基于OPNET的通信网络仿真优化方法

基于OPNET的通信网络仿真优化方法

张文革，马玉祥

（西安电子科技大学计算机学院，西安 710071）

摘 要 为了有效解决仿真的精度和速度之间存在的矛盾，本文通过对通信网络进行抽象和浓缩，将其映射到OPNET仿真平台，构建了一个典型的层次型通信网络仿真模型。在OPNET精确模式和背景流模式建模方法的基础上，把多种建模技术进行组合仿真，并通过对仿真实际运行时间及所收集的统计量的分析比较，找到改善仿真精度和速度矛盾的有效方法—混合建模。因而实现了可扩展的三层网络结构，实现了实际网络向OPNET仿真平台的映射，实现了几种业务建模方法的综合，实现了改善仿真精度和速度矛盾的混合建模。

关键词 通信网络；OPNET仿真；业务建模；优化方法

中图分类号 TP393

目前，由于多方面因素的制约，通信网络软硬件的配合在许多情况下都未能发挥出最佳效能，直接影响到通信的质量。

预测的一个既经济又科学的途径便是仿真。通过仿真找出已有系统的不足，对网络的升级优化提供参考；通过仿真对组建新网提供理论上的论证和技术上的支持。而OPNET软件仿真技术成熟，能有效地对复杂的通信系统进行业务建模和仿真分析。

1 OPNET Modeler的特点和网络的拓扑设计

1.1 OPNET网络仿真软件的特点

OPNET网络仿真软件是由美国OPNET Technology公司开发的一个大型的通信与计算机网络仿真软件包，为通信网和分布式系统的模拟提供了全方位的支持，是目前世界上先进的网络仿真开发和应用平台之一，它以面向研发的OPNET Modeler为基础，开发出了面向不同用户群的功能强大的多种产品，广泛应用于大中型企业智能化网络设计、规划、优化和管理等方面。OPNET Modeler 的特点主要有以下3点：

（1）采用基于包的建模机制（Simulation on packet level）；

（2）采用离散事件驱动的模拟机理（discrete event driven）；

（3）具有丰富的统计量收集和分析功能。

尽管OPNET有许多优点，但它也有自己的局限性，如仿真速度和仿真精度不能同时满足，需要进行一定的折衷。所以，怎样在速度和精度之间选取一个合理的平衡点，就成了仿真优化研究的主要课题。

1.2 网络拓扑设计

1.2.1 网络拓扑设计思路

为了贴近实际，我们对某单位的通信网络系统进行调研之后，经过抽象压缩、去粗取精，在仿真网络的拓扑设计中形成了如下思路：

模拟业务：选取业务量最大、仿真时最占资源、日常生活中最常用的话音。

使用协议：通信协议全部使用UDP。

采用拓扑：总体树型、局部星型。在网络规模大小上进行了压缩，提取出其中最具代表性的成分，将近距、远距及远程终端等代表性的结构反映出来，涵盖了实际系统的主要类型。

使用设备：忠实于实际网络。设备、链路等尽量使用与原物类型相同的模型，保持一定的真实性。从而使仿真网络既不失实际网络的特色，又便于OPNET进行模拟。

1.2.2 设计拓扑

按三层设计，分为高、中、低层，实际的网络，增、减中层的层数及每层的子网个数来实现。突出层次协调，即上层为决策层，只提供服务；下层为执行层，只提供业务；中层承上启下，既提供服务，又提供业务。由于仿真对象是话音，一般是端到端

电子科技 2005年第9期（总第192期）

基于OPNET的通信网络仿真优化方法

的通信，所以采用工作站到工作站的模式。底层工作站均以中层工作站为目的（即底层工作站的目的地址为中层工作站的实名，下同），所有中层工作站均以上层工作站为目的。

整个仿真网络除有4个网络配置物件外，13个子网中共有17个交换机、10个路由器、11个服务器、52个工作站和3个Modem，共97个节点模型，网络拓扑如图1所示。

图1 通信网络拓扑结构

根据各层的业务性质，高层配置了具有防止网络风暴、容错等技术的Cisco Catalyst 系列的核心交换机、Cisco路由器、HP系列的服务器和有网络接口的工作站。中层承上启下，其功能主要是保持上下通信的畅通，所以，除配置中心交换机、二层交换机、服务器和工作站外，由多个路由器负责高、低层的连接。低层如果与中层相距较近，由低层的三层交换机直接与中层的二层交换机相连；如果与中层相距较远，低层交换机则通过路由器与中层相连。对于低层的远程终端，则通过Modem与中层相连。

2 业务建模及仿真

业务建模就是把需要仿真的实际系统，按照仿真软件的要求，映射到软件环境中。映射要能对实际系统特点进行一定程度的反映，使仿真能得出正确的结果。对仿真软件来说，只有加载正确的模型，才能得出正确的结论；否则，加载的模型不正确，得出的结论也是错误的。下面，针对建好的网络模型，对同一话音业务，采用不同的建模方法，配置不同的业务参数，分别进行仿真，根据仿真运行结果，以期找到改善速度与精度矛盾和整体效果为最佳的仿真方法。

2.1 完全精确建模

其建模步骤分为4步，即配置应用、配置业务主询、配置服务器和配置工作站。

（1）配置应用参数，即对所要进行仿真的对象—话音进行定义。操作流程为：

ApplicationConfigure/EditAttributes/Application Definitions(Value)/V oIPApplication(Discrete Traffic)/(Discription)/(V oice)Value/（V oice）Table。

在(V oice)Table配置时，Type of Service 要设成Interactive V oice(6)，Traffic Mix(%)要设置成All Discrete,表示此业务是优先级较高的交互话音，模拟方式是全部离散事件模拟。

（2）配置业务主询，即配置一类用户所涉及的应用，本例为话音。操作流程为：

Profile Configure/Edit Attributes/Profile Config- uration/V oIP Profile Confirure(Discrete Traffic)/ App- lications/V oIP Application (Discrete Traffic)。

（3）配置服务器，即对服务器所需支持的服务和应用进行设定，对在Application Configure中定义的应用都可以选择。操作流程为：

High_server/Edit Attributes/Application (Value)/ Application/Supported Service/All

（4）配置工作站，即配置工作站所支持的业务，对在Profile Configure中定义的业务都可以选。根据一般的话音通信都是两个工作站通信的特点，本文中工作站的配置既支持服务，又支持业务，还需要配置目的节点。操作流程为：

High_wkstn/Edit

Attributes/Application/Application Supported Profile/ V oIP Profile Configure(Discrete Traffic)。同时，也必须指定获取服务的服务器地址。

（5）选择统计量

根据实验需求，选择反映可靠性和实时性的下列统计量：

全局端到端延迟：Global Statistics/V oice /Packet End-to-End Delay(sec)；

全局的丢包率：Global Statistics/IP/Traffic Drop- ped (packets/sec)；

路由器队列延迟：Node Statistics/IP Interface/ Queuing Delay(sec)。