無線傳感器網絡第

1、第第1 1章章 概述概述第1章 概述1.1 網絡仿真概述網絡仿真概述 1.2 OPNET Modeler仿真軟件簡介仿真軟件簡介 1.3 OPNET Modeler 10.0的新特性的新特性 第第1 1章章 概述概述知識點：知識點： 網絡仿真概述 OPNET Modeler仿真軟件簡介 OPNET Modeler 10.0的新特性本章導讀：本章導讀：網絡仿真是近年來興起的一項專門技術。通信領域的各種網絡系統(tǒng)，包括核心網、接入網、無線網絡、衛(wèi)星網絡以及各種混合型網絡等，都可以通過軟件手段進行網絡仿真，以輔助我們分析網絡性能，進行網絡規(guī)劃和設計。本章簡要介紹網絡仿真軟件OPNET Modeler，

2、包括其主要用戶群體、系統(tǒng)特點及典型應用，讓讀者對OPNET有大致的了解。本章還介紹了OPNET Modeler 10.0軟件在以前版本的基礎上所做的若干改進。第第1 1章章 概述概述1.1 網絡仿真概述網絡仿真概述網絡仿真是一項新興的專門技術，它通過數(shù)學建模和統(tǒng)計分析的方法模擬網絡行為，從而獲得特定網絡的性能參數(shù)和統(tǒng)計報表。網絡仿真的目的是為網絡規(guī)劃提供可靠的定量依據(jù)，以進行科學的網絡設計和網絡建設，同時提高網絡的利用率，降低投資風險。網絡仿真非常適用于網絡性能的預測它能夠迅速建立現(xiàn)有網絡的模型，并能夠方便地對現(xiàn)有網絡模型進行修改和仿真。第第1 1章章 概述概述網絡仿真能夠驗證實際的網絡設計方

3、案，或者對多個不同的設計方案進行比較。在網絡規(guī)劃設計過程中，通常會出現(xiàn)多個設計方案。如何對這些不同的方案進行科學的分析和比較，以選取性能最優(yōu)者，往往是網絡設計師所重點關注的問題。網絡仿真為不同的設計方案建立不同的模型，對這些模型分別進行模擬仿真并獲取定量的網絡性能預測數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，為方案間的驗證和比較提供可靠的數(shù)學依據(jù)。第第1 1章章 概述概述1.2 OPNET Modeler仿真軟件簡介仿真軟件簡介OPNET Modeler作為一種主流網絡仿真軟件，為通信網絡和分布式系統(tǒng)的建模提供了全面的模擬仿真開發(fā)環(huán)境。OPNET通過執(zhí)行離散事件仿真來分析各種模擬系統(tǒng)的行為和性能。OPNET Mod

4、eler將各個仿真研究階段所需要的工具相整合，組成了一個由模型設計工具、仿真核心、數(shù)據(jù)收集工具和數(shù)據(jù)分析工具有機結合起來的大型仿真系統(tǒng)。第第1 1章章 概述概述1.2.1 OPNET Modeler的主要用戶群體的主要用戶群體OPNET Modeler軟件的用戶群體主要可以分為兩類：系統(tǒng)模擬人員和系統(tǒng)創(chuàng)建人員。系統(tǒng)模擬人員是OPNET Modeler軟件的傳統(tǒng)用戶，他們通過網絡仿真來研究技術問題。系統(tǒng)模擬人員通常關注被模擬系統(tǒng)的網絡性能和行為，他們通常是網絡拓撲、網絡設備、網絡協(xié)議和各種分布式網絡應用的設計者。系統(tǒng)創(chuàng)建人員與系統(tǒng)模擬人員不同，他們并不使用OPNET Modeler來進行仿真研究

5、，而使用OPNET Modeler來創(chuàng)建特定用戶終端的用戶化模型，以便為系統(tǒng)模擬人員搭建仿真研究的環(huán)境。第第1 1章章 概述概述1.2.2 OPNET Modeler的主要特性的主要特性OPNET Modeler是一個大型軟件包，它不僅支持一般意義上的網絡建模和仿真，還為各種特殊網絡提供特殊的支持。為此，OPNET Modeler有一些重要特性。1. 面向對象面向對象OPNET Modeler創(chuàng)建的所有系統(tǒng)都由一系列屬性可配置的對象組成。對象(Object)屬于某個類(Class)。類以行為和屬性的方式描述對象的特征。OPNET Modeler支持用戶自定義新類以用于更廣泛的系統(tǒng)研究。新類可能

6、派生自某個父類，并根據(jù)特定應用進行“專門化”處理以提供更多對專有網絡的支持。第第1 1章章 概述概述2. 專門研究通信網絡和信息系統(tǒng)專門研究通信網絡和信息系統(tǒng)OPNET提供很多與通信和信息處理相關的類型結構，為通信網絡和分布式系統(tǒng)的模擬提供高度支持。3. 分級模型分級模型OPNET的模型是分級設計的，與實際通信網絡的分級結構自然對應。4. 圖形化編輯圖形化編輯在工程建模的大多數(shù)環(huán)節(jié)中，OPNET都可以使用圖形化編輯器來定義和編輯模型。這些編輯器提供了從被模擬系統(tǒng)到OPNET模型的規(guī)范映射。第第1 1章章 概述概述5. 靈活開發(fā)自定義模型靈活開發(fā)自定義模型OPNET提供靈活的高級編程語言，為通信

7、和分布式系統(tǒng)提供更廣泛的支持。在這樣的環(huán)境下，允許對所有已知的通信協(xié)議、算法和傳輸技術實施真實模擬。6. 自動仿真生成自動仿真生成模型描述代碼將被自動編譯成C語言實現(xiàn)的可執(zhí)行、高效率、離散的事件仿真程序。先進的仿真結構和仿真配置可將編譯器對系統(tǒng)的要求最小化。第第1 1章章 概述概述7. 基于特定應用的統(tǒng)計參量基于特定應用的統(tǒng)計參量OPNET提供內建的性能統(tǒng)計參量，這些統(tǒng)計參量可以在仿真過程中自動收集。建模者可以使用用戶自定義的統(tǒng)計參量來對系統(tǒng)進行擴展。8. 綜合的仿真和分析工具綜合的仿真和分析工具性能評估和對比分析需要對大量的仿真結果進行研究。OPNET包含一系列綜合的仿真和分析工具，可對仿真

8、輸出結果進行圖形化表示。9. 交互式分析交互式分析所有OPNET仿真可以通過一個交互式調試器自動合并仿真結果來對仿真進行交互式分析。第第1 1章章 概述概述10. 動畫動畫OPNET可以自動生成被模擬系統(tǒng)的不同細節(jié)層次的動畫，這些動畫中，統(tǒng)計參量可以隨時間變化。OPNET還提供支持用戶自定義動畫的功能。11. 協(xié)同仿真協(xié)同仿真OPNET可以與一個或多個第三方仿真器連接，進行協(xié)同仿真，并分析第三方仿真器中的模型與OPNET提供的模型如何相互影響。12. 應用編程接口應用編程接口(API)OPNET提供許多應用編程接口，以便對用戶編程進行擴展。使用應用編程接口也是OPNET與其他仿真工具緊密結合的

9、一種重要手段。第第1 1章章 概述概述1.2.3 OPNET Modeler的典型應用的典型應用OPNET的應用十分廣泛，可成為模擬許多大型、專門系統(tǒng)模型的平臺。下面介紹OPNET的一些典型應用。1. 標準標準LAN和和MAN的性能模擬的性能模擬豐富的模型庫提供了大多數(shù)主要的LAN和MAN協(xié)議。模型庫包含各種可配置的應用模型，也可以新建用戶自定義模型。第第1 1章章 概述概述2. 互聯(lián)網規(guī)劃互聯(lián)網規(guī)劃分級拓撲定義允許子網和節(jié)點進行任意深度的嵌套，這種特性可以有效地模擬各種大型網絡，這對于互聯(lián)網這種具有擴展性、隨機性、不確定性的網絡特別適用。3. 通信體系結構和協(xié)議的研發(fā)通信體系結構和協(xié)議的研發(fā)

10、OPNET對通信系統(tǒng)的體系結構和協(xié)議進行了精心設計，為相關的應用提供了廣泛的支持。利用有限狀態(tài)機，OPNET為協(xié)議邏輯提供了自然的表述。第第1 1章章 概述概述4. 分布式傳感器網絡和片上系統(tǒng)分布式傳感器網絡和片上系統(tǒng)OPNET可用于分布式傳感器網絡和片上系統(tǒng)的開發(fā)仿真，它允許分別對應用層模型和下層的通信鏈路協(xié)議進行開發(fā)，實施對象狀態(tài)的自動監(jiān)控，可計算并記錄用戶化的性能指標。5. 通信系統(tǒng)排隊理論的研究通信系統(tǒng)排隊理論的研究OPNET使用科學的資源請求和資源處理策略，提供了系統(tǒng)需求達到峰值時對系統(tǒng)性能的精確評估。基于排隊論模型的隊列機制和服務策略能夠模擬各種常見的通信系統(tǒng)隨機過程。第第1 1章

11、章 概述概述6. 移動分組無線網絡移動分組無線網絡OPNET提供移動分組無線網絡的特殊支持。對于無線網絡的特殊支持包括移動節(jié)點運動軌跡的預定義、鏈路模型的預定義、地理環(huán)境的配置等。7. 衛(wèi)星網絡衛(wèi)星網絡OPNET對衛(wèi)星節(jié)點的特殊支持包括制定節(jié)點軌道、軌道自動生成、動畫配置軌道演示等。8. 戰(zhàn)術網絡戰(zhàn)術網絡OPNET提供對軍用戰(zhàn)術網絡的支持，包括戰(zhàn)術網絡各部件的消耗和恢復通知、健壯性和穩(wěn)定性分析、threats腳本分析、友好接口和干擾臺的判斷等。第第1 1章章 概述概述1.2.4 作為創(chuàng)新工具的作為創(chuàng)新工具的OPNET傳統(tǒng)的OPNET使用者使用OPNET提供的現(xiàn)成模型進行仿真并得出仿真結果?，F(xiàn)在

12、，OPNET的使用者可以將創(chuàng)建新的用戶自定義建模環(huán)境作為其目標。使用IT Guru模塊，終端用戶可以創(chuàng)建全新的網絡級模型，指定采集數(shù)據(jù)，運行仿真，進行仿真分析并生成仿真動畫。第第1 1章章 概述概述使用OPNET，用戶可以創(chuàng)建復雜而強大的節(jié)點和進程模型。這些模型又可組合成為新的模型庫供不熟悉模型結構和操作細節(jié)的終端用戶使用，從而使得終端用戶遠離底層系統(tǒng)的復雜設計。終端用戶只需要掌握這些新模型的接口，就可以方便地使用它們。另外，OPNET提供開放性接口，可將各種第三方網絡建模和管理工具互補地結合起來。OPNET提供了一些關鍵特性來支持開放性接口。第第1 1章章 概述概述1.3 OPNET Mod

13、eler 10.0的新特性的新特性OPNET Modeler 10.0在OPNET Modeler 9.1的基礎上做了重大改進。OPNET Modeler 10.0版本不僅改善了OPNET Modeler 9.1版本的仿真性能，而且還包含許多新特性。 新的離散事件仿真內核：使用新的多線程并行仿真內核，并支持多處理機系統(tǒng)；使用新的64 bit仿真內核進行64位尋址處理，顯著提高了離散事件的仿真執(zhí)行速度。第第1 1章章 概述概述 加入新的離散事件模型庫：包括IPv6(可選專用模型)支持、MANET(DSR和TORA)支持、大型機(可選專用模型)支持。對原有模型如TCP、IP、EIGRP、OSPF、

14、IS-IS、VLAN、UMTS(可選專用模型)和無線LANs，附加了許多新的特性。 網絡可視化：可過濾的網絡視圖，簡化的用戶按鈕，直觀地反映網絡、節(jié)點和進程結構。 生成新的報表：包括用戶定義報表、網絡差別報告、輸出表格的Web報表。第第1 1章章 概述概述 ACE模塊：包括業(yè)務相關性、比較報告、Citrix應用解碼和事務處理。 流分析性能：明顯減少了對存儲器的需求，提高了流分析的執(zhí)行速度。 流分析模塊：包括策略尋路、基于門限的失敗分析、隧道建模、IP前綴列表、ATM首選路由和電路交換Promina網絡。 多矢量輸入模塊：包括交換配置信息以及QoS、DLSw、IPX、RSRB、隧道接口和增加輸入的配置。第第1 1章章