“计算机网络”是高等院校电子类专业非常重要的专业基础课, 它能使学生比较系统和全面地掌握计算机网络的基本概念、原理和一些主要的先进而实用的技术, 为其它专业课程的学习打下一定的网络理论基础, 并为今后从事计算机网络方面的研究和实际工作奠定一定的基础。
“计算机网络”这门课程的的概念和原理涉及到大量抽象难懂的协议和算法, 为了让学生对其获得感性认识, 可以利用网络仿真构建虚拟的仿真教学环境, 满足教学需要。
(1) 随着信息时代的到来, 网络规模逐渐扩大、网络拓扑结构日益复杂, 近年来兴起一种专业的网络研究技术——网络仿真, 它借助于软件工具, 将网络抽象为数据模型, 并仿真网络的实际运行, 从仿真结果中对网络性能做出评估, 以便进行网络研究和建设。 (2) 网络仿真需要借助网络仿真软件的帮助, 在现有的各种网络仿真软件中, OPNET以友好的界面, 相对短的上手时间以及高校优惠的价格, 吸引了大量的网络研究人员, 尤其是高校师生。
1 OPNET仿真软件的简介
OPNET是MIL3公司开发的一套集开发和应用为一体的通信系统模拟软件, 是目前世界上最先进的网络仿真开发和应用平台, 近两年被第三方权威机构评选为“世界级网络仿真软件”第一名。
现在版本的OPNET由4部分组成:W i z a r d, P l a n n e r, M o d e l e r, E x p r e s s Developer。我们所采用的是MIL3公司起家的拳头产品Modeler, 它是一种功能十分强大的网络R&D仿真平台, 支持在网络各个层次的设备、链路和协议的精确建模, 并提供丰富的外界开发接口, 同时还内含Planner的全部功能。
1.1 OPNET Modeler的优点
高效的仿真引擎;图形化和移动特性建模;面向对象的层次化建模;完全开放的模型编程;无线、点到点以及点到多点链路;灵活的数据导入方式;集成的分析工具;对于设备的成本计算;动画;多平台以及灵活的license管理。
1.2 用OPNET Modeler进行仿真的主要步骤
(1) 收集和分析网络设计文档。
要进行网络仿真, 必须要对仿真网络有全面和深入的了解, 主要包括网络拓扑结构、网络中要使用的协议和网络标准、网络中使用的设备、网络链路特性和网络应用及其流量特性;
(2) 建立网元模型。
针对不同的仿真需要, 建立一个网络设备的多个不同的模型版本;
(3) 建立网络模型。
依据实际需要对进行仿真的网络, 建立起网元模型之间的有机连接, 从而将整个仿真网络系统映射为OPNET网络模型;
(4) 建立网络的流量模型。
此处网络流量分为背景路由流量、背景利用率流量和前景业务流量;
(5) 仿真设计和仿真计算。
选择仿真过程中所感兴趣和要收集的网络性能统计参数, 进行仿真计算;
(6) 查看、结果分析并提交仿真报告。
对于统计数据, 可直接通过菜单栏中的“view results”来查看, 而动画数据则要利用m3_vuanim程序来打开;
(7) 比较仿真结果与实验或测量结果。
这个工作包括两方面的内容, 即:验证模型和仿真方法的正确性, 比较不同设计方案仿真结果。
以上是网络仿真的典型流程, 在实际操作中, 一般不可能经过一个仿真的流程就能达到仿真的目的, 而往往需要多次的反复, 因此, 上述步骤或其中的部分步骤会多次重复, 具体的网络仿真流程需要根据具体的仿真需要和其他具体情况决定。
2 基于OPNET Modeler的仿真实例
本文以队列的考察为例来说明OPNET Modeler在计算机网络实验教学中的应用, 该例中设了3个客户同时发送数据至处理器, 处理器中有两个服务台同时提供服务的场景, 我们将对处理器中的M/M/2队列的大小和延迟时间进行考察。
2.1 创建发送节点
在节点编辑器中创建发送结点来模拟客户, 结点中包含一个数据源进程模块和一个点对点发射机, 用来向处理器中发送数据。
2.2 创建接收节点
接收结点用来模拟处理器的行为, 包括3个点对点接收机、队列模块和进程模块。发送结点和接收结点的结构图 (如图1所示) 。
2.3 自定义链路模型
常见的连接节点间的物理通信链路主要有三种:点到点通信链路、总线通信链路和无线通信链路, 这些链路的编辑和修改都是在链路编辑器中指定的。这里我们将采用自定义的点到点通信链路, 用于连接发送节点和接收节点。
2.4 建立网络模型并选择统计量
建模对象创建完毕, 建立如图2所示的网络来进行模拟, 然后进行统计量的收集, 此处我们选择的是M/M/2队列的大小和延迟时间。
2.5 运行仿真并查看结果
通过配置仿真运行属性对话框, 对仿真运行的属性进行配置, 将仿真持续时间设为10minutes, 单击Run按钮即可进行仿真。仿真结束后, 观察前面所选两个统计量 (即M/M/2队列的大小和延迟时间) 的仿真结果, 如图3所示。
3结语
OPNET Modeler的面向对象的建模方法和图形化的编辑器反映了实际网络和网络组件的结构, 实际的系统可以直观的映射到模型中, 因此可以使学生获得对网络的工作原理与操作方法的感性认识, 加深理解、验证、巩固课堂教学内容, 提高实际应用的能力, 也可以极大地提高学生的积极性, 提高实验教学的水平和质量。可见, OPNET Modeler是一款有着十分广阔的应用前景的仿真软件。
摘要：网络仿真软件OPNET以友好的界面, 相对短的上手时间以及高校优惠的价格, 吸引了大量的网络研究人员, 尤其是高校师生。运用OPNET Modeler软件在“计算机网络”的实验教学中开展仿真实验, 丰富了实验教学手段, 使网络的分析和设计得到简化, 并且可以使学生获得对网络的工作原理与操作方法的感性认识。对OPNET作了简单介绍, 并通过一个OPNET Modeler仿真实验实例说明在“计算机网络”实验教学中适当地运用仿真技术, 可以获得较好的教学效果。
关键词：OPNET Modeler,计算机网络,仿真
参考文献
[1] 俞黎阳, 张卫, 强志成.计算机网络工程实验教程[M].清华大学出版社.
[2] 张铭, 窦赫蕾, 等.OPNET Modeler与网络仿真[M].人民邮电出版社.
[3] 孙屹, 孟晨.OPNET通信仿真开发手册[M].国防工业出版社.