專利名稱：一種網絡應用仿真系統構建方法
技術領域：
本發明涉及計算機及互聯網領域，特別涉及一種網絡應用仿真系統構建方法。
背景技術：
隨著互聯網絡的快速發展，不斷涌現出許多新的應用模式和網絡結構。與此同時，為解決網絡應用過程中出現的各種復雜問題，不但需要對現有的網絡協議和算法進行改進以滿足新的需求，如何從網絡應用的體系層面對目前的互聯網做一些改進和變革也已成為研究機構和眾多學者研究的內容之一。為了實現這兩個目標，網絡應用系統的性能分析和仿真顯得尤為關鍵。
現有的網絡仿真軟件如NS2、SSFNet、OPNET等均存在一定的缺陷，主要表現為(I)缺少對層次化網絡拓撲生成的支持。目前的網絡仿真軟件注重對不同網絡協議的支持，忽視了底層拓撲的生成。無論是NS2還是Matlab均需通過第三方軟件或使用者自行生成網絡拓撲，包括節點的連接關系、節點間的傳輸帶寬和傳輸延遲以及節點的簇分布特性等。(2)缺少對應用層用戶行為的原生支持。目前的網絡仿真軟件很大程度上依賴于底層協議，缺少對應用層用戶行為的支持。尤其是在社交網絡分析過程中，需要將用戶的行為模式引入到網絡仿真的過程當中。因此，內置用戶行為模型顯得十分必要。(3)網絡仿真過程和結果多具有可視化顯示，而在大規模網絡仿真過程中，可視化消耗較多硬件資源而影響仿真效率。

發明內容
本發明旨在至少解決上述技術問題之一。為此，本發明的一個目的在于提出一種普適性好，仿真效率高的網絡應用仿真系統構建方法。根據本發明實施例的網絡應用仿真系統構建方法包括如下步驟S1.根據網絡仿真系統的需求確定網絡仿真系統的底層配置參數和應用層配置參數；S2.根據底層配置參數生成網絡仿真系統的底層物理網絡；S3.根據應用層配置參數構建網絡仿真系統的網絡應用系統；以及S4.仿真運行時，統計網絡應用系統及底層物理網絡的性能狀態，并可視化顯不O在本發明的一個實施例中，底層配置參數包括底層網絡節點拓撲模型、物理節點位置、物理網絡節點間傳輸帶寬和傳輸延遲模型。在本發明的一個實施例中，應用層配置參數包括網絡應用系統類型、應用層網絡節點拓撲模型、網絡資源流行度分布、網絡資源在節點間的存儲方式，以及節點間訪問資源的方式。在本發明的一個實施例中，配置參數通過圖形用戶界面選擇參數進行配置；或者，通過預定格式的參數配置文件進行配置。在本發明的一個實施例中，底層網絡節點拓撲模型為隨機網絡拓撲、小世界網絡拓撲，或者無標度網絡拓撲。在本發明的一個實施例中，物理節點位置為隨機分布或者重尾分布。在本發明的一個實施例中，物理網絡節點間傳輸帶寬和傳輸延遲模型為常數分布、均勻分布、指數分布，或者重尾分布。在本發明的一個實施例中，網絡應用系統類型為基于C/S結構的網絡應用系統、基于P2P結構的網絡應用系統，或者，基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統。在本發明的一個實施例中，應用層網絡節點拓撲模型為隨機網絡拓撲、小世界網、絡拓撲，或者無標度網絡拓撲。在本發明的一個實施例中，網絡資源流行度分布為同等流行度分布或者冪律分布。在本發明的一個實施例中，網絡資源在節點間的存儲方式為當網絡應用系統類型為基于C/S結構的網絡應用系統時，選取網絡中節點度值排序前X位的節點作為服務器，各個服務器平均存儲網絡中的M種資源，其中，M表示網絡中有M種不同的資源，X為正整數；當網絡應用系統類型為基于P2P結構的網絡應用系統時，所有節點作為服務器，M種資源隨機存儲在M個服務器中；當網絡應用系統類型為基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統時，選取網絡中節點度值最大的節點作為頭端節點，頭端節點存儲M種資源，選擇網絡中節點度值排序前Y位的節點作為小站節點，小站節點存儲M種資源的一定百分比子集，其中，M表示網絡中有M種不同的資源，Y為正整數。在本發明的一個實施例中，節點間訪問資源的方式為當網絡應用系統類型為基于C/S結構的網絡應用系統，并且網絡資源流行度分布為同等流行度分布時，則節點以相同概率訪問就近服務器存儲的資源，并在服務器和節點之間傳輸數據包；當網絡應用系統類型為基于C/S結構的網絡應用系統，并且網絡資源流行度分布為冪律分布時，則節點按照流行度概率訪問存儲在不同服務器上的資源并傳輸數據包；當網絡應用系統類型為基于P2P結構的網絡應用系統，并且網絡資源流行度分布為同等流行度時，則節點以相同概率訪問其他節點存儲的資源，并在節點之間傳輸數據包；當網絡應用系統類型為基于P2P結構的網絡應用系統，并且網絡資源流行度分布為冪律分布時，則節點按照流行度概率訪問存儲在不同節點上的資源并傳輸數據包；當網絡應用系統類型為基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統，并且網絡資源流行度分布為同等流行度分布時，則節點以相同概率訪問其所屬的小站節點存儲的資源，并在節點間傳輸數據包；或者當網絡應用系統類型為基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統，并且網絡資源流行度分布為冪律分布時，則節點按照流行度概率訪問存儲在不同小站節點上的資源并傳輸數據包。在本發明的一個實施例中，物理網絡節點間的路由協議為最短路徑路由協議。在本發明的一個實施例中，可視化顯示的內容包括鏈路平均傳輸負載、節點間平均傳輸延遲和節點平均處理負載。根據本發明實施例的網絡應用仿真系統構建方法，具有如下優點( I)普適性強，本發明所提出的仿真系統構建方法著眼于用戶、資源兩個應用元素和二者之間的關系刻畫，考慮了目前互聯網絡主流的應用系統架構，因此具有很強的普適性；
(2)層次性強，本發明的方法邏輯上分離了物理網絡與應用層網絡，首先構建合理的物理網絡，包括節點拓撲、傳輸帶寬、傳輸延遲等；然后從物理網絡中選取部分節點作為用戶節點，進而構建應用層網絡，依據應用層網絡中用戶間邏輯上的相互訪問指導底層物理網絡中的數據包傳輸，更符合互聯網絡應用的真實情況；(3)擴展性好，本發明的方法可以擴展到任意互聯網絡中“用戶-資源”的應用場景，可依據具體應用場景設置參數，如用戶的訪問偏好、資源流行度分布等，具有極強的可擴展性。綜上，本發明構建了網絡應用仿真系統的整個框架及基本流程，可普適各種網絡應用類型的仿真平臺搭建及狀態監視，在指導現 有網絡應用優化的同時可為提出新型網絡應用提供堅實的論證基礎平臺。本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中，圖I是根據本發明實施例的網絡應用仿真系統構建方法的流程圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。相反，本發明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。下面參考附圖描述根據本發明實施例的網絡應用仿真系統構建方法。圖I是根據本發明實施例的網絡應用仿真系統構建方法的流程圖。如圖I所示，本發明實施例的網絡應用仿真系統構建方法包括下述步驟SlOl :根據網絡仿真系統的需求確定網絡仿真系統的底層配置參數和應用層配置參數。配置參數是網絡應用仿真系統的構建基礎，參數選擇的合理性極大地影響著網絡應用系統的反震可行性。配置參數的配置方法可為通過圖形用戶界面(GUI)選擇參數進行配置，或者通過預定格式的參數配置文件進行配置。配置參數的內容分為底層配置參數和應用層配置參數兩類。其中，底層配置參數包括底層網絡節點拓撲模型、物理節點位置、物理網絡節點間傳輸帶寬和傳輸延遲模型等；應用層配置參數包括網絡應用系統類型、應用層網絡節點拓撲模型、網絡資源流行度分布、網絡資源在節點間的存儲方式，以及節點間訪問資源的方式。現對各參數進行具體釋義。參數a.底層網絡節點拓撲模型；參數b.物理節點位置；參數c.物理網絡節點間傳輸帶寬和傳輸延遲模型；
參數d.網絡應用系統類型；參數e.應用層網絡節點拓撲模型；參數f.網絡資源流行度分布；參數g.網絡資源在節點間的存儲方式；以及參數h.節點訪問資源的方式。其中，參數a底層網絡節點拓撲模型可以為隨機網絡拓撲、小世界網絡拓撲，或者無標度網絡拓撲。
具體地，隨機網絡拓撲的構造方法為網絡中任意兩個節點之間以概率P建立連接。小世界網絡拓撲的構造方法為首先連接網絡中所有節點并形成近鄰耦合網絡，將網絡中的每條邊以概率P斷開，再將這條邊重新連接到其它節點；在重新連接邊的過程中，不允許邊的重連和自連；近鄰耦合網絡指的是由N個節點的圍成環狀的網絡，其中每個節點都與它左右相鄰的各K/2個節點相連，其中K為偶數；無標度網絡拓撲的構造方法為首先生成包含有mQ (m0<N)個節點全連通網絡,接著每次增加一個節點，同時從這個新增加的節點
=ki
上生長出m條邊(m彡Hitl);這些邊以概率Pi連接到網絡中原有節點上，其中& t k_kj為原有節點i的度值。參數b物理網絡節點的位置分布可以為隨機分布或重尾分布。具體地，隨機分布是指在網絡拓撲平面內，節點的位置隨機分布；重尾分布是指首先將網絡拓撲平面分成若干矩形區域，每個矩形區域包含符合重尾分布個數的若干個節點，而在每個矩形區域中，節點的位置隨機分布。參數c物理網絡節點間傳輸帶寬和傳輸延遲模型可為常數分布、均勻分布、指數分布或者重尾分布。具體地，常數分布即物理節點間建立的網絡連接其傳輸帶寬和延遲均為設定的某個常數；均勻分布即物理節點間建立的網絡連接其傳輸帶寬和延遲滿足均勻分布，即所有物理節點間建立的網絡連接其傳輸帶寬滿足在帶寬最小值(bwMin)和帶寬最大值(bwMax)間的均勻分布,傳輸延遲滿足在傳輸延遲最小值(delayMin)和傳輸延遲最大值(deIayMax)的均勻分布；指數分布即物理節點間建立的網絡連接其傳輸帶寬和延遲滿足參數為λ的指數分布；重尾分布即物理節點間建立的網絡連接其傳輸帶寬和延遲服從累積分布函數為F(X) = 1-(1+χ)_α的概率分布模型，即為重尾分布。參數d網絡應用系統類型可包括基于C/S (Client/Server，用戶/服務器)結構的網絡應用系統、基于P2P (Peer-to-Peer,點對點互連)結構的網絡應用系統，或基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統。具體地，基于C/S系統結構的網絡應用系統，其用戶與服務器間進行信息資源共享和傳輸，服務器提供信息資源，用戶與服務器連接請提出請求以獲取信息資源，如Http應用等。基于P2P系統結構的網絡應用系統，其網絡用戶間進行雙向信息資源共享和傳輸，參與網絡應用的所有用戶既是網絡資源的提供者，也是信息資源的獲取者，用戶通過彼此之間的邏輯連接發起資源搜索消息、獲知資源所在位置、與資源提供者建立通信連接并傳輸資源，典型的應用如P2P文件共享系統、P2P流媒體應用等。基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統采用頭端聚合信息、解析并發布到局部小站，用戶與小站連接并傳輸信息，例如，頭端爬取主流網站的重要信息資源，進行網頁解析去除冗余信息，并通過專有鏈路向位于不同網絡位置的小站發布資源，小站接收到資源后進行存儲和維護，并向局部范圍內的網絡用戶發布更新消息，網絡用戶與小站建立連接并進行資源傳輸，典型的應用如4ANet系統等。參數e應用層網絡節點拓撲模型可以為隨機網絡拓撲、小世界網絡拓撲，或者無標度網絡拓撲。具體地，隨機網絡拓撲的構造方法為網絡中任意兩個節點之間以概率P建立連接。小世界網絡拓撲的構造方法為首先連接網絡中所有節點并形成近鄰耦合網絡，將網絡中的每條邊以概率P斷開，再將這條邊重新連接到其它節點；在重新連接邊的過程中，不允許邊的重連和自連；近鄰耦合網絡指的是由N個節點的圍成環狀的網絡，其中每個節點都與它左右相鄰的各K/2個節點相連，其中K為偶數；無標度網絡拓撲的構造方法為首先生成包含有mQ (m0<N)個節點全連通網絡,接著每次增加一個節點，同時從這個新增加的節點
-
上生長出m條邊(m≤Hi0);這些邊以概率Pi連接到網絡中原有節點上，其中
權利要求
1.一種網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，包括如下步驟 51.根據所述網絡仿真系統的需求確定所述網絡仿真系統的底層配置參數和應用層配置參數； 52.根據所述底層配置參數生成所述網絡仿真系統的底層物理網絡； 53.根據所述應用層配置參數構建所述網絡仿真系統的網絡應用系統；以及 54.仿真運行時，統計所述網絡應用系統及所述底層物理網絡的性能狀態，并可視化顯/Jn ο
2.根據權利要求I所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述底層配置參數包括底層網絡節點拓撲模型、物理節點位置、物理網絡節點間傳輸帶寬和傳輸延遲模型。
3.根據權利要求2所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述應用層配置參數包括網絡應用系統類型、應用層網絡節點拓撲模型、網絡資源流行度分布、網絡資源在節點間的存儲方式，以及節點間訪問資源的方式。
4.根據權利要求3所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述配置參數通過圖形用戶界面選擇參數進行配置；或者，通過預定格式的參數配置文件進行配置。
5.根據權利要求4所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述底層網絡節點拓撲模型為隨機網絡拓撲、小世界網絡拓撲，或者無標度網絡拓撲。
6.根據權利要求5所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述物理節點位置為隨機分布或者重尾分布。
7.根據權利要求6所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述物理網絡節點間傳輸帶寬和傳輸延遲模型為常數分布、均勻分布、指數分布，或者重尾分布。
8.根據權利要求7所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述網絡應用系統類型為基于C/S結構的網絡應用系統、基于P2P結構的網絡應用系統，或者，基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統。
9.根據權利要求8所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述應用層網絡節點拓撲模型為隨機網絡拓撲、小世界網絡拓撲，或者無標度網絡拓撲。
10.根據權利要求9所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述網絡資源流行度分布為同等流行度分布或者冪律分布。
11.根據權利要求10所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述網絡資源在節點間的存儲方式為 當所述網絡應用系統類型為所述基于C/S結構的網絡應用系統時，選取網絡中節點度值排序前X位的節點作為服務器，各個所述服務器平均存儲網絡中的M種資源，其中，M表示網絡中有M種不同的資源，X為正整數； 當所述網絡應用系統類型為所述基于P2P結構的網絡應用系統時，所有節點作為所述服務器，所述M種資源隨機存儲在M個所述服務器中； 當所述網絡應用系統類型為所述基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統時，選取網絡中節點度值最大的節點作為頭端節點，所述頭端節點存儲所述M種資源，選擇網絡中節點度值排序前Y位的節點作為小站節點，所述小站節點存儲所述M種資源的一定百分比子集，其中，M表示網絡中有M種不同的資源，Y為正整數。
12.根據權利要求11所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述節點間訪問資源的方式為 當所述網絡應用系統類型為所述基于C/S結構的網絡應用系統，并且所述網絡資源流行度分布為所述同等流行度分布時，則所述節點以相同概率訪問就近所述服務器存儲的資源，并在所述服務器和所述節點之間傳輸數據包； 當所述網絡應用系統類型為所述基于C/S結構的網絡應用系統，并且所述網絡資源流行度分布為所述冪律分布時，則所述節點按照流行度概率訪問存儲在不同所述服務器上的資源并傳輸數據包； 當所述網絡應用系統類型為所述基于P2P結構的網絡應用系統，并且所述網絡資源流行度分布為所述同等流行度時，則所述節點以相同概率訪問其他所述節點存儲的資源，并在所述節點之間傳輸數據包； 當所述網絡應用系統類型為所述基于P2P結構的網絡應用系統，并且所述網絡資源流行度分布為所述冪律分布時，則所述節點按照流行度概率訪問存儲在不同所述節點上的資源并傳輸數據包； 當所述網絡應用系統類型為所述基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統，并且所述網絡資源流行度分布為所述同等流行度分布時，則所述節點以相同概率訪問其所屬的所述小站節點存儲的資源，并在所述節點間傳輸數據包；或者 當所述網絡應用系統類型為所述基于信息聚合、解析和發布結構的小站式網絡應用系統，并且所述網絡資源流行度分布為所述冪律分布時，則所述節點按照流行度概率訪問存儲在不同所述小站節點上的資源并傳輸數據包。
13.根據權利要求12所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，物理網絡節點間的路由協議為最短路徑路由協議。
14.根據權利要求13所述的網絡應用仿真系統的構建方法，其特征在于，所述可視化顯示的內容包括鏈路平均傳輸負載、節點間平均傳輸延遲和節點平均處理負載。
全文摘要
本發明提出一種網絡應用仿真系統構建方法，該方法包括以下步驟根據網絡仿真系統的需求確定網絡仿真系統的底層配置參數和應用層配置參數；根據底層配置參數生成網絡仿真系統的底層物理網絡；根據應用層配置參數構建網絡仿真系統的網絡應用系統；以及仿真運行時，統計網絡應用系統及底層物理網絡的性能狀態，并可視化顯示。根據本發明實施例的方法，可以普適各種網絡應用類型的仿真平臺搭建及狀態監視，在指導現有網絡應用優化的同時可為提出新型網絡應用提供堅實的論證基礎平臺。
文檔編號H04L12/24GK102724064SQ201210155340
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月17日 優先權日2012年5月17日
發明者戴瓊海, 李一鵬 申請人:清華大學