共包括6条链路；E11(t)是第一业务的第1条支在t时刻的平均误码率；E11k(t)是第一业务的第1条分支的第k条链路在t时刻的误码率，同理共包括6条链路。
第一业务的第2条分支的服务水平 式中，V12(t)是第一业务的第2条分支在t时刻的平均吞吐量；V12k(t)是第一业务的第2条分支的第k条链路在t时刻的吞吐量，共包括8条链路；E12(t)是第一业务的第2条分支在t时刻的平均误码率；E12k(t)是第一业务的第2条分支的第k条链路在t时刻的误码率，同理共包括8条链路。
同理，得到第二业务(第二用户群的视频业务)的两条分支的服务水平 式中，V21(t)是第二业务的第1条分支在t时刻的平均吞吐量；V21k(t)是第二业务的第1条分支的第k条链路在t时刻的吞吐量，共包括6条链路；E21(t)是第二业务的第1条分支在t时刻的平均误码率；E21k(t)是第二业务的第1条分支的第k条链路在t时刻的误码率，同理共包括6条链路；V22(t)是第二业务的第2条分支在t时刻的平均吞吐量；V22k(t)是第二业务的第2条分支的第k条链路在t时刻的吞吐量，共包括8条链路；E22(t)是第二业务的第2条分支在t时刻的平均误码率；E22k(t)是第二业务的第2条分支的第k条链路在t时刻的误码率，同理共包括8条链路。
第三业务(第三用户群的网站访问业务)的第1条分支的服务水平 式中，D31(t)是第三业务的第1条分支在t时刻的时延；D31k(t)是第三业务的第1条分支的第k条链路在t时刻的时延，共包括6条链路。
各条业务分支的吞吐量统计结果如图5所示；误码率统计结果如图6所示，图中误码率测量结果均为0％；时延统计结果如图7所示。
(2)故障判断； 根据用户需求，判断t时刻业务i的第j条分支是否发生故障，判断方法如表3所示 表3网络业务故障判据 表1中，FVij(t)是t时刻业务i的第j条分支是否发生吞吐量过低故障的布尔计数量，正常状态记0，故障状态记1；同理，FEij(t)是t时刻业务i的第j条分支是否发生误码率过大故障的布尔计数量；FDij(t)是t时刻业务i的第j条分支是否发生时延过长故障的布尔计数量。
(3)每条业务分支可靠性指数计算； 根据统计得来的布尔计量数，计算各业务分支的可靠性指数，具体方法如下所示 对第一业务的第1条分支、第一业务的第2条分支、第二业务的第1条分支和第二业务的第2条分支，各条业务分支可靠性指数为 式中，RIij是业务i第j条分支的可靠性指数；ωV是吞吐量的权重，ωE是误码率的权重，ωV+ωE＝1。
根据故障判断结果，第一业务的第1条分支中吞吐量超门限值个数为2，误码率超门限值个数为0；第一业务的第2条分支中吞吐量超门限值个数为2，误码率超门限值个数为0；第二业务的第1条分支中吞吐量超门限值个数为53，误码率超门限值个数为0；第二业务的第2条分支中吞吐量超门限值个数为2，误码率超门限值个数为0，取ωV＝ωE＝0.5，则有 对于第三业务的第1条分支，其仅有1个故障门限值，时延超门限值个数为85，因此 (4)每个业务可靠性指数计算； 根据业务分支比例，结合业务分支可靠性指数，计算业务可靠性指数，对第一业务和第二业务，业务可靠性指数为 式中，RIi是业务i的可靠性指数；ωj是该业务中各分支流量所占比例，且
p是每个业务所含分支数量。在本实施例中，第一业务的第1条分支的流量比例为80％，第2条分支的流量比例为20％；第二业务的第1条分支的流量比例为90％，第2条分支的流量比例为10％，则有 RI1＝0.8×0.99930556+0.2×0.99930556＝0.99930556 RI2＝0.9×0.98159722+0.1×0.99930556≈0.98336806 对第三业务，由于只包含一个业务分支，因此，RI3＝RI31，即RI3＝0.94097222。
(5)网络业务可靠性指数计算； 根据各业务可靠性指数，计算网络可靠性指数，具体方法如下 式中，RI是网络可靠性指数；ωi是网络中各业务权重，且
这里取ω1＝ω2＝ω3，计算得 由此可知，该网络可靠性指数为0.975。
权利要求
1.基于链路的通信网络业务可靠性试验方法，其特征在于，包括以下几个步骤
步骤一通过网络拓扑结构图和网络业务流程，得到业务拓扑模型，确定业务分支及分支上的链路；
1)建立网络拓扑结构图，在网络拓扑结构图上标注每一个服务所在的硬件设备；
2)将网络业务流程以有向边形式标注在网络拓扑结构图中，得到业务拓扑模型；
3)根据业务拓扑模型，确定业务分支数量，判定每条业务分支包含的链路；
步骤二根据实际使用情况产生网络业务；
根据实际使用过程中，用户对网络服务的使用需求，确定网络业务剖面，并依此产生网络业务；
步骤三数据收集；
每隔Δt时间，根据网络业务需求分别测量每条链路的相关参数值；
步骤四进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数；
根据步骤三得到的参数值，进行网络业务可靠性综合评估，得到网络业务可靠性指数值，网络业务可靠性综合评估具体包括以下步骤
(1)计算每条业务分支的服务水平；
根据每条链路的测量结果，计算每条业务分支的服务水平；
(2)故障判断；
根据用户设定的故障判据，设置业务需求的门限值，判断t时刻业务i的第j条分支是否发生故障。当测量结果满足业务需求门限值时，认为没有发生l类故障，记为0；当测量结果不能满足业务需求门限值时，认为有l类故障发生，记为1，如下式所示；
式中，Fijl(t)是t时刻业务i的第j条分支是否发生l类故障的布尔计数量，正常状态记0，故障状态记1；
(3)每条业务分支可靠性指数计算；
根据统计得来的布尔计量数，计算各业务分支的可靠性指数，如下式所示
式中，Rlij是第i个业务第j条分支的可靠性指数；T是试验时长，Δt是数据采集间隔；ωl是各类故障的权重，m是故障的种类，且
(4)每个业务可靠性指数计算；
根据业务分支比例，结合业务分支可靠性指数，计算业务可靠性指数，如下式所示
式中，RIi是第i个业务的可靠性指数；ωj是业务i中第j个分支流量所占比例，且
p是每个业务所含分支数量；
(5)网络业务可靠性指数计算；
根据各业务可靠性指数，计算网络业务可靠性指数，如下式所示
式中，RI是网络业务可靠性指数；ωi是网络中各业务权重，q是网络业务的数量，且
全文摘要
本发明公开了一种基于链路的通信网络业务可靠性试验方法，包括以下四个步骤，步骤一通过网络拓扑结构图和网络业务流程，得到业务拓扑模型，确定业务分支及分支上的链路；步骤二根据实际使用情况建立网络业务剖面，并依此将业务加载到网络上；步骤三明确各业务的故障判据，并从网络上收集业务动态运行时的相关数据；步骤四根据各业务的故障判据设置门限值，并分别对各业务进行故障数分析和计算，进而根据给出的算法计算得到网络可靠性指数。本发明明确了网络可靠性是网络对多业务不同要求的支持能力，提出了结合业务流程和网络拓扑的业务拓扑模型，通过描述可实际进行数据测量的链路与每一个业务的关系，使故障判定有据可循。
文档编号H04L12/26GK101741641SQ20091024167
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年11月30日
发明者黄宁, 李瑞莹, 康锐, 陈卫卫, 刘玉青 申请人:北京航空航天大学