基于opnet移动无线网络的仿真

目录
一、仿真技术 (3)
1.1什么叫仿真 (3)
1.2仿真的分类 (3)
1.3网络仿真 (4)
1.3.1网络仿真的产生背景： (5)
1.3.2网络仿真的意义： (5)
1.3.3四种网络设计方法的比较 (5)
1.4当前主要的仿真工具 (6)
二、OPNET简介 (6)
2.1opnet简介 (6)
2．1.2 OPNET历史和现状 (6)
2.1.2 OPNET 全线产品介绍(1) (7)
2.1.2 OPNET 全线产品介绍(2) (7)
2.2opnet modeler简介 (8)
2.2.1OPNET Modeler的主要特性 (10)
2.2.3 OPNET Modeler 进行仿真的流程 (12)
2.2.4OPNET Modeler 三层建模机制 (12)
三、无线网络 (13)
3.1无线网络概述 (13)
3.1.1无线网络的发展 (14)
3.1.2无线网络的逻辑结构 (14)
3.2无线网络的分类 (16)
3.3无线网络的设备 (17)
四、基于opnet创建一个移动无线网络 (18)
4.1概述 (18)
4.2开始建立 (18)
4.3创建天线模型 (18)
4.4创建指向处理器 (18)
4.5创建节点模型 (18)
4.6创建网络模型 (18)
4.7收集统计量并运行仿真 (18)
4.8查看并分析结果 (18)
五、参考文献 (18)
基于opnet移动无线网络的仿真
设计任务：
1.熟练操作和运用opnet软件
2.理解和掌握无线网络的工作原理
3.理解和掌握网络仿真的原理、步骤、内容和方法
4.运用opnet软件对无线网络进行仿真
要求：
1.熟练操作和运用opnet软件
2.查阅大量资料文献：明确网络仿真的原理、步骤、内容和方法
3.认真做好学习笔记，按时完成设计
1绪论
1.1 问题提出的背景
1.2 研究的现状和存在的问题
1.3本文研究的主要问题
2 网络仿真技术
3 OPNET在网络仿真中的建模原理
4 基于OPNET的移动无线网络的仿真实现
5 结论
参考文献
基于opnet移动无线网络的仿真
一、仿真技术
1.1什么叫仿真
仿真就是采用模型来再现真实情况。

模型是系统、过程或现象
的物理的、数学的或其他逻辑的表达
1.2仿真的分类
⑴根据被仿真对象性质为：连续系统仿真(Continuous System Simulation)
和离散事件系统仿真(Discrete Events System Simulation)
⑵根据功能用途分为：工程仿真（Engineering Simulation）和训练仿真（Training Simulation）
⑶根据应用领域来划分：工程领域仿真和非工程领域仿真
⑷根据虚实结合程度来划分：结构仿真（Constructive Simulation）、虚拟仿真（Virtual Simulation）和实况仿真（Live Simulation）
1.3网络仿真
在今天的信息技术时代，网络结构和规模日趋复杂庞大，表现在多种类型的网络日益走向融合，业务种类增加，网络负载日益繁重，新的网络技术也层出不穷，因此如何对现有网络进行优化设计和规划是个非常富有挑战性的课题。

对于企业网络，在建设网络、开展网上业务之前，需要对配置的网络设备、所采用的网络技术、承载的网络业务等方面的投资进行综合分析和评估，提出性能价格比最优的解决方案。

对于运营商网络，面对用户的增加，新业务的推出以及新的网络技术的出现，技术人员和网管如果需要知道可能给网络带来瓶颈的原因是什么，是业务过于繁重、网络带宽不够还是服务器处理速度不高。

如果网络上增设新的业务，对网络性能有什么影响。

如果拟采用新的网络技术对网络进行升级，网络的性能会有多大幅度的改善，相比之下投入是否值得，新技术的引进是否会给网络性能带来负面影响；对于从事新协议的研发机构，如何有效逼真地模拟协议各种行为细节，如何构建接近真实有代表性的网络环境和业务，使得测试结果能够公正地评判新协议的性能?
无论是构建新网络，升级改造现有网络，或者测试新协议，都需要对网络的可靠性和有效性进行客观地评估，从而降低网络建设的投资风险，使设计的网络有很高的性能，或者使测试结果能够真实反映新协议的表现。

传统网络设计和规划方法主要靠经验，对复杂的大型网络，很多地方由于无法预知而抓不住设计的要点。

因此越来越需要一种新的网络规划和设计手段。

在这种情况下网络仿真作为一种新的网络规划和设计技术应运而生，它以其独有的方法为网络的规划设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性。

网络仿真技术目前已经逐渐成为网络规划、设计和开发中的主流技术。

在国外，网络仿真技术的研究和应用已经有十多年的历史。

以前主要用于网络协议和
网络设备的开发和研究，使用者大都是大学和研究所的研究和开发人员，近年来网络仿真软件生产厂商近年来纷纷把应用和开发重点转向网络规划和设计方面，将用户由原来的研究开发人员转向网络规划和设计人员，另一方面网络仿真规划设计软件的使用和操作相当复杂，还远没有达到一般网络规划设计人员经过短时间培训就能够熟练使用的目标，因此国外网络仿真软件厂家正致力于简化软件界面和操作流程，强化软件的项目应用能力，特别是加强了与网络管理软件厂商的合作，开发与网管软件的接口，使得网络模型的建立逐步自动化，加快网络建模的速度。

我国的网络仿真技术的研究1999 年刚刚起步，这主要有
两个原因，一个是我国数据网络的发展较晚，对网络仿真技术的需求相对不是十分迫切；另一个原因是主流的网络仿真软件基本上产自美国，而其高端产品在1998 年以前一直是对包括中国在内的社会主义国家禁运。

近年来，特别是1998 年以来，由于我国数据网络的迅猛发展的拉动和美国解除高端网络仿真软件出口的限制的刺激，我国的网络仿真研究和应用逐步起步。

具体来说，网络仿真技术是一种通过建立网络设备、链路和协议模型, 并模拟网络流
量的传输，从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真技术。

从应用的角度上看，网络仿真技术有以下特点：（1）全新的模拟实验机理，使其具有在高度复杂的网络环境下得到高可信度结果的特点。

网络仿真的预测功能是其他任何方法都无法比拟的；（2）使用范围广，既可以用于现有网络的优化和扩容，也可以用于新网络的设计，而且特别适用于大中型网络的设计和优化；（3）初期应用成本不高，而且建好的网络模型可以延续使用，后期投资还会不断下降。

网络仿真技术在网络规划设计方面的应用在我国刚刚起步，即使是在国外，也还只是
处于初级阶段，特别是在大型网络和复杂网络的应用方面，尚存在不少重要的项目技术问题需要解决，部分已解决的问题也仍需进一步深入研究和探讨。

1.3.1网络仿真的产生背景：
随着网络结构和规模越来越复杂化以及网络的应用越来越多样化，单纯地依靠经验进行网络的规划和设计、网络设备的研发以及网络协议的开发，已经不能适应网络的发展，因而急需一种科学的手段来反映和预测网络的性能，网络仿真技术应运而生。

1.3.2网络仿真的意义：
有效提高网络规划和设计的可靠性和准确性，明显地降低网络投资风险，较少不必要的投资浪费。

1.3.3四种网络设计方法的比较
1.4当前主要的仿真工具
(1)Matlab的主要功能：
数值计算功能；
符号计算功能；
数据分析和可视化功能；
文字处理功能；
SIMULINK动态仿真功能。

SIMULINK是MATLAB为模拟动态系统而提出的一个交互式程序，SIMULINK允许用户在屏幕上绘制框图来模拟一个系统，并能够动态的控制该系统。

SIMULINK采用鼠标驱动方式，能够处理线性，非线性、连续、离散等多种系统。

(2)NS
Ns是一个由UcBerkeley开发的网络仿真软件。

可以对无线、有线网、卫星网，局域网和广域网等不同的网络形式进行仿真。

它目前可以支持TCP，UDP协议，支持FTP，Telnet，Web,，CBR and VBR等高层业务；对无线网络，支持DSR、AODV、DSDV等协议。

同功能的还有opnet，glomosim前者要钱买的，后者可down 到。

二、OPNET简介
2.1opnet简介
2．1.2 OPNET历史和现状
OPNET公司起源于MIT（麻省理工学院），成立于1986年。

1987年OPNET 公司发布了其第一个商业化的网络性能仿真软件，提供了具有重要意义的网络性能优化工具，使得具有预测性得网络性能管理和仿真成为可能。

OPNET 公司目前为Nasdaq上市公司，代号为OPNT，2002年被福布斯评为全美最佳200中小型企业。

OPNET公司最初只有一种产品OPNET Modeler，到目前已经拥有Modeler、ITGuru、
SPGuru、WDMGuru、ODK等一系列产品。

对于网络的设计和管理，一般分为3个阶段：第1阶段为设计阶段，包括网络拓扑结构的设计，协议的设计和配置以及网络中设备的设计和选择；第2阶段为发布阶段，设计出的网络能够具有一定性能，如吞吐率、响应时间等等；第3阶段为实际运营中的故障诊断、排错和升级优化。

而OPNET公司的整个产品线正好能面向网络研发的不同阶段，即可以作网络的设计，也可以作为发布网络性能的依据，还可以作为已投入运营的网络的优化和故障诊断工具。

OPNET公司也是当前业界智能化网络管理分析解决方案的主要提供商。

2.1.2 OPNET 全线产品介绍(1)
OPNET公司的第一个商用化产品为Modeler，在此基础上又开发出了其他产品，使得其产品得种类更加丰富。

目前OPNET公司得产品线除了Modeler外，还包括ITGuru、SPGuru、OPNET Development Kit以及WDMGuru。

不同的产品面向的客户群也不一样。

2.1.2 OPNET 全线产品介绍(2)
(1)、Modeler主要面向研发，其宗旨是为了“Accelerating Network
R&D（加速网络研发）；
(2)、ITGuru可以用于大中型企业，做智能化的网络
设计、规划和管理；
(3)、SPGuru相对ITGuru在功能上更加强大，内嵌了更多的OPNET
附加功能模块，包括流分析模块、网络医生模块、多提供商导
入模块、MPLS模块，使得SPGuru成为电信运营商量身定做的
智能化网络管理、规划以及优化的平台；
(4)、WDMGuru是面向光纤网络的运营商和设备制造商，为其提
供了管理WDM光纤网络，并为测试产品提供了一个虚拟的
光网络环境。

(5)、OPNET开发包（ODK，OPNET Development Kit）和NetBizODK是一个更底层的开发平台，其中ODK为开发时环境，NetBiz为运行时环境，可以用于设计用户自定制的解决方案，定制用户的界面，并且ODK提供了大量的函数，用于网络优化和规划。

2.1.3 OPNET的客户群
(1) 大型通信设备制造商（如3Com、Cisco、Nortel Netmork、Lucent）;
(2) 大中型企业（如BOEING、Daimler、Benz等）
(3) 电信运营商(如AT&T、NTT DoCoMo、France Telecom等)
(4) 军方和政府方的研发机构
(5) 大专院校
2.2opnet modeler简介
OPNET 最早是在1986 年由麻省理工大学的两个博士创建的，并发现网络模拟非常有
价值，因此于1987 年建立了商业化的OPNET。

目前共有大概2700 个OPNET 用户，包括企业、网络运营商、仪器配备厂商，以及军事、教育、银行、保险等领域。

OPNET 近几年赢得的大量奖项是对其在网络仿真中所采用的精确模拟方式及其呈现结果的充分肯定。

在设备制造领域，企业界如Cisco，运营商如AT&T，采用OPNET 做各种各样的模拟和调试。

在国防领域，主要被美国广泛采用，其他国家大多低调处理。

在OPNET 各种产品中，Modeler 几乎包含其他产品的功能，针对不同的领域，它表现出不同的用途：（1）对于企业网的模拟，Modeler 调用已经建好的标准模型组网。

在某些业务达不到服务质量要求的情况下，如网上交易、数据库等业务响应时间慢于正常情况，Modeler 捕捉重要的流量进行分析，从业务、网络、服务器三方面找出瓶颈；（2）对于比企业网更复杂的运营商（ISP）网的模拟，Modeler 焦点放在整个业务层、流量的模拟，使运营商有效查出业务配置中产生的错误，例如有哪个服务器配置不好，让黑客容易进攻，有哪些业务的参数配置不合适等情形；（3）针对研发的需求，Modeler 提供了一个开放的环境，使用户能够建立新的协议和配备，并且能够将细节定义并模拟出来。

本书侧重于使用Modeler 进行研发的场合，使得其能将深层
次的细节完全精确模拟的特点体现出来，这是传统方式不足以做到的。

Modeler 所能应用的各种领域包括端到端结构（End to End Network Architecture Design）、系统级的仿真（System Level Simulation for Network Devices）、新的协议开发和优
化（Protocol Development and Optimization）、网络和业务层配合如何达到最好的性能（Network Application Optimization and Deployment Analysis）。

举例来说，在端到端结构上的应用中，从IPv4 网络升级为IPv6，采用哪种技术方式对转移效果比较好；新协议的开发，如目前流行的3G 无线协议。

在系统级的仿真中，分析一种新的路由或调度算法如何使路
由器或者交换机达到QoS；在网络和业务之间如何优化方面，可以分析新引进的业务对整
个网络的影响，网络对业务的要求，实际中网络和业务是对矛盾，通过Modeler 模拟来查
找网络和业务之间所能达到最好的指标。

Modeler 采用阶层性的模拟方式（Hierarchical Network Modeling），从协议间关系看，
节点模块建模完全符合OSI 标准，业务层->TCP 层->IP 层->IP 封装层->ARP 层->MAC 层->物理层；从网络物件层次关系看，提供了三层建模机制，最底层为进程（Process）模型，以状态机来描述协议；其次为节点（Node）模型，由相应的协议模型构成，反映设备特性；最上层为网络模型。

三层模型和实际的协议、设备、网络完全对应，全面反映了网络的相关特性。

Modeler 采用面向对象模拟方式（Object-oriented Modeling），每一类节点开始都采用相
同的节点模型，再针对不同的对象，设置特定的参数。

例如，配置多个WLAN 工作站，它们采用相同的节点模块，界面上，可以设置不同的IP 地址和WLAN 参数。

基于事件出发的有限状态机建模（Finite State Machine Modeling），避免以时间出发，
变成以事件出发的建模。

采用离散事件驱动（Discrete Event Driven）的模拟机理，与时间驱动相比，计算效率得到了很大提高。

例如在仿真路由协议时，如果要了解封包是否到达，不必要每隔很短时间去周期性地查看一次，而是收到封包，事件到达才去看。

每一时刻，FSM 将停留在特定状态，之后收到事件，完成事件并跳转状态。

例如路由协议要做的事有获取周边节点地址，建立拓扑信息，之后路由表稳定下来，在收到封包将其转发到下一个节点，这些事件中断将引起相应的状态转移。

在Modeler 中所有代码，各种协议的代码都是完全公开（Total Openness），每一个代码
的注释也是非常清楚，使得用户更容易理解协议的内部运作。

采用混合建模机制，把基于包的分析方法和基于统计的数学建模方法结合起来，既可
得到非常细节的模拟结果，也大大提高了仿真效率。

仿真引擎的效率方面，Modeler 10.0 使整个仿真速度更加提高，同样一个仿真节省大约一半时间，同时引入并行仿真使得无论无线还是有线的仿真更加快速。

在物件拼盘中，包含了详尽的模型库（设备、链路及详细的协议），包括：路由器、交
换机、服务器、客户机、ATM 设备、DSL 设备、ISDN 设备等，还有其他厂商提供的配备，随着OPNET 版本的提高模型库也不断增加。

Modeler 也提供了多种业务模拟方式，具有丰富的收集分析统计量，查看动画和调试等
功能。

它可以直接收集常用的各个网络层次的性能统计参数，能够方便地编制和输出仿真
报告使用Modeler 仿真可以大体分成6 个步骤，分别是配置网络拓扑（Topology），配置业务（Traffic），收集结果统计量（Statistics），运行仿真（Simulation），调试模块再次仿真（Re-simulation），最后发布结果和拓扑报告（Report），这些步骤可以总结为两个t 两个s 和两个r。

为了让Modeler 表现更加出色，功能更强，OPNET 提供了需要额外费用的附加的模组，
在此对它们简单介绍：ACE（Application Characterization Environment）用来发现业务存在的问题，例如银行上网交易时，刷卡需要5 秒的延时，ACE 能够发现每个封包的细节，并对各种业务协议的行为分解，以发现造成业务延时过大的原因；TMM（Terrain Modeling）提供无线仿真中对地形模拟的支持，导入电子地图可加入地形信息，将对无线传播模型进行更进一步地考虑，例如移动台经过一个山谷时，接收信号所受的影响；HLA（High Level Architecture）主要用于军事领域，采用分布式仿真方式使得多个异构网联成一个大系统；MVI（Multi-Vendor Import）多厂商引进，用在企业和运营商设定复杂设备参数的场合，支持直接导入各种厂商的配置，包括设备参数和业务流量，不需要手动建立。

假设有100 台路由器，每个路由器有10 个端口，每个端口参数不相同，这样手动一拉一点的参数输入方式可能需要2 天时间，而完全自动导入只需几分钟时间；ESP（Expert Service Prediction）提供对网络性能预知的功能，例如运营商声称其ADSL 网在99%情况下提供400kbps 以上的带宽，必需有一个凭据，为什么在不论多拥塞的情况下能够达到这种服务等级（SLA, Service Level Agreement）；Flow Analysis 流分析，收集流量和拓扑，分析流量阻塞，配合Net-doctor（网络医生）检测IP 地址配置，如果某个端口原本应该封闭而被打开，网络医生可以对业务进行安全性分析。

另外针对某些客户群建立了特别的模型库，例如UMTS 和IPv6 等模型，由于在整个
开发过程中是和其他企业互相配合建立的，因此需另外加费。

OPNET 用户可以向一年一度的OPNETWORK 会议投稿，论文投稿截止日期在每年的
8 月底。

于9 月底在美国的华盛顿召开，期间有各种各样免费培训，吃住免费并且不用交
注册费。

2.2.1OPNET Modeler的主要特性
(1) 层次化的网络模型：使用无限嵌套的子网来建立复杂的网络拓扑结构。

(2) 简单明了的建模方法：Modeler建模过程分为3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，在节点层次中将其互连成设备，在网络层次中将这些设备互连组成网络。

几个不同的网络场景组成“项目”，用以比较不同的设计方案。

这也是Modeler建模的重要机制，这种机制有利于项目的管理和分工。

(3) 有限状态机：在过程层次使用有限状态机来对协议和其他过程进行建模。

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。

用户可以随心所欲地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。

(4) 对协议编程的全面支持：支持400多个库函数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，因此对于很多协议，无需进行额外的编程。

(5) 系统的完全开放性：Modeler中源码全部开放，用户可以根据自己的需要添加、修改已有的源码。

(6) 高效的仿真引擎：使用Modeler进行开发的仿真平台，使仿真的效率相当高。

(7) 集成的分析工具：Modeler仿真结果的显示界面十分友好，可以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。

(8) 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。

(9) 集成调试器：快速地验证仿真或发现仿真中存在的问题，OPNET本身有自己的调试工具——OPNET Debugger（ODB）。

另外，OPNET在Windows平台下还支持和编程语言VC的联合调试。

2.2.2 OPNET Modeler建模
确定模型需要解决的问题
创建原始模型，原始模型不需要特
别完善，只要能回答一些问题即可
(3)验证模型，以获得一定的“等同性”
增强模型，对模型做出修改，以解 答未来的问题
设置仿真参数以及条件，运行仿真，
查看并分析结果
发布结果
2.2.3 OPNET Modeler 进行仿真的流程
1．理解系统
2.理解仿真的目的
3.选择需要的建模的方向
4.定义输入和输出
5.确定系统模型
6确定输出，运行仿真
7.系统结果是否正确，结果的容错性和精确性都需要进行验证
8.结果是否足够详细
9.结果是否统计可用
2.2.4OPNET Modeler 三层建模机制
OPNET 中的建模工作在3种不同的环境中完成，这3种环境也称为3个域。

这种建模方法与使用单一层次对系统中的所有层面进行建模的绝大多数建模方法不同。

OPNET 建模域的功能
三、无线网络
3.1无线网络概述
所谓无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。

采用无线传输媒体如无线电波、红外线等的网络。

与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线。

无线网络技术涵盖的范围很广，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术。

通常用于无线网络的设备包括便携式计算机、台式计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、移动电话、笔式计算机和寻呼机。

无线技术用于多种实际用途。

例如，手机用户可以使用移动电话查看电子邮件。

使用便携式计算机的旅客可以通过安装在机场、火车站和其他公共场所的基站连接到Internet。

在家中，用户可以连接桌面设备来同步数据和发送文件
目前主流应用的无线网络分为GPRS手机无线网络上网和无线局域网两种方式。

GPRS手机上网方式，是一种借助移动电话网络接入Internet的无线上网方式，因此只要你所在城市开通了GPRS上网业务，你在任何一个角落都可以通过笔记本电脑来上网。

首先说，无线网络并不是何等神秘之物，可以说它是相对于我们目前普遍使用的有线网络而言的一种全新的网络组建方式。

无线网络在一定程度上扔掉了有线网络必须依赖的网线。

这样一来，你可以坐在家里的任何一个角落，抱着你的笔记本电脑，享受网络的乐趣，而不像从前那样必须要迁就于网络接口的布线位置。

这样你的家里也不会被一根根的网线弄得乱七八糟了。

3.1.1无线网络的发展
无线网络占用频率资源，其起源可追溯到20世纪70年代夏威夷大学的ALOHANET研究项目，然而真正促使其成为21世纪初发展最为迅速的技术之一，则是1997年IEEE 802.11标准的颁布
Wi-Fi联盟（以前称为无线网络标准化组织，Wireless Ethernet Compatibility Alliance,WECA）互操作性保证的发展等关键事件。

从20世纪70年代到90年代早期，人们对无线连接的需求日益增长，但这种需求只能通过一些少量的基于专利技术的昂贵硬件来实现，而且不同制造商的产品之间没有互操作性和安全机制，性能与当时标准的10Mbps有线以太网相比还有很大差距。

IEEE 802.11标准是无线网络发展过程的重要里程碑，同时也是Wi-Fi这一强大且公认的品牌发展的起点。

IEEE 802.11系列标准为设备制造商和运营商提供了一个通用的标准，使他们更关注于无线网络产品及业务的开发，它对无线网的贡献可以与一些最基本的支撑技术相媲美。

在过去的十年里，从IEEE 802.11标准的最初版本演变的各种各样的Wi-Fi标准得到了广泛的关注，与此同时，其他的无线网络技术也经历着相似的历程。

1994年公布了第一个IrDA（Infrared Data Association，红外数据协会）标准，同一年Ericsson开始了移动电话及其附件之间互联的研究，这项研究使得蓝牙（Bluetooth）技术在1999年被IEEE 802.15.1工作小组采纳。

在这一发展工程中，无线网络技术的种类已能满足各种数据速率（低速和高速）、各种工作距离（进或远）、各种功率消耗（低或极低）的所有要求。

3.1.2无线网络的逻辑结构
网络的逻辑结构：指的是可以在物理设备或节点间建立连接并控制这些节点间路由和数据传输的标准和协议。

因为逻辑连接是建立在物理连接上的，所以逻辑结构和物理结构相互依赖，但是两者同时具有高度的独立性，例如可以在不改变逻辑结构的情况下改变网络的物理结构；同样，同一物理网络在很多情况下可以支持不同的标准和协议。

如下参考模型OSI网络模型：。