天地一體化信息網絡寬帶用戶行為仿真技術

蔣姝麗，劉 淵，王曉鋒

1.江南大學 數字媒體學院 江蘇省媒體設計與軟件技術重點實驗室，江蘇 無錫 214122

2.江南大學 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214122

1 引言

隨著地面信息網絡和天基信息網絡的發展，衛星通信系統逐漸從“天星地網”向“天網地網”模式演進，為搶占空天信息競爭的制高點，拓展國家利益，維護國家安全，建設天網地網相融合的天地一體化信息網絡具有重大戰略意義。但天地一體化信息網絡結構復雜，具有規模大、協議多、高動態、分布式自組織等特點，攻克技術問題與難點時耗資巨大[1]，因此有必要搭建相應的網絡仿真實驗平臺，對涉及到的新技術、新方案進行驗證，從而高效地推進天地一體化信息網絡工程的實現。

寬帶用戶行為是指占用大量帶寬資源、頻繁使用數據傳輸的網絡活動。天地一體化信息網絡中寬帶用戶作為通信用戶的重要主體，具有分布范圍廣、用戶規模大、行為多樣、并發通信高等特點，需要對天地一體化信息網絡中的寬帶用戶行為仿真進行重點研究。

目前基于云平臺的虛擬目標網絡的構建已成為網絡仿真的新趨勢。云計算仿真平臺具有通用性、可擴展性、實時仿真等優勢，可以為網絡仿真提供高性能、靈活的虛擬仿真環境[2]；而虛擬化技術在資源的有效利用、動態調配和高可靠性等方面有著巨大的優勢[3]。本文以云計算技術支撐的仿真平臺為實驗環境，結合虛擬化技術，構建天地一體化寬帶用戶行為仿真網絡。融合系統仿真工具包STK（System Tools Kit），對衛星鏈路特性參數實現動態控制，確保衛星鏈路狀態和性能，實時監控用戶數據，支持靜止狀態和移動狀態的用戶接入，適用衛星場景多種用戶通信。對網絡中寬帶用戶進行研究，針對寬帶用戶數目多、行為多樣、并發通信高等特點，提出了基于模型驅動、參數可配置的寬帶用戶行為仿真方法，通過提取用戶行為參數特征量，以模型驅動的方式控制用戶行為，實現寬帶用戶的高逼真仿真；利用分布式方法構建仿真用戶群，實現寬帶用戶行為的大規模仿真；研究用戶web訪問、ftp文件傳送、郵件、即時通訊（Instant Messaging，IM）等行為的規律，部署行為驅動，實現多樣化用戶行為仿真。

2 相關工作

目前，圍繞天地一體化信息網絡以及衛星網絡場景用戶行為仿真的相關工作主要包括衛星網絡仿真、用戶行為仿真研究兩方面。

衛星網絡仿真當前的主流技術可分為測試實驗床、網絡模擬技術以及網絡仿真技術。測試實驗床可滿足高逼真仿真的需求[4]，但無法滿足大規模、復雜結構的仿真需求，且成本較高。網絡模擬技術可滿足衛星網絡規模大、動態仿真等需求[5-7]，但無法逼真再現用戶操作和實際應用的部署，存在逼真性不足的局限。在網絡仿真方面，Li 等人基于云平臺對 LEO（Low Earth Orbit）衛星鏈路進行了仿真，實驗證明基于OpenStack 可以實現實時、按需分配和可擴展的仿真平臺的創建，可以實現鏈路特性精確控制[8]，但該文獻只考慮了單條鏈路。文獻[9]融合了OpenStack 云平臺與衛星仿真工具包STK的優勢，提出一種高性能衛星網絡仿真方法，能夠支持多種衛星鏈路特性的高逼真仿真及天基骨干鏈路的高通量仿真，但該文獻并未采用真實用戶數據進行通信，通信鏈路中流量數據單一，不具備多協議性。

用戶行為仿真研究方面，Barabasi 和Vazquez 通過統計人們發送和回復電子郵件的事件間隔分布和事件等待時間分布，發現這兩個特征量都服從冪率分布，證明人類行為常常存在長時間的靜默，同時伴隨著短時間的陣發[10]。Dombry等人證明了流量數據的行為規律趨近于泊松分布[11]。宋濤等人基于BISANTE（Broadband Integrated Satellite Network Traffic Evaluations）建立分層業務流量模型[12]，并利用Opnet進行建模和仿真，文章結果表明，利用流量模型能較好地反映用戶行為對網絡性能的影響，具備較好的可信度和應用的價值，但是Opnet仿真平臺是商用平臺，可擴展性差，大規模仿真時的效率較低。Loyola 等人提出了一種基于會話仿真的網絡用戶行為分析的新方法，利用蟻群優化算法對用戶行為進行建模，提高了模型的適應性[13]，但是這種理論分析方法計算量大，訓練過程較慢，不適合大規模用戶行為仿真實驗。單曉紅[14]、鄧夏瑋[15]等人對網絡社區用戶數量及行為的變化規律進行了仿真與分析。肖云鵬研究了用戶時間、空間仿真模型，并以微博系統為代表，對在線用戶微博發帖、回帖、互粉等行為進行了仿真分析[10]，但他們的仿真實驗面向互聯網，并未針對衛星網絡用戶進行研究，仿真的用戶行為單一，規模小，不能體現寬帶用戶行為多樣化、高并發的特性。

針對以上分析，本文結合云計算、虛擬化技術，借助文獻[9]的衛星網絡仿真技術，研究天地一體化寬帶用戶網絡仿真技術，相較于文獻[8-9]，在高性能天基通信網絡仿真的技術上，接入了地面通信仿真網絡，真正實現天網地網相融合；通過模型驅動的分布式用戶行為仿真方法，逼真再現寬帶用戶行為大規模、多協議、高并發通信，鏈路中通信數據更具有參考性；天基網絡支持靜止狀態和移動狀態的地面寬帶用戶接入，能夠滿足天地一體化網絡場景的多種用戶接入需求。

3 天地一體化信息網絡寬帶用戶仿真體系

3.1 天地一體化信息網絡場景

天地一體化信息網絡采用天網地網相互連接、融合的通訊架構，包括由高軌衛星組成的天基骨干網，由低軌衛星星座、Ka星座及Ku星座組成的天基接入網和由地面用戶節點組成的地基節點網互聯、融合而成[16]。其中天基骨干網由若干個處于對地靜止軌道的高軌衛星節點聯網組成，承擔著網絡中數據轉發/分發、路由、數據傳輸等重要功能，可實現網絡的全球、全時覆蓋；天基接入網包括高軌衛星移動接入網、低軌星座接入網等，為陸基、海基、空基、天基多維度用戶提供網絡接入服務；地基節點網由關口站、一體化網絡互聯節點等地基節點聯網組成，主要實現對天基網絡的控制管理、信息處理，以及天基網絡與地面用戶互聯網的互連等功能。

天地一體化寬帶用戶仿真網絡以高軌衛星以及Ka星、Ku 星為通信衛星，其中Ka 頻段工作范圍為26.5～40.0 GHz，Ku 頻段工作范圍為12.4～18.0 GHz。地基寬帶用戶通過Ka、Ku星接入天基骨干網，用戶之間的通信使用衛星通信鏈路傳送，經由衛星仿真節點轉發，實現跨網域、跨空域通信。

3.2 寬帶用戶行為仿真架構

為克服仿真規模、仿真逼真性與計算開銷的矛盾，尋求一種高性能的仿真實驗平臺，文獻[17]通過對時下幾種開源云平臺的擴展性和高性能計算真實負載等進行實驗評估，結果表明OpenStack 對計算密集型的高性能應用負載表現出較好的性能。為此本文選擇Open-Stack作為仿真平臺，融合STK仿真優勢，搭建大規模的衛星網絡，并考慮衛星通信網中的各條鏈路狀況。通過STK/Matlab接口對衛星鏈路的參數實現動態控制，保證仿真平臺的逼真性。

圖1 天地一體化寬帶用戶網絡仿真平臺拓撲圖

基于OpenStack分布式架構，構造了控制節點、計算節點和網絡節點，通過網絡時間同步協議NTP保證各個節點間的同步服務。控制節點負責平臺中用戶的鏡像服務（Glance）、節點生成、仿真架構的規劃管理等控制操作；計算節點中的虛擬軟件交換機OVS（Open vSwitch）負責虛擬網卡關聯的方式，管理仿真網絡，Nova則負責虛擬節點的建立與運行，以及虛擬資源的管理服務；網絡節點中的Neutron 主要提供動態主機配置協議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）、外網接入等網絡連接服務，并通過namespace 傳遞遠程配置文件，管理仿真節點。基于云平臺的用戶行為仿真架構如圖1所示。為實現資源的靈活調度，計算節點均采用全虛擬化技術KVM（Kernel-based Virtual Machine），為集成地面用戶節點和衛星網絡提供安全穩定的服務。其中衛星鏈路仿真模塊依據拓撲描述文件，通過多粒度節點部署模塊從拓撲描述文件中獲取節點信息，采用節點自動映射技術，部署天地一體化寬帶用戶仿真網絡場景，確保衛星網絡拓撲部署的高效性。地面用戶節點分為服務器節點和寬帶用戶仿真節點。服務器節點部署了服務器模塊和數據采集模塊，其中服務器模塊中集成了一套完整的web 服務器、郵件服務器、ftp 服務器、IM服務器，用于支持用戶訪問以及數據處理。采集模塊負責將采集到的數據存儲在數據庫中，用于對仿真的通信效果以及資源占用等情況進行分析。寬帶用戶仿真節點部署了用戶模型庫（Users Mode Library，UML）、參數控制規則、行為統計、用戶群仿真模塊以及行為驅動等，用模型控制行為驅動，實現逼真仿真用戶行為。地面用戶節點受行為管控模塊調控，實現用戶行為的分布式、高并發仿真。服務器節點和用戶節點部署在不同的終端，均設計有對外接口服務，便于通信數據的采集和傳輸。

4 寬帶用戶行為仿真關鍵技術研究

基于3.2 節設計的用戶行為仿真平臺，針對四種寬帶用戶行為，部署行為驅動，研究基于模型管理和驅動仿真終端的方法。為此對寬帶用戶的四種典型行為提取不同的用戶行為特征量參數，建立用戶行為表示模型，并設計分層調度模型仿真基于流量特征的業務流模型的用戶行為，結合用戶行為特征，通過調用用戶模型配置參數，啟動用戶行為，控制流量數據的行為規律。使用參數可配置、模型驅動、線程進程并發控制相結合的方式驅動用戶行為，實現寬帶用戶多樣化、高并發寬帶用戶行為仿真。

4.1 多樣化寬帶用戶行為仿真方法

用戶作為通信仿真的主體，研究用戶行為屬性是實現逼真仿真的基礎。本文針對四種寬帶用戶行為，通過提取驅動個體行為內在和外在的特征量，并采用向量的方式表示寬帶用戶行為，構建用戶行為表示模型。如表1，以用戶文件傳送行為為例，通過Actf=((SIP,SPort),(DIP,DPort),Protocol,name,passwd,StartTime,EndTime,Ufile,Dfile,Udir,Ddir,Freq)辨定用戶一次文件傳送行為。其中元組(SIP,SPort)為用戶識別碼；(DIP,DPort)為服務器IP地址和端口；Protocol為行為的協議類型，端口和協議類型決定了用戶將進行何種行為，產生對應協議的業務流量；name、passwd為登錄服務器時用戶驗證信息；StartTime為用戶開始訪問服務器的時間；EndTime為結束時間；Ufile、Dfile分別表示上傳/下載的文件；Udir、Ddir表示用戶上傳/下載目錄；Freq表示用戶上傳、下載行為的次數；bSize表示流量占用字節數。采用向量的方式細節化控制用戶行為規律，可有效仿真每種用戶行為特征，實現逼真仿真用戶行為。此外通過向量ActList來表示一個用戶全部行為，如ActListi=[web,chat]，表示用戶i將進行web 訪問、IM聊天行為。

表1 用戶行為屬性

通過對WIDE項目組采集的samplepoint-F 2018數據集[18]，那不勒斯費德里科二世大學計算機網絡小組使用Plab 捕獲的真實網絡的流量跟蹤數據集[19]，以及Panabit 網絡大數據系統在萬兆網絡環境下的統計流量數據分布圖進行綜合分析，得出一段時間內網絡中用戶web 行為、ftp、郵件、IM 行為的數據流量分布大致滿足24∶12∶3∶1 的比例，以該數據為參照，控制用戶四種行為，生成通信流量：

模擬真實網絡中用戶數據流量情況，其中ALLTraffic為等時間間隔 ΔT內用戶通信總的業務量，Fi、Wi、Ei、Ci分別表示用戶i文件傳送、web訪問、郵件、IM行為產生的流量，如表2，是ΔT時間內群體用戶訪問服務器時的統計數據模型。

4.2 高并發寬帶用戶行為仿真

天地一體化寬帶用戶仿真實驗必須具備大規模實驗的能力，因此需要對寬帶用戶高并發通信進行壓力測試，為天地一體化信息網絡建設提供實驗支撐。

表2 群體用戶行為屬性

4.2.1 虛擬用戶創建

結合4.1 節用戶行為向量設計，網絡用戶可用元組VUsr=(ip,port,name,passwd)唯一地識別。針對天地一體化用戶多的特性，為有效地節約物理資源，解決一臺云主機只有一個網卡，只能仿真一個用戶的問題，本文采用全虛擬化技術，結合單網卡多IP 技術思路[20]，通過擴充虛擬網卡，在一臺云主機上添加了多個虛擬IP，保證仿真用戶擁有自己的獨立IP地址。借助全虛擬化路由協議為終端節點自動添加目的網絡路由表，實現不同主機上虛擬IP與真實IP、虛擬IP與虛擬IP互通。

用戶與服務器之間通信通過建立tcp 連接來實現，結合tcp連接機制，通過建立虛擬用戶池，將用戶以元組VUsr的方式存進用戶池，池中每一條記錄代表一個用戶實體，當用戶發起連接時，先從池中撈出用戶，將用戶信息（ip，port）封裝進用戶請求數據包，實現用戶通信。

4.2.2 高并發用戶行為仿真

通過采用多個用戶節點分布式協同合作以及節點內部用戶群平行擴展的方法實現高并發用戶行為。

（1）基于3.2 節的天地一體化寬帶用戶行為仿真網絡場景，多粒度節點部署模塊依據拓撲描述文件獲取用戶仿真節點信息，生成控制命令，部署多個用戶仿真節點，通過行為管控模塊傳遞參數指令給用戶仿真節點，實現分布式寬帶用戶行為協同控制。

（2）用戶仿真節點采取多進程多線程協同合作的方式，在一臺物理機上啟動多個用戶群仿真模塊（User Group Control Module，UGCM），實現客戶端水平擴展，同時在每個UGCM使用線程并發控制多個用戶，調控用戶行為；四種用戶行為驅動獨立運行，每個行為模塊互不影響，通過運行接口接收用戶行為向量參數值，控制用戶行為規律，支持多個用戶同時進行多種用戶行為。

（3）為實現線程的tcp高并發連接，服務器數據處理部分采用epoll 模型[21]實現對非阻塞模型socket 流讀寫操作的I/O 多路復用，處理多用戶并發通信數據。較傳統的select/poll 的輪詢機制，epoll 機制無需遍歷整個被監聽的描述符集，如果注冊在epoll等待隊列中的FD事件狀態發生了變化，內核就直接將這些事件放到events數組中返回，因此epoll 監聽效率不會隨著監聽事件數的增加而顯著下降，epoll中監聽的事件數沒有限制，它只與系統的資源有關。如圖2 所示為服務器端epoll 處理事件的流程圖。利用epoll 機制，可以更高效地實現事件驅動，有效解決服務器高并發處理用戶行為事件數量限制，提高仿真效率。

圖2 epoll處理事件流程圖

4.3 用戶行為仿真模型

本文基于BISANTE模型對用戶行為流量產生的過程進行抽象和分層建模，設計并創建了模型控制模塊（Mode Ctrl）、場景匹配模塊（ACh）、用戶匹配模塊（VUsrCre）、寬帶用戶行為仿真模塊（UsrBehEmu），使用一種自上而下的模型驅動框架，驅動用戶行為產生以及業務流量形成。

模型控制模塊位于最上層，主要負責優化系統資源、集成控制命令、激發相鄰下層操作并監控運行流程等功能，個性化地配置其他模塊中實現具體功能的參數與屬性。控制包括場景匹配、用戶選擇以及行為驅動在內的整個流程，是確保用戶仿真逼真度的核心部分。

場景匹配模塊和用戶匹配模塊位于會話層，負責仿真節點多用戶的負載，并指定特定用戶節點觸發行為，以及維持不同應用之間的轉換。場景匹配模塊根據上層命令配置行為列表ActList、行為標識Act，控制用戶行為方式以及用戶通信行為過程。用戶匹配模塊，與單個節點多個用戶相關，完成自動化地為用戶配置虛擬IP與端口等操作，將用戶以元組VUsr的方式存進用戶池，通過從用戶池中提取用戶傳遞給寬帶用戶行為仿真模塊。

寬帶用戶行為仿真模塊位于應用層，模塊中部署了完整的web、ftp、郵件、IM行為驅動，生成協議流量。以用戶文件傳送行為為例，模塊驅動文件傳送的控制流程如圖3 所示，并以相似的方法部署用戶web 行為、郵件行為和IM行為驅動，仿真寬帶用戶行為。行為驅動設有對外接口，用戶接受上層傳送下來的命令序列，個性化地產生用戶行為，按照指定的規律產生相應的業務流。

文件傳送仿真實現步驟如下：

（1）客戶端根據StartTime激活ftp 行為驅動，根據(SIP,SPort)尋址到目的服務器，與服務器端建立tcp連接，并封裝用戶VUsr信息。

（2）使用ftp服務器里面注冊的用戶（root用戶、普通用戶和匿名用戶）進行登錄。

圖3 用戶文件傳送（ftp）流程

（3）進入服務器文件列表，服務器管理、限制用戶根目錄以及訪問權限，根據登錄用戶類別不同，用戶進入不同的根目錄，根據Udir、Ddir參數切換目錄。

（4）根據Ufile、Dfile等參數選擇上傳/下載方式，向服務器發送傳輸請求，服務器根據客戶請求，傳送文件，并修改目錄。

（5）根據EndTime、Freq等參數判斷是否繼續傳送，最后發送斷開連接請求，與服務器斷開連接。

仿真模塊間的分層調度模型如圖4所示，其實現過程如下：

（1）模型控制模塊激發用戶匹配模塊創建虛擬用戶VUsr，存進用戶池。

（2）模型控制模塊調用場景匹配模塊和用戶匹配模塊，選擇行為，提取虛擬用戶信息，根據用戶行為表示模型，對模型特征量進行賦值，將其數值化，并將用戶的ActList、Act以及VUsr的參數權值以一個用戶樣本的方式存進用戶行為模型庫。

（3）啟動寬帶用戶行為仿真模塊，根據用戶模型緩存區中的用戶模型數據選擇行為方式，啟動相應的行為驅動，仿真UC（用戶代理）模擬用戶終端。

（4）模型控制模塊根據用戶樣本，生成控制命令，完成用戶消息創建，向下層寬帶用戶行為模塊發送連接服務器的控制信息與通信控制信息。用戶代理根據上層傳遞的命令序列激活行為驅動，向服務器發送連接請求并傳輸數據，仿真用戶行為，生成通信報文。

（5）模型控制模塊對用戶行為仿真模塊發出的通信報文進行檢測控制，確保服務質量（QoS），底層對報文進行封裝，并最終生成仿真流量。

圖4 仿真模塊分層調度模型示意圖

5 實驗及結果分析

5.1 實驗環境

圖5 仿真通信網絡

天地一體化寬帶用戶網絡仿真架構基于OpenStack Mitaka版本搭建，項目環境如表3所示。實驗中計算節點均采用全虛擬化方式，基于3.2節的仿真架構，通過多粒度節點部署模塊從拓撲描述文件中獲取節點信息，控制衛星仿真模塊，部署天地一體化寬帶用戶仿真網絡場景。計算節點1 部署天基骨干網節點以及Ka、Ku 衛星節點，計算節點2部署2個服務器節點，計算機節點3上部署4 個寬帶用戶仿真節點。衛星節點以透明轉發的方式實現衛星的中繼轉發功能，地面用戶節點之間通過天基骨干網絡進行通信。

表3 實驗環境

天基骨干網為雙軌道環狀網絡，每個軌道分布3顆地球同步衛星，且軌道間臨近衛星互為備份。寬帶用戶行為仿真拓撲如圖5 所示，圖中6 顆高軌衛星分別命名為 GEO1，GEO2，…，GEO6；Ka 星和 Ku 星分別命名為KA、KU；用戶行為仿真節點主要由2個服務器節點及4個寬帶用戶仿真節點實現，每個寬帶用戶仿真節點部署有多個仿真用戶群，形成地面仿真網絡。服務器節點直接與高軌衛星相連，寬帶用戶仿真節點通過KA、KU 星接入天基骨干網，與服務器進行通信。采用高通量路由仿真技術仿真衛星節點及用戶節點，其中衛星節點、寬帶用戶仿真節點均占1個VCPU，2 GB內存，滿足衛星節點及用戶節點仿真需求，地面服務器節點分配4個VCPU，8 GB內存，滿足服務器節點高效處理、轉發數據需求。

5.2 寬帶用戶接入衛星網絡的仿真

系統仿真工具包STK是航空航天專用模擬軟件，能為天地一體化網絡仿真平臺提供精確衛星軌道數據及鏈路特性數據，通過STK/Matlab 接口并行控制衛星通信鏈路特性和狀態，確保地面網絡用戶接入以及用戶通信需求。寬帶用戶行為仿真場景如圖5 的拓撲所示。以兩個用戶節點為例，其中寬帶用戶節點A 位于北京，為靜止狀態，通過KA 星接入天基骨干網，寬帶用戶節點B位于從臺北到上海的客輪上，為移動狀態，通過KU星接入天基骨干網，寬帶服務器位于南京，直接接入天基骨干網。用戶節點A、B通過接入天基骨干網，與不同域的服務器交互，完成web、ftp、郵件、IM等寬帶用戶行為仿真。

寬帶用戶節點B 具體移動情況如圖6 所示。在STK中設置輪船航線途中坐標點并進行實時鏈路計算，計算結果返回仿真平臺，并據此實時控制相應虛擬衛星鏈路特性，從而保證衛星動態鏈路仿真實時性與逼真性。衛星鏈路延時仿真逼真性如圖7所示，將寬帶用戶節點A 與寬帶用戶節點B 之間衛星鏈路實際延時與理論延時進行比較，實驗結果表明鏈路仿真具有較高逼真性，支持天地一體化衛星場景不同用戶接入需求。

圖6 寬帶用戶節點B移動線路

圖7 衛星動態鏈路延時仿真逼真性測試

5.3 行為仿真可行性與逼真性實驗分析

如圖5，從仿真節點1、用戶仿真節點4 中各取兩個用戶user1、user2、user3、user4，進行用戶行為仿真測試，控制模塊生成用戶參數模型、行為列表ActList,用戶代理根據模型中的DIP,DPort,Protocol,name,passwd,StartTime,EndTime,Freq等參數啟動行為驅動，根據DIP參數尋址到目標服務器節點，根據DPort,Protocol訪問目的服務器，測試用戶通信行為結果如表4所示。

實驗結果證明，用戶向服務器發送連接請求，目的服務器均收到用戶請求數據，成功建立連接；客戶端成功進行web訪問、上傳/下載文件、發送郵件、聊天行為，服務器根據用戶行為請求對數據進行處理與轉發；user1、user4 均能接收到對方發送的聊天內容，能夠實現即時通訊行為。綜上，本文的用戶行為仿真方法可以逼真仿真用戶終端，實現與真實的服務器軟件進行交互通信。

表4 用戶行為測試

5.4 寬帶用戶高并發通信仿真實驗分析

基于4.2 節的高并發設計方法，每個寬帶用戶仿真節點每5 s啟動1個用戶群仿真模塊，每個模塊以100次/s的速度啟動虛擬用戶，驅動行為，產生業務流量。通過在客戶端、服務器檢測數據流量，統計一段時間內虛擬用戶并發訪問服務器的用戶數目。圖8 為隨著用戶數增加內存的使用情況，可以看出，隨著訪問服務器用戶數增多，服務器節點內存消耗不明顯；客戶端內存與激活的虛擬用戶數成正相關關系，隨著產生行為的用戶數目增加，內存隨之增加，隨著用戶增速的變緩，內存的增速變緩，最后隨著用戶行為結束，內存逐漸降低；當通信用戶達到10萬，內存資源占用平均為每百個用戶1.665 MB。實驗結果證明，客戶端用戶仿真方法可有效支持用戶高并發行為，實現10萬虛擬用戶并發訪問服務器。

圖8 高并發通信實驗結果

5.5 模型驅動用戶行為實驗驗證

本次實驗針對用戶模型驅動機制進行用戶通信行為的仿真實驗，設計用戶行為輸出服從泊松分布，控制用戶產生行為的規律，以4.1 節調研的網絡用戶四種行為的流量比統計結果，控制用戶訪問四種行為的比例，控制行為數據輸出的標準。啟動400 個用戶為實驗對象，以5 s 為一個時間步列，設置用戶在每步列內，ftp、web、郵件、IM行為輸出分別服從均值為120、250、30、10的泊松分布，服務器端每5 s 統計一次用戶到達數據情況，共統計60次，借助網絡封包分析工具Wireshark分析服務器端采集到的用戶行為請求到達數據包。圖9 為采集到的用戶四種行為數據折線圖。以web行為為例，圖10為統計到的web行為請求數據到達數量統計直方圖，可見用戶到達的數據整體分布基本與模型一致，滿足泊松分布的特性。

圖9 行為規律測試結果

圖10 用戶web行為數據統計直方圖

使用模型驅動的方式結合高并發實驗啟動虛擬用戶，驅動用戶行為，根據模型驅動下用戶行為高并發數據流量規律，每5 s統計一次用戶到達數據情況，用戶行為數據如圖11 所示，可以看出用戶四種行為數據流量基本滿足24∶12∶3∶1的比例。實驗結果表明，本文設置的模型驅動方式可以很好地驅動仿真節點，再現用戶通信場景，實現高并發、多樣化用戶行為仿真。

圖11 用戶行為數據

6 結束語

在天地網絡融合發展的趨勢下，本文面向天地一體化信息網絡，基于云平臺搭建天地一體化信息網絡寬帶用戶行為仿真平臺，設計一種參數可配置的寬帶用戶仿真模型；結合虛擬化技術使用基于模型驅動的大規模復現寬帶用戶行為的方法，逼真再現天地一體化信息網絡中典型寬帶用戶行為通信場景；實現了寬帶用戶行為多樣化、高并發通信仿真，仿真規模可達到10 萬用戶并發，對天地一體化信息網絡的實驗評估具有重大意義，對未來天地一體化通信產業的發展具有一定的參考價值。