OPNET网络仿真及分析

陈海红

（赤峰学院 计算机科学与技术系，内蒙古 赤峰 024000）

OPNET网络仿真及分析

陈海红

（赤峰学院 计算机科学与技术系，内蒙古 赤峰 024000）

网络仿真技术是研究人员进行网络规划与设计时的重要工具.本文首先介绍了OPNET的网络仿真性能和特点，接着分析了OPNET的建模过程，最后通过一个实验讨论了OPNET技术在网络规划和设计中的应用.

仿真；OPNET；网络规划

1 引言

随着网络的迅速膨胀，网络研究员一方面要不断思考新的网络协议和算法，为网络发展做前瞻性的研究；另一方面也要研究如何利用和整合现有的资源，使网络达到最高效能.无论是哪一方面都需要对新的网络方案进行验证和分析.然而，分析方法的有效性和精确性受假设限制很大.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详细描述.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序上弥补了这种不足.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.

OPNET作为当前业界著名的网络仿真软件，得到了广泛的应用.OPNET Modeler可以从不同的层面完成各种通信系统的仿真工作，诸如：网络的架构设计、网络性能分析、网络应用分析、网络协议分析和无线卫星系统仿真等.针对仿真的不同层面，OPNET提供了网络层、节点层和进程层的三层建模机制，采用离散事件驱动的仿真方案，利用包通信方式进行交互，从而实现了复杂的网络建模仿真工作.目前，OPNET主要用于网络和通信系统的设计研发工作中，但在网络课程的教学中同样可以得到应用，基于其精确仿真的特点可以加深对网络工作过程和原理的理解，辅助网络课程的理论教学.

2 OPNET的建模过程

OPNET采用层次化的建模技术，从网络物件层次关系看，提供了三个层次的模型，分别为进程模型、节点模型、网络模型.OPNET基于面向对象软件技术将设计域分为进程域、节点域和网络域，分别完成上述3个方面的模型.

(1)进程域中完成网元节点模型中每个模块的进程模型的设计.用状态机描述协议[1].

(2)节点域中完成网元节点结构和数据流模型的设计.节点模型，由相应的协议模型构成，反映设备特性.节点模型可以有：固定节点、移动节点和卫星节点.

(3)网络域中定义通信网络的拓扑结构.一个网络模型中可以有多个节点.

基于OPNET的网络建模需要经过如下几个过程：

（1）确定问题：首先确定所要解决的问题是什么.

（2）模型设计：主要包括

①建立进程模型

主要使用Process Editor完成.在完全自己开发新技术时，使用库中节点模型但是需要进行底层进程修改时，需要进行这一步来建立进程模型.而在完全使用库中节点模型时，利用库中节点模型进行修改但不需要修改进程时或者库中有替代进程模型存在时，不需要进行这一步.

②建立节点模型

主要使用Node Editor完成，必要时可以使用Device Creator快速建立模型.使用进程模型做为它的底层模型.建模中，可能有3种情况：完全使用模型库中的节点模型，基于模型库进行修改，完全新开发模型.

③建立网络模型

主要使用Network Editor完成.使用链路、节点模型为它的底层模型.如果针对已有的实际网络进行研究还可以使用HPNMM(HP)网络节点管理器自动导入.

④建立流量模型

通过选择在网络上运行的应用业务类型，为所仿真的网络配置业务量，完成对系统流量的建模工作.

(3)收集结果统计量：根据要解决的问题决定收集哪些统计量，方便结果的分析和比较.在网络模型中可以对单个对象收集统计量，也可以对整个网络收集全局统计量.

(4)仿真：在运行仿真之前,可根据需要使用探针编辑器(Probe Editor)设置一些探针到需要采集统计数据的点上，以便在最后的结果分析中使用.另外，还要设置运行参数.仿真运行过程中还可利用OPNET交互式调试工具，随时中断正在运行的仿真程序.

(5)结果分析：仿真运行结束后,OPNET结果分析器将仿真运行中收集到的统计结果以参数曲线的形式表现出来.在结果中加入其它算法的仿真结果即可完成不同算法间结果的比较,为进一步的算法分析和优化提供了有力的依据.

3 OPNET的仿真实验

下面我们通过一个实验，分析一下令牌环网在不同THT下的网络性能.

假设令牌环网由16个节点构成，速率为4Mb/s.在环网当中，任何一个链路或节点出现故障都将导致整个环无法工作.所以本实验中采用星型拓扑结构来解决这一问题，中心节点称为线路中心，使得该网在逻辑上仍保持环状，物理上每个站点通过（至少）含有两对双绞线的电缆与线路中心相连，一对用于数据进站，另一对用于数据出站.

（1）设16个节点的包产生速率相同为0.025s，给THT设置不同的六个数值，测得网络的利用率如图1所示.

图1 网络性能

图2 网络负载降低一半前后比较

从图中可以看出随着THT值的增加，网络的利用率在逐渐增强.

（2）将网络负载降低一半，所测得的网络的利用率如图2中②曲线所示，和（1）相比较，从图中可以看出当网络负载很低的情况下，增加令牌的持有时间基本上不会改变网络的利用率.

（3）设节点0所产生的业务流量是所有其他节点的业务流量之和，其他节点的业务流量为0，测得网络的利用率如图3中②曲线所示，和（1）相比较，可以看出，两种情况下网络的利用率基本相同.

4 结论

随着网络的日趋复杂、规模日益庞大,利用仿真软件进行网络的性能分析,为网络技术开发、网络性能理论测试、网络设计方案评估及网络故障诊断等提供了强有力的工具.网络仿真正以其突出的优越性越来越受到网络研究人员的关注和重视.因此OPNET网络仿真软件必将得到更为广泛的应用.

〔1〕陈敏.OPNET网络仿真.清华大学出版社，2004.

〔2〕陆正福，刘吉庆.基于OPNET Modeler的网络性能仿真实验.实验科学与技术，2006（4）.

〔3〕侯宗浩，王秉康，黄泳翔.网络仿真的研究.计算机仿真，2003，20（10）.

〔4〕王文博，张金文.OPNET Modeler与网络仿真.人民邮电出版社，2003.

〔5〕伍俊洪，等.网络仿真方法和OPNET仿真技术.计算机工程，2004，30（3）.

〔6〕张铭，等.OPNET Modeler与网络仿真.人民邮电出版社，2007.

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1673-260X（2010）05-0023-02