韋良芬

摘要：該文在介紹OPNET技術(shù)特點、仿真流程的基礎(chǔ)上，通過實驗室擴建案例的OPNET網(wǎng)絡(luò)建模、收集統(tǒng)計量、運行仿真、查看并分析仿真結(jié)果等過程，說明OPNET仿真軟件是網(wǎng)絡(luò)建模及性能分析的有效工具。

關(guān)鍵詞：OPNET；網(wǎng)絡(luò)仿真；網(wǎng)絡(luò)建模；仿真流程

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）33-8073-03

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及其性能的開發(fā)與應(yīng)用已經(jīng)是網(wǎng)絡(luò)通信的重要研究方面。而網(wǎng)絡(luò)仿真是網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計及分析的有效工具，可以為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計提供客觀、可靠的定量依據(jù)，可以構(gòu)建接近真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和業(yè)務(wù)并測試網(wǎng)絡(luò)性能，從而起到縮短網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期，降低網(wǎng)絡(luò)投資風險的目的。cisco、華為、電信等各運營商通常就是采用網(wǎng)絡(luò)仿真的方法來解決網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、測試、應(yīng)用等問題[1]。當前應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件有OPNET和NS2。NS2是一種可以作為網(wǎng)絡(luò)建模和仿真研究的免費共享資源，但其功能不是很完善。OPNET以其完善的技術(shù)、協(xié)議及設(shè)備模型庫而成為網(wǎng)絡(luò)虛擬建模的主流工具。

1OPNET技術(shù)特點

OPNET最早出自麻省理工學院，1987年發(fā)布為商業(yè)化軟件并得以迅速而穩(wěn)健的發(fā)展，逐漸成為計算機網(wǎng)絡(luò)、通信、國防等領(lǐng)域廣泛認可的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件。OPNET的以下特點使其能夠進行各種層次的網(wǎng)絡(luò)建模仿真需求[2-3]：

1）使用網(wǎng)絡(luò)模型、節(jié)點模型、進程模型三層建模機制，與實際通信網(wǎng)絡(luò)的分級結(jié)構(gòu)自然對應(yīng)，全面反映了通信網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特征，通過多層次嵌套子網(wǎng)還可以構(gòu)建復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

2）擁有較為豐富的模型庫。OPNET模型庫提供了路由器、交換機、服務(wù)器、客戶機、ATM設(shè)備、DSL設(shè)備、ISDN設(shè)備等，可以滿足各種網(wǎng)絡(luò)仿真需求。

3）可以靈活的開發(fā)自定義模型。OPNET支持靈活的高級編程語言，為通信和分布式系統(tǒng)提供了廣泛的支持，允許對所有已知的通信協(xié)議、算法和傳輸技術(shù)實施真實模擬。

4）擁有綜合統(tǒng)計量收集和分析工具。OPNET擁有一系列綜合分析和仿真工具，可以收集各個網(wǎng)絡(luò)層次的性能統(tǒng)計參數(shù)并輸出圖形化仿真報告，通過仿真報告對網(wǎng)絡(luò)進行性能評估和對比分析，并提出改進方案。

另外OPNET還具有面向?qū)ο?、圖形化編輯、交互式分析、協(xié)同仿真、動畫、應(yīng)用編程接口等特點。因此，OPNET不僅支持一般意義上的網(wǎng)絡(luò)建模與仿真，還為各種特殊網(wǎng)絡(luò)提供支持。

2OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真基本流程

網(wǎng)絡(luò)仿真工作復(fù)雜而又細致，在使用OPNET進行網(wǎng)絡(luò)仿真之前，需要準確的理解整個系統(tǒng)及其仿真目的，明確仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各模塊間的關(guān)系，然后在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)模型中選擇能夠反映問題的模型進行建模。OPNET的仿真過程通常包括創(chuàng)建模型、收集統(tǒng)計量、運行仿真、查看和分析結(jié)果幾個步驟[4]。

1）創(chuàng)建模型。創(chuàng)建模型是指根據(jù)研究的問題及其目標，建立網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點、進程及其協(xié)議模型并配置相關(guān)業(yè)務(wù)。OPNET采用網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點和進程三層建模機制，基本覆蓋了系統(tǒng)模型的各個層次。這三層建模機制是以層次化的方式進行組合的，首先在網(wǎng)絡(luò)編輯器進行網(wǎng)絡(luò)建模，然后雙擊網(wǎng)絡(luò)模型中的節(jié)點即可進入節(jié)點編輯器進行該網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的建模，最后雙擊節(jié)點中的功能模塊即可進入進程編輯器進行進程建模，添加網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

2）收集統(tǒng)計量。收集統(tǒng)計量是指將統(tǒng)計量寫入輸出文庫的過程。OPNET中包含反映網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特性的矢量統(tǒng)計量（Vector）和捕捉網(wǎng)絡(luò)非動態(tài)行為特征的標量統(tǒng)計量（Scalar）兩種。

3）運行仿真。運行仿真前需要設(shè)置運行參數(shù)，還可利用ProbeEditor探針編輯器在需要采集統(tǒng)計數(shù)據(jù)的點上設(shè)置探針。

4）查看和分析結(jié)果。OPNET中的仿真結(jié)果是以參數(shù)曲線的形式顯示的，可以在結(jié)果中加入一些算法用于完成不同算法間結(jié)果的比較。

3OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真案例

這是一個實驗室擴建的案例：設(shè)某實驗大樓目前擁有一個星型拓撲網(wǎng)絡(luò)實驗室，由于教學需要，現(xiàn)準備在隔壁教室擴建一間同樣規(guī)模的星型拓撲網(wǎng)絡(luò)實驗室，并將兩個實驗室用路由器連接起來。實例要求選擇合適的統(tǒng)計量對其進行離散事件仿真，并分析仿真結(jié)果，檢測實驗室網(wǎng)絡(luò)擴展以后是否能夠成功通信以及擴展后所產(chǎn)生的額外負載對網(wǎng)絡(luò)性能的影響程度。仿真分以下幾個步驟進行：

1）創(chuàng)建項目。創(chuàng)建一個工程名為lab，場景名為lab_room的項目，并進行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，其中網(wǎng)絡(luò)所需的模型族選擇Sm_Int_Model_List模型族。

2）創(chuàng)建lab_room網(wǎng)絡(luò)。通過快速配置（ImportTopology）的方法創(chuàng)建如圖1所示的包含25個外圍節(jié)點的星型網(wǎng)絡(luò)拓撲實驗室lab_room。

3）收集統(tǒng)計量并運行仿真。因為該案例關(guān)注是擴建網(wǎng)絡(luò)后給服務(wù)器帶來的額外負載和網(wǎng)絡(luò)總延時兩個問題，所以需要收集的統(tǒng)計量為服務(wù)器負載（ServerLoad）和以太網(wǎng)延時（EthernetDelay）。

4）查看仿真結(jié)果。服務(wù)器負載仿真結(jié)果圖和全局以太網(wǎng)延時仿真結(jié)果圖這里省略，因為擴建后可以通過比較結(jié)果仿真，將擴展前后的仿真結(jié)果在同一窗口比較顯示。

5）擴展網(wǎng)絡(luò)。用前面同樣的方法創(chuàng)建擴建網(wǎng)絡(luò)expansion，并通過路由器將兩個網(wǎng)絡(luò)連接起來，如圖2所示為擴建后的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

6）擴建前后兩個網(wǎng)絡(luò)的仿真比較結(jié)果與分析。圖3為服務(wù)器平均負載比較仿真結(jié)果。與預(yù)料的結(jié)果一樣，擴建以后最大負載和平均負載都有所增加，但整體上看負載變化是平穩(wěn)的，沒有出現(xiàn)單調(diào)遞增的現(xiàn)象，因此擴展后的網(wǎng)絡(luò)是可以穩(wěn)定運行的。圖4所示為全局延時對比仿真結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)進入穩(wěn)定狀態(tài)后，最大延時均在0.4μs左右，雖然網(wǎng)絡(luò)擴建以后，增加了服務(wù)器的負載，但網(wǎng)絡(luò)延時并沒有發(fā)生明顯變化，所以擴建以后的網(wǎng)絡(luò)仍然能夠維持較好的性能。

4結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，協(xié)議也變得更為復(fù)雜，OPNET仿真軟件為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)、性能分析、設(shè)計方案、故障診斷等研究提供了有力的虛擬環(huán)境支持。而且OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件具有豐富的模型庫，靈活的系統(tǒng)架構(gòu)，并且支持多種編程接口，利用OPNET進行網(wǎng)絡(luò)建模和仿真，可以大大縮短網(wǎng)絡(luò)開發(fā)周期，降低開發(fā)成本并提高網(wǎng)絡(luò)研究效率。

參考文獻：

[1]L.Zhao，C.Fan.EnhancementofQoSdifferentiationoverIEEE802.11WLAN[J].IEEECommun.Lett，2004（8）：492-496.

[2]張博，姚琳.基于OPNET的廣域網(wǎng)仿真實驗設(shè)計[J].渤海大學學報，2012，33（1）：52-57.

[3]李馨.OPNETModeler網(wǎng)絡(luò)建模與仿真[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006.

[4]周慧.OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真及其應(yīng)用研究[D].武漢：武漢科技大學，2009.