趙建軍

【摘 要】隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步提高，在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中需要使用仿真手段將模擬網(wǎng)絡(luò)與真實網(wǎng)絡(luò)相連接，在半實物仿真系統(tǒng)的模擬過程中，需要利用一些仿真軟件才能夠解決模擬網(wǎng)絡(luò)與真實網(wǎng)絡(luò)之間的通信。本文簡要介紹半實物仿真的概念，進而介紹了OPENT這種仿真軟件，最后論述了在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中應(yīng)用OPNET仿真軟件的內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】OPNET；網(wǎng)絡(luò)實驗；網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)；半實物仿真；仿真研究

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)之間的通信協(xié)議變得越來越復(fù)雜，如何將不同類型的網(wǎng)絡(luò)進行通信是急需要解決的問題。在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)過程中，經(jīng)常需要將不同類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，如果使用真實的網(wǎng)絡(luò)接入，就會提高教學(xué)成本。因此，本文介紹了OPNET仿真軟件的使用，同時介紹了如何將在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中使用OPNET的方法，更好地促進半實物仿真的研究，提高網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的教學(xué)效果。

1 半實物仿真簡介

1.1 半實物仿真的概念和特點

半實物仿真主要是將一部分模擬網(wǎng)絡(luò)接入到真實的網(wǎng)絡(luò)中，從而形成一個整體的網(wǎng)絡(luò)回路。半實物仿真往往具有以下幾個特點：第一，在原有的系統(tǒng)中，各個子系統(tǒng)之間很難建立正確的仿真模型，而且這些仿真模型很容易受到外界因素的影響，從而無法達到良好的效果；但是半實物仿真能夠?qū)⒛M網(wǎng)絡(luò)直接接入真實網(wǎng)絡(luò)，從而避免了仿真模型建立過程中的困難；第二，利用半實物的仿真技術(shù)能夠進一步檢驗原有仿真模型的準(zhǔn)確性，同時可以對某個組成部分的可靠性進行檢驗，并能夠靈活地調(diào)整其中的某些參數(shù)。由于半實物仿真具有以上這些特點，所以在仿真過程中有著非常重要的作用。

1.2 半實物仿真中的關(guān)鍵技術(shù)

在半實物仿真的過程中，不僅僅需要用到實用的仿真軟件，而且還需要接入可靠的系統(tǒng)中，使得仿真軟件和真實系統(tǒng)之間相互協(xié)調(diào)。其中的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點：第一，對系統(tǒng)的建模技術(shù)，對于系統(tǒng)建立模型然后對其進行半實物仿真，這是半實物仿真的前提，因此，必須對系統(tǒng)進行深入地了解和分析，才能建立較為準(zhǔn)確的模型；第二，模擬系統(tǒng)與真實系統(tǒng)之間的實時通信，由于模擬系統(tǒng)與真實系統(tǒng)之間還存在一定的差異性，所以兩者之間在進行交互的過程中，還需要進行實時性的管理。因此，在模擬的過程中需要使得通信的速率低于真實系統(tǒng)的處理速率，才能更好地觀察系統(tǒng)之間的通信，使得半實物仿真更加具有意義。

1.3 半實物網(wǎng)絡(luò)仿真

半實物網(wǎng)絡(luò)仿真主要是將測試的模擬網(wǎng)絡(luò)直接接入到真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，然后使得兩者之間進行交互，從而可以觀察到兩者之間的通信結(jié)果。由于單純的網(wǎng)絡(luò)仿真具有比較多的缺點，所以利用半實物網(wǎng)絡(luò)仿真可以更好地將模擬網(wǎng)絡(luò)與真實網(wǎng)絡(luò)相連接：首先，半實物網(wǎng)絡(luò)仿真可以更加清晰地觀察到網(wǎng)絡(luò)通信過程中軟件和硬件之間的通信過程，從而能夠更好地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的各項參數(shù)，使之能夠更符合試驗的預(yù)期結(jié)果；其次，利用模擬網(wǎng)絡(luò)接入真實網(wǎng)絡(luò)，能夠進一步降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，同時半實物仿真網(wǎng)絡(luò)中的某些算法具有更加準(zhǔn)確的計算結(jié)果，更加適用于半實物網(wǎng)絡(luò)仿真的應(yīng)用。

2 OPNET的簡介

2.1 OPNET仿真平臺的簡介

OPNET仿真平臺是使用比較普遍的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，它能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)的性能進行模擬，同時可以提供很多網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工具，能夠進一步提高網(wǎng)絡(luò)的性能。OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺與其他網(wǎng)絡(luò)仿真軟件相比主要存在以下幾個優(yōu)勢：第一，應(yīng)用的領(lǐng)域比較廣泛，從端到端的網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)級別的網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議的模擬、網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)和優(yōu)化等等，都可以使用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進行仿真；第二，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺根據(jù)ISO的網(wǎng)絡(luò)分層標(biāo)準(zhǔn)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)中的不同層次進行仿真，而且其協(xié)議的描述使用到了較為常用的C/C++語言，能夠更加方便人們的使用；第三，模擬的技術(shù)比較先進，在OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺中使用到了面向?qū)ο蟮慕７椒?，不僅能夠提高部分模塊的通用性，而且能夠按照人類的思維進行網(wǎng)絡(luò)的仿真操作；第四，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺的代碼可以容易地獲取，而且代碼中添加了足夠的注釋，可以讓用戶方便地閱讀；同時，代碼可以隨時隨地被修改，使得用戶能夠按照自己的想法進行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的模擬；第五，豐富的模型庫，在OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺集成了很多較為常用的模型庫，使得用戶能夠方便地使用網(wǎng)絡(luò)中的模型，從而更快更好地組建網(wǎng)絡(luò)；第六，豐富的數(shù)據(jù)收集和分析能力，在對網(wǎng)絡(luò)進行半實物仿真過程中，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺能夠有效地對數(shù)據(jù)進行收集，同時利用可視化的界面將數(shù)據(jù)展示到用戶面前；而且OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺與用戶的互動比較靈活，用戶可以對其中的很多參數(shù)進行修改操作，方便用戶對網(wǎng)絡(luò)進行模擬；第七，從網(wǎng)絡(luò)中的事件出發(fā)進行建模，取代傳統(tǒng)的以時間為參考點進行建模的方式，這樣能夠使得模擬效率得到更好的提高，尤其是在模擬網(wǎng)絡(luò)通信時，不同的協(xié)議之間通信需要一段時間，如果是以時間為單位進行周期性的查看，很可能不會對包的到達事件作出及時地反映；相反如果是基于事件的仿真方式那么就能夠?qū)邮瞻臅r間進行及時地響應(yīng)。

2.2 OPNET的通信機制

在進行半實物仿真的過程中，由于很多部件之間的距離比較遠，如果想要實現(xiàn)它們之間的通信，必須要建立一定的通信機制。在OPNET的通信機制中主要有以下幾點：第一，基于包的通信機制，這種通信機制較為常用，OPNET采用包的通信機制來進行模擬網(wǎng)絡(luò)和真實網(wǎng)絡(luò)之間的通信，而且還可以屏蔽不同協(xié)議包之間的差異性，還可以容易地進行拆包和裝包的操作；第二，利用接口機制進行通信，這種通信機制與包通信機制類似，但是比包的結(jié)構(gòu)更為簡單，它利用用戶自定義的格式進行模擬網(wǎng)絡(luò)與真實網(wǎng)絡(luò)之間的通信，不存在拆協(xié)議和封裝協(xié)議的操作；而且接口形式的通信能夠允許用戶自定義通信格式，更加靈活自由；第三，基于鏈路的通信，鏈路通信的方式能夠提供不同類型的鏈路連接，主要是針對鏈路層的信息傳輸提供的通信機制，這種類型的通信機制能夠準(zhǔn)確地計算出信息傳輸時延。

3 OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 OPNET在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢

很多學(xué)校在進行網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)過程中，利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進行半實物網(wǎng)絡(luò)的仿真。OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺允許使用者在計算機上搭建模擬網(wǎng)絡(luò)的運行環(huán)境，能夠方便地進行網(wǎng)絡(luò)實驗的模擬。OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中存在以下幾點優(yōu)勢：首先，利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺對網(wǎng)絡(luò)通信進行仿真，能夠讓學(xué)生利用可視化的界面真實地看到網(wǎng)絡(luò)之間的通信結(jié)果，從而能夠更好地引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更好地提高網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的教學(xué)效果；其次，利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進行半實物網(wǎng)絡(luò)仿真，可以讓學(xué)生利用OPNET中的組件非常容易地組建網(wǎng)絡(luò)，能夠更加全面地了解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更好地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能，有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，更好地突破教學(xué)中的重點和難點；第三，學(xué)生利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺模擬網(wǎng)絡(luò)，不需要建立真實的網(wǎng)絡(luò)，也不需要對網(wǎng)絡(luò)進行實物方面的改動，能夠進一步降低網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的教學(xué)成本，但是可以達到與真實網(wǎng)絡(luò)操作類似的教學(xué)效果；第四，運用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺對網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進行收集和分析，能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)中的各項參數(shù)真實地展示在學(xué)生的面前，使其能夠直接觀察到網(wǎng)絡(luò)中的各項參數(shù)，從而更快更好地了解網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，并能夠及時地對網(wǎng)絡(luò)進行進一步的調(diào)整和優(yōu)化。

3.2 基于OPNET網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)設(shè)計

由于OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺在使用過程中比較復(fù)雜，因此，在利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進行網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)之前，必須對教學(xué)進行詳細的設(shè)計，制定網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的實驗步驟，從而更好地發(fā)揮OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺的仿真效果。基于OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺的網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)步驟主要分為以下幾點：第一，在進行網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)之前，教師需要向?qū)W生介紹OPNET的概念、特點以及應(yīng)用優(yōu)勢，然后讓學(xué)生能夠根據(jù)教學(xué)的內(nèi)容明確仿真實驗的目的；第二，確定網(wǎng)絡(luò)的功能和網(wǎng)絡(luò)模型，對網(wǎng)絡(luò)中的詳細參數(shù)進行分析，從而精確地利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺組建網(wǎng)絡(luò)；第三，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的功能需求選擇合適的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)中的不同層次選擇不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，確保網(wǎng)絡(luò)性能得到良好發(fā)揮；第四，配置網(wǎng)絡(luò)中的各項參數(shù)，在配置的過程中可以利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺模擬網(wǎng)絡(luò)的效果，從而選擇出最佳的參數(shù)配置；第五，仔細檢查仿真結(jié)果，利用理論推導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)中的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果，然后利用仿真軟件對網(wǎng)絡(luò)進行仿真得到仿真結(jié)果，將預(yù)期結(jié)果與實際結(jié)果進行對比，從而更好地提高實驗效果。

3.3 OPNET在網(wǎng)絡(luò)仿真實驗中的應(yīng)用

通過以上的分析和論述可知，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺在網(wǎng)絡(luò)仿真實驗中有著非常重要的應(yīng)用，通過對OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺的不斷完善和升級，能夠進一步突出OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺在網(wǎng)絡(luò)仿真實驗中的應(yīng)用優(yōu)勢。OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺在網(wǎng)絡(luò)仿真實驗中主要應(yīng)用在以下幾個方面：第一，構(gòu)建計算機網(wǎng)絡(luò)仿真實驗中的多種網(wǎng)絡(luò)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性也在進一步提高，因此，學(xué)生在進行網(wǎng)絡(luò)仿真實驗的過程中，手動組建網(wǎng)絡(luò)需要花費較長的時間，但是利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺能夠快速地組建好網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；同時，學(xué)生可以利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺提供的各種工具和設(shè)備，在編輯器中更改網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)，修改網(wǎng)絡(luò)中某個部件的細節(jié)等等，能夠快速地組建好預(yù)期的網(wǎng)絡(luò)；第二，OPNET可以快速地建立起比較通用的網(wǎng)絡(luò)模型，這是因為在OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺中集成了較為常見的網(wǎng)絡(luò)模型，當(dāng)需要建立這些網(wǎng)絡(luò)模型進行分析時，可以直接將這些網(wǎng)絡(luò)模型拿來使用，進行較小的修改即可，非常方便快捷；第三，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺對于網(wǎng)絡(luò)進行了分層，在進行網(wǎng)絡(luò)實驗的過程中，有助于同學(xué)們理解網(wǎng)絡(luò)分層的原因和原理，同時能夠更快地熟悉不同網(wǎng)絡(luò)層中的協(xié)議和通信機制等等；第四，利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺能夠方便地對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化和調(diào)整，這是因為利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺可以方便地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的各項參數(shù)，通過對網(wǎng)絡(luò)的不斷調(diào)整能夠發(fā)現(xiàn)更適合的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，從而使得網(wǎng)絡(luò)得到進一步優(yōu)化；第五，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺中很多協(xié)議或者操作都可以利用代碼方便地實現(xiàn)，這樣學(xué)生能夠利用較為通用的C/C++代碼編寫自定義的一些協(xié)議或者是接口，并利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真平臺進行實現(xiàn)，這樣使得網(wǎng)絡(luò)實驗課程具有更好的通用性，更快地提高學(xué)生的動手能力。

4 小結(jié)

本文通過簡要介紹半實物仿真的概念，進而介紹了一種比較通用的仿真軟件OPNET，然后介紹了OPNET在網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)中的應(yīng)用，從而可以更好地提高網(wǎng)絡(luò)實驗的教學(xué)效果。相信隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，會有更多實用的仿真軟件問世，從而能夠更好地模擬網(wǎng)絡(luò)之間的通信，更好地解決半實物網(wǎng)絡(luò)仿真之間的關(guān)鍵問題，進一步推動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。

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[責(zé)任編輯：王楠]