专利名称：一种交换设备测试业务源的产生方法
技术领域：
本发明涉及对网络交换设备的测试，尤其涉及一种交换设备测试业务源的产生方法。
背景技术：
交换设备(主要是交换网)方案设计和产品验证过程中都要求有易于实现且能够体现实际业务主要特征的业务源，以进行交换设备的仿真测试，从而保证设计和验证的可靠性和可实现性，仿真或测试业务源算法的优劣直接关系交换设备性能指标。
目前的业务源产生方法主要是针对网络业务，网络业务源主要是因特网协议(IP)或异步传输模式(ATM)业务源，一个完整业务源的最小单位分别是信元或数据包。业务源可以分为定长和变长两种，定长业务源常以信元个数为统计单位，而变长数据包以比特(或字节)为统计单位。
如图1所示，到达网络的业务可以从网络级、呼叫级、突发级、信元级四个层次观察，网络级主要考虑网络中端到端的业务呼叫过程；呼叫级主要考虑每个呼叫的持续过程；而突发级主要考虑每次呼叫持续时间内，有信息流的突发/活动周期(Burst、On或Active)与无信息流的静默周期(Off或Idle)之间关系；信元级有两种考虑方案一种是不区分层次关系，将所有信息流只统一在信元级考虑，而另外一种观点是考虑突发级的活动周期内的信元流(包括变长包)。
对从信元级考虑的两种方案，具体介绍如下1、单纯构造信元级业务源，不区分层次关系，不考虑突发级的活动周期与静默周期，主要采用恒定速率业务源、泊松(poisson)到达分布业务源(及其离散域的伯努利bernoulli模式)，这些模型通常是i.i.d(独立同一分布，Independent & Identically distributed)，即1)各端口之间和端口内部的信元(数据包)之间是独立的；2)所有端口的信元有相同的分布特征。
这种业务源模型常以负载率参数按概率产生信元，适用于话音交换设备的仿真测试，但对于宽带数据业务，由于没有考虑业务的突发性和信息流的相关性，无法准确体现业务的特征，因而在宽带业务交换设备测试中，一般不采用这种业务源模型。
2、突发级业务源则同时考虑信元序列的突发和静默时间关系，以及突发周期内部的信元(数据包)流的时间关系。突发级常采用on-off模型，其实质是双态马尔可夫(Markov)过程，On周期以一定概率转移到Off周期，而Off周期也以一定概率转移到On周期，如图2所示，Off周期计数器(Offcount)大于0时，为静默周期(Idle/Off)，Off周期计数器值随着信元到达输入端口的时间增加而逐渐减小，当Offcount减到等于0时，转换到活动周期(Send/On)，On周期计数器(Oncount)大于0，随着信元的发送，Oncount逐渐减小，当Oncount等于0时，又转换到Off周期。
On周期与Off周期由概率函数产生，突发级业务源有三种常用概率模型1)周期分布ON(OFF)期已持续的时间越长，它还将持续的时间就越短；2)几何分布ON(OFF)期还将持续多长时间与已持续了多长时间无关，即是无记忆的(memoryless)；
3)佩瑞多(Pareto)分布ON(OFF)期已持续的时间越长，它还将持续的时间就越长。这三种突发业务对交换结构的性能影响有所区别。
由于这种业务源产生方法更能体现语音、数据业务的特征，因此，目前宽带网络的仿真和测试大多采用这种业务源，但对于宽带网络中的交换设备，需将该业务源的网络特征映射到交换设备输入端口，并保持输入端口负载率稳定，以满足测试或仿真数据分析需要。
突发级层次下的信元级模型可分为定长信元和变长数据包两类，这些信元(包)可以采用连续到达方式，也可以采用随机到达模式，同时变长数据包的长度可以采用一定的概率函数产生，如图3所示，假设On周期的信元是背靠背发生，也可以采用输入负载率ρ采指导业务源产生过程。变长业务源需要采用突发和信元两级模型，突发级确定信元突发长度，而信元级产生背靠背的信元流。On和Off周期长度按如下公式计算输入负载率ρ＝E(ON)/[E(ON)+E(OFF)]，其中，E(ON)为On周期平均长度，E(OFF)为Off周期平均长度。
与定长信元不同，On周期内数据包长度也是按概率产生的，这样就出现了突发级与信元级依照各自概率特征所产生数据包长度匹配问题，即一个按一定概率函数产生的On周期内可能无法完整地发送完最后一个也按概率函数产生的数据包，虽然可以通过简单地截尾或补长对数据包进行处理，即将数据包截断或将On周期补长，但简单截尾破坏了一个数据包的完整性，会影响数据包发送目的端口的分布关系，对测试结果产生影响；而简单补长影响了端口负载率，不符合交换网测试所要求的保持端口流量稳定性的要求，导致交换网仿真或测试业务源统计流量的错误。若交换设备输入端口负载率不稳定，将无法保证交换网测试或仿真中所获得的“负载率与QoS关系(时延、时延抖动)曲线、负载率与缓存利用率(或反压频度、信元丢失率)曲线”的可靠性。目前针对该问题业界尚无有效的解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有的交换设备测试业务源On周期长度和数据包长度按不同概率函数产生所带来的数据包发送不完整，无法保证输入端口流量稳定性的问题，提供一种动态平衡端口负载率，且满足宽带网络特征的交换设备测试业务源的产生方法，保证数据包发送的完整性，提高业务源的流量准确性和稳定性，从而保证测试结果准确可靠。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为这种交换设备测试业务源的产生方法，将信息流以一定的负载率发送到交换设备输入端口，信息流的活动(ON)周期与无信息流的静默(OFF)周期具备概率相关性，且所述On周期与Off周期平均长度满足所述负载率的要求，其特征在于利用亏欠计数器(Deficited counter)动态调整On周期的长度，使On周期内信息流中的数据包发送完整，包括以下步骤A、将实时产生的数据包的长度与当前On周期计数器值进行对比，若On周期计数器值大于该数据包长度的一半，则发送该数据包，并令On周期计数器的值为原On周期计数器的值减去该数据包的长度；B、重新进行下一个数据包长度与On周期计数器值的比较，当On周期计数器值小于该数据包长度的一半时，令亏欠计数器的值为当前On周期计数器值，并进入Off周期，等待Off周期计数器相应的间隔；C、将该亏欠计数器的值增加到下一个On周期计数器值上，在下一个On周期进行该数据包的发送。
所述数据包可为定长数据包或变长数据包，变长数据包的长度以符合网络数据包长度特征的概率函数产生。
所述的On周期长度、Off周期长度由符合网络中数据流相关特征的概率函数根据先确定的On-Off周期平均突发长度和端口负载率产生。
本发明的有益效果为本发明提供了一种稳定的宽带交换设备仿真或测试业务源，通过亏欠计数器(Deficited counter)，累计信元级包长与突发级On周期之间的长度差，动态平衡端口负载率；通过判定随机数据包长度与剩余的On周期长度(亏欠计数器)比值是否大于1/2，决定该数据包发送或保留，从而降低了亏欠计数器带来的相关性影响。与现有的技术相比，解决了“适应实际系统端口速率限制”与“保证测试流量稳定性”的关系协调，改进效果非常明显，可适用于定长或变长数据包的宽带交换设备测试或仿真环境。
本发明的交换设备的测试或仿真业务源具备宽带网络统计特征，具备流量稳定性，从而保证了交换设备测试或仿真中所获得“负载率与QoS关系(如时延、时延抖动)曲线、负载率与缓存利用率(或反压频度、信元丢失率)曲线”的可靠性。
图1为业务源层次关系示意图；图2为On-Off周期双态马尔可夫转换过程示意图；图3为变长业务源模型示意图；图4为本发明变长业务源实现流程图。
具体实施例方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明本发明为一种在通信系统设计和测试中提高业务源发生器的流量准确性的方法，其基本思路是采用2层方案统一定长和变长业务流。其中，顶层着重考虑整体业务流的On-Off周期的统计相关性，底层则考虑单个数据包长度分布特征，通过亏欠计数器调整2层之间的流量关系。
解决现有技术存在的问题有如下几个前提1、要保证变长数据包的完整性，即只能增加或减少一次On周期的长度，而不能破坏一个数据包的完整性；2、on-off周期长度调整应考虑对统计特征关系的影响，如相关性变化；3、需要便于仿真分析(或测试)，即要有确定的负载率。本条件并非业务源本身特征，而是测试系统数据分析需要。
如果仅增加或减少On周期的长度，既不能保持on-off周期的统计特征关系，又不能保持稳定的负载率，因此，本发明采用一个亏欠计数器(Deficited counter)累计信元级数据包长与突发级On周期之间的长度差，动态平衡端口负载率，虽然这样带来了两次On周期的相关性变化，但通过合理控制，可以限制这种变化对on-off周期统计特征关系的影响程度。具体方法是在On周期的最后一个包长度产生后，对比剩余的On周期长度(亏欠计数器)若亏欠计数器值大于该包长度的一半，则发送该数据包；否则，将该数据包留到下一个On周期发送。
如图4所示为本发明变长业务源实现流程图，其中Pon()、Poff()和Ppkl()分别为On周期、Off周期和数据包长度的产生概率函数，Pon()、Poff()概率函数符合网络中数据流相关特征；Ppkl()概率函数符合网络数据包长度特征。
1、首先对参数进行初始化，On周期计数器、Off周期计数器、亏欠计数器及数据包长度赋值为0，根据测试需要确定On-Off平均突发长度和端口负载率；2、Pon()、Poff()概率函数根据确定好的On-Off平均突发长度和端口负载率对On周期计数器、Off周期计数器赋值，其中亏欠计数器的值累加到On周期计数器值上，即On周期计数器＝Pon(On-Off平均突发长度，端口负载率)+亏欠计数器Off周期计数器＝Poff(On-Off平均突发长度，端口负载率)3、判断数据包长度是否为0，如果为0，则表示数据包已发送出去，重新根据Ppkl()概率函数确定数据包长度；如果不为0，则表示数据包还没有发送出去，直接进行下一步；4、将On周期计数器的值与数据包长度的一半进行对比，如果On周期计数器的值大于数据包长度的一半，则发送该数据包，使On周期计数器的值为原On周期计数器值减去当前数据包长度，并将数据包长度标志位置为0，转到步骤3，重新进行下一个数据包长度的赋值；如果On周期计数器的值没有大于数据包长度的一半，则令亏欠计数器等于当前的On周期计数器值，进入Off周期，等待Off周期计数器对应的间隔，然后转到步骤2重新进入下一个On周期，将亏欠计数器的值累加到下一个On周期计数器值上，在下一个On周期发送该数据包。亏欠计数器的值可能为正值，也可能为负值，这样动态调整On周期的长度，保证了一个On周期内数据包发送的完整性，而且减小了两次On周期长度调整对统计特征关系的影响。
本发明不仅适用于不定长数据包业务源的产生，也可适用于定长信元业务源的产生，利用本发明可获得满足宽带网络特征的高精度的仿真业务源，提高了仿真输出数据的准确性，从而保证了各种测试结果的可靠性。
权利要求
1.一种交换设备测试业务源的产生方法，将信息流以一定的负载率发送到交换设备输入端口，信息流的活动(ON)周期与无信息流的静默(OFF)周期具备概率相关性，且所述On周期与Off周期平均长度满足所述负载率的要求，其特征在于利用亏欠计数器(Deficited counter)动态调整On周期的长度，使On周期内信息流中的数据包发送完整，包括以下步骤A、将实时产生的数据包的长度与当前On周期计数器值进行对比，若On周期计数器值大于该数据包长度的一半，则发送该数据包，并令On周期计数器的值为原On周期计数器的值减去该数据包的长度；B、重新进行下一个数据包长度与On周期计数器值的比较，当On周期计数器值小于该数据包长度的一半时，令亏欠计数器的值为当前On周期计数器值，并进入Off周期，等待Off周期计数器相应的间隔；C、将该亏欠计数器的值增加到下一个On周期计数器值上，在下一个On周期进行该数据包的发送。
2.根据权利要求1所述的交换设备测试业务源的产生方法，其特征在于所述数据包可为定长数据包或变长数据包，变长数据包的长度以符合网络数据包长度特征的概率函数产生。
3.根据权利要求1或2所述的交换设备测试业务源的产生方法，其特征在于所述的On周期长度、Off周期长度由符合网络中数据流相关特征的概率函数根据先确定的On-Off周期平均突发长度和端口负载率产生。
全文摘要
一种交换设备测试业务源的产生方法，将信息流以一定的负载率发送到交换设备输入端口，信息流的活动(ON)周期与无信息流的静默(OFF)周期具备概率相关性，且所述On周期与Off周期平均长度满足所述负载率的要求，同时利用亏欠计数器(Deficited counter)动态调整On周期的长度，使On周期内信息流中的数据包发送完整，并减小了两次On周期长度调整对统计特征关系的影响。本发明可适用于定长信元和不定长数据包业务源的产生，可动态平衡端口负载率并满足宽带网络特征，不但保证了数据包发送的完整性，而且提高了业务源的流量准确性和稳定性，保证了测试结果准确可靠。
文档编号H04L12/26GK1531255SQ0310699
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月16日 优先权日2003年3月16日
发明者胡致远, 李英新, 王少勇, 王凯, 邹昕光 申请人:华为技术有限公司