具有衛(wèi)星鏈路的TCP/IP網絡性能測量方法

4.1測試方法及性能參數選擇

本項目采用主動測試方法：在網絡上布置測試機器，主動發(fā)送測試流量，如，從A端到B端，獲得兩端點間的測試結果信息。

本項目選擇的網絡測量內容包括帶寬、時延、時延抖動、丟包率、流量和吞吐量等。

4.2試驗要點

①將實驗網絡設為某專用網絡帶寬，逐步加大業(yè)務，測量信息丟包率、時延和時延抖動等指標，目測視頻傳輸的質量情況，標定上述指標的可容忍度。

②在給定業(yè)務容量情況下，逐步調低網絡傳輸速率，按照標定指標進行判斷，得出傳輸給定業(yè)務的所需的最小帶寬。

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

④變化業(yè)務數，記錄視頻質量變化、各段帶寬值的變化、各段時延值變化，丟包率指標變化，查找專用網絡在帶寬和時延上的“瓶頸”。這里的時延專指傳播時延，不包括傳輸時延，因為傳輸時延已經由瓶頸帶寬反映出來[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的網絡監(jiān)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。這兩款網絡開發(fā)工具各有特色，結合使用可以取長補短，提高軟件開發(fā)的效率，增強軟件的運行性能。Winpcap支持網絡原始數據包的接收和發(fā)送，繞開了TCP/IP協議棧，有利于高速的數據包檢測和分析；支持對數據包的過濾，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(tǒng)開銷，但不能為端到端的應用提供面向連接和無連接的網絡服務。

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

圖3測量程序架構

程序采用三層架構：網絡接口層、網絡層、測試層。

其中網絡接口層就是網卡驅動程序模塊，負責程序與網絡設備間的交互。

網絡層包括兩部分：一個是基于NPF（網絡數據包過濾器）的網絡模塊，一個是基于TCP/IP的網絡模塊。

測試層通過Winpcap編程接口來訪問NPF，檢測出原始數據包并獲取數據包到達時刻；通過Winsock編程接口來訪問TCP/IP，獲取TCP會話信息。主從程序測試層均包括兩個基本功能模塊：數據包檢測和TCP會話。數據包檢測模塊利用Winpcap接口獲取網絡中的原始數據包，測量開始后，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，記錄進從測試窗口，同時記錄視頻包的達到時刻；TCP會話模塊利用Winsock接口建立主從程序間的TCP連接，控制測量步驟，并交互測量過程中獲取的數據。窗口調節(jié)模塊利用這兩個基本功能動態(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時間提取，計算相繼到達視頻包的延遲，并通過TCP會話連接將最后的延遲統(tǒng)計值返回給主程序的延遲獲取模塊。

5結論

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

本文作者的創(chuàng)新點是：（1）試驗平臺的可變速率設計為網絡可用帶寬的測試提供了條件；（2）引入衛(wèi)星信道模擬器，實現大時延信道的TCP/IP傳輸研究。