校园网的网络资源精确分配研究

2021-02-27李长青胡为成杜宇昊徐丹

网络安全技术与应用 2021年2期

◆李长青胡为成杜宇昊徐丹

校园网的网络资源精确分配研究

◆李长青胡为成杜宇昊徐丹

（铜陵学院数学与计算机学院安徽 244061）

随着网络技术的深入发展，校园网已在生活中被广泛运用，精确分配校园网的网络资源是很有必要的。内容从容量估计、覆盖结构两个方面进行考虑，依据仿真校园网内的话务量分布和每个子地点的实时流量变化，在基于时分多址的定向通信网络的动态资源分配算法下，通过对资源的合理调度，使网络资源的分布更精准的作用于每一个实时情景，并及时应对突发流量激增的情况，从而提高网络资源的利用率。

资源分配；校园仿真网络；话务量

随着计算机的诞生与研究，网络理论技术以及应用水平逐渐提升，我们已经进入了网络化和信息化时代，大学生们在生活中已经难以离开网络，校园网在学生和教师的学习与工作中扮演着十分重要的角色，因此网络性能的重要性可想而知。本文对仿真校园网络资源进行精确分配，随着话务量大幅上升，单位时间内的网络拥塞次数得到下降，提高了资源利用率，明显保障了仿真校园网内虚拟用户的正常访问，提供良好的使用体验，网络运行指标都明显得到改善。

1 系统设计与实现

1.1 系统方案

用户的增长导致校园基站无比拥塞，用户的使用感变差。校园网用户的行为与分布具有特殊性，如学生长时间使用QQ或微信等聊天软件，且多在图书馆、食堂、教室和寝室等地点。随着网络技术及智能手机等终端设备的发展，语音话务量随者用户的发展增加较慢，但是流量数据却增长极快，传统模型将因此发生较大的变化。由于没有准确地依据话务量分布情况准确分配资源，所以会严重浪费空口资源。若以传统模型来设计方案，则在实际应用中依然会发生拥堵的情况。对于校园网现有问题，本文对仿真校园网采用了室分的覆盖方法。在基于动态资源分配算法的思想下，我们将整个仿真校园网依据其不同的特性分成了宿舍区，教学楼和学校教务区三个主要部分。

我们对仿真校园网里面的三个分区在不同的时间段分别进行容量估算和单位时间内的话务量的统计。通过对仿真校园网里面的三个主要分区的用户数量，CE话务量统计，仿真校园网的计划用户数和省网发扩容标准四个信息来估算每一个地点所需要的载频数量。对仿真校园网在网络流量激增的情景下进行测试，通过监控网络延迟的波动来测试动态资源分配算法在面对突发的流量激增的情况下的应对能力，使整个仿真校园网在保证校园网深度覆盖的基础上，提升仿真校园网的效率。

1.2 实现原理

在时分多址网络里，动态资源分配算法的主要原理为：在各成员入网以后，在实际需求量有改变时，能自行调整各部分资源的分配，从而优化网络的资源利用情况。在基于时分多址的定向通信网络的动态资源分配算法中，各成员需参照业务对通信时延以及传输速率的要求，在时隙资源基础之上，科学配置其他的资源，获取时隙频率分配表，是其分配表在基本满足业务要求的前提下，对整体的资源消耗最小化。

资源分配算法的求解目标概括为如下两个方面：

（1）分配结果误差：表示分配结果与需求间的差别，分配结果误差尽可能小，当误差为0时就为最佳情形。

（2）全网资源消耗：为不同类别资源分别配置不同的资源消耗系数，该系数由资源的紧缺度决定，全网资源消耗尽可能低。

综上，资源分配算法设计的目标是，在保障资源分配误差尽可能小的基础下，使得全网资源消耗最小化。本文选用分布式控制策略算法，在该算法中，任何一成员仅负责自己的需求，进行独立资源配置运算，并和局部相邻成员协商确认资源分配情况，从而实现资源有效利用[2]。

1.3 实现过程

本文从覆盖结构和容量估算两角度来进行仿真校园网的优化方案设计。

1.3.1估算容量的方法

我们采用整体估算的方法，也就是以校园为整体单位对需增加载的频数进行估算。容量估算法的四个主要条件为：

条件1：本仿真校园在网用户总数——A；

条件2：忙时平均CE话务量——B（以一个月为例）；

条件3：仿真校园计划总用户数——D；

条件4：省网发扩容标准——15.82Erl/载扇（注：CE话务量22.6Erl*70%=15.82Erl）。

缺口资源估算：现网每个用户的话务模型：B/A=C（Er1）；按计划发展用户后的话务量：（A+D）×C=E （Er1）；所需载频总数：F=E/15.82；缺口资源=所需载频总数-现网载频数。

对缺口资源进行估算的步骤：

（1）计算每用户话务量

每用户话务量=扇区话务量/（全天激活用户*数忙时激活用户比扇*区占总话务量的比重）其中，忙时激活比为全天激活总用户数与忙时激活总用户数的比值。

（2）求解扇区发展用户后占激活用户总时隙数

扇区发展用户后占激活用户总时隙数=激活用户总时隙数+每话务量占用的总时隙数*（扇区话务量/全天激活用户）*新发展CDMA用户数*2.7。

（3）计算扇区发展用户后的传输用户数

扇区发展用户的传输用户数=（扇区发展后占激活用户的总时隙数/3600）/600。

（4）计算每载扇需要的EV-DO载频数

每扇区需要的EV-DO载频数=扇区发展用户的传输用户数/扇区支持的最大产生用户数。

（5）计算资源缺口：

缺口资源＝每载扇需要的EV-DO载频数-现网EV-DO载频数

1.3.2覆盖结构设计

（1）对本次优化实验的仿真校园网进行模拟试验，得到仿真校园网内话务量分布律。

（2）根据在线用户数目、预计发展数目，估计需要的载频总数，从而对缺口资源进行计算。

（3）根据仿真校内话务量分布律，选有助于小区域覆盖的宿舍楼安装室内分接器，并辅以室外覆盖天线，同时满足寝室和教室内外同PN覆盖，提升室分信源的利用效率[1]。

1.4 软件流程

基于网络精确分配的网络优化系统设计可以根据仿真校园网的需求来分别对不同地点以及不同时间段下的使用情况进行实时模拟，我们需要根据现实的应用领域，针对性确定具体的系统设计流程，对系统采用模块化的方式进行物理拆分，摸清系统的逻辑面向对象，给出仿真校园网内不同情景下最优的网络资源分配。在运行中，各设计模块间紧密联系，表现了在研发进程中不断学习改进的过程，通过各个子信息的汇总来达到最优的网络资源分配。

2 实验测试与分析

2.1 测试方案

根据系统设计，基于网络资源精确分配信息管理系统的开发环境和部署环境存在差异，并且现有资源较少，故系统的部署与开发以简洁实用为主。移植性较强的Java程序也让系统部署变得简明，以下是主要系统开发环境和部署和测试环境简介。

系统开发、测试是在 Windows 平台中产生，下面为框架平台和应用程序：

系统开发的计算机系统：Windows 系统

开发、测试环境：JDK8.0+eclipse

数据库：MySQL数据库

2.2 测试数据

依据仿真校园网内的话务量分布，以及不同的地点选择合适的地采取室分的覆盖方式，同时将原宏站覆盖校园内的扇区关闭。最后根据仿真校园网内不同时间段和地点的情景定制不同的覆盖方式。最后完全部署之后通过对仿真局域网的（DT/CQT）测试。在经过对仿真校园网的一系列测试之后，我们可以得到仿真局域网优化前后的数据对比。下图为优化前后话务量对比（图1）和优化前后拥塞次数对比（图2）：

图1 优化前后话务量对比

图2 优化前后拥塞次数对比

通过对仿真校园网CE话务量和拥塞次数的优化前后的数据统计，我们可以看出基于时分多址网络的资源动态分配算法的思想中，对仿真校园网中的每一个规划的地点

依据其自身的特性进行相对应的信息统计，并且合理的添加载频数量并且加以室分的覆盖方式可以有效地对网络进行精确的分配。并且优化了单位时间内的CE话务量以及拥塞次数。接着，我们将仿真校园网置于一个网络流量激增的情况下进行测试，对其网络波动的时间以及一段时间内的拥塞次数进行了统计。结果显示在经过动态资源分配的调整之后，单位时间内的网络拥塞次数在网络资源激增的情况下有所降低，但相对于其他资源分配方法，对网络激增这一情况下的处理时间有较长的延迟。

综上所述，在对仿真校园网里面的每一个划定区域根据其特有的性质来分别决定网络的覆盖方法，并且分别收集与分析其信息量，逐一进行模块资源分配，可以较好地提升网络资源的利用率。在面对网络激增这种特殊的情况下，系统可以通过对每一个模块的流量的进行实时监控，动态分配网络资源，控制网络波动的范围，以保证用户的使用体验。