基于OPNET的高效網(wǎng)絡(luò)仿真方法研究

1、基于OPNET的高效網(wǎng)絡(luò)仿真方法研究      要  由于通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、協(xié)議和業(yè)務(wù)的復(fù)雜性，仿真的兩大目標精確性和高效性往往不可兼得?；贠PNET網(wǎng)絡(luò)仿真工具，分析了針對ATM和FDDI包交換網(wǎng)絡(luò)的提高仿真效率的兩種方法，實例驗證表明，使用這些技術(shù)能夠在損失一定精確度的條件下提高仿真效率，為進行大型網(wǎng)絡(luò)的高效仿真提供了有效的解決方法。關(guān)鍵詞 通信網(wǎng)絡(luò)  仿真效率  ATM復(fù)合信元  FDDI令牌加速機制1 引言使用計算機對通信網(wǎng)絡(luò)進行仿真時，往往需要高效的仿真工具?，F(xiàn)在各種用于科研和商業(yè)用途的網(wǎng)絡(luò)

2、仿真工具很多，如REAL、ns2、COMNET 、OPNET和BONES DESIGNER1等，其中，MIL3公司的面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)仿真和建模工具OPNET使用層次化建模對網(wǎng)絡(luò)各層的協(xié)議、設(shè)備進行建模，內(nèi)在的Proto-C建模語言使其幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)所有的函數(shù)和協(xié)議，進而模擬任何網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、支持各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。仿真的兩個目標是精確性和高效性。對一個實際的網(wǎng)絡(luò)進行建模的過程實際上既是對其進行抽象的過程，通常情況下，精確性是仿真所要達到的首要目標，然而，在對大型網(wǎng)絡(luò)進行仿真時不得不犧牲一定的精確度來換取仿真的高效性，使仿真執(zhí)行者能夠在最短的時間內(nèi)達到預(yù)期的仿真目的。OPNET就提供了多種技術(shù)用于提高仿真效率

3、，其中典型的兩種針對ATM和FDDI包交換網(wǎng)絡(luò)的方法分別是ATM復(fù)合信元和FDDI令牌環(huán)加速機制2。本文分析了這兩種技術(shù)的工作機制，并用實例驗證了該技術(shù)的有效性，分析表明，在一定的精度犧牲允許范圍內(nèi)，使用這兩種技術(shù)是能夠提高仿真效率的。2 高效仿真技術(shù)    OPNET提供了一些技術(shù)可以提高仿真的效率，針對ATM和FDDI包交換網(wǎng)絡(luò)的兩種技術(shù)分別為ATM復(fù)合信元和FDDI令牌環(huán)加速機制。2.1 ATM復(fù)合信元在ATM的參考模型中，ATM適配層（AAL）負責建立從高層得到的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）和ATM信元之間的映射。但在OPNET中，為了提高仿真的效率，AAL層支

4、持一種復(fù)合信元模式，該模式阻止AAL協(xié)議數(shù)據(jù)單元分割成小的ATM信元有效載荷，相反，AAL層和ATM層建立的這種復(fù)合信元模型中，復(fù)合信元不僅包括ATM信元有效載荷，還包含多個虛擬ATM信元。不使用和使用ATM復(fù)合信元的協(xié)議數(shù)據(jù)單元分割方法如圖1所示3（其中a不使用ATM復(fù)合信元技術(shù)，b使用ATM復(fù)合信元技術(shù)）。圖1 ATM協(xié)議數(shù)據(jù)單元分割方法可以看出，當使用該技術(shù)時，數(shù)據(jù)包不經(jīng)分段處理直接被送入ATM網(wǎng)絡(luò)。然后，該模式會對開銷和分段時延進行計算。盡管該技術(shù)將影響ATM層的統(tǒng)計量監(jiān)聽，如信元延時、信元丟失率和信元延時變化等，但高層的統(tǒng)計量監(jiān)聽不會受到任何影響，后面的仿真也驗證了這一點。2.2 F

5、DDI令牌環(huán)加速機制光纖分布式數(shù)據(jù)接口FDDI是一種使用光纖作為傳輸媒介的令牌環(huán)形網(wǎng)，在工作過程中，當FDDI環(huán)經(jīng)歷沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)目臻e階段時，令牌仍然會在環(huán)內(nèi)進行傳遞，并且在很短時間內(nèi)傳遞多次，由于OPNET采用基于事件驅(qū)動的仿真機制，因此在該段時間內(nèi)令牌環(huán)的傳遞會產(chǎn)生大量仿真事件，消耗大量的時鐘時間而產(chǎn)生不了任何有用的數(shù)據(jù)。為了使令牌的傳遞跳過這些空閑階段，OPNET提供了一種令牌環(huán)加速機制（token accelerate mechanism），該機制在FDDI站點的MAC層模塊中注冊其感興趣的令牌，并通過一系列中心控制變量，如令牌使用狀態(tài)變量tk_usable、隊列狀態(tài)變量op_q_st

6、at等來限制令牌的使用，這樣，在該機制下，當FDDI環(huán)遇到空閑階段時令牌停止傳遞，而當FDDI站點需要令牌時重新喚醒令牌控制數(shù)據(jù)包的傳輸。3 仿真驗證實例為了驗證這兩種提高仿真效率技術(shù)的有效性，設(shè)計了兩個實驗對其進行驗證。3.1 ATM復(fù)合信元實驗ATM復(fù)合信元實驗設(shè)置6個客戶端通過ATM交換機接入服務(wù)器，使用OPNET建模工具創(chuàng)建了兩個場景。兩個場景的區(qū)別是場景1使用ATM復(fù)合信元來提高仿真效率，而場景2不使用該方式，其余的仿真參數(shù)均相同。ATM Switching Speed即ATM核心交換組織對信元的交換速度設(shè)置為無窮大，所有ATM站點（包括服務(wù)器和工作站）的業(yè)務(wù)類型為：Database

7、 application (medium load), E-mail (low load), ftp (low load), http (light browsing), remote login (medium load), print (text file)。對該ATM網(wǎng)絡(luò)進行仿真，仿真時間設(shè)置為1000 seconds。場景1（使用ATM復(fù)合信元模式提高仿真效率）仿真運行2.0秒，處理事件50,231個；場景2（不使用ATM復(fù)合信元模式）仿真運行時間幾乎是第1個場景的兩倍，為3.8秒，處理事件219,263個。2個場景下得到的鏈路利用率曲線完全相同，ATM信元延遲曲線基本相同，只是場景1

8、得到的曲線毛刺相對場景2增加，場景1的仿真得不到信元延遲變化的全局統(tǒng)計量。分析仿真結(jié)果可得，使用ATM信元復(fù)合模式可以有效提高仿真效率，而且某些統(tǒng)計量監(jiān)聽不會受到任何影響，如鏈路利用率等，同時這樣的簡化也帶來了一些負面的影響，這些影響主要表現(xiàn)在ATM層，如統(tǒng)計量毛刺增加（ATM信元延遲）、某些統(tǒng)計量監(jiān)聽失效（信元延遲變化）。3.2 FDDI令牌環(huán)加速機制實驗用于驗證的FDDI令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)為10個順序相連的FDDI站點，同樣使用OPNET創(chuàng)建了兩個仿真場景。場景1使用令牌環(huán)加速機制，而場景2不使用該機制。兩個場景中的每個FDDI站點仿真參數(shù)設(shè)定為：站延時為10-7秒，跳傳播延時為3.3&#

9、215;10-6秒，請求TTRT為4毫秒，應(yīng)用數(shù)據(jù)均為1024 bits。對該FDDI環(huán)進行仿真，仿真時間設(shè)定為3,600秒。場景1仿真運行3.6秒，處理事件154,708個；場景2仿真運行8.9秒，處理事件378,216個。顯然，使用令牌環(huán)加速機制能夠提高仿真效率，因為該機制使用的中心控制變量能夠在仿真過程中獲取分布在多個站點中的信息進行令牌環(huán)的控制。然而，采用該機制也使一些統(tǒng)計量的監(jiān)聽失效，仿真得到的node_4與node_5之間的鏈路吞吐量如圖2所示。  4 結(jié)束語本文分析了OPNET采用的提高仿真效率的兩種技術(shù)的機制，采用仿真分別對ATM復(fù)合信元和FDDI令牌環(huán)加速機制進行了驗證，實驗證明使用這兩種技術(shù)是可以提高仿真效率的，但是這些技術(shù)又會破壞從仿真中采集到的統(tǒng)計量，所以是否使用這些技術(shù)要根據(jù)具體情況來決定，當這些技術(shù)不會對期望得到的統(tǒng)計量造成影響時，在仿真中可以采用這些技術(shù)來加速仿真的運行，使仿真執(zhí)行者能夠在短時間內(nèi)達到預(yù)期的仿真結(jié)果。參考文獻：1 Xinjie Chang, Network Simulations with OPNET A. IEEE Proceedings of the 1999 Winter Simulations ConferenceC. IEEE, 199