一种多模态智慧网络仿真器架构及仿真测试方法
1.本发明涉及新型网络体系技术领域，尤其涉及一种多模态智慧网络仿真器架构及仿真测试方法。
背景技术：
2.当前，根据特定应用场景的用网需求设计相应的网络标识，承载个性化业务的功能和性能需求，并实现各种网络模态在同一物理环境内的共生共存，即多模态网络，成为未来网络发展的趋势。典型的新型网络标识包括身份标识、内容标识、地理空间标识等。随着信息网络应用领域和应用规模的快速增长，网络技术的快速融合，一方面需要改进网络的协议和算法，进行新的网络协议和算法开发，以提高网络的基础技术支持；另一方面，还需要合理分配和利用已有的网络软硬件资源，进行系统化的规划与设计，解决由于网络复杂性带来的问题。网络仿真是通过在计算机中运行网络模型，并分析运行的输出结果，获得真实网络系统的性能预测，是计算机辅助网络总体设计和性能评价的重要工具。
3.现有的仿真软件虽然可对网络、网元、协议进行仿真和分析，提供可视化仿真、动画演示、日志分析、报文捕获、流量统计等功能，但是存在着以下三个不足之处：1）扩展性不足问题。不能对新网络、新设备、新协议进行快速的有效仿真，需要进行额外的定制化开发；2）应用兼容与支持度不够问题。现有的仿真软件只实现了报文和协议的仿真，不能反映网络应用特有的特性、行为和逻辑，同时应用程序需要进行移植开发后才能在仿真器平台上运行；3）仿真结果与真实环境运行结果的差异性问题。没有提供与外部真实网络的通信接口，不能准确模拟实际网络环境和实际业务应用场景，仿真结果与真实网络环境运行结果存在一些差异。
技术实现要素：
4.本发明针对在当前仿真器的存在的扩展性不足、应用兼容与支持度不够和仿真结果与真实环境运行结果差异性等问题，以及未来可能存在的面对多样化业务与多模态网络模型的仿真器性能问题，提出一种多模态智慧网络仿真器架构及仿真测试方法，拓展对新型网络模型的建模能力，提升多样化业务场景的仿真水平，提高对应用的兼容性和支持度，进而减小仿真结果与实际网络环境的差异，增强网络资源与网络构件的高效适配，从而弥补当前仿真器的不足之处。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明一方面提出一种多模态智慧网络仿真器架构，包括：全维可定义子系统、智慧管理子系统与基础支撑功能子系统，及与全维可定义子系统相连的模型语义解析模块，与基础支撑功能子系统相连的扩展接口；所述模型语义解析模块用于对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础
构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；全维可定义子系统用于将解析后的模型建模为一个三层功能结构的网络模型，包括服务层、控制层和数据层，并通基于功能复用最大化原则建立网络功能构件池；智慧管理子系统用于获取网络模型的状态信息，根据业务需求拟合出实时网络资源管理策略，再对网络功能构件池中的基础构件与网络资源池中的网络资源进行适配，实现网络资源与业务需求之间的动态适配；基础支撑功能子系统用于提供通用基础服务，通过扩展接口支持与外部网络通信和第三方应用软件集成，实现在真实网络环境和实际业务应用场景下的仿真测试。
6.进一步地，还包括：模型抽象描述模块，用于采用形式化语言对模型功能抽象描述，并将描述通过文件的形式存储。
7.进一步地，还包括：与智慧管理子系统相连的输入输出接口，用于将拓扑配置参数输入仿真器内部、输出仿真结果、命令行交互与可视化展示。
8.进一步地，所述全维可定义子系统包括网络功能层次化模型构建模块、网络功能构件池构建模块；所述网络功能层次化模型构建模块用于将解析后的模型建模为三层网络模型：数据层、控制层和服务层；所述网络功能构件池构建模块用于基于功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络功能构件池。
9.进一步地，所述智慧管理子系统包括网络状态感知模块、智能决策模块、适配拟合模块；所述网络状态感知模块用于对网络状态进行细粒度感知和智能分析，获取当前网络拓扑及网络资源使用情况，并基于高层感知语义的统一描述模型生成全网视图；所述智能决策模块用于根据网络状态感知模块感知的网络状态进行网络资源和业务需求之间的拟合决策生成，实时决策网络中的资源管理策略；所述适配拟合模块用于根据智能决策模块生成的策略进行由业务需求和网络状态驱动的、自顶向下的网络功能智能拟合，对网络基础构件和网络资源进行自适应调节操作。
10.本发明另一方面提出一种仿真测试方法，包括：通过模型语义解析模块对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；通过全维可定义子系统将解析后的模型建模为一个三层功能结构的网络模型，包括服务层、控制层和数据层，并通基于功能复用最大化原则建立网络功能构件池；通过智慧管理子系统获取网络模型的状态信息，根据业务需求拟合出实时网络资源管理策略，再对网络功能构件池中的基础构件与网络资源池中的网络资源进行适配，实现网络资源与业务需求之间的动态适配；通过基础支撑功能子系统提供通用基础服务，通过扩展接口支持与外部网络通信和第三方应用软件集成，实现在真实网络环境和实际业务应用场景下的仿真测试。
11.进一步地，包括：步骤1：通过模型抽象描述模块采用形式化语言对模型功能抽象描述，并将描述通过文件的形式存储；步骤2：通过模型语义解析模块对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；步骤3：全维可定义子系统的网络功能层次化模型构建模块将解析后的模型建模为三层网络模型：数据层、控制层和服务层；步骤4：网络功能构件池构建模块在构建的三层网络模型的基础上，基于功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络功能构件池；步骤5：智慧管理子系统通过网络状态感知模块对网络状态进行细粒度感知和智能分析，获取当前网络拓扑及网络资源使用情况，并基于高层感知语义的统一描述模型生成全网视图；步骤6：智能决策模块根据网络状态感知模块感知的网络状态进行网络资源和业务需求之间的拟合决策生成，实时决策网络中的资源管理策略；步骤7：适配拟合模块根据智能决策模块生成的策略进行由业务需求和网络状态驱动的、自顶向下的网络功能智能拟合，对网络基础构件和网络资源进行自适应调节操作；步骤8：通过一组输入输出接口将拓扑配置参数输入仿真器内部、输出仿真结果、命令行交互与可视化展示；步骤9：基础支撑功能子系统提供通用服务，保障全维可定义子系统、智慧管理子系统功能与仿真器的顺利进行，并通过一组扩展接口，支持与外部网络通信和第三方应用软件的集成，在实际网络环境和实际业务应用场景下进行仿真测试。
12.与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明提出了一种多模态智慧网络仿真器架构及仿真测试方法，拓展对新型网络模型的建模能力，提升多样化业务场景的仿真水平，提高对应用的兼容性和支持度，进而减小仿真结果与实际网络环境的差异，增强网络资源与网络构件的高效适配，从而弥补当前仿真器的不足之处。
附图说明
13.图1为本发明实施例一种多模态智慧网络仿真器架构示意图；图2为本发明实施例一种仿真测试方法流程示意图；图3为本发明实施例提供的全维可定义子系统流程示意图；图4为本发明实施例提供的智慧管理子系统流程示意图；图5为本发明实施例采用的离散时间事件驱动仿真示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明：如图1所示，一种多模态智慧网络仿真器架构，包括：全维可定义子系统、智慧管理子系统与基础支撑功能子系统，及与全维可定义子系统相连的模型语义解析模块，与基础支撑功能子系统相连的扩展接口；
所述模型语义解析模块用于对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；全维可定义子系统用于将解析后的模型建模为一个三层功能结构的网络模型，包括服务层、控制层和数据层，并通基于功能复用最大化原则建立网络功能构件池；智慧管理子系统用于获取网络模型的状态信息，根据业务需求拟合出实时网络资源管理策略，再对网络功能构件池中的基础构件与网络资源池中的网络资源进行适配，实现网络资源与业务需求之间的动态适配；基础支撑功能子系统用于提供通用基础服务，通过扩展接口支持与外部网络通信和第三方应用软件集成，实现在真实网络环境和实际业务应用场景下的仿真测试。
15.进一步地，还包括：模型抽象描述模块，用于采用基于形式化语言对模型功能抽象描述，提供模块配置、模型定义、接口规范、参数等要素，高效准确地描述仿真场景、功能及性能需求，并将描述通过文件的形式存储。
16.具体地，模型抽象描述模块是采用形式化语言对模型抽象描述、仿真场景描述和一些开放参数表示，包括模块配置、模型定义、接口规范、参数、功能需求等要素，分为元模型和组合模型。元模型规定了建模元素和建模表示法；其中实体模型表示网络实体元素，抽象模型用于增强描述能力。组合模型则是基于元模型构件的功能模板，进一步提升建模效率。
17.进一步地，还包括：与智慧管理子系统相连的输入输出接口，用于将拓扑配置参数输入当仿真器内部、输出仿真结果、命令行交互与可视化展示等。
18.进一步地，所述全维可定义子系统包括网络功能层次化模型构建模块、网络功能构件池构建模块；所述网络功能层次化模型构建模块用于将解析后的模型建模为三层网络模型：数据层、控制层和服务层；通过一组编程接口，明确各层接口规范和交互关系，实现数据层的深度可编程、控制层的多模态路由寻址和服务层的资源管理与功能编排；具体地，三层建模部分是对模型抽象描述的文本解析，映射为相应的基础功能构件和构件之间的逻辑关系。通过分析模型的语义信息，采用层次化处理的方法进行数据层、控制层和服务层三层结构建模，通过一组编程接口实现数据层的深度可编程、控制层的多模态路由寻址和服务层的资源管理与功能编排等；然后基于语义信息的分析，将网络功能映射为相应的基础功能构件和并建立构件之间的逻辑关系。
19.所述网络功能构件池构建模块用于基于功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络功能构件池。
20.具体地，功能构件池是根据对模型描述文本的解析与功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络构件池，包括节点类功能构件和进程类功能构件。节点类功能构件针对网络对象，代表了节点操作中的一个特定功能，包括数据生成、队列、发送和接收等，由网络上所连接的基本计算单元、终端、网络设备等均抽象而成，提供了用于管理仿真器中网络组件的各种方法。进程类构件主要通过状态和状态转移描述网络事件的逻辑行为，即协议；使用有效状态即来描述进程的逻辑行为，通过状态转移图的状态和转移
两个方面来描述模块的行为。
21.进一步地，所述智慧管理子系统包括网络状态感知模块、智能决策模块、适配拟合模块；所述网络状态感知模块用于对网络状态进行细粒度感知和智能分析，获取当前网络拓扑及网络资源使用情况，并基于高层感知语义的统一描述模型生成全网视图，支持网络感知对象、感知动作、关联规则和功能分配的可定义；所述智能决策模块用于根据网络状态感知模块感知的网络状态进行网络资源和业务需求之间的拟合决策生成，实时决策网络中的资源管理策略；所述适配拟合模块用于根据智能决策模块生成的策略进行由业务需求和网络状态驱动的、自顶向下的网络功能智能拟合，对网络基础构件和网络资源进行包括智能适配，进行路由调度、功能重构、资源配置、服务承载等自适应调节操作，增强网络的业务适应性和可扩展性。
22.具体地，适配拟合模块将上述操作通过与全维可定义子系统联通的接口作用在进行仿真的模型实例上，实现优化网络模型的目标。
23.在上述实施例的基础上，本发明还提出一种仿真测试方法，包括：通过模型语义解析模块对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；通过全维可定义子系统将解析后的模型建模为一个三层功能结构的网络模型，包括服务层、控制层和数据层，并通基于功能复用最大化原则建立网络功能构件池；通过智慧管理子系统获取网络模型的状态信息，根据业务需求拟合出实时网络资源管理策略，再对网络功能构件池中的基础构件与网络资源池中的网络资源进行适配，实现网络资源与业务需求之间的动态适配；通过基础支撑功能子系统提供通用基础服务，通过扩展接口支持与外部网络通信和第三方应用软件集成，实现在真实网络环境和实际业务应用场景下的仿真测试。
24.具体地，如图2所示，仿真测试整体流程如下：步骤1：通过模型抽象描述模块使用形式化语言对要仿真的网络功能模型作抽象描述，包括仿真场景的描述和一些开放参数表示，保存为文本文件并通过一组编程接口输入到仿真器内部；步骤2：通过模型语义解析模块将输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；步骤3：全维可定义子系统的网络功能层次化模型构建模块将解析后的模型建模为三层网络模型：数据层、控制层和服务层；步骤4：网络功能构件池构建模块在构建的三层网络模型的基础上，基于功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络功能构件池；步骤1-4的详细处理流程如图3所示，具体细节如下：模型描述部分是采用形式化语言对模型抽象描述、仿真场景描述和一些开放参数表示，包括模块配置、模型定义、接口规范、参数、功能需求等要素，分为元模型和组合模型。元模型规定了建模元素和建模表示法；其中实体模型表示网络实体元素，抽象模型用于增强描述能力。组合模型则是基于元模型构件的功能模板，进一步提升建模效率。
25.三层建模部分是对模型抽象描述的文本解析，映射为相应的基础功能构件和构件之间的逻辑关系。通过分析模型的语义信息，采用层次化处理的方法进行数据层、控制层和服务层三层结构建模，通过一组编程接口实现数据层的深度可编程、控制层的多模态路由寻址和服务层的资源管理与功能编排等；然后基于语义信息的分析，将网络功能映射为相应的基础功能构件和并建立构件之间的逻辑关系。
26.功能构件池是根据对模型描述文本的解析与功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络构件池，包括节点类功能构件和进程类功能构件。节点类功能构件针对网络对象，代表了节点操作中的一个特定功能，包括数据生成、队列、发送和接收等，由网络上所连接的基本计算单元、终端、网络设备等均抽象而成，提供了用于管理仿真器中网络组件的各种方法。进程类构件主要通过状态和状态转移描述网络事件的逻辑行为，即协议；使用有效状态即来描述进程的逻辑行为，通过状态转移图的状态和转移两个方面来描述模块的行为。
27.模型实例是根据描述的功能、性能需求，将相关的基础功能构件实例化，配置构件参数、构件间的约束和连接关系等。
28.步骤5：智慧管理子系统通过网络状态感知模块对网络状态进行细粒度感知和智能分析，将感知与分析结果传送给智能决策模块；步骤6：智能决策模块根据感知结果，联合网络资源和业务需求，拟合一条资源管理优化决策，并传送给适配拟合模块；步骤7：适配拟合模块根据生成的优化策略，联合网络基础构建与网络资源进行智能适配的自适应调节操作，实现网络资源与业务需求之间的动态适配。
29.步骤5-7的详细处理流程如图4所示，具体细节如下：网络状态感知模块获取的网络信息包含网络拓扑及网络资源使用状况，并基于高层感知语义的统一描述模型生成全网视图，支持网络感知对象、感知动作、关联规则和功能分配的可定义；智能决策模块是根据感知结果，联合网络资源与业务需求，实时决策网络中的资源管理策略。
30.适配拟合模块是根据策略进行由业务需求和网络状态驱动的、自顶向下的网络功能智能拟合，对网络功能构件池中的基础构件与网络资源进行智能适配，包括路由调度、功能重构、资源配置、服务承载等自适应调节操作，增强网络的业务适应性和可扩展性。
31.智慧管理子系统中的适配拟合模块将这些操作通过与全维可定义子系统联通的接口作用在进行仿真的模型实例上，实现优化网络模型的目标。
32.步骤8：通过输入输出控制接口对输入一些仿真需要的拓扑配置参数、仿真结果输出以及命令行交互、可视化展示等；步骤9：在整个仿真过程中，基础支撑功能子系统提供包括仿真模块的加载和调度、事件、事件、信息统计、探针等通用服务，保障其他两个子系统功能与仿真的顺利进行，并通过一组扩展接口，支持与外部网络通信和第三方应用软件的高效集成，在实际网络环境和实际业务应用场景下进行仿真测试。
33.步骤9的详细功能服务如下所示：为进一步提高仿真效率，仿真的加载和调用都采用离散事件驱动方法，如图5所
示。仿真对象注册事件到仿真框架中，在每个离散事件到达时触发执行注册事件，同时注册新的事件并在下一时刻触发执行，满足多样化网络业务、密集计算等仿真场景需求。
34.基础支撑功能子系统提供一组扩展接口，采用直接代码执行技术，在操作系统调用库上进行socket接口转换，应用程序无需进行任何兼容性修改和替换就能在多模态仿真器直接代码执行，实现网络应用的特性、行为和逻辑的仿真测试；并采用虚拟网卡桥接技术，进行仿真器虚拟网卡和ip地址的模拟，实现与第三方软件高效集成，与外部网络通信，实现在真实网络环境和实际业务场景下的仿真测试。
35.以上所示仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
技术特征：
1.一种多模态智慧网络仿真器架构，其特征在于，包括：全维可定义子系统、智慧管理子系统与基础支撑功能子系统，及与全维可定义子系统相连的模型语义解析模块，与基础支撑功能子系统相连的扩展接口；所述模型语义解析模块用于对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；全维可定义子系统用于将解析后的模型建模为一个三层功能结构的网络模型，包括服务层、控制层和数据层，并通基于功能复用最大化原则建立网络功能构件池；智慧管理子系统用于获取网络模型的状态信息，根据业务需求拟合出实时网络资源管理策略，再对网络功能构件池中的基础构件与网络资源池中的网络资源进行适配，实现网络资源与业务需求之间的动态适配；基础支撑功能子系统用于提供通用基础服务，通过扩展接口支持与外部网络通信和第三方应用软件集成，实现在真实网络环境和实际业务应用场景下的仿真测试。2.根据权利要求1所述的一种多模态智慧网络仿真器架构，其特征在于，还包括：模型抽象描述模块，用于采用形式化语言对模型功能抽象描述，并将描述通过文件的形式存储。3.根据权利要求1所述的一种多模态智慧网络仿真器架构，其特征在于，还包括：与智慧管理子系统相连的输入输出接口，用于将拓扑配置参数输入仿真器内部、输出仿真结果、命令行交互与可视化展示。4.根据权利要求1所述的一种多模态智慧网络仿真器架构，其特征在于，所述全维可定义子系统包括网络功能层次化模型构建模块、网络功能构件池构建模块；所述网络功能层次化模型构建模块用于将解析后的模型建模为三层网络模型：数据层、控制层和服务层；所述网络功能构件池构建模块用于基于功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络功能构件池。5.根据权利要求1所述的一种多模态智慧网络仿真器架构，其特征在于，所述智慧管理子系统包括网络状态感知模块、智能决策模块、适配拟合模块；所述网络状态感知模块用于对网络状态进行细粒度感知和智能分析，获取当前网络拓扑及网络资源使用情况，并基于高层感知语义的统一描述模型生成全网视图；所述智能决策模块用于根据网络状态感知模块感知的网络状态进行网络资源和业务需求之间的拟合决策生成，实时决策网络中的资源管理策略；所述适配拟合模块用于根据智能决策模块生成的策略进行由业务需求和网络状态驱动的、自顶向下的网络功能智能拟合，对网络基础构件和网络资源进行自适应调节操作。6.基于权利要求1-5任一所述的一种多模态智慧网络仿真器架构的一种仿真测试方法，其特征在于，包括：通过模型语义解析模块对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；通过全维可定义子系统将解析后的模型建模为一个三层功能结构的网络模型，包括服务层、控制层和数据层，并通基于功能复用最大化原则建立网络功能构件池；通过智慧管理子系统获取网络模型的状态信息，根据业务需求拟合出实时网络资源管
理策略，再对网络功能构件池中的基础构件与网络资源池中的网络资源进行适配，实现网络资源与业务需求之间的动态适配；通过基础支撑功能子系统提供通用基础服务，通过扩展接口支持与外部网络通信和第三方应用软件集成，实现在真实网络环境和实际业务应用场景下的仿真测试。7.根据权利要求6所述的一种仿真测试方法，其特征在于，包括：步骤1：通过模型抽象描述模块采用形式化语言对模型功能抽象描述，并将描述通过文件的形式存储；步骤2：通过模型语义解析模块对输入的模型描述文件进行解析，映射为相应的基础构件和构件之间的逻辑关系，并将其传送到全维可定义子系统；步骤3：全维可定义子系统的网络功能层次化模型构建模块将解析后的模型建模为三层网络模型：数据层、控制层和服务层；步骤4：网络功能构件池构建模块在构建的三层网络模型的基础上，基于功能复用最大化原则，将网络功能分解为基础功能构件，建立网络功能构件池；步骤5：智慧管理子系统通过网络状态感知模块对网络状态进行细粒度感知和智能分析，获取当前网络拓扑及网络资源使用情况，并基于高层感知语义的统一描述模型生成全网视图；步骤6：智能决策模块根据网络状态感知模块感知的网络状态进行网络资源和业务需求之间的拟合决策生成，实时决策网络中的资源管理策略；步骤7：适配拟合模块根据智能决策模块生成的策略进行由业务需求和网络状态驱动的、自顶向下的网络功能智能拟合，对网络基础构件和网络资源进行自适应调节操作；步骤8：通过一组输入输出接口将拓扑配置参数输入仿真器内部、输出仿真结果、命令行交互与可视化展示；步骤9：基础支撑功能子系统提供通用服务，保障全维可定义子系统、智慧管理子系统功能与仿真器的顺利进行，并通过一组扩展接口，支持与外部网络通信和第三方应用软件的集成，在实际网络环境和实际业务应用场景下进行仿真测试。
技术总结
本发明属于新型网络技术领域，公开一种多模态智慧网络仿真器架构及仿真测试方法，该架构包括：全维可定义子系统、智慧管理子系统与基础支撑功能子系统，及与全维可定义子系统相连的模型语义解析模块，与基础支撑功能子系统相连的扩展接口。本发明通过对网络模型进行抽象建模与细粒度分解，建立通用“魔方”结构，提高了仿真器的扩展性和可定义性；通过对网络状态的细粒度感知和智能分析，增强网络多样化业务的适应性；通过扩展接口，实现与外部网络的通信与第三方应用软件的高效集成，能够准确模拟实际网络和实际业务场景，进而提高仿真结果的准确性，减小差异性。减小差异性。减小差异性。
