具有衛星鏈路的TCP/IP網(wǎng)絡(luò )性能測量方法

4.1測試方法及性能參數選擇

本項目采用主動(dòng)測試方法：在網(wǎng)絡(luò )上布置測試機器，主動(dòng)發(fā)送測試流量，如，從A端到B端，獲得兩端點(diǎn)間的測試結果信息。

本項目選擇的網(wǎng)絡(luò )測量內容包括帶寬、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包率、流量和吞吐量等。

4.2試驗要點(diǎn)

①將實(shí)驗網(wǎng)絡(luò )設為某專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )帶寬，逐步加大業(yè)務(wù)，測量信息丟包率、時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)等指標，目測視頻傳輸的質(zhì)量情況，標定上述指標的可容忍度。

②在給定業(yè)務(wù)容量情況下，逐步調低網(wǎng)絡(luò )傳輸速率，按照標定指標進(jìn)行判斷，得出傳輸給定業(yè)務(wù)的所需的最小帶寬。

③加入衛星信道模擬器，逐步加入噪聲或加大時(shí)延，測試信息傳輸丟包率的變化情況，繪制丟包率、時(shí)延、噪聲功率的雙變量曲線(xiàn)。

④變化業(yè)務(wù)數，記錄視頻質(zhì)量變化、各段帶寬值的變化、各段時(shí)延值變化，丟包率指標變化，查找專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )在帶寬和時(shí)延上的“瓶頸”。這里的時(shí)延專(zhuān)指傳播時(shí)延，不包括傳輸時(shí)延，因為傳輸時(shí)延已經(jīng)由瓶頸帶寬反映出來(lái)[7]。

4.3測試程序架構

測量程序采用Winpcap+Winsock的層次化測量架構。

Winpcap源于BPF（BerkleyPacketFilter）和libpcap函數庫，支持Win32的網(wǎng)絡(luò )監測程序設計。Winsock是人們很熟悉的Windows套接字編程工具，源于Berkley Socket技術(shù)。這兩款網(wǎng)絡(luò )開(kāi)發(fā)工具各有特色，結合使用可以取長(cháng)補短，提高軟件開(kāi)發(fā)的效率，增強軟件的運行性能。Winpcap支持網(wǎng)絡(luò )原始數據包的接收和發(fā)送，繞開(kāi)了TCP/IP協(xié)議棧，有利于高速的數據包檢測和分析；支持對數據包的過(guò)濾，只處理應用程序感興趣的數據，可以提高程序運行性能，減少系統開(kāi)銷(xiāo)，但不能為端到端的應用提供面向連接和無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。

Winsock是建立在TCP/IP協(xié)議棧之上的程序開(kāi)發(fā)工具，提供面向連接和的連接得網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，可以大大降低程序開(kāi)發(fā)工作量。但是，網(wǎng)絡(luò )程序必須從協(xié)議棧獲取數據包，增加了運行的開(kāi)銷(xiāo)，降低了性能；由于鏈路層幀首部在提交給IP層之前就已經(jīng)去掉，不便于網(wǎng)絡(luò )低層的數據分析，應用范圍有限。

圖3測量程序架構

程序采用三層架構：網(wǎng)絡(luò )接口層、網(wǎng)絡(luò )層、測試層。

其中網(wǎng)絡(luò )接口層就是網(wǎng)卡驅動(dòng)程序模塊，負責程序與網(wǎng)絡(luò )設備間的交互。

網(wǎng)絡(luò )層包括兩部分：一個(gè)是基于NPF（網(wǎng)絡(luò )數據包過(guò)濾器）的網(wǎng)絡(luò )模塊，一個(gè)是基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò )模塊。

測試層通過(guò)Winpcap編程接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)NPF，檢測出原始數據包并獲取數據包到達時(shí)刻；通過(guò)Winsock編程接口來(lái)訪(fǎng)問(wèn)TCP/IP，獲取TCP會(huì )話(huà)信息。主從程序測試層均包括兩個(gè)基本功能模塊：數據包檢測和TCP會(huì )話(huà)。數據包檢測模塊利用Winpcap接口獲取網(wǎng)絡(luò )中的原始數據包，測量開(kāi)始后，主程序數據包檢測模塊直接解析出發(fā)送端計算機發(fā)出的數據包IP標識，記錄進(jìn)主測試窗口，從程序的數據包檢測模塊直接解析出接收端計算機接收的數據包IP標識，記錄進(jìn)從測試窗口，同時(shí)記錄視頻包的達到時(shí)刻；TCP會(huì )話(huà)模塊利用Winsock接口建立主從程序間的TCP連接，控制測量步驟，并交互測量過(guò)程中獲取的數據。窗口調節模塊利用這兩個(gè)基本功能動(dòng)態(tài)調整測試窗口尺寸。根據正確接收的數據包和主程序通知確認的數據包序列，從程序的丟包確認模塊檢查數據包的丟失情況，并把丟包數據反饋給主程序。根據反饋的丟包信息，主程序的丟包率計算分析模塊計算丟包率。從程序的延遲計算模塊通過(guò)時(shí)間提取，計算相繼到達視頻包的延遲，并通過(guò)TCP會(huì )話(huà)連接將最后的延遲統計值返回給主程序的延遲獲取模塊。

5結論

通過(guò)將測量軟件用于實(shí)驗平臺進(jìn)行測試，驗證了所選性能測量指標的可用性和測量方法的有效性。特別針對專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )的具體情況，制定了適合網(wǎng)絡(luò )承載業(yè)務(wù)傳輸的優(yōu)先級方案，提出了改進(jìn)網(wǎng)絡(luò )性能的方案措施，為項目順利結題打下了基礎。在今后的工作中，將根據目標任務(wù)書(shū)要求，加強故障管理功能研究，并把網(wǎng)絡(luò )性能測試和故障定位技術(shù)推廣到新一代自組織網(wǎng)絡(luò )中。在衛星信道模擬器方面，將把研究具有星際網(wǎng)絡(luò )的綜合性多功能模擬器作為目標。

本文作者的創(chuàng )新點(diǎn)是：（1）試驗平臺的可變速率設計為網(wǎng)絡(luò )可用帶寬的測試提供了條件；（2）引入衛星信道模擬器，實(shí)現大時(shí)延信道的TCP/IP傳輸研究。