CCN 分散式架構系統模擬及效能分析

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第七章、 CCN 分散式架構系統模擬及效能分析

7.1、系統模擬目的

為驗證 CCN 網路群組通訊導入分散式資料庫架構之可行性及效能，我們建立一套 CCN 群組通訊網路，因基地台設備不易取得，故採無線 AP 來模擬基地台設備，利用 AP 構成一個區域網路，並採用 IP 封包交換技術(分封交換技術)，來傳送通訊訊息及 Voice 封包(又稱 VoIP)，另在此網路中建置數台 Server 安裝資料庫管理系統，俾利達成資料分散之目的。

7.2、系統模擬環境

本研究之系統模擬環境為，將用戶端通訊設備採用 Android 平台的智慧型手機，並安裝 CCN 群組通訊應用程式，透過無線網路與模擬基地台的無線 AP 連線，此時，用戶即進入 CCN 網路，經過註冊程序後，即可與其他成員建立通話。而 CCN 網路內部元件主要由多台 notebook 所構成，一台筆記型電腦主要包含 EC Module、ICC Module(內建 802.11 無線網卡)等核心元件。此外，我們選擇其中一台假設為 CCN 網路之連網台 (Survival BS)，與後端 Core Network 連線，其餘 notebook 則為孤立台(Isolated BS)，每台 notebook 透過 ICC Module 與無線網路與其餘 notebook 溝通。另於每台 notebook 內安裝關聯式資料庫管理系統來模擬 CCN Agent DB 及 Mobility Management DB，以提供註冊與建立通話程序時，查詢及處理群組資料使用，並指定連網台 EC Module 為 root node，

儲存所管轄之孤立台 EC Module 及其所屬區域內的 Group_Member 及 HLR 資料表，其餘孤立台為 Local EC Module，分別儲存所屬 HLR 資料表，並依照前述 Group_Member 及 HLR 資料表儲存架構儲存資料。

本系統模擬採用一台 AP 及四台 notebook 來模擬 CCN 網路，一台 notebook 模擬連

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網台(為 root node)，其餘為孤立台(為 internal node)，為測試多階層架構對查詢造成之影響，我們在此模擬四階層架構，如圖 7.1 所示，另用樹狀結構表示，如圖 7.2。

Core Network

Survival BS

Isolated BS

EC Module (Notebook)

ICC Module (Wireless Network Card)

Base Station (Wireless AP)

UE (Android Mobile Phone) Isolated

Ethernet 802.11

圖 7.1、系統模擬環境架構圖

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root node (Survival BS)

internal node (Isolated BS)

leaf node (Isolated BS)

圖 7.2、系統模擬環境樹狀拓樸示意圖表 7.1、CCN 系統元件與模擬設備對映表

CCN 系統元件

模擬設備及軟體

Cell Phone Android Cell Phone Base Station Wireless AP

EC Module NoteBook

ICC Module IEEE 802.11 data card + Ethernet data card Agent Group DB

Mobile Management DB Microsoft SQL Server 2008 R2

Core Network Internet

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相關系統開發軟硬體規格及需求如表。

表 7.2、系統開發軟硬體規格及需求

7.3、實驗設備

 使用 notebook 開啟監聽埠，模擬 EC Module 在線上等待接收註冊訊息、通話訊息、查詢受話端位置訊息及回覆訊息。

 每台 notebook 皆裝載群組通訊系統 server 端程式，處理群組之間的通訊，查詢受話端目前所在位置，及傳遞訊息。

 每台 notebook 依儲存架構，分別儲存 Agent Group DB 及 Mobility Management DB。

硬體規格

Notebook

O.S. Windows 7 Professional

CPU Intel Core i7-3517U CPU @ 1.90GHz 2.40 GHz RAM 4.00 GB

Wireless Card Intel Centrino Advanced-N 6235 軟體規格

開發工具 Android Eclipse for Java Developers Java SDK Java jdk1.6.0_45

資料庫管理系統 Microsoft SQL Server 2008 R2 Speech Codec iLBC

用戶端裝置 Firmware Android 4.1.2

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 使用二支 Android(4.1.2 版與 2.2 版各一)手機，裝載群組通訊系統 client 端應用程式通行通話，以測量 call setup time。

7.4、實驗項目及效能分析

本實驗主要是模擬在 HLR 資料表儲存架構(階層備援式、鄰近階層備援式)中，從發話端成員撥號，至受話端成員接聽來電後 call setup 的時間，並加入程式語言中的暫停功能來模擬 link weight，愈接近 root node 之 link weight 值愈大。在實驗過程當中，利用系統設置處理程序的時間點，將其時間記錄至 log 檔中。

 實驗一：HLR 資料表-階層備援式架構

 實驗設計：

假設 HLR 資料表採用階層備援式架構，並假設發話端和受話端成員可能分別位於 node A~node D 之範圍，發話端成員撥出受話端成員號碼，先查詢受話端群組成員資料，再至本身所屬 node 或其他 node 查詢最近的受話端成員位置後，進行建立連線程序，在此測量整個 call setup 所花費的時間。

圖 7.3、實驗一模擬架構圖儲存 HLRA,B,C,D

儲存 HLR_B,C,D

儲存 HLR_C,D

儲存 HLRD

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 結果與分析：

表 7.3、7.4 表分別列出發話端與受話端 call setup time，當發話端與受話端皆在同一個基地台範圍時，所耗費的 call setup time 最少，約在 1,700 ms~3,900 ms 間，但若發話端與受話端成員在不同基地台範圍，發話端 call setup time 會受 link weight 影響，約 5,000~31,000ms。

表 7.3、實驗一發話端 call setup time

A B C D

A

1,750 11,049 13,049 16,970

B

16,545 3,957 6,932 10,055

C

25,188 11,619 2,272 5,820

D

31,665 16,424 6,951 1,523

表 7.4、實驗一受話端 call setup time

A B C D

A

1,592 9,156 8,891 10,098

B

12,859 3,894 3,448 6,988

C

17,290 7,113 2.270 3,428

D

16,463 10,078 4,697 1,446

受話端所在 node 發話端所

在 node

發話端所在 node

受話端所在 node

單位：ms

113

‧

Call Setup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

16545

Call Setup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

114

‧

CallSetup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

31665

Call Setup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

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先查詢受話端群組成員資料，再至本身所屬 node 或其他 node 查詢最近的受話端成員位置後，進行建立連線程序，並測量整個 call setup 所花費的時間。

圖 7.8、實驗二模擬架構圖

 結果與分析：

表 7.5、7.6 表分別列出發話端與受話端 call setup time，當發話端與受話端皆在同一個基地台範圍時，所花費的 call cetup time 最少，約在 2,200 ms~4,600 ms 間，但若發話端與受話端成員在不同基地台範圍，發話端 call setup time 會受 link weight 影響，約 5,000~31,000ms。

表 7.5、實驗二發話端 call setup time

A B C D

A

3,137 10,198 15,650 16,882

B

14,503 2,226 6,926 12,852

C

24,801 10,165 4,649 5,428

D

31,108 15,272 8,857 3,876

儲存 HLR_A,B,C,D

儲存 HLR_B,C

儲存 HLRC,D

儲存 HLR_D

發話端所在 node

受話端所在 node

單位：ms

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‧

Call Setup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

發話端所

‧

Call Setup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

24801

Call Setup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

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圖 7.12、實驗二發話端在 node D 的 call setup time

 結論：

由上述二個實驗可知，在鄰近階層備援式架構下，發話端耗費的 call setup time 比階層備援式略長約 5,000 ms，主因是鄰近階層備援式架構在查詢時所耗費的時間比階層備援式略長。另在 storage cost 方面，鄰近階層備援式架構所耗費的 storage cost 比階層備援式少。

31108

15272

8857

3876 14092

10612

4119 3839

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000

D→A D→B D→C D→D

Call Setup Time(ms)

Caller→Callee

Caller Callee

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在文檔中應急蜂巢式行動通訊網路之分散式資料庫設計 - 政大學術集成 (頁 122-134)

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第七章、 CCN 分散式架構系統模擬及效能分析

7.1、系統模擬目的

7.2、系統模擬環境

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Core Network

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CCN 系統元件

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7.3、實驗設備

Notebook

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7.4、實驗項目及效能分析

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A B C D

A

B

C

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A B C D

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B

C

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A B C D

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C

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