李楠　瞿建新　楊春庭

摘要：文章指出在通信活動錯綜復(fù)雜的情況下，網(wǎng)絡(luò)的綜合性能分析與評估已成為極為迫切的需求。面對這些技術(shù)復(fù)雜、規(guī)模龐大的通信網(wǎng)系，不可能建立與待建網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相當(dāng)?shù)木C合通信試驗環(huán)境，而需要采用網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，建立各通信網(wǎng)系對應(yīng)的節(jié)點模型、協(xié)議模型、鏈路模型以及業(yè)務(wù)流量模型，不僅可以掌握全面的通信活動規(guī)律，還能方便快捷地分析預(yù)測網(wǎng)絡(luò)擴容后所能提高的通信容量，增強網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)仿真；技術(shù)；軟件

1網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)及其應(yīng)用

1.1網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)特點

網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)是一種利用數(shù)學(xué)建模和統(tǒng)計分析的方法模擬網(wǎng)絡(luò)行為，通過建立網(wǎng)絡(luò)鏈路和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)計模型，模擬網(wǎng)絡(luò)流量的傳輸過程，獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)的一種高新技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)仿真能夠為網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計、組織提供可靠依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)仿真能夠有效地驗證實際方案或比較多個不同的仿真設(shè)計以及組織方案，以便于對不同的設(shè)計方案建立模型，實施模擬，對網(wǎng)絡(luò)性能預(yù)測數(shù)據(jù)采取頂定量獲取，為設(shè)計、組織方案的比較和驗證提供可靠的依據(jù)。

1.2網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)在民用領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成功地為各類大型通信網(wǎng)絡(luò)的擴容、升級和改造提供仿真決策支持，歸納起來，主要可以應(yīng)用于4個方面。

1.2.1體制仿真

網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)在體制仿真方面的應(yīng)用主要包括2個方面：（1）使用方面。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)可以用來確定軍事通信網(wǎng)的裝配體制、操作人員的編制、管理指揮體制等。（2）技術(shù)方面。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)可以用來確定待建的通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、質(zhì)量要求、干線節(jié)點分布、距離要求以及交換體制等方面。

1.2.2系統(tǒng)及設(shè)備的輔助設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)有助于制定通信網(wǎng)的各類規(guī)程、協(xié)議及信令。利用仿真系統(tǒng)可以對通信系統(tǒng)及設(shè)備進行輔助設(shè)計，并得出優(yōu)化的方案，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，對關(guān)鍵技術(shù)進行詳細分析，減少時間、經(jīng)濟上的損失。輔助設(shè)計主要包括系統(tǒng)或設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化設(shè)計；設(shè)備裝載設(shè)計；規(guī)約與信令輔助設(shè)計等。

1.2.3通信網(wǎng)運用效能評估的仿真

通信網(wǎng)整體運用效能，如服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)性能等無法利用一般的儀器來測試，也很難按真實條件去試驗。通信網(wǎng)整體運用效能仿真包括：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)/配置；電磁兼容性；網(wǎng)絡(luò)重組性等，假如借助仿真手段來研究通信網(wǎng)作戰(zhàn)效能，無論在經(jīng)濟方面，還是時效性方面都是非?？捎^的。

2進行通信網(wǎng)絡(luò)的仿真的原因

在信息化日益發(fā)展的今天，網(wǎng)絡(luò)研究人員要超前性地研究和思考網(wǎng)絡(luò)仿真在新領(lǐng)域的算法和協(xié)議，為仿真技術(shù)的進一步研究發(fā)展打下基礎(chǔ)，而且也要研究網(wǎng)絡(luò)達到最高性能對現(xiàn)有的資源該怎樣利用和整合。

對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分析和驗證有3種方法：（1）分析方法，是通過初步分析判斷研究對象和所依存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在一定的條件和假設(shè)情況下，正確地描述研究對象，抽象出它的數(shù)學(xué)分析模型，參照數(shù)學(xué)分析模型進行問題求解。（2）實驗方法，通過建立測試床和實驗室為研究提供合理的硬件和軟件配置環(huán)境，研究網(wǎng)絡(luò)行為、網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中的意義和作用。（3）仿真方法，在計算機上運行用仿真軟件建立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模擬分析模型，分析運行過程中的輸出實驗結(jié)果。

但是，前2種方法也有很多不確定性因素。假設(shè)條件影響分析方法的精確性和有效性。對于一個復(fù)雜的系統(tǒng)無法用一些限制性假設(shè)進行精確而有效的描述。由于實驗方法的局限性，會造成資源成本高，并且很難共享和重新配置運用，而仿真方法可以彌補前2種方法的短處。仿真方法設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)模型可以用相對較少的費用和時間了解網(wǎng)絡(luò)在不同條件下的各種特性，為網(wǎng)絡(luò)研究提供精確有效的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)仿真是一個高效、方便的分析和驗證方法，因此網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)的作用給現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和研究提供有力的支撐。

3網(wǎng)絡(luò)仿真的基本流程

網(wǎng)絡(luò)仿真有3個階段：準(zhǔn)備階段一模型設(shè)計一仿真與結(jié)果分析。

3.1網(wǎng)絡(luò)仿真研究準(zhǔn)備階段

網(wǎng)絡(luò)仿真研究準(zhǔn)備階段需要完成的任務(wù)是理解目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，明確仿真目標(biāo)，制定研究計劃。網(wǎng)絡(luò)仿真的基本流程如圖1所示。

3.1.1明確仿真目標(biāo)

在進行通信網(wǎng)仿真之前，必須對通信網(wǎng)要實現(xiàn)的通信服務(wù)功能、采用的主要技術(shù)體制、系統(tǒng)規(guī)模和可能出現(xiàn)的瓶頸等方面進行需求調(diào)研和分析，明確仿真的目標(biāo)。

3.1.2理解目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)

以目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)為仿真對象，或是客觀存在的網(wǎng)絡(luò)，或是理想中的網(wǎng)絡(luò)。通過了解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的制定標(biāo)準(zhǔn)、一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、合適的鏈路連接關(guān)系、恰當(dāng)?shù)耐ㄐ艖?yīng)用類型、主要業(yè)務(wù)流量特性等信息來理解目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。

3.1.3制定研究計劃

通過對比和參考研究方案和計劃來制定詳細的仿真研究計劃。

3.2網(wǎng)絡(luò)仿真模型設(shè)計階段

3.2.1建立模型

建立網(wǎng)絡(luò)仿真研究的技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議的數(shù)學(xué)模型和概念模型，包括網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備以及鏈路向仿真模型轉(zhuǎn)化過程中的模型模擬原理、實現(xiàn)方式、結(jié)構(gòu)組成、模型模塊以及業(yè)務(wù)和流量的數(shù)學(xué)描述模型等。

3.2.2搜集數(shù)據(jù)

在仿真過程中搜集關(guān)于仿真模型的實現(xiàn)和驗證的相關(guān)數(shù)據(jù)。需要對網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境、拓?fù)?、?yīng)用特征、流量和負(fù)載狀況、通信節(jié)點技術(shù)和結(jié)構(gòu)配置、相應(yīng)的鏈路參數(shù)等。數(shù)據(jù)盡量精確。

3.2.3模型代碼實現(xiàn)

仿真建模工具可以具體實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真模型，而仿真軟件工具決定具體的使用方法和工具。

3.2.4檢查模型

為了使仿真模型與數(shù)學(xué)模型和概念相符合，需要檢查相應(yīng)的代碼。

3.2.5驗證模型

為了確保仿真模型的完整性、正確性、一致性、需要對在驗證代碼實現(xiàn)的仿真模型和相同的條件下實際網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議3方面的性能進行吻合驗證。

3.3網(wǎng)絡(luò)仿真與結(jié)果分析階段

3.3.1仿真設(shè)計

通過仿真模型來建立仿真場景，輸入恰當(dāng)?shù)哪Ｐ蛥?shù)，仿真運行時間長度、仿真啟動條件、仿真統(tǒng)計內(nèi)容、仿真的準(zhǔn)備周期、仿真終止條件等。

3.3.2仿真分析

利用數(shù)學(xué)方法、分析工具或數(shù)據(jù)過濾技術(shù)來獲取仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，并且仿真結(jié)果是否合理和有效需要對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析處理。

3.3.3仿真運行

利用仿真軟件工具做仿真實驗。在網(wǎng)絡(luò)仿真實驗過程中要多次調(diào)整網(wǎng)絡(luò)模型來獲取不同的實驗仿真結(jié)果，并且要確保仿真實驗的獨立運行和正確性。

4主流網(wǎng)絡(luò)仿真軟件平臺比較分析

一般而言，評價一個網(wǎng)絡(luò)仿真平臺的優(yōu)缺點主要從以下幾個方面考慮：（1）仿真機制的優(yōu)劣；（2）細節(jié)程度；（3）模型庫的大小。

依據(jù)上面幾個方面的因素，對幾種主流網(wǎng)絡(luò)仿真軟件平臺進行了對比（見表1）。

5結(jié)語

通信網(wǎng)絡(luò)的組織、規(guī)劃與優(yōu)化是一門非常復(fù)雜而又必不可少的綜合性、系統(tǒng)性學(xué)科，也是當(dāng)前國際網(wǎng)絡(luò)界非常關(guān)注的一個研究熱點。它是一種通過建立網(wǎng)絡(luò)中的鏈路、設(shè)備、協(xié)議的統(tǒng)計模型，并模擬網(wǎng)絡(luò)流量的傳輸，從而獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)計或優(yōu)化所需要的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)的仿真技術(shù)。