基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统及方法

摘要

本发明公布了一种基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统及方法。该系统包括被测云平台、M台基准计算机、组播报文接收与应答程序、测试报文生成器和监听分析器；方法为：首先启动监听分析器，监听录取指定的组播报文；然后启动测试报文生成器周期发送序号依次递增的组播报文；基准计算机和被测云平台中的虚拟机中分别启动组播报文接收与应答程序，当接收到组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的应答报文；录取到一定数量的组播报文后，中止监听分析器监听功能，启动统计分析功能，得出云平台中虚拟机的实时性数据。本发明用于对云平台、云平台提供的虚拟机操作系统进行实时性测试与评估，具有设备简单、实用性强、检测准确度高的优点。

权利要求

1.一种基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，其特征在于，包括被测云平台、M台基准计算机、测试报文生成器和监听分析器；

所述的被测云平台，为按照测试需求部署设定数量虚拟机的云平台，每个虚拟机分别安装所需的操作系统，标记为Guest1、Guest2、…、GuestN，N是虚拟机的数量，每个虚拟机中运行一个组播报文接收与应答程序；当该组播报文接收与应答程序接收到测试报文生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的回应报文；

所述的基准计算机，是多台作为比较基准的物理计算机，标记为B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM，M是基准计算机的数量，M≤N；每个基准计算机安装和被测虚拟机一致的操作系统，并且运行一个组播报文接收与应答程序；当该组播报文接收与应答程序接收到测试报文生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的回应报文；

所述的测试报文生成器，是用来周期发送间隔可调、序号递增的组播报文的程序；测试报文生成器单独部署在一台物理计算机上，或者根据情况部署在基准计算机或监听分析器所在计算机上；

所述的监听分析器，是用来监听组播报文的程序；监听分析器监听录取指定的组播报文，统计分析后逐一比较被测云平台虚拟机和基准计算机回送的同一序号报文的时间差、被测云平台虚拟机回送的报文与测试报文生成器发送的同一序号组播报文的时间差、基准计算机回送的报文与测试报文生成器发送的同一序号组播报文的时间差，得到被测云平台中虚拟机的实时性数据；监听分析器单独部署在一台物理计算机上，或者根据情况部署在基准计算机或测试报文生成器所在计算机上。

2.根据权利要求1所述的基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，其特征在于，所述的被测云平台，包括服务器硬件、云操作系统、确定数量与配置的虚拟机系统。

3.根据权利要求2所述的基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，其特征在于，所述被测云平台中的虚拟机系统，按照应用系统需求创建，所述应用系统需求包括虚拟机的内存大小、磁盘容量、独享或共享处理器核、网络带宽、操作系统类型。

4.根据权利要求3所述的基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，其特征在于，所述的基准计算机，采用与虚拟机系统相同配置的物理计算机，即与虚拟机系统内存大小、磁盘容量、网络带宽、安装操作系统均相同的物理计算机。

5.根据权利要求3所述的基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，其特征在于，所述的组播报文接收与应答程序，是对测试报文生成器发送的带有序号且序号递增的组播报文进行接收与应答的程序。

6.一种基于如权利要求1 5任一项所述的系统的基于网络报文时延比对的云平台实时~

性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、启动监听分析器，监听录取指定的组播报文；

步骤2、基准计算机B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM和被测云平台中的虚拟机Guest1、Guest2、…、GuestM中分别启动组播报文接收与应答程序，当接收到测试报文生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的应答报文；

步骤3、启动测试报文生成器并周期性发送组播报文，组播报文携带序号，序号依次递增；

步骤4、录取到设定数量的组播报文时，中止监听分析器监听功能，启动统计分析功能，逐一比较被测云平台虚拟机和基准计算机回送的同一序号报文的时间差、被测云平台虚拟机回送的报文与测试报文生成器发送的同一序号组播报文的时间差、基准计算机回送的报文与测试报文生成器发送的同一序号组播报文的时间差，给出云平台中虚拟机的实时性数据。

7.根据权利要求6所述的基于网络报文时延比对的云平台实时性测试方法，其特征在于，步骤2所述的应答报文，是指当虚拟机接收到组播报文时，向发送者回复的带有相同序号的UDP报文。

说明书

基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及云平台实时性测试评估技术领域，特别是一种基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统及方法。

背景技术

[0002] 随着云计算技术应用逐渐向工业控制领域延伸，作为云计算技术应用运行载体的云平台的实时性也成为人们关注的焦点。由于控制系统往往对实时性有着苛刻要求，因而
云平台的实时性是控制系统选择云平台的重要衡量指标。

[0003] 一方面，传统实时操作系统的实时性主要依赖于基于优先级的调度机制，但是与一般实时操作系统不同，云平台的实时性不仅取决于应用寄宿的客户(虚拟机)操作系统
(Guest OS)的实时性，也依赖于客户操作系统所寄宿的主机操作系统(Host OS)的实时性。
例如，云平台中，应用程序A的调度运行时机取决于两级调度，首先Host OS调度应用程序A
寄宿的Guest OS，Guest OS再调度应用程序A，应用程序A才得到执行的机会。虚拟化技术是
云操作系统的基石，但是受限于现有的虚拟化技术机制与实现，现有的操作系统实时性测
量方法难以应用于云平台的实时性测试。

[0004] 另一方面，当云计算技术应用到控制系统中时，原有的控制系统必须引入适配器，将计算与控制相分离，实现物理世界与云平台的连接。云平台专注于计算，通过网络与适配
器通信，实现对物理世界信息的采集和控制，因此云平台实时性的内涵与传统实时操作系
统有着本质的区别。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种能够评估控制系统能否迁移到云平台、选择合适云平台产品的云平台实时性测试系统及方法。

[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，包括被测云平台、M台基准计算机、测试报文生成器和监听分析器；

[0007] 所述的被测云平台，是按照测试需求部署设定数量虚拟机的云平台，每个虚拟机分别安装所需的操作系统，标记为Guest1、Guest2、…、GuestN，N是虚拟机的数量，每个虚拟
机中运行一个组播报文接收与应答程序；当该组播报文接收与应答程序接收到测试报文生
成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的回应报文；

[0008] 所述的基准计算机，是多台作为比较基准的物理计算机，标记为B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM，M是基准计算机的数量，M≤N；每个基准计算机安装和被测虚拟机
一致的操作系统，并且运行一个组播报文接收与应答程序；当该组播报文接收与应答程序
接收到测试报文生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的回应报文；

[0009] 所述的测试报文生成器，是用来周期发送间隔可调、序号递增的组播报文的程序；测试报文生成器单独部署在一台物理计算机上，或者根据情况部署在基准计算机或监听分
析器所在计算机上；

[0010] 所述的监听分析器，是用来监听组播报文的程序；监听分析器监听录取指定的组播报文，统计分析后比较被测云平台中虚拟机、测试报文生成器和基准计算机回送同一序
号的时延，得到被测云平台中虚拟机的实时性数据；监听分析器单独部署在一台物理计算
机上，或者根据情况部署在基准计算机或测试报文生成器所在计算机上。

[0011] 进一步地，所述的被测云平台，包括服务器硬件、云操作系统、确定数量与配置的虚拟机系统。

[0012] 进一步地，所述被测云平台中的虚拟机系统，按照应用系统需求创建，所述应用系统需求包括虚拟机的内存大小、磁盘容量、独享或共享处理器核、网络带宽、操作系统类型。

[0013] 进一步地，所述的基准计算机，采用与虚拟机系统相同配置的物理计算机，即与虚拟机系统内存大小、磁盘容量、网络带宽、安装操作系统均相同的物理计算机。

[0014] 进一步地，所述的组播报文接收与应答程序，是对测试报文生成器发送的带有序号且序号递增的组播报文进行接收与应答的程序。

[0015] 一种基于网络报文时延比对的云平台实时性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0016] 步骤1、启动监听分析器，监听录取指定的组播报文；

[0017] 步骤2、基准计算机B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM和被测云平台中的虚拟机Guest1、Guest2、…、GuestM中分别启动组播报文接收与应答程序，当接收到测试报文
生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的应答报文；

[0018] 步骤3、启动测试报文生成器并周期性发送组播报文，组播报文携带序号，序号依次递增；

[0019] 步骤4、录取到设定数量的组播报文时，中止监听分析器监听功能，启动统计分析功能，比较被测云平台中的虚拟机、测试报文生成器和基准计算机回送同一序号的时延，给
出云平台中虚拟机的实时性数据。

[0020] 进一步地，步骤3所述的应答报文，是指当虚拟机接收到组播报文时，向发送者回复的带有相同序号的UDP报文。

[0021] 进一步地，步骤4所述的时延，是指外部网络发送的某一序号的组播报文与虚拟机系统回送相同序号的应答报文出现在网络交换机上的时间戳之差。

[0022] 进一步地，所述的时间戳，通过监听分析器的监听获取。

[0023] 本发明与现有技术相比，其显著效果为：(1)基于控制系统云计算技术应用架构和云平台实时性内涵，为控制系统评估能否可以迁移到云平台以及选择合适云产品提供强力
支撑；(2)具有设备简单、实用性强、检测准确度高的优点，适用于云平台环境下虚拟机系统
的实时性测试。

附图说明

[0024] 图1为本发明基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统的总体组成架构图。

[0025] 图2为本发明中B‑Computeri及Guesti网络接收及回送程序流程图。

[0026] 图3为本发明中测试报文生成器组播报文发送程序流程图。

[0027] 图4为本发明中测试报文生成器程序网络接收程序流程图。

[0028] 图5为本发明中监听分析器网络报文延时分析程序流程图。

具体实施方式

[0029] 本发明公布了一种云平台实时性测试方法，可以用于对云平台、云平台提供的虚拟机操作系统的实时性测试与评估，以确定是否能满足应用需求。

[0030] 本发明基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，包括被测云平台、M台基准计算机、测试报文生成器和监听分析器；

[0031] 所述的被测云平台，是按照测试需求部署设定数量虚拟机的云平台，每个虚拟机分别安装所需的操作系统，标记为Guest1、Guest2、…、GuestN，N是虚拟机的数量，每个虚拟
机中运行一个组播报文接收与应答程序；当该组播报文接收与应答程序接收到测试报文生
成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的回应报文；

[0032] 所述的基准计算机，是多台作为比较基准的物理计算机，标记为B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM，M是基准计算机的数量，M≤N；每个基准计算机安装和被测虚拟机
一致的操作系统，并且运行一个组播报文接收与应答程序；当该组播报文接收与应答程序
接收到测试报文生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的回应报文；

[0033] 所述的测试报文生成器，是用来周期发送间隔可调、序号递增的组播报文的程序；测试报文生成器单独部署在一台物理计算机上，或者根据情况部署在基准计算机或监听分
析器所在计算机上；

[0034] 所述的监听分析器，是用来监听组播报文的程序；监听分析器监听录取指定的组播报文，统计分析后比较被测云平台中虚拟机、测试报文生成器和基准计算机回送同一序
号的时延，得到被测云平台中虚拟机的实时性数据；监听分析器单独部署在一台物理计算
机上，或者根据情况部署在基准计算机或测试报文生成器所在计算机上。

[0035] 作为一种具体示例，所述的被测云平台，包括服务器硬件、云操作系统、确定数量与配置的虚拟机系统。

[0036] 作为一种具体示例，所述被测云平台中的虚拟机系统，按照应用系统需求创建，所述应用系统需求包括虚拟机的内存大小、磁盘容量、独享或共享处理器核、网络带宽、操作
系统类型。

[0037] 作为一种具体示例，所述的基准计算机，采用与虚拟机系统相同配置的物理计算机，即与虚拟机系统内存大小、磁盘容量、网络带宽、安装操作系统均相同的物理计算机。

[0038] 作为一种具体示例，所述的组播报文接收与应答程序，是对测试报文生成器发送的带有序号且序号递增的组播报文进行接收与应答的程序。

[0039] 一种基于网络报文时延比对的云平台实时性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0040] 步骤1、启动监听分析器，监听录取指定的组播报文；

[0041] 步骤2、基准计算机B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM和被测云平台中的虚拟机Guest1、Guest2、…、GuestM中分别启动组播报文接收与应答程序，当接收到测试报文
生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送同样序号的应答报文；

[0042] 步骤3、启动测试报文生成器并周期性发送组播报文，组播报文携带序号，序号依次递增；

[0043] 步骤4、录取到设定数量的组播报文时，中止监听分析器监听功能，启动统计分析功能，比较被测云平台中的虚拟机、测试报文生成器和基准计算机回送同一序号的时延，给
出云平台中虚拟机的实时性数据。

[0044] 作为一种具体示例，步骤3所述的应答报文，是指当虚拟机接收到组播报文时，向发送者回复的带有相同序号的UDP报文。

[0045] 作为一种具体示例，步骤4所述的时延，是指外部网络发送的某一序号的组播报文与虚拟机系统回送相同序号的应答报文出现在网络交换机上的时间戳之差。

[0046] 作为一种具体示例，所述的时间戳，通过监听分析器的监听获取。

[0047] 下面参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0048] 实施例1

[0049] 结合图1，本发明基于网络报文时延比对的云平台实时性测试系统，该方法逻辑上由五部分组成：被测云平台Cloud‑Platform、组播报文接收与应答程序Recv‑Reply、M台基
准计算机、测试报文生成器MultiSender、监听分析器Listen‑Analysis。

[0050] 所述的被测云平台Cloud‑Platform是指按照测试需求，部署一定数量虚拟机的云平台，每个虚拟机分别安装所需的操作系统，标记为Guest1、Guest2、…、GuestN，每个
Guesti中运行组播报文接收与应答程序Recv‑Reply，当接收到测试报文生成器
MultiSender发送的组播报文时，向测试报文生成器MultiSender发送同样序号的回应报
文；

[0051] 所述的M台基准计算机是多台作为比较基准的物理计算机，标记为B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM，通常M是需要测试实时性的虚拟机数量，M≤N，根据需要安装与
某个被测虚拟机一致的操作系统，其上运行组播报文接收与应答程序Recv‑Reply，当接收
到测试报文生成器MultiSender发送的组播报文时，向测试报文生成器MultiSender发送同
样序号的回应报文；

[0052] 所述的组播报文接收与应答程序Recv‑Reply，是对测试报文生成器发送的带有序号且序号递增的组播报文进行接收与应答的程序；

[0053] 所述的测试报文生成器MultiSender是一个用来周期发送组播网络报文的程序，发送间隔可调的序号递增的组播报文，既可单独部署在一台物理计算机上，也可根据情况
部署在基准计算机或Listen‑Analysis所在计算机上；

[0054] 所述的监听分析器Listen‑Analysis是一个用来监听网络报文的程序，监听录取指定的组播报文，并统计分析比较虚拟机Guesti、测试报文生成器MultiSender与基准计算
机B‑Computeri回送同一序号的时延，给出云平台中虚拟机Guesti的实时性数据，既可单独
部署在一台物理计算机上，也可根据情况部署在基准计算机或监听分析器Listen‑
Analysis所在计算机上。

[0055] 优选地，所述被测云平台Cloud‑Platform系统配置采用与真实应用系统一致的软硬件配置，包括服务器硬件、云操作系统、确定数量与配置的虚拟机系统；可根据需要创建
合适数目的虚拟机，并安装所需的操作系统。进一步地，所述的虚拟机系统，是按照应用系
统需求创建的；所述的应用系统需求包括虚拟机的内存大小、磁盘容量、独享或共享处理器
核、网络带宽、操作系统类型。

[0056] 优选地，所述基准计算机B‑Computeri采用与所需对比的虚拟机相同或基本相同硬件配置，即与被测虚拟机系统内存大小、磁盘容量、网络带宽、安装操作系统均相同的物
理计算机。

[0057] 优选地，所述测试报文生成器MultiSender运行在一台独立的物理计算机之上，发送报文的间隔允许调整，调整单位可达毫秒级；报文的序号所占字节建议不少于4字节，序
号采用从1开始，依次加1递增方式增长；

[0058] 优选地，所述监听分析器Listen‑Analysis运行在一台独立的物理计算机之上，可直接采用网络监听工具，监听发往MultiSender的所有应答报文。

[0059] 本发明基于网络报文时延比对的云平台实时性测试方法，包括以下步骤：

[0060] 步骤1、启动监听分析器，采用Sniff，监听录取指定的组播报文；

[0061] 步骤2、基准计算机B‑Computer1、B‑Computer2、B‑ComputerM和被测云平台中的虚拟机Guest1、Guest2、…、GuestM中分别启动组播报文接收与应答程序，组播报文接收与应
答程序接收来自于测试报文生成器发送的带有序号的组播报文，并采用UDP协议回送序号
相同的应答报文，实现流程图如图2所示；组播报文接收与应答程序回送报文格式如表1所
示；当接收到测试报文生成器发送的组播报文时，向测试报文生成器发送相同序号的应答
UDP报文；

[0062] 表1 B‑Computeri及Guesti网络回送报文格式

[0063]应答报文标识字 应答报文序号 测试结束标志
2字节 4字节 2字节

[0064] 步骤3、测试报文生成器安装Linux操作系统，部署MultiSender，MultiSender包括sendPrg和recvPrg两个子程序。sendPrg用于向被测虚拟机和基准计算机发送带有序号的
组播报文，流程图如图3所示；recvPrg接收来自被测计算机和基准计算机回送的UDP应答报
文，流程图如图4所示；组播报文格式如表2所示；启动测试报文生成器周期发送组播报文，
组播报文携带序号，序号依次递增；

[0065] 表2测试报文生成器程序组播报文格式

[0066]组播报文标识字 组播报文序号 测试结束标志
2字节 4字节 2字节

[0067] 步骤4、录取到一定数量的组播报文时，中止监听分析器监听功能，启动部署报文时延分析程序analysis；analysis读取并过滤监听到的报文数据，仅留取被测虚拟机及基
准计算机回送给MultiSender的应答报文以及MultiSender发送的组播报文，逐一比较被测
云平台虚拟机和基准计算机回送的同一序号报文的时间差、被测云平台虚拟机回送的报文
与测试报文生成器发送的同一序号组播报文的时间差、基准计算机回送的报文与测试报文
生成器发送的同一序号组播报文的时间差，流程图如图5所示，从而获得云平台中虚拟机的
实时性数据。

[0068] 进一步地，所述的组播报文，是指由测试报文生成器发送的带有序号且序号递增的组播报文；所述的应答报文，是指当虚拟机系统接收到组播报文时，向发送者回复的带有
相同序号的UDP报文。

[0069] 进一步地，所述的时延，是指外部网络发送的某一序号的组播报文与虚拟机系统回送相同序号的应答报文出现在网络交换机上的时间戳之差；所述的时间戳，通过监听分
析器的监听获取。

[0070] 综上所述，本发明基于控制系统云计算技术应用架构和云平台实时性内涵，提供了一种实用、简易的云平台及虚拟机系统实时性测试方法，可为控制系统评估能否可以迁
移到云平台以及选择合适云产品提供强力支撑。