[发明专利]一种分布式网络模拟方法及系统

说明书

本发明涉及一种分布式网络模拟方法及系统。该方法包括：1)通过用户接口模块进行网络环境配置，并下达网络模拟任务：2)调度管理与负载均衡模块从用户接口模块接收网络配置及网络模拟任务，采用负载均衡策略将全局的模拟网络分配给物理计算资源，并向模拟进程控制模块下达任务；3)模拟进程控制模块接收来自调度管理与负载均衡模块的任务，管理模拟进程的状态，按照任务类型进行相应处理；4)调度管理与负载均衡模块接收模拟进程控制模块反馈的任务执行结果，汇总后传达给用户接口模块。本发明通过分布式模拟的计算资源管理、负载均衡及网络模拟进程的调度，实现了不同策略下的模拟网络负载均衡以及多个并行执行的模拟网络实例的调度管理。

技术领域

本发明涉及网络模拟技术领域，涉及网络模拟的分布式、并行化、负载均衡技术，具体涉及一种分布式网络模拟方法及系统。

背景技术

计算机网络的发展呈现出面对规模日益增长，复杂性不断增强、环境日益多变的特点，这也就使得网络性能、大量网络信息内容的挖掘、网络安全等问题伴随着网络的发展而变得日益突出。复杂网络环境下的应用如网络空间安全性、相关网络工具有效性等很难在实际的网络中对其进行充分有效的测试、验证和评估。军事、教育、科研、互联网应用等领域均需要模拟出能够满足各系统测试与评估所需的复杂、多样、灵活的网络环境。

常见的虚拟网络构建技术中，软件模拟方法以其在模拟规模、模拟灵活性和实现成本上的独特优势成为目前主流的网络模拟应用技术，下述的网络模拟特指以软件模拟方法实现的网络模拟。尽管网络模拟技术已经得到非常广泛的应用，但现有硬件参数下，单机模拟能力有限，进行分布式的网络模拟，扩展模拟规模是网络空间活动研究的迫切需求。另外，由于多粒度抽象的虚拟网络构建技术出现，使得虚拟网络不再由单一虚拟粒度节点构成。网络模拟节点常常作为虚拟网络的一部分，与仿真节点(虚拟机)、实物设备交互，这就要求分布式网络模拟方法能够适应与仿真、实物设备的交互需求。

常见的分布式并行模拟方法主要从以下两个角度：

1、基于事件并行的并行模拟技术。网络模拟技术本质上采用的是离散事件调度，将网络活动抽象为一个一个事件，按照时间顺序形成一个(先进先出)FIFO的时间调度列表，插入到调度器中。基于事件的并行模拟技术需在离散事件中提取出能够并行执行的事件达到并行的目的。此类并行模拟技术的问题在于：需要进行复杂的计算来理清所有事件的同步关系，以及复杂的同步调度机制，对原有的模拟工具框架改动较大，另外也无法适应与仿真、实物设备交互需求，在跨服务器时也涉及到此类问题，局限性大。

2、基于拓扑划分的分布式并行模拟。此类分布式并行模拟方法主要思想是，将网络拓扑划分成多个子网络，每个子网只保存各自负责子网的信息，采用此类方法最为著名的是PDNS。PDNS是基于NS-2的并行模拟器，也是较早且较为通用和常用的并行模拟器，由于NS-2本身不支持与实物设备通信、没有物理时钟同步机制，PDNS需要解决如何进全局的模拟时钟同步、跨服务器的模拟节点通信如何处理。为了解决这些问题，不得不对原有的NS-2做一定的改动并引入通信代理实现跨服务器之间的事件转移，而基于该类型并行模拟技术的研究又多集中于如何进行网络拓扑如何划分上。

另外，由于越来越多的研究需求使得对提供虚拟网络构建服务的虚拟网络平台需求日益凸显，这就要求，分布式的网络模拟方法必须支持多个模拟实例的并行执行和调度管理。综上所述以上系统或方法的主要问题在于：

1)由于无法采用物理时钟同步，网络模拟过程中采用模拟时间，将大规模网络模拟并行或者分布式化，必须进行复杂的时间同步计算来保证全局网络模拟的正确性；需引入额外的机制来实现跨处理器跨硬件设备的子网之间的交互。

2)无法适应与仿真节点、实物设备的交互，真实度降低。

3)不考虑多个模拟网络实例的调度管理。

发明内容