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文檔簡介
1、.網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)是一種通過建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)鏈路的統(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)。由于仿真不是基于數(shù)學(xué)計算, 而是基于統(tǒng)計模型,因此,統(tǒng)計復(fù)用的隨機性被精確地再現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)具有以下特點:一, 全新的模擬實驗機理使其具有在高度復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到高可信度結(jié)果的特點。二, 網(wǎng)絡(luò)仿真的預(yù)測功能是其他任何方法都無法比擬的;三,使用范圍廣, 既可以用于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和擴容,也可以用于新網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計,而且特別適用于中大型網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化;四,初期應(yīng)用成本不高, 而且建好的網(wǎng)絡(luò)模型可以延續(xù)使用, 后期投資還會不斷下降。OPNET產(chǎn)品性能簡介:OPNE
2、T產(chǎn)品主要面向?qū)I(yè)人士,幫助客戶進行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備和應(yīng)用的設(shè)計、建設(shè)、分析和管理。OPNET的產(chǎn)品主要針對三類客戶,分成四個系列。三類客戶是指:網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商和一般企業(yè)。四個系列產(chǎn)品核心包括:1.ServiceProviderGuru:面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商的智能化網(wǎng)絡(luò)管理軟件。是OPNET公司的最新產(chǎn)品。2.OPNET Modeler:為技術(shù)人員(工程師)提供一個網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)平臺??梢詭椭麄冊O(shè)計和分析網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和通信協(xié)議。3.ITGuru:幫助網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人士預(yù)測和分析網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能,診斷問題,查找影響系統(tǒng)性能的瓶頸,提出并驗證解決方案。 4.WDM Guru,用于
3、波分復(fù)用光纖網(wǎng)絡(luò)的分析、評測。我使用的是OPNET Modeler8.1,所以就它和其他的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件進行比較。OPNET Technology公司的仿真軟件OPNET具有下面的突出特點,使其能夠滿足大型復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的仿真需要:1. 提供三層建模機制,最底層為Process模型,以狀態(tài)機來描述協(xié)議;其次為Node模型,由相應(yīng)的協(xié)議模型構(gòu)成,反映設(shè)備特性;最上層為網(wǎng)絡(luò)模型。三層模型和實際的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、協(xié)議層次完全對應(yīng),全面反映了網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)特性;2. 提供了一個比較齊全的的基本模型庫,包括:路由器、交換機、服務(wù)器、客戶機、ATM設(shè)備、DSL設(shè)備、ISDN設(shè)備等等;3. 采用離散事件驅(qū)動的模擬機理(di
4、screte event driven),與時間驅(qū)動相比,計算效率得到很大提高。4. 采用混合建模機制,把基于包的分析方法和基于統(tǒng)計的數(shù)學(xué)建模方法結(jié)合起來,既可得到非常細節(jié)的模擬結(jié)果,也大大提高了仿真效率。5. OPNET具有豐富的統(tǒng)計量收集和分析功能。它可以直接收集常用的各個網(wǎng)絡(luò)層次的性能統(tǒng)計參數(shù),能夠方便地編制和輸出仿真報告。6. 提供了和網(wǎng)管系統(tǒng)、流量監(jiān)測系統(tǒng)的接口,能夠方便的利用現(xiàn)有的拓撲和流量數(shù)據(jù)建立仿真模型,同時還可對仿真結(jié)果進行驗證。OPNET的缺點:1. 價錢昂貴.OPNET的單使用者授權(quán)費超過2萬5千美金. 價格的因素使得盜版猖獗。2. 學(xué)習(xí)的進入障礙很高,通過專門培訓(xùn)而達到
5、較為熟練程度至少需一個多月的時間.3. 仿真網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和流量很大時, 仿真的效率會降低。目前解決方法:采用分層的建模方法,匯聚網(wǎng)絡(luò)流量,簡化網(wǎng)絡(luò)模型;背景流量和前景流量相配合;流量比例壓縮方法;優(yōu)化調(diào)整仿真參數(shù)設(shè)計;路由流量的簡化;結(jié)果分析;如何針對不同的統(tǒng)計參數(shù),選擇合適的結(jié)果收集和處理方法。來源:(廣東省電信科學(xué)技術(shù)研究院)4. 軟件所提供的模型庫是有限的,因此某些特殊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的建模必須依靠節(jié)點和過程層次的編程方能實現(xiàn)。(A.網(wǎng)絡(luò)仿真軟件提供的標準的結(jié)果參數(shù),往往不能滿足實際用戶的全部需要,如果用戶需要收集網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的某些特殊參數(shù)時,必須通過過程層次上的編程來收集自己感興趣的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。B.一般
6、,廠家提供的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的模型都滯后于標準頒布之日數(shù)月甚至一年,如果急需使用廠家模型庫中沒有提供的新協(xié)議、新標準時,就只有通過編程的方法,開發(fā)自己的協(xié)議模型。C.對于大型網(wǎng)絡(luò)的仿真,有時需要根據(jù)實際情況,通過編程改變模型的某些特性來提高仿真計算效率。)涉及底層編程的網(wǎng)元建模具有較高的技術(shù)難度,因為需要對協(xié)議和標準及其實現(xiàn)的細節(jié)有深入的了解、并掌握網(wǎng)絡(luò)仿真軟件復(fù)雜的建模機理。因此,一般需要經(jīng)過專門培訓(xùn)的專業(yè)技術(shù)人員才能完成。編程的難度限制了OPNET的普及與推廣。此外,建立在OPNET上的仿真平臺當前無法脫離OPNET環(huán)境,也是OPNET的一個局限性。5. OPNET對路由協(xié)議的仿真比較適合,但是對
7、鏈路的仿真好想就只能通過Pipeline stage來做。例如有用戶試了把pipeline stage中radio的propagation delay model的傳輸速度(default值是光速)改為聲波在海水中的速度1500m/s,但是仿真出來的propagation delay結(jié)果居然沒太大的改變。而根據(jù)使用經(jīng)驗matlab或者spw就比較合適做鏈路層的仿真。NS (NETWORK SIMULATOR)簡介NS是一個由UC Berkeley開發(fā)的用于仿真各種IP網(wǎng)絡(luò)的為主的優(yōu)秀的仿真軟件。該軟件的開發(fā)最初是針對基于UNIX系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和仿真而進行的。Tcl(Tool Command
8、Language)與Tk是安裝在UNIX/Linux環(huán)境下的兩個包,他們一起構(gòu)成了一套開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用程序和圖形用戶界面接口(GUI)應(yīng)用程序的環(huán)境。Tk是Tcl在X Window環(huán)境下的擴展,它包含了Tcl的全部c庫函數(shù),以及支持X Window的窗口,控件等c庫函數(shù),為用戶開發(fā)圖形用戶界面提供了方便。NS的設(shè)計實現(xiàn)了使用兩種程序設(shè)計語言,C+和Otcl。這兩種程序設(shè)計語言都是面向?qū)ο蟮摹+程序模塊的運行速度非??欤菑娭祁愋偷某绦蛟O(shè)計語言,容易實現(xiàn)精確的,復(fù)雜的算法,但是修改和發(fā)現(xiàn),修正bug所花費的時間較長,因為它比較復(fù)雜。Otcl是腳本程序編寫語言,是無強制類型的,比較簡單,容易實現(xiàn)和修
9、改,容易發(fā)現(xiàn)的修正bug,雖然它的運行速度和C+的模塊相比要慢很多。NS的仿真原理-網(wǎng)絡(luò)組件。NSobject是所有基本網(wǎng)絡(luò)組件的父類它本身的父類是TclObject類。這個類的對象有一個基本功能,就是處理數(shù)據(jù)包(PACKET)。所有的基本網(wǎng)絡(luò)組件可以劃分為兩類,分類器(Classifier)和連接器(Connector)。它們都是NSobject、的直接子類,也是所有基本網(wǎng)絡(luò)組件的父類。分類器的派生類組件對象包括地址分類器和多播分類器等。連接器的派生類組件對象包括隊列,延遲,各種代理,和追蹤對象類。應(yīng)用程序是建立在傳輸代理上的應(yīng)用程序的模擬。NS2中有兩種類型的“應(yīng)用程序”,數(shù)據(jù)源發(fā)生器和模
10、擬的應(yīng)用程序。NS是離散事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)仿真器。它使用Event Scheduler對所有組件希望完成的工作和計劃該工作發(fā)生的時間進行列表和維護。NS的工作平臺可以是Windows,Linux,Uinx,machitosh,還要求系統(tǒng)裝有C+編譯器。NS的工作流程:NS代碼使用OTCL語言編寫,通過OTCL語言解釋器解釋,使用NS仿真庫進行編譯和仿真,輸出仿真結(jié)果,根據(jù)仿真結(jié)果記錄,可進一步進行相關(guān)內(nèi)容分析,生成網(wǎng)絡(luò)拓補圖或者得到數(shù)據(jù)的可視化的圖表。使用輔助的NAM工具,在NS中可以清晰顯示網(wǎng)絡(luò)拓補圖,使用X Graph工具,可以將NS的仿真結(jié)果用圖表形式表示,NS設(shè)計的出發(fā)點是基于網(wǎng)絡(luò)仿真,它
11、集成了多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,業(yè)務(wù)類型,路由排隊管理機制,路由算法。此外,NS還集成了組播業(yè)務(wù)和應(yīng)用于局域網(wǎng)仿真有關(guān)的部分、MAC層協(xié)議。其仿真主要針對路由層,傳輸層,數(shù)據(jù)鏈路層展開,因此NS可以進行對固定,無線,衛(wèi)星以及混合等多種網(wǎng)絡(luò)的仿真。但它最適用于TCP層以上的模擬。NS的特點是源代碼公開;可擴展性強;速度和效率優(yōu)勢明顯。NS與OPNET優(yōu)缺點比較:1. OPNET與NS2的關(guān)系有點象windows和linux的關(guān)系。而它們也分別是在這兩個環(huán)境下(OPNET在win,NS2在linux)安裝使用最匹配。2. OPNET是商業(yè)軟件,所以界面非常好。功能上很強大,界面錯落有致,統(tǒng)一嚴格。操作也很方便
12、,對節(jié)點的修改主要就是對其屬性的修改。是優(yōu)點也是其缺點,如果你需要特殊的節(jié)點或很適合自己的節(jié)點就不如NS2方便。同時,由于是商業(yè)軟件所以版本推出不如NS2快。3. NS2是自由軟件,免費,這是與OPNET相比最大的優(yōu)勢,因此它的普及度較高,是OPNET強有力的競爭對手。4. NS2界面不如OPNET,雖然功能也很強大,但有很多零散的東西,剛學(xué)的時候很麻煩,不容易上手。操作上比較方便,但由于不是同一公司開發(fā)的,所以格式上不是很統(tǒng)一,說明手冊的條理也不是很好。沒有現(xiàn)成的節(jié)點什么的你可以自己用C+編,可以按照自己的意圖來構(gòu)造你想要的節(jié)點。MATLAB軟件MATLAB軟件是由美國Mathworks公司
13、推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的科學(xué)計算系統(tǒng)環(huán)境。MATLAB是英文MATrix LABoratory(短陣實驗室)的縮寫。在MATLAB環(huán)境下,用戶可以集成地進行程序設(shè)計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項操作。 MATLAB提供了一個人機交互的數(shù)學(xué)系統(tǒng)環(huán)境,該系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是矩陣,在生成矩陳對象時,不要求作明確的維數(shù)說明。與利用c語言或FoRTRAN語言作數(shù)值計算的程序設(shè)計相比,利用MATLAB可以節(jié)省大量的編程時間。MATLAB的良好的開放性和運行的可靠性使原先控制領(lǐng)域里的封閉式軟件包(如英國的UMIST,瑞典的LUND和SIMNON,德國的KEDDC)紛紛淘汰,而改以MAT
14、LAB為平臺加以重建。MathWorks公司于2001年推出MATLAB6.0版本,6.x版在繼承和發(fā)展其原有的數(shù)值計算和圖形可視能力的同時,出現(xiàn)了以下幾個重要變化:(1)推出了SIMULINK。這是一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。它的出現(xiàn)使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設(shè)的非線性因素、隨機因素,從而大大提高了人們對非線性、隨機動態(tài)系統(tǒng)的認知能力。(2)開發(fā)了與外部進行直接數(shù)據(jù)交換的組件,打通了MATLAB進行實時數(shù)據(jù)分析、處理和硬件開發(fā)的道路。(3)推出了符號計算工具包。1993年MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購得Maple的使用權(quán),以Maple為“引擎”開
15、發(fā)了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此舉加快結(jié)束了國際上數(shù)值計算、符號計算孰優(yōu)孰劣的長期爭論,促成了兩種計算的互補發(fā)展新時代。(4)構(gòu)作了Notebook 。MathWorks公司瞄準應(yīng)用范圍最廣的Word ,運用DDE和OLE,實現(xiàn)了MATLAB與Word的無縫連接,從而為專業(yè)科技工作者創(chuàng)造了融科學(xué)計算、圖形可視、文字處理于一體的高水準環(huán)境。MTALAB系統(tǒng)由五個主要部分組成,下面分別加以介紹。 (1)MATALB語言體系MATLAB是高層次的矩陣數(shù)組語言具有條件控制、函數(shù)調(diào)用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出、面向?qū)ο蟮瘸绦蛘Z言特性。利用它既可以進行小規(guī)模端程,
16、完成算法設(shè)計和算法實驗的基本任務(wù),也可以進行大規(guī)模編程,開發(fā)復(fù)雜的應(yīng)用程序。 (2)MATLAB工作環(huán)境 這是對MA丁LAB提供給用戶使用的管理功能的總稱包括管理工作空間中的變量據(jù)輸入輸出的方式和方法,以及開發(fā)、調(diào)試、管理M文件的各種工具。 (3)圖形句相系統(tǒng) 這是MATLAB圖形系統(tǒng)的基礎(chǔ),包括完成2D和3D數(shù)據(jù)圖示、圖像處理、動畫生成、圖形顯示等功能的高層MATLAB命令,也包括用戶對圖形圖像等對象進行特性控制的低層MATLAB命令,以及開發(fā)GUI應(yīng)用程序的各種工具。 (4)MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)庫這是對MATLAB使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱包括各種初等函數(shù)的算法,也包括矩陣運算、矩陣分析等高
17、層次數(shù)學(xué)算法。 (5)MATLAB應(yīng)用程序接口(API) 這是MATLAB為用戶提供的一個函數(shù)庫,使得用戶能夠在MATLAB環(huán)境中使用c程序或FORTRAN程序,包括從MATLAB中調(diào)用于程序(動態(tài)鏈接),讀寫MAT文件的功能。 可以看出MATLAB是一個功能十分強大的系統(tǒng),是集數(shù)值計算、圖形管理、程序開發(fā)為一體的環(huán)境。除此之外,MA丁LAB還具有根強的功能擴展能力,與它的主系統(tǒng)一起,可以配備各種各樣的工具箱,以完成一些特定的任務(wù)。在國際學(xué)術(shù)界,MATLAB已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學(xué)計算標準軟件。在許多國際一流學(xué)術(shù)刊物上,(尤其是信息科學(xué)刊物),都可以看到MATLAB的應(yīng)用。 在設(shè)計研究單位
18、和工業(yè)部門,MATLAB被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國National Instruments公司信號測量、分析軟件LabVIEW,Cadence公司信號和通信分析設(shè)計軟件SPW等,或者直接建筑在MATLAB之上,或者以MATLAB為主要支撐。又如HP公司的VXI硬件,TM公司的DSP,Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支持。MATLAB的缺點:1. MATLAB的缺點是它和其他高級程序相比,程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理,也不生成可執(zhí)行文件,程序為解釋執(zhí)行,所以速度較慢。2. MATLAB另一個缺點是不能實現(xiàn)端口操作和實時控制,但結(jié)合C+Builder運用,實現(xiàn)優(yōu)勢互補就可以克服這一缺點。3. MATLAB還有一個缺點就是這個軟件太大,按現(xiàn)在流行的版本5.2,自身有400多兆,占硬盤空間近1個G,一般稍早些的計算機都安裝不下。價格:在網(wǎng)上,MATLAB 6.5.1正版軟件1900人民幣可以買到。其他仿真軟件CASSAP仿真軟件對于設(shè)計擴頻數(shù)字移動通信這樣復(fù)雜龐大的系統(tǒng),依靠過去傳統(tǒng)的設(shè)計方法是無法完成的,美國Synopsys(新思科技)公司提供的設(shè)計工具cossap能幫助設(shè)計人員在算法概念級建立一個系統(tǒng)模型,可定義并可隨時改變系統(tǒng)的參數(shù),模擬系統(tǒng)信號處理流程來研究系統(tǒng)的算法性能、指標。COSSAP的設(shè)計思想
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