OPNET Modeler通信仿真平台简介

OPNET Modeler仿真平台
1 Modeler简介
OPNET Modeler 是当前业界领先的网络技术开发环境，可以以无与伦比的灵活性用于设计和研究通信网络、设备、协议和应用。

Modeler 为开发人员提供了建模、仿真以及分析的集成环境，大大减轻了编程以及数据分析的工作量。

Modeler被世界各大公司和组织用来加速研发过程。

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，因此实际的系统可以直观的映射到模型中。

Modeler支持所有网络类型和技术，可以解决复杂的网络通信问题。

使用Modeler，将可以给用户带来如下利益：
提升网络研发的成果：Modeler提供的各种专门的编辑器，以及分析工具和一些最新的模型，使得研发人员可以专注于项目中特定部分的开发，而不用浪费精力在一些没有必要的地方。

改善产品质量：Modeler提供测试实际产品的一个虚拟网络环境，可以有效的避免一些设计中的错误。

减小从研发到市场的时间：在完成实际产品之前作充分的验证，采用Modeler来向客户以及合作伙伴展示您的解决方案的价值。

自从MIT在1987年发布了第一个商用的网络仿真器以来，OPNET的Modeler一直在业界保持技术上的领先地位，特性主要表现在以下方面:
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高可扩展性和高效率的仿真引擎。

快速仿真引擎能对有线和无线模型进行快速运行仿真，比如，以比标准网络速度快得多的速度仿真一个地形环境下的上千个无线节点的动态应用和路由行为。

层次化的网络模型。

使用无限嵌套的子网来建立复杂的的网络拓扑结构
面向对象的建模方式。

节点和协议以基类和派生类进行建模。

简单明了的建模方法。

Modeler 建模过程分为三个层次，过程（Process）层次，节点（Node）层次，以及网络（Network）层次。

在过程层次模拟单个对象的行为，在节点层次将其互连成设备，在网络层次将这些设备互连组成网络。

几个不同的网络场景组成“项目”，以比较不同的设计。

这也是Modeler建模的重要机制，这种机制有利于项目的管理以及分工。

有限状态机。

在过程层次使用有限状态机来对协议和其它过程进行建模。

在有限状态机的状态和转移条件中使用C/C++语言对任何过程进行模拟。

您可随心所欲控制仿真的详细程度。

有限状态机，加上标准的C/C++，以及OPNET本身提供的400多个库函数构成了Modeler编程的核心。

OPNET称这个集合为Proto C语言。

对协议编程的全面支持。

400多个库函数支持，以及书写风格简洁的协议模型。

OPNET的核心已经嵌入了众多协议，因此很多协议无需额外的编程。

对无线链路，点对点链路和点对多点链路分别建模。

链路行为是开放的，可编程的。

精确定义了链路的时延，可用性，误比特率，和吞吐量等特性。

使用增强TIREM模型，Longley-Rice 模型和Free Space等传播模型库整合描述物理层特性和环境的共同影响。

最先进的建模平台。

具有高度优化的串行和完全并行离散事件仿真，混合仿真和数值仿真，以及HLA和协同仿真技术。

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系统的完全开放性。

API, 所有模型和结果文件全部开放。

用户可以轻松的将原有的代码库中的代码用于自定义仿真。

用户可以对模型加密以保护自己的知识产权。

高效的仿真引擎。

基于事件驱动的仿真平台，仿真效率相当高。

集成的调试器。

快速的验证仿真或发现仿真中存在的问题。

集成的分析工具。

Modeler显示的仿真结果界面十分友好，轻松刻画和分析各种类型的曲线，也可将曲线导出到电子表格中和XML。

动画。

Modeler可以在仿真中或仿真后显示模型行为的动画，使得仿真平台具有很好的演示效果。

同时具有3D显示的接口。

从文本文件,XML和流行的软件导入数据，比如Cisco，HP，NetScout，BMC，Concord，Sniffer，Infovista，MRTG，cflowd，tcpdump等。

为每一个设备提供了成本选项。

可以将网络成本导出至报表。

丰富的模型库，提供了详细的协议模型和应用模型。

其中包括多层应用，语音，TCP, IP, OSPF,BGP, EIGRP, RIP, RSVP, 帧中继, FDDI, 以太网, ATM,802.11 无线局域网, MPLS, PNNI, DOCSIS, UMTS, IP Multicast, Circuit Switch, MANET, Mobile IP, IS-IS, 等等。

以上模型都以开放源码的有限状态机形式给出。

丰富的网络模型库。

标准模型库包含了数百个制造商的专有模型和通用模型，包括路由器，交换机，工作站和包生成器。

使用“设备制造器”，您可以快速地创建属于自己的设备模型，并且从局域网模型或者云图模型中汇聚流量。

地理和移动建模。

对于无线小区，移动Ad hoc网络，无线局域网和卫星网络或者任何带有移动节点的网络都进行了建模。

可以动态控制或者预定义每一个节点的移动轨迹。

可以通过添
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加地图或者背景图片来增强可视效果。

如果选择了地形建模模块(TMM)，就可以导入DTED或者USGS格式的数据，在仿真中考虑地形对无线传播的影响。

模型可以在不同操作系统和硬件体系结构的Windows NT,2000,XP 和UNIX之间透明共享(无需修改)。

方便的License管理，增强的浮动License系统能够通过Internet自动下载密钥，图形化的界面更利于license管理。

另外，Modeler提供的十几个编辑器大大加快了建模的进程。

Modeler提供的编辑器为：项目编辑器，节点编辑器，过程编辑器，链路编辑器，路径编辑器，包编辑器，天线模式编辑器，接口控制信息编辑器，调制曲线编辑器，概率分布函数编辑器，探针编辑器，图标编辑器，源程序编辑器等等。

每个编辑器完成一定的功能，使得原先需要书写很长代码的程序，只需要通过图形化的界面进行一些设置就可以完成。

Modeler可用于的研发领域包括但不限于：
移动自组织组网技术
移动通信网络
无线网络与有线骨干网互联
通信卫星网络
无线局域网
无线城域网
IP广域网
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2 建模机制
要对一个网络进行仿真，需要对网络中的每个网元，以及网元间相互联系进行建模。

建模中最基本的概念就是同等行。

建模的过程实际上是将实际的系统映射到仿真环境中，仿真环境对实际系统的逼近程度直接影响到仿真结果的有效性。

但是出于复杂性的考虑，仿真系统和实际系统并不完全一致，而是在某些方面，某些层次上反映实际的系统。

一般需要满足：
模型必须能够回答所感兴趣的问题；
模型必须具有能够反映需要的精确程度；
模型必须能够被验证；
模型必须满足一些前提。

通常，在通信网络和分布式系统中包含了从底层通信硬件到高层决策软件涉及的多种技术。

为了对系统的性能和行为进行有效的预测，一个成功的系统建模要能够充分反映这些子系统及子系统间的交互。

子系统及其每一层都有很大差别，例如通信协议和实施操作系统是完全不同类型的实体。

针对通信网络中不同的级别，OPNET将建模的工作划分为3个层次：网络域、节点域和进程域。

建模域功能举例
网络域从高层设备（节点和通信链路）对系统进行规范图4
节点域从应用、进程、队列和通信接口对节点的功能进行规范图5
进程域
对系统内节点所含进程的行为进行规范，包括决策进程
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图3 OPNET建模域及其功能
图4 WCDMA网络域
模型图
图4是一张WCDMA网络域模型图，它描述了各个网元如UE，Node B，RNC之间的拓扑关系，以及各个网元的地理位置。

通过在网络域的建模，可以把一个实际的网络结构映射到模型中。

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图5 UE的节点模型图
图5是WCDMA中终端UE的节点模型图，它对UE的各个功能模块以及相互关系进行了建模。

在通信系统中每个网元都有一定的协议来规定其功能，而协议又会按照一定的功能分为几个模块。

正是对这些功能模块的建模正是在节点域进行的。

图6 GMM进程模型图
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图6 是对UE中的一个功能模块GMM进行了更为细致的建模。

OPNET在进程域的建模采用了有限状态机的方法。

在这个图中GMM被分为了几个状态，每个状态分别完成一定的工作，而在各个状态之间又设定了状态转移条件。

对于每个状态及状态间转换时需要完成的工作，OPNET采用C/C++语言来进行描述，另外OPNET还提供了大量功能强大的且实用的核心函数。

使得模型具有非常强的透明度，方便修改和定制。

通过网络域，节点域和进程域的三成建模，能够方便的将整个网络映射到仿真中。

同时也为建模和维护以及以后的模型重利用，提供了一种非常好的途径。

图7 模型层次架构
3 模型库
Modeler提供了一个丰富的模型库，包含详细的协议和应用业务模型，其中包括：多层应用，语音，HTTP，TCP，IPv4，BGP，EIGRP，RIP，VoIP，OSPFv3，RSVP，帧中继，FDDI，以太网，ATM，802.11 无线局
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域网，802.16 WiMAX，IPv6，MPLS，PNNI，DOCSIS，UMTS，IP 组播，电路交换，MANET，移动自组织网，Mobile IP，IS-IS，卫星仿真等。

所有的标准模型都以有限状机形式呈现，并开放源代码。

Modeler还提供了丰富的厂商设备模型库，内含数百个厂商定制以及通用设备模型，包括路由器，交换机，工作站和数据包发生器。

用户可以使用“设备生成器”功能快速装配生成自定义设备模型。

同时，也可以通过多种接口自动生成设备模型，其支持的数据格式包括：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提供了丰富的模型库，其中包括标准模型库和特殊模型库，其中标准模型库是跟随Modeler平台提供的，无需另行购买。

如下表所示：
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UPnP
4 Modeler提供的第三方设备制造商模型库
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，Lucent，McData，Motorola，NEC ，NET，Newbridge，Nortel ，Radware，Sun，...
二、Wireless模块功能
OPNET 无线模块从功能上扩展了OPNET核心产品在无线网络领域建模、仿真和分析的精度。

无线模块提供业内最具灵活性和扩展性的无线建模环境，包括一系列功能强大的加速仿真进程技术。

无线模块集成OPNET的全协议栈建模能力，包括MAC、路由、高层协议和应用，具有对无线传输各方面进行建模的能力，包括：
射频传播(地形衍射、衰落，大气和植被衰减等引起的路径损耗)干扰
发射机/接收机特性
节点移动，包括越区切换
与有线传输网的互联
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无线技术研发人员可以利用OPNET先进的仿真能力和丰富的协议模型库来优化研发流程，更有效地开发诸如MANET、802.11、3G/4G、iMAX、UMTS、蓝牙、卫星等无线通信技术。

无线网络的规划、建设和运营专家们能够分析端到端业务的表现，调整网络性能，评估服务增长所产生的代价。

1 无线模块的应用
无线模块与OPNET的核心产品结合使用，可用于：
预测端到端性能：通过对实际情景、网络拓扑、业务流量、协议和终端用户应用进行建模和仿真，预测端到端性能。

评估网络和QoS设置：在部署新的无线服务之前评估网络和QoS设置。

设计和优化专有的无线通信协议：如接入控制和调度算法。

规划移动网络部署：准确考虑地形因素。

2 节点的移动特性完全可控
OPNET无线模块能对地面、空中以及卫星等移动通信系统中结点的移动轨迹进行建模。

移动节点内建三维位置坐标属性，可以在仿真过程中改变。

节点的移动轨迹可以是事先规定的，也可以是自适应调整的，这取决于用户设定的节点位置控制过程。

卫星的轨道可以直接从Analytical Graphics公司的Satellite
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Tool Kit (STK)软件中导入，也可以应用开放的API读取自定义数据。

3 传输管道阶段机制
OPNET使用收发信机管道（Transceiver Pipeline）来创建无线信道收发信机管道。

收发信机管道在每次发送接收过程中模拟了发射机、环境、接收机，可以计算：
——发送和传播时延
——链路闭合
——方向性天线增益
——路径损耗
——背景噪声和干扰噪声
——调制效果
——误码率和纠错率
可以修改标准的收发机管道阶段来模拟更大范围的传播效果，包括多径衰落以及地形的影响。

另外，一些其他模块的代码可以在OPNET中使用（例如，用户自己编写的传播模型）。

这种灵活的链路建模结构保证了OPNET收发信机管道阶段可以自定制开发。

收发机管道将无线链路模型分成14个阶段（包括阶段0接收机组管道阶段），每个阶段针对某个特定的链路属性和参数。

前6个阶段是发射机关联的，后8个阶段和接收机相关。

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4 高级仿真特性
OPNET提供了相应技术用于加速无线建模仿真的运行：
流线型链路分析—利用Wireless Domain、receiver groups、Transceiver Pipeline极大的减少了链路分析的计算量。

协同仿真接口—其他仿真软件可以直接通过开放的API与OPNET核心仿真引擎相连，进行联合仿真。

完全并行仿真—可借助多处理器的强大处理功能，提升仿真性能。

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5 其他重要特性
OPNET提供了详细的网络设备及协议的商业模型库，包括MANET, 802.11, UMTS（单独发售）, WiMAX(单独发售), Satellites, IP, ATM, Frame Relay及其他多种模型。

提供调制曲线，天线模型以及包格式等编辑器，用以自定制开发。

动画观察器可以观察节点在仿真中的动态表现，或者用于仿真后的分析。

Modeler14.0 版本后ODB中提供了可视化数据包各个管道阶段状态的功能
开放的API支持对网络场景、设备模型等各种模型数据进行操作。

访问OPNET的共享模型库（Contributed Libraries）：可以在3G、MANET、Bluetooth 和GPRS 等通信技术方面获得OPNET提供的共享模型和相关章。

6 无线模块模型库
标准模型/ 附加模块共享模型**
MAC Wireless LAN (802.11a, b, e, g)
SMART MAC
Zigbee (802.15.4)
AMPS
Bluetooth
CDPD
Gilbert-Elliot BER
GPRS
GSM
Interworked
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