毕业设计(论文)基于opnet的校园网建模与仿真

毕业设计(论文)基于opnet的校园网建模与仿真内容摘要：

对象的数学模型，利用数学分析模型问题进行求解。 （ 2） 实验方法。 设计出研究所需要的合理硬件和软件配置环境，建立测试 和实验室，在现实的网络上实现对网络协议、网络行为和网络性能的研究。 （ 3） 仿真方法。 应用网 络仿真软件建立所研究的 网络系统的 模型，然后在计算机上运行这个模型，并分析运行的输出结果。 然而，分析方法的有效性和精确性受限制大。 当一个系统很复杂时，就无法用一些限制性假设来对系统进行描述。 实验方法的局限性在于成本很高，重新配置或共享资源很难，运用起来不灵活。 而仿真方法在很大程度上可以弥补前两种方法的不足。 仿真方法可以根据需要设计所需的网络模型，用相对较少的时间和费用了解网络在不同条件下的各种特性，获取网络研究的丰富有效的数据。 无疑，网络仿真技术是一种研究网络规划与设计的有效工具。 网络仿真技术是一 种通过建立网络设备、链路和协议模型，并模拟网络流量的运输，从而获取网络设计和优化所需要的网络性能数据的仿真技术。 网络模型不仅可以在实施之前预测拓扑和设备规划，还有助于在网络的运行中保持其有效性。 网络仿真也被称为网络模拟，就是用计算机程序对通信网络进行模型化，通过程序的运行模仿通信网络的运行过程。 因为对各种网络仿真过程来说，其中也有“模拟”的含义，即，网络仿真既可以取代真实的应用环境得出可靠的运行结果和数据，也可以模仿一个系统运行过程中的某些行为和特性。 网络仿真提供了一个方便、高效的验证和分析方法，所以网络仿 真技术在现代通信 网络设计和研究中的 作用正变得越来越大。 6 网络仿真的特点 网络仿真技术是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，从而获取特定的网络特性参数的技术。 数学建模包括网络建模（网络设备、通信链路等）和流量建模两个部分。 模拟网络行为是指模拟网络流量在实际应用中传输、交换和复用的过程。 网络仿真获取的网络特性参数包括全局性能统计量、网络节点的性能统计量、网络链路的流量和 延迟等，由此既可以获取某些业务层的统计数据，也可以得到协议内部 某些特殊 参数的统计结果。 网络仿真技术有两个显著的特点 ： 首先，网络仿真能够为网络的规划设计提供可靠的定量依据。 网络仿真技术能够迅速地建立现有网络的模型，并能够方便地修改模型并进行仿真。 这使得网络仿真非常适用于预测网络的性能，回能“ WHAT… IF… ”这样的问题。 其次，网络仿真能够验证实际方案 或比较多个不同的设计方案。 在网络规划设计过程中经常出现多个不同的设计方案，它们往往是各有特点，仅凭主观判断，很难做出正确的选择，因此如何进行科学的比较和取舍往往是网络设计者们感到头疼的事。 网络仿真能够通过为不同的设计方案建立模型，进行模拟，获取定量的网络性能预测数据，为方案的 验证和比较提供可靠的依据。 这里所指的设计方案可以是网络拓扑结构、路由设计、业务配置等。 总而言之，网络仿真技术具备全新的模拟实验机理，使其具有在高度复杂的网络环境下得到最高可信度结果的特点 :网络仿真的预测功能是其他任何方法都无法比拟的 ， 使用范围广，既可以用于现有网络的优化和扩容，也可以用于新网络的设计，而且特别适用于中大型网络的设计和优化 ， 初期应用成本不高，而且建好的网络模型可以延续使用，后期投资还会不断下降。 网络仿真技术的发展现状 网络仿真软件通过在计算机上建立一个虚拟的网络平台，来实现真实网络 环境的模拟，网络技术开发人员在这个平台上不 仅 能对网络通信、网络设备、协议、以及网络应用进行设计研究，还能对网络的性能进行分析和评价。 另外，仿真软件所提供的仿真运行和结果分析功能使开发人员能快速、直观的得到网络性能参数，为优化设计或做出决策提供更便捷、有效的手段。 因此，运用网络仿真软件对网络协议、算法等进行仿真已 7 经成为计算机网络通信研究中必不可少的一部分。 最著名的仿真软件 OPNET 是美国 MIL3 公司的产品。 目前 OPNET 是世界上最 先进的网络仿真开发和应用平台，近几年被第三方权威机构评选为“世界级网络仿真软件 ”第一名。 OPNET 采用离散事件驱动的模拟机理，其中“事件”是指网络状态的变化，也就是说，只有网络状态 发生变化时，模拟机才能工作，网络状态不发生变化的时间段内不执行任何模拟工作，即被跳过。 因此，与时间驱动相比，离散事件驱动的模拟机计算效率更高。 OPNET 采用基于包的建模机制。 OPNET 模型分为网络，结点和进程 三 个层次。 用户可以在这三个层次的任何地方切入编程，建立所需的模型。 OPNET 提供了一个比较齐全的基本模型库（包括网络设备和链路），主要包括 :Ether、 FDDI、 TR、TCP/IP、 ATM、 FR、 PSTN、 cellular phone、 wireless work。 OPNET 支持 SUN、 HP、 IBM、 SGI 工作站和一般 PC 等硬件设备，可以运行在Unix、 NT 或 Win95/98 等操作系统上。 到目前为止，全球已有多个单位采用 OPNET 技术进行通信网络研究开发以及网络规划。 但由于 OPNET 是收费的商业软件，限制了其在研究领域的应用。 另一知名仿真软件是 NS2， NS2 于 1995 年由 DARPA 资助的 VINT 工程开发，目前由 LBL， Xerox PARC， UCB， USC/ISI 等合作开发。 NS2 是一个完全 免费的软件， 因 有开放体系结构，并带有大量协议库支持 ， 尤 其适合于对基于 TCP/IP 的网络进行仿真，在国际上享有很高的学术声誉，被世界各国的网络研究者广泛使用。 NS2 采用离散事件驱动机理进行仿真。 它的架构严格遵循 OSI 七层网络模型，其内核源码用 C 语言完成，编程语言用 C++和 OTcL（面向对象的 TcL）。 C++是一个编译性语言，通过它可以有效地处理字节、包头等数据信息，实现各种算法，适用于具体协议的实现。 OTcL 是一个解释性语言，用于书写仿真脚本，只需修改网络的参数和配置，就可以对大量的场景进行比较，提高程序的 效率， NS2 中利用 TcL 机制把 OTcL 和 C++结合起来，使得 C++和 OTcL 能够互相直接操作对方定义的数据， C++的类和 OTcL 的类相对应。 通过这种机制， NS2 达到了仿真配置灵活性和运行效率的统一。 NS2 的优点在于软件包可以从网络上免费下载，所有源代码公开，是一个开放性的仿真平台。 用户可以通过继承 NS2 类来开发适合自己需要的对象模块，集成到 NS2 环境中去。 使用 NS2 的另一个好处是使初学网络者能比较具体地理解网络技术、协议、路由、分组转发、拥塞控制等。 但 NS2 仍有一些缺点。 首先，相对于不断更新的仿真器， 8 所做 的文档显得过时而且帮助有限。 其次，由于仿真器本身的不断升级，不同版本中模块的兼容性问题比较突出；再次，仿真节点数目很多时， NS2 就需要更多的内在资源，运行速度明显变慢。 另外，由于使用两种编程语言， NS2 的学习曲线太过陡峭，其调试工作也具有相当难度。 GloMoSim(for global mobile system)仿真软件由美国 UCLA 大学计算机系开发。 它用基于 C 语言的并行仿真语言 Parsec 设计 ， 可以实现并行离散时间驱动仿真 ， 具有可扩展性和可编程性。 新版本的 GloMoSim 支持纯无线网络的协议并采用分层 的方法 ， 不同层之间使用标准的 API 进行通信 ， 这样实现了网络所需的基本协议栈层次。 GloMoSim 的优点在于使用方便 ， 具有可测量性 ， 可以远程控制。 GloMoSim 的缺点在于其分层结构太严格 ， 要实现跨层信息的应用就显得困难。 在这点上 ， 其它两种仿真器要相对好一些。 未来的 GloMoSim 开发目标是拥有更友好的用户界面 ， 可以将仿真结果和仿真过程动态显示。 NS2 和 GloMoSim 是免费的 ， 其程序的源代码也是开放的 ， 因此受到了学术界的欢迎。 OPNET 是商业软件 ， 费用较贵 ， 但其功能强大 ， 仿真准确性也较高 ， 主要为一些大型 网络研发部门所使用。 OPNET 综合采用基于包的建模方法和数学分析的建模方法 ，可以获得较快的仿真速度。 NS2 则特别适用于 TCP 层以上的仿真 ， 但是当仿真节点 数较多时速度较慢。 对同一种情况 ， 三种网络仿真软件的仿真结果也会有一定差别。 这些差别的产生主要有以下几个原因 :首先 ， 从物理层的角度来看 ， 现实的环境和设备很难表述 ， 各仿真软件的无线传播模型都很简单和通用化。 其次 ， 协议实现的手段各不相同 ， 把这些协议整合进仿真系统中各不相同 ， 在仿真试验中必然存在差 异。 因此仿真时要尽量使得建模符合实际要求 ， 环境设定和初始参数的确定符 合真实性原则。 三种仿真软件都采用离散事件驱动作为引擎。 离散事件驱动的模拟机理 ， 使其可以在高度复杂的网络环境下得到高可信度的结果。 但这种机制存在着模型不严格和进程能力不够的缺点。 目前已有些仿真软件采用对诸如流量或队列行为的分析模型来增强事件驱动机制 ， 以提高仿真的准确性和扩展性。 另外，并行和分布式网络仿真软件也在研究中。 9 网络仿真流程 网络仿真研究时，一般经过以下 4 个阶段的相应仿真工作来完成。 （ 1） 仿真设计：利用仿真模型完成具体仿真场景，同时设计仿真实验序列：设计适当的模型输入参数，仿真统计内容，仿真运行 时间，仿真随机种子数个数，仿真独立运行次数，仿真启动条件，仿真终止条件，仿真的准备周期等。 （ 2） 仿真运行：利用仿真软件工具进行仿真实验。 （ 3） 仿真分析：利用分析工具和数学知识进行仿真结果分析。 利用平均、方差、最大值、最小值等数学方法和数据过滤技术进行仿真数据，分析仿真结果，在必要时将多次独立运行的仿真结果进行统计分析以解决网络的随机统计问题。 （ 4） 仿真报告：完成网络仿真的研究报告。 10 第三章 网络仿真软件 OPNET OPNET 仿真软件概述 OPNET 公司是全球 领先的决策支持工具提供商，总部在美国华盛顿特区，主要面向网络领域的专业人士，为网络专业人士提供基于软件方面的预测解决方案。 OPNET公司最早是由麻省理工学院（ MIT）信息决策实验室受美国军方委托而成立的。 1987 年OPNET 公司发布了第 1 个商业化的网络仿真软件，提供了具有重要意义的网络性能优化工具，使得具有预测性的网络性能管理和仿真成为可能。 1987 年以来， OPNET 迅速而稳步地发展，作为高科技网络规划、仿真及分析工具， OPNET 在通信、国防及计算机网络领域已经被广泛认可和采用。 成千上万的组织使用 OPNET 软件来优化网络性能、最大限度地提高通信网络和应用的可用性。 至今 OPNET 已经升级到了 以上版本。 它的产品线除了 Modeler 外，还包括 ITGuru、 SP Guru、 OPNET Development Kit 和 WDM Guru 等。 OPNET 的产品主要针对网络服务提供商、网络设备制造商和一般企业这 3 类客户。 OPNET 目前在全球有超过 5000 个客户，在全美设立了 4 个办事处，分别在加州、德州、北卡罗来纳州及马萨诸塞州，另外， OPNET 也在全球设立了 4 个办事处，分别为法国的巴黎、英国的剑桥、澳大利亚的悉尼以 及比利时的根特。 新加坡经纬线科技公司是OPNET 产品在亚洲地区的总代理。 OPNET 的全球部分电信级运营商客户，如 AT amp。 T、NTT DoCoMo、 France Tele 等，这部分客户相对于中型企业，具有更复杂的网络结构和协议配置，因此管理起来更复杂。 OPNET 利用高网络智能来辅助运营商的网管人员管理网络，同时 OPNET 具有很好的开放 性 和互联性，可以和当前很多流 行 的网络管理和监控软件一起协同工作，如 HP 公司的 OpView、 Tivoli 公司的 NetView、 Cisco的 Netflow 以及 Angilent 公司的 NetMetrix 等。 目前 OPNET 的应用在国内还处于起步阶段，因此 OPNET 具有很大的研究及应用价值。 OPNET 仿真技术 三层建模机制 网络是复杂的系统， OPNETModeler 建模采用层次化和模块化的方式，将复杂的体 11 系 分解为不同的层次结构，每层完成一定的功能，一层内又由多个模块组成，每个模块完成更小的任务。 网络域、节点域、进程域是构建 OPNET Model 模型的三个层次。 节点域建模的方法是基于节点模块，每个节点模块实现节点行为的某一方面，诸如数据生成、数据存储、数据的 处理或选路和数据的传输等。 多个节点模块的集合构成功能完整的节点。 模块间用包流线或统计线相连，其中包流线承载了模块间数据包的传输，统计线可实现对模块待定参数变化的监视，通过 modules， paeketstreams 和 statistic wires的联合使用，用户可对节点的行为进行仿真。 节点模块根据功能可以划分为处理器类、数据流线类和收 /发机类三种。 处理器类功能的实现是在进程域中通过 ProC 编程完成的。 数据流类和收 /发机类是通过管道阶段模型实现的。 是通过。