OPNET Modeler通信仿真平臺簡介

1、OPNET Modeler仿真平臺1 Modeler簡介OPNET Modeler 是當(dāng)前業(yè)界領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)環(huán)境，可以以無與倫比的靈活性用于設(shè)計和研究通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、協(xié)議和應(yīng)用。Modeler 為開發(fā)人員提供了建模、仿真以及分析的集成環(huán)境，大大減輕了編程以及數(shù)據(jù)分析的工作量。Modeler被世界各大公司和組織用來加速研發(fā)過程。Modeler的面向?qū)ο蟮慕７椒ê蛨D形化的編輯器反映了實際網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)組件的結(jié)構(gòu)，因此實際的系統(tǒng)可以直觀的映射到模型中。Modeler支持所有網(wǎng)絡(luò)類型和技術(shù)，可以解決復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信問題。使用Modeler，將可以給用戶帶來如下利益：提升網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的成果：Modeler提

2、供的各種專門的編輯器，以及分析工具和一些最新的模型，使得研發(fā)人員可以專注于項目中特定部分的開發(fā)，而不用浪費精力在一些沒有必要的地方。改善產(chǎn)品質(zhì)量：Modeler提供測試實際產(chǎn)品的一個虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以有效的避免一些設(shè)計中的錯誤。減小從研發(fā)到市場的時間：在完成實際產(chǎn)品之前作充分的驗證，采用Modeler來向客戶以及合作伙伴展示您的解決方案的價值。自從MIT在1987年發(fā)布了第一個商用的網(wǎng)絡(luò)仿真器以來，OPNET的Modeler一直在業(yè)界保持技術(shù)上的領(lǐng)先地位，特性主要表現(xiàn)在以下方面:l 高可擴展性和高效率的仿真引擎?？焖俜抡嬉婺軐τ芯€和無線模型進(jìn)行快速運行仿真，比如，以比標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)速度快得多的速度

3、仿真一個地形環(huán)境下的上千個無線節(jié)點的動態(tài)應(yīng)用和路由行為。l 層次化的網(wǎng)絡(luò)模型。使用無限嵌套的子網(wǎng)來建立復(fù)雜的的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)l 面向?qū)ο蟮慕７绞?。?jié)點和協(xié)議以基類和派生類進(jìn)行建模。l 簡單明了的建模方法。Modeler 建模過程分為三個層次，過程（Process）層次，節(jié)點（Node）層次，以及網(wǎng)絡(luò)（Network）層次。在過程層次模擬單個對象的行為，在節(jié)點層次將其互連成設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)層次將這些設(shè)備互連組成網(wǎng)絡(luò)。幾個不同的網(wǎng)絡(luò)場景組成“項目”，以比較不同的設(shè)計。這也是Modeler建模的重要機制，這種機制有利于項目的管理以及分工。l 有限狀態(tài)機。在過程層次使用有限狀態(tài)機來對協(xié)議和其它過程進(jìn)行建模

4、。在有限狀態(tài)機的狀態(tài)和轉(zhuǎn)移條件中使用C/C+語言對任何過程進(jìn)行模擬。您可隨心所欲控制仿真的詳細(xì)程度。有限狀態(tài)機，加上標(biāo)準(zhǔn)的C/C+，以及OPNET本身提供的400多個庫函數(shù)構(gòu)成了Modeler編程的核心。OPNET稱這個集合為Proto C語言。l 對協(xié)議編程的全面支持。400多個庫函數(shù)支持，以及書寫風(fēng)格簡潔的協(xié)議模型。OPNET的核心已經(jīng)嵌入了眾多協(xié)議，因此很多協(xié)議無需額外的編程。l 對無線鏈路，點對點鏈路和點對多點鏈路分別建模。鏈路行為是開放的，可編程的。精確定義了鏈路的時延，可用性，誤比特率，和吞吐量等特性。使用增強TIREM模型，Longley-Rice模型和Free Space等傳播

5、模型庫整合描述物理層特性和環(huán)境的共同影響。l 最先進(jìn)的建模平臺。具有高度優(yōu)化的串行和完全并行離散事件仿真，混合仿真和數(shù)值仿真，以及HLA和協(xié)同仿真技術(shù)。l 系統(tǒng)的完全開放性。API, 所有模型和結(jié)果文件全部開放。用戶可以輕松的將原有的代碼庫中的代碼用于自定義仿真。用戶可以對模型加密以保護(hù)自己的知識產(chǎn)權(quán)。l 高效的仿真引擎。基于事件驅(qū)動的仿真平臺，仿真效率相當(dāng)高。l 集成的調(diào)試器?？焖俚尿炞C仿真或發(fā)現(xiàn)仿真中存在的問題。l 集成的分析工具。Modeler顯示的仿真結(jié)果界面十分友好，輕松刻畫和分析各種類型的曲線，也可將曲線導(dǎo)出到電子表格中和XML。l 動畫。Modeler可以在仿真中或仿真后顯示模型

6、行為的動畫，使得仿真平臺具有很好的演示效果。同時具有3D顯示的接口。l 從文本文件,XML和流行的軟件導(dǎo)入數(shù)據(jù)，比如Cisco，HP，NetScout，BMC，Concord，Sniffer，Infovista，MRTG，cflowd，tcpdump等。l 為每一個設(shè)備提供了成本選項。可以將網(wǎng)絡(luò)成本導(dǎo)出至報表。l 豐富的模型庫，提供了詳細(xì)的協(xié)議模型和應(yīng)用模型。其中包括多層應(yīng)用，語音，TCP, IP, OSPF,BGP, EIGRP, RIP, RSVP, 幀中繼, FDDI, 以太網(wǎng), ATM,802.11 無線 局域網(wǎng), MPLS, PNNI, DOCSIS, UMTS, IP Multic

7、ast, Circuit Switch, MANET, Mobile IP, IS-IS, 等等。以上模型都以開放源碼的有限狀態(tài)機形式給出。 l 豐富的網(wǎng)絡(luò)模型庫。標(biāo)準(zhǔn)模型庫包含了數(shù)百個制造商的專有模型和通用模型，包括路由器，交換機，工作站和包生成器。使用“設(shè)備制造器”，您可以快速地創(chuàng)建屬于 自己的設(shè)備模型，并且從局域網(wǎng)模型或者云圖模型中匯聚流量。l 地理和移動建模。對于無線小區(qū)，移動 Ad hoc網(wǎng)絡(luò)，無線局域網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)或者任何帶有移動節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)都進(jìn)行了建模?？梢詣討B(tài)控制或者預(yù)定義每一個節(jié)點的移動軌跡?？梢酝ㄟ^添加地圖或者背景圖片來增強可視效果。如果選擇了地形建模模塊(TMM)，就可以導(dǎo)入

8、DTED或者USGS格式的數(shù)據(jù)，在仿真中考慮地形對無線傳播的影響。l 模型可以在不同操作系統(tǒng)和硬件體系結(jié)構(gòu)的Windows NT,2000,XP 和UNIX之間透明共享(無需修改)。l 方便的License管理，增強的浮動License系統(tǒng)能夠通過Internet自動下載密鑰，圖形化的界面更利于license管理。另外，Modeler提供的十幾個編輯器大大加快了建模的進(jìn)程。Modeler提供的編輯器為：項目編輯器，節(jié)點編輯器，過程編輯器，鏈路編輯器，路徑編輯器，包編輯器，天線模式編輯器，接口控制信息編輯器，調(diào)制曲線編輯器，概率分布函數(shù)編輯器，探針編輯器，圖標(biāo)編輯器，源程序編輯器等等。每個編輯器

9、完成一定的功能，使得原先需要書寫很長代碼的程序，只需要通過圖形化的界面進(jìn)行一些設(shè)置就可以完成。Modeler可用于的研發(fā)領(lǐng)域包括但不限于：Ø 移動自組織組網(wǎng)技術(shù)Ø 移動通信網(wǎng)絡(luò)Ø 無線網(wǎng)絡(luò)與有線骨干網(wǎng)互聯(lián)Ø 通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)Ø 無線局域網(wǎng)Ø 無線城域網(wǎng)Ø IP廣域網(wǎng)2 建模機制要對一個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真，需要對網(wǎng)絡(luò)中的每個網(wǎng)元，以及網(wǎng)元間相互聯(lián)系進(jìn)行建模。建模中最基本的概念就是同等行。建模的過程實際上是將實際的系統(tǒng)映射到仿真環(huán)境中，仿真環(huán)境對實際系統(tǒng)的逼近程度直接影響到仿真結(jié)果的有效性。但是出于復(fù)雜性的考慮，仿真系統(tǒng)和實際系統(tǒng)并不完全

10、一致，而是在某些方面，某些層次上反映實際的系統(tǒng)。一般需要滿足：l 模型必須能夠回答所感興趣的問題；l 模型必須具有能夠反映需要的精確程度；l 模型必須能夠被驗證；l 模型必須滿足一些前提。通常，在通信網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)中包含了從底層通信硬件到高層決策軟件涉及的多種技術(shù)。為了對系統(tǒng)的性能和行為進(jìn)行有效的預(yù)測，一個成功的系統(tǒng)建模要能夠充分反映這些子系統(tǒng)及子系統(tǒng)間的交互。子系統(tǒng)及其每一層都有很大差別，例如通信協(xié)議和實施操作系統(tǒng)是完全不同類型的實體。針對通信網(wǎng)絡(luò)中不同的級別，OPNET將建模的工作劃分為3個層次：網(wǎng)絡(luò)域、節(jié)點域和進(jìn)程域。建模域功能舉例網(wǎng)絡(luò)域從高層設(shè)備（節(jié)點和通信鏈路）對系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)范圖 4

11、節(jié)點域從應(yīng)用、進(jìn)程、隊列和通信接口對節(jié)點的功能進(jìn)行規(guī)范圖 5進(jìn)程域?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)節(jié)點所含進(jìn)程的行為進(jìn)行規(guī)范，包括決策進(jìn)程和算法圖 6圖 3 OPNET建模域及其功能圖 4 WCDMA網(wǎng)絡(luò)域模型圖圖 4是一張WCDMA網(wǎng)絡(luò)域模型圖，它描述了各個網(wǎng)元如UE，Node B，RNC之間的拓?fù)潢P(guān)系，以及各個網(wǎng)元的地理位置。通過在網(wǎng)絡(luò)域的建模，可以把一個實際的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)映射到模型中。圖 5 UE的節(jié)點模型圖圖 5是WCDMA中終端UE的節(jié)點模型圖，它對UE的各個功能模塊以及相互關(guān)系進(jìn)行了建模。在通信系統(tǒng)中每個網(wǎng)元都有一定的協(xié)議來規(guī)定其功能，而協(xié)議又會按照一定的功能分為幾個模塊。正是對這些功能模塊的建模正是在節(jié)點域

12、進(jìn)行的。圖 6 GMM進(jìn)程模型圖圖 6 是對UE中的一個功能模塊GMM進(jìn)行了更為細(xì)致的建模。OPNET在進(jìn)程域的建模采用了有限狀態(tài)機的方法。在這個圖中GMM被分為了幾個狀態(tài)，每個狀態(tài)分別完成一定的工作，而在各個狀態(tài)之間又設(shè)定了狀態(tài)轉(zhuǎn)移條件。 對于每個狀態(tài)及狀態(tài)間轉(zhuǎn)換時需要完成的工作，OPNET采用C/C+語言來進(jìn)行描述，另外OPNET還提供了大量功能強大的且實用的核心函數(shù)。使得模型具有非常強的透明度，方便修改和定制。通過網(wǎng)絡(luò)域，節(jié)點域和進(jìn)程域的三成建模，能夠方便的將整個網(wǎng)絡(luò)映射到仿真中。同時也為建模和維護(hù)以及以后的模型重利用，提供了一種非常好的途徑。圖7 模型層次架構(gòu)3 模型庫Modeler提

13、供了一個豐富的模型庫，包含詳細(xì)的協(xié)議和應(yīng)用業(yè)務(wù)模型，其中包括：多層應(yīng)用，語音，HTTP，TCP，IPv4， BGP， EIGRP， RIP，VoIP， OSPFv3， RSVP，幀中繼， FDDI，以太網(wǎng)，ATM，802.11 無線局域網(wǎng)， 802.16 WiMAX， IPv6，MPLS， PNNI， DOCSIS，UMTS，IP 組播，電路交換，MANET，移動自組織網(wǎng)，Mobile IP， IS-IS，衛(wèi)星仿真等。所有的標(biāo)準(zhǔn)模型都以有限狀機形式呈現(xiàn)，并開放源代碼。 Modeler還提供了豐富的廠商設(shè)備模型庫，內(nèi)含數(shù)百個廠商定制以及通用設(shè)備模型，包括路由器，交換機，工作站和數(shù)據(jù)包發(fā)生器。用戶

14、可以使用“設(shè)備生成器”功能快速裝配生成自定義設(shè)備模型。同時，也可以通過多種接口自動生成設(shè)備模型，其支持的數(shù)據(jù)格式包括：文本格式，XML格式，流行的第三方工具，包括Cisco, HP, CA, NetScout, BMC, Concord (CA),Sniffer, Infovista,MRTG, cflowd, tcpdump等。OPNET提供了豐富的模型庫，其中包括標(biāo)準(zhǔn)模型庫和特殊模型庫，其中標(biāo)準(zhǔn)模型庫是跟隨Modeler平臺提供的，無需另行購買。如下表所示：標(biāo)準(zhǔn)模型 / 附加模塊共享模型*應(yīng)用層CBRDatabaseEmailFTPHTTPRemote Login / TELNETSelf

15、-Similar Traffic (RPG) PrintSIPVBR VoiceVoIP SIP, RTPVideoCustomcRTPMPEG-2Snoop傳輸層NCPTCP TahoeTCP RenoTCP New RenoTCP ECNTCP SACKUDPStop-N-Wait路由BGPOSPFOSPFv3 EIGRPISISRIPRIPngIGRPStatic RoutesDistance Vector (for ATM Networks)Dijkstras Algorithm (API) DSBMDynamic DistributedStatic Distributedc組僠IGM

16、P / Static MembershipPIM-SMStatic RP / Auto RP / Bootstrap網(wǎng)絡(luò)層HSRPIPv4 IPX Mobile IPv4 RSVP服務(wù)質(zhì)量（QoS）CAR / PolicingCQDWFQ / CBWFQDWRR / MDRR/ MWRRFIFOLLQ with Rate LimitMarkingPQ TOS / DSCP - based classificationWRED/ RED 媒體訪問控制(MAC)AlohaATM (incl. IMA)CSMA, CSMA/CA, CSMA/CDDPT / SRP Ethernet (coax, 1

17、0baseT, 100baseT)FDDIFiber Channel Frame Relay Gigabit Ethernet (10Gbps, 1000baseX)LANELAPBLink Aggregation (incl. EtherChannel)SNASpanning TreeToken RingVLANX.25Banyan Multistage Cell SwitchCAN CFDAMA-PBDCCPDelay-Sensitive Polling SchemeDQDB WAN (802.6)Firewire IEEE-1394bRPR (802.17)Slotted ALOHA物理

18、層DSLISDNSONETCustom Link Models (OPNET Pipeline Stages)DVB-DAVICInfinibandIrDAJ1850Linear LightwaveUPnP4 Modeler提供的第三方設(shè)備制造商模型庫3Com，ADC，AMD，Alteon，Ascend，Avici，Bay Networks，Brocade，Cabletron，Cisco， Compaq， Coyote Point， Dell， Equipe， Extreme， Marconi(Fore)， F5， Foundry， HP， IBM， Intel， Juniper， Lucen

19、t， McData， Motorola， NEC ， NET， Newbridge， Nortel ， Radware，Sun，.二、Wireless模塊功能OPNET 無線模塊從功能上擴展了OPNET核心產(chǎn)品在無線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域建模、仿真和分析的精度。無線模塊提供業(yè)內(nèi)最具靈活性和擴展性的無線建模環(huán)境，包括一系列功能強大的加速仿真進(jìn)程技術(shù)。無線模塊集成OPNET的全協(xié)議棧建模能力，包括MAC、路由、高層協(xié)議和應(yīng)用，具有對無線傳輸各方面進(jìn)行建模的能力，包括：Ø 射頻傳播 (地形衍射、衰落，大氣和植被衰減等引起的路徑損耗)干擾Ø 發(fā)射機/接收機特性Ø 節(jié)點移動，包括越區(qū)切換

20、Ø 與有線傳輸網(wǎng)的互聯(lián)無線技術(shù)研發(fā)人員可以利用OPNET先進(jìn)的仿真能力和豐富的協(xié)議模型庫來優(yōu)化研發(fā)流程，更有效地開發(fā)諸如MANET、802.11、3G/4G、iMAX、UMTS、藍(lán)牙、衛(wèi)星等無線通信技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)和運營專家們能夠分析端到端業(yè)務(wù)的表現(xiàn)，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)性能，評估服務(wù)增長所產(chǎn)生的代價。1 無線模塊的應(yīng)用無線模塊與OPNET的核心產(chǎn)品結(jié)合使用，可用于：Ø 預(yù)測端到端性能：通過對實際情景、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹I(yè)務(wù)流量、協(xié)議和終端用戶應(yīng)用進(jìn)行建模和仿真，預(yù)測端到端性能。Ø 評估網(wǎng)絡(luò)和QoS設(shè)置：在部署新的無線服務(wù)之前評估網(wǎng)絡(luò)和QoS設(shè)置。Ø 設(shè)計和優(yōu)化專

21、有的無線通信協(xié)議：如接入控制和調(diào)度算法。Ø 規(guī)劃移動網(wǎng)絡(luò)部署：準(zhǔn)確考慮地形因素。 2 節(jié)點的移動特性完全可控OPNET無線模塊能對地面、空中以及衛(wèi)星等移動通信系統(tǒng)中結(jié)點的移動軌跡進(jìn)行建模。移動節(jié)點內(nèi)建三維位置坐標(biāo)屬性，可以在仿真過程中改變。節(jié)點的移動軌跡可以是事先規(guī)定的，也可以是自適應(yīng)調(diào)整的，這取決于用戶設(shè)定的節(jié)點位置控制過程。衛(wèi)星的軌道可以直接從Analytical Graphics公司的Satellite Tool Kit (STK)軟件中導(dǎo)入，也可以應(yīng)用開放的API讀取自定義數(shù)據(jù)。3 傳輸管道階段機制OPNET使用收發(fā)信機管道（Transceiver Pipeline）來創(chuàng)建無

22、線信道收發(fā)信機管道。收發(fā)信機管道在每次發(fā)送接收過程中模擬了發(fā)射機、環(huán)境、接收機，可以計算：發(fā)送和傳播時延 鏈路閉合 方向性天線增益 路徑損耗 背景噪聲和干擾噪聲 調(diào)制效果 誤碼率和糾錯率 可以修改標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)機管道階段來模擬更大范圍的傳播效果，包括多徑衰落以及地形的影響。另外，一些其他模塊的代碼可以在OPNET中使用（例如，用戶自己編寫的傳播模型）。這種靈活的鏈路建模結(jié)構(gòu)保證了OPNET收發(fā)信機管道階段可以自定制開發(fā)。收發(fā)機管道將無線鏈路模型分成14個階段（包括階段0接收機組管道階段），每個階段針對某個特定的鏈路屬性和參數(shù)。前6個階段是發(fā)射機關(guān)聯(lián)的，后8個階段和接收機相關(guān)。4 高級仿真特性O(shè)PN

23、ET提供了相應(yīng)技術(shù)用于加速無線建模仿真的運行：流線型鏈路分析利用Wireless Domain、receiver groups、 Transceiver Pipeline極大的減少了鏈路分析的計算量。協(xié)同仿真接口其他仿真軟件可以直接通過開放的API與OPNET核心仿真引擎相連，進(jìn)行聯(lián)合仿真。完全并行仿真可借助多處理器的強大處理功能，提升仿真性能。5 其他重要特性O(shè)PNET提供了詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及協(xié)議的商業(yè)模型庫，包括MANET, 802.11, UMTS（單獨發(fā)售）, WiMAX(單獨發(fā)售), Satellites, IP, ATM, Frame Relay及其他多種模型。Ø 提供調(diào)制

24、曲線，天線模型以及包格式等編輯器，用以自定制開發(fā)。Ø 動畫觀察器可以觀察節(jié)點在仿真中的動態(tài)表現(xiàn)，或者用于仿真后的分析。Ø Modeler14.0 版本后ODB中提供了可視化數(shù)據(jù)包各個管道階段狀態(tài)的功能Ø 開放的API支持對網(wǎng)絡(luò)場景、設(shè)備模型等各種模型數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。Ø 訪問OPNET的共享模型庫（Contributed Libraries）：可以在3G、 MANET、 Bluetooth 和GPRS等通信技術(shù)方面獲得OPNET提供的共享模型和相關(guān)章。6 無線模塊模型庫標(biāo)準(zhǔn)模型 / 附加模塊共享模型*MACWireless LAN (802.11a, b, e, g) SMART MACZigbee (802.15.4) AMPSBluetoothCDPDGilbert-Elliot BER GPRSGSMInterworked WLAN_UMTS MBMS-enabled UMTS networkMANETAODV DSRGPROLSROSPFv3TORA Mobile Mesh RoutingM-TCPTDMA v2