网络损伤仿真系统设计与实现

张建立

摘要：在网络时代，人们对于网络传输质量和网络传输速率有着越来越高的要求，对网络的应用更加频繁，从而推进了光纤网络的广泛使用。光纤网络容易产生信号质量损伤问题，也被称为网络损伤。为了保障网络应用的服务质量，设计了网络损伤仿真系统，并对其进行了实现，以期通过该系统来对网络损伤进行仿真评估，从而进一步改良损伤力强的元件。

关键词：网络损伤 仿真系统 设计

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0170-01

根据当前的网络发展趋势，未来的通讯承载网应该是IP网，这就要求IP网必须具备更高的传输质量和实时性，为了保障数据的传输质量，必须对IP协议进行改造。当前已经有一些研究者提出了影响数据传输的主要因素包括抖动、时延和吞吐量等，这也被称为网络损伤。

1 网络损伤仿真系统的流程和功能

在经过网络时应用程序发送信息的特征会出现改变，这就造成了接收端和发送端的信息特征不一致，从而影响了应用性能，这即网络损伤。网络会影响应用程序的性能，传输时延为0、吞吐能力无穷大的理想数据通路并不会影响应用程序的性能，但是受到物理设备性能指标的限制，以及在网络设备中该应用所传输数据的优先级别等因素的影响，数据通路经常会受到限制。常见的影响数据通路的负面因素主要包括外界干扰、网络控制信息的数据流或者其他应用程序、传输媒介方面的限制，以及网络设备性能指标方面的限制等。

IP网络中的网络损伤主要包括丢失、出错、延时、拆分、重复、重组、乱序、抖动、拥塞、链路中断、干扰、路由震荡、路由陷阱或路由黑洞、速率限制、网络跨越等，其中不能用其他网络损伤表示的网络损伤有6种，分别为：重组、拆分、重复、错误、丢失、延时，这6种网络损伤可称为基损伤[1]。

2 网络损伤仿真系统的具体设计

2.1 设计目标

网络损伤仿真系统应该以整个网络系统为基础，将数据传输和网络通信过程中涉及到的所有元件的具体性能囊括进来，通过比较完整的数学分析模型，建立网络损伤仿真模拟综合评价平台以及输出和输入操作界面，并进行模块化设置。该系统应该通过仿真计算输出误码率和波形图。

2.2 设计流程

该系统选择的程序设计方法是C++语言面向对象，其所定义的对象是引发网络损伤的元件，分别为网桥、交换机、中继器、路由器和光纤，各元件均包括不同的属性和特征，而不同元件的属性和特征又分别具有相应的特性和共性。该系统可以分为两个主要部分：人机交互的数据与操作部分、网络传输损伤评估数据操作部分。

该系统应该设置元件数据库，按照属性和性质对和网络损伤有关的元件进行分类，并对相同的接口函数进行定义，将同类软件衍生出的元件属性差异进行分类，对数据库结构进行定义。以其对传输的作用为依据，对元件赋予不同的传输函数。

2.3 功能模块设计

该系统包括5个紧密关联的功能模块：图形化人机接口模块、设备系统模块、网络数据传输性能评估模块、数据处理模块、网络元件库系统数据库模块。其中网络损伤仿真系统的中心是人机接口模块，主要供用户进行系统操作，用户可以通过该模块启动损伤仿真、建立网络物理结构、设置各元件参数。要对网络中的元件库系统参数和设备系统进行评估，则需要使用网络数据传输性能评估模块，然后使用图形化的方式来显示评估结果。人机交互接口模块可以对设备系统参数和元件库模块参数进行反馈。

2.4 系统操作流程

该系统能够实现图形化、可视化仿真操作，通过图形化操作平台，用户可以进行存取文件、启动仿真、设置参数、调整结构、选择设备、选择元件等操作，用户先要对链路连接的合法性进行检查，然后再对各元件传输函数进行调用，运用波形图来仿真模拟网络传输，最后将仿真结果得出来[2]。

3 网络损伤仿真系统的实现

网络损伤仿真系统的实现可以分为两个基本步骤。第一个基本步骤是要变网络中各节点的线性串扰、ASE噪声、信号平均功率进行计算，第二个基本步骤是对网络的整体性能以及选定的信号畸变进行计算。

在波长与主要使用平均功率和载波波长来对信号进行表示，对于相位传输不予考虑，波长变量的损耗或增益函数用元件来表示，从而进行功率计算。对非线性效应和信号波形受到网络元件的影响不予考虑。以信号占用波段的个数为依据，将信号表示为宽带或者窄带。用在各波长处的传输函数来表示网络元件，并运用数据表或线性方程来给出此函数，可假设一个常数来表示波段内的损耗或者增益。

时间和输入功率也会对各元件的传输函数造成一定的影响，在经过网络的多个元件时，ASE噪声、串扰、信号的功率就要与该元件的损耗值或者增益值相乘，这样就可以得出各个元件输出端的平均功率值。与此同时，如果一个元件产生串扰，就不能在该波长段的平均功率上加上串扰功率，应该使用不同的窄带信号来表示每个干扰，再用第二步仿真来评估串扰造成的影响[3]。

第二步计算可以使用时域的波形来表示信号，此时应该对相位和幅度进行考虑，只计算选中网络的网络拓扑。可以对网络信号的偏振、相位、频率和调制方式进行选择，从而获得初始信号形式。如果串扰向较小，则可当作噪声或者对其进行忽略。可以用一个简单的传输方程来表示网络中的信息元件。通过逆向转换，输出的光谱采样会在输出端的最后一个模块中转回时域信号，频域和时域这两种表示形式同时有效。

4 结语

本文通过对全部的时域信号复振幅进行离散化和采样，对所有的相位信息和辅助信息进行了囊括，通过选择典型元件的方式将元件库建立了起来，同时建立了传输损伤模型。以元件模型和完整的系统框架为基础，使用网络损伤仿真系统来评估和计算整个链路的性能。该系统能够有效地模拟网络损伤，并计算网络传输受到计算机各元件的影响，以此为基础来改良损伤力强的软件，从而使网络传输的质量得到不断的提高。

参考文献

[1]李宏海，周瑞岩.面向对象方法在仿真建模中的应用研究[J].电子技术与软件工程，2014（05）.

[2]李彦广.网络攻防仿真系统终端子系统的设计与实现[J].计算机与现代化，2014（03）.

[3]刘博元，姜嘉慧，范文慧.仿真系统可信度的灰色层次分析法[J].信息与电脑（理论版），2013（08）.