RPR网络的OPNET建模与性能测试

陈 孟，敖发良，滕 舟

（桂林电子科技大学 信息与通信学院，广西 桂林541004）

作为一种新型网络结构和数据传输技术，弹性分组环RPR（Resilient Packet Ring）采用双环结构、空间复用、拓扑自动识别、保护倒换和统计复用等技术，继承以往各种技术的优点并克服其不足之处，集可靠性、高效性和经济性于一身，成为优化城域网中数据传输的首选技术。

OPNET网络仿真软件的3层建模体系可精确模拟现实中的网络，同时其提供的多种通信机制可真实地模拟网络中的通信[1]。本文利用OPENT完成对RPR网络的建模及性能测试。

1RPR网络的OPNET建模

1.1 RPR的节点结构[2]

图1是节点的MAC功能结构，从MAC客户子层上载的数据由客户进入MAC控制子层，进入环路选择模块，经路由查找，确定上环的环号（环0或环1），经公平控制处理到达发送逻辑模块，然后被发送至物理接口；另一方面，由物理接口接入的环路数据帧首先进行地址查找和帧头帧尾校验，判断是否为本地数据帧，若为本地数据帧则直接上传至客户层；若为非本地数据帧，则传送到当前子环的发送逻辑模块，进入物理接口，继续环路上的传输。

1.2 RPR节点模型

图1 节点的MAC功能结构

根据上述RPR节点结构要求,在OPNET环境下设计RPR的节点模型，如图2所示。其中，src_A/_B/_C是客户端产生包的数据源，分别模拟A，B，C 3类业务；mac_client是客户端模块，负责把数据源产生的数据经mac_control模块传送到相应的环上或从相应的环路上接收传往本节点的数据,并发送到sink模块；sink模块负责接收数据包，并统计不同类型的数据包，如吞吐量、端到端延迟等，统计完成后将包销毁。mac_control是控制模块，根据客户端要求进行环选择，将来自客户端的业务传送到相应的环路，或从环路上接收发往本节点的数据，进行相关的环切换，发送拓扑信息，执行整形调度等相关控制信息等；fa为公平模块,负责各业务的公平接入并实现公平算法；output_selector是相应的输出控制模块，负责传送业务。rx_0/_1和tx_0/_1分别表示0环/1环物理层的收、发信机。

图2 RPR节点模型

1.3 RPR节点进程模型

进程是一系列作用于数据的逻辑操作及触发这些操作的条件。OPNET进程编辑器采用图形与代码相结合的方式创建进程模型，采用有限状态机（FSM）描述进程的逻辑行为[3]。图3为 mac_control模块的 FSM，其中 data_down、data_up状态分别数据的下环或上环的响应，ctrl_up、ctrl_down分别控制数据上环或下环的响应。process_queues状态负责数据响应的队列处理。cross_up状态负责把跨环的数据经MAC子层放到跨环缓冲器（relay）里，cross_down状态则从跨环缓冲器里取出要跨环的数据并放到环上。Shaper负责对数据整形。

图3 mac_control模块的FSM

图4为fa模块的FSM，其中FA_RCV负责公平算法模块的公平信息帧处理，fa_age负责公平算法速率更新，此模块可在RPR草案D2.0的公平算法基础上扩展，分析验证不同的公平算法[4]。fa_adv广播公平算法模块中的公平信息帧。

图4 fa模块的FSM

2 仿真和性能测试

图5为遵循IEEE 802.17协议所建立的RPR双环网络模型[5]。

图5 RPR网络拓扑模型

设定场景参数[6]：链路支持速率600 Mb/s，链路延时为7×10-5（相当于15 km的光纤距离），网络仿真时间8 s。设置node_0向node_1发送600 Mbit/s的数据流量,node_2向node_3发送300 Mbit/s的数据流量，采集的node_1和node_3的流量如图6所示。从图6可看出，采集到的节点流量满足RPR空间复用的条件，即node_0向node_1传输数据时，在同一环上node_2可不受影响地向node_3传输数据。

图6 node_1和node_3的数据流量

图7为采集node_0到node_1的端到端延时。从图7（a）看到node_0到node_1平均端到端延时未超出0.4 ms,达到毫秒级的要求，结果表明该模型具有较好的时延特性。设置node_1在0～0.3 s时向node_2发送300 Mbit/s的数据流量,node_0在 0.1～0.2 s时向 node_2发送 300 Mbit/s的数据流量，从图 7（b）可看出 node_1在 0.1～0.2 s时发生拥塞，从而触发公平算法，经调整后，在0.2 s后node_1不再拥塞。

图7 收集node_0到node_1间的端到端延时仿真结果

3 结束语

本文遵循IEEE 802.17协议，在网络仿真软件OPNET的环境下对RPR网络进行建模，并对该模型的端到端延时、节点吞吐量及公平性等关键性能进行测试，从而验证了该模型的正确性，为进一步研究RPR提供一定仿真基础。

[1]昌 俊，敖发良.基于一种高生存性RPR网络的路由研究[J].光学与光电技术，2008（6）：1-2.

[2]陶智勇,张继军,包立明,等.弹性分组环[M].北京：北京邮电大学出版社,2003.

[3]张 铭，窦赫蕾，常春藤.OPNET modeler与网络仿真[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[4]何海洋，徐 钊.基于OPNET的RPR网络仿真平台设计与实现[J/OL].2008.http://www.paper.edu.cn/downloadpaper.ph p?serial_number=200806-557&type=1.

[5]IEEE 802.17.Working group.RPR standard 802.17[S].2004.

[6]黄本维.弹性分组环关键技术及其仿真模型研究[D].武汉:华中科技大学，2003.