无线网络仿真

无线网络仿真篇1

由于无线网络的方便性、组网和维护的便利性、良好的可拓展性, 以及成本低廉等优点, 近年来, 无线网络的应用变得越来越广泛。尤其是在“应用对象为可运动的, 或对象所在的环境很难用有线网络连接”的情况, 无线网络将起着不可替代的作用。许多现代化的控制系统也越来越迫切地需要无线网络作为其通信媒介。无线网络控制系统的研究方向主要有以下几个方面:

(1) 从控制的角度来说, 研究的重点就是设计出较好的控制器。这需要充分考虑通信信道的特性, 从而改进现有的控制体系, 使其对包含随机延时、丢包等现象在内的通讯错误具有鲁棒性, 满足一定的性能指标。

(2) 从网络角度出发, 研究的重点集中在如何克服无线网络自身的局限性, 减小延时和丢包对控制性能的影响。

(3) 从控制和网络的联合设计来说, 研究的重点在于寻找网络和控制器性能之间的平衡点, 使得控制器的设计具有鲁棒性, 能够适应一定范围内的通讯失误, 而网络的设计能够满足实现控制系统的性能指标要求[1,2]。

(4) 由于无线网络控制系统的复杂性, 在分析和设计的过程中, 联合仿真也是研究的内容之一[3]。目前的网络仿真软件有NS-2、OPNET和TrueTime等。

近些年来, 对无线网络控制系统的几个研究方向都取得了一些研究成果[4,5,6,7]。从上面的分析可知, 无线网络控制系统的研究方向研究重点之一就是分析现有无线网络控制系统的性能, 设计出较好的控制器, 这时需要充分考虑通信信道的特性, 但目前对于描述无线通信网络特性发面的研究成果还比较少。由于无线网络的高成本和复杂性, 本研究利用基于Matlab/Simulink的TrueTime工具箱, 构建一个无线网络的仿真模型, 模拟无线网络控制系统中传感器、控制器、执行器之间的通信, 为后面无线网络控制系统的传输模型研究提供一个研究的载体。

1 无线自组网及AODV协议

1.1 Ad hoc网络

无线自组网 (Ad hoc) 也被称为多跳无线网, 是一种无基础设施的移动网络。无线自组网由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成一个多跳的临时性无中心网络, 可以在任何时刻、任何地点快速构建起一个移动通信网络, 并且不需要现有信息基础网络设施的支持, 网中的每个终端可以自由移动, 地位相等。它在不能利用或不便利用现有网络基础设施的情况下, 提供一种通信支撑环境, 拓宽了移动网络的应用场合。根据节点是否移动, 无线Ad hoc网络分为传感器网络和移动Ad hoc网络。这里指的是移动Ad hoc, 即各个无线节点都可以自由移动。

1.2 AODV协议

AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing) 协议, 即无线自组网按需平面距离矢量路由协议, 是无线Ad hoc网络中按需生成路由方式的典型协议。按需路由仅在需要路由时才由源节点创建, 通信过程中维护路由, 通信完后不再进行维护。

AODV协议可以实现在移动终端间动态的、自发的路由, 使移动终端很快获得通向所需目的的路由, 同时又不用维护当前没有使用的路由信息, 并且还能很快对断链和拓扑变化做出反应。

AODV使用3种消息作为控制信息:Route Requests (RREQs) 、Route Replies (RREPs) 和Route Errors (RERRs) [8]。

2 无线网络仿真模型的建立

2.1 无线网络仿真工具—TrueTime工具箱

TrueTime是一种基于Matlab/Simulink的联合仿真工具, 它是由瑞典Lund工学院的Dan Henriksson和Anton Cervin等学者于1999年针对网络控制系统的仿真提出的一种仿真工具箱, 该工具箱针对每一特定的网络协议, 可以实现控制系统与实时调度的综合仿真研究。其中的Wireless Network模块可以设置各种网络参数, 例如网络协议类型、网络传输速率、传输功率及最大允许重传次数等, 该工具箱是目前网络控制系统理想的虚拟仿真工具[9]。

TrueTime-1.5包含6个模块:实时内核模块 (TrueTime Kernel) 、网络模块 (TrueTime Network) 、电源模块 (TrueTime Battery) 、无线网络模块 (TrueTime Wireless Network) 、发送消息模块 (ttSendMsg) 和接收消息模块 (ttGetMsg) [10]。将其中的某些模块与Simulink中常用的模块相连, 就可以构建相应的实时网络控制系统。

无线网络模块模拟了局域网中的媒介访问和包传递, 按照选定的网络模型模拟数据的发送和接受, 主要支持两种简单的网络模型:IEEE 802.11b/g (WLAN) 和IEEE 802.15.4 (ZigBee) [11]。

2.2 无线网络仿真模型的建立

本研究中建立的无线网络仿真模型用来仿真一个采用AODV路由协议的移动自组网。该网络共有22个节点, 节点1到节点15为无线自组网中的节点。节点1周期性地向节点15发送信息, 节点15在接收到节点1发送过来的信息后, 向节点1回复一个信息。在这两个节点进行通信过程中, 节点2到节点14可以随机地移动, 通过AODV路由协议可以选择两个节点之间的路由。节点16到节点22为干扰节点, 用来模拟实际网络通信中一些外界的干扰。

在节点1与节点15进行通信时, 需要采用功率控制策略。因为对于无线网络中的节点来说, 一般采用电池供电, 这样可以使用的电量是非常有限的, 尤其在节点数目很多或是节点所处位置十分偏僻时, 更换电池是非常困难的事情。因此, 如何在不影响节点通信功能的前提下, 尽可能节约无线网络中节点的电池能量是十分重要的。本研究中考虑每一跳所消耗的能量, 使得节点传输功率尽可能的小。节点先以一定的初始传输功率发起路由查找, 然后计算出在这一条路由中传输节点的最低传输功率, 最后节点稳定在这个传输功率发送数据。

为了仿真现实中某些外界因素对无线网络的干扰, 可以设置一些干扰节点。可令干扰节点中的部分节点在与其他节点进行通信, 并且干扰节点可以进行随机的移动。模型中的干扰节点本身就是用来干扰节点1和节点15之间通信的, 不需要采用功率控制策略, 随机地设置干扰节点的发送功率, 这样可以使对无线网络影响的干扰是随机而不可预测的。这样就构建了一个可以模拟现实中的无线网络的仿真模型。

仿真模型中每个节点的设计如图1所示, 每个节点主要由TrueTime的内核模块和电池模块构成。内核模块包括有A/D、D/A转换器, 网络接口 (输入/输出端口) , 公共资源 (CPU、监控器、网络) 的调度与监控输出端口。X、Y表示节点的位置。可在TrueTime Kernel的Block Parameters中设置参数, 如:指定初始化函数, 设定初始化函数的参数, 是否选用电池模块等。电池模块主要为内核模块提供电源功率。电池模块只有一个参数—初始能量, 它可以通过电池模块的参数设置对话框进行设置。该无线网络仿真模型的全部节点如图2所示。

在实际应用中, 各个节点通过物理介质传输信息, 在利用TrueTime进行仿真过程中, 可以通过无线网络模块来实现。所有节点与无线网络的连接如图3所示。Aimation模块可以观察模型中所有节点的移动情况。

无线网络模块在它的Block Parameters中设置参数, 如网络协议、节点数目、网络模块的编号、发射功率、接收信号功率门限、节点确定消息丢失或重传前等待ACK信号的时间等。

在这里, 支持的网络协议为WLAN, 节点数目为22个, 发射功率为变量pow, 它可在模型的底层初始化文件initsim.m中设置。

2.3 无线网络仿真模型的仿真程序设计

当节点1需要和节点15通信时, 如果在路由表中已经存在了对应的路由表时, AODV不会进行任何操作。当路由表中没有对应的路由时, 节点1就会发起路由发现过程, 通过广播RREQs信息来查找相应路由。中间节点可能会从不同的邻居收到同一个广播的多个副本, 如果当中间节点收到一个RREQs分组, 它会对收到的分组进行判断:如果节点已经收到了相同广播标识和源节点地址的RREQs时, 它就会丢掉这个分组。如果节点以前并没有收到这样的RREQs分组, 它就会保存一些信息用于建立反向路径, 然后再把这个RREQs分组广播出去。

RREQs分组最终将到达一个节点, 该节点可能就是目的节点, 或者这个节点有到达目的节点的路由。如果这个中间节点有到达目的地的最新路由, 而且这个RREQs还没有被处理过, 这个节点将会沿着建立的反向路由返回RREPs分组, 否则中间节点重新广播RREQs。当源节点在接收到第一个RREPs分组后, 就开始向目的节点发送数据分组。周期性地发送Hello分组可以用来确保邻居节点之间的连通性。当发现有链路断开时, 就发出RERRs消息通知其他上游节点。

节点1到节点15的每个节点都可具有AODV发送和接收任务。当有节点通过无线网络向另一个节点发送信息时, AODV发送任务被激发, 它的流程图如图4所示。

AODV接收任务处理AODV控制信息和传送数据, 其编程思路如下所示:

if (正在接收数据邮件)

更新进入到源的反向路由的到期定时器

if (这个节点是目的节点)

将数据邮件传递给应用, 创建接收任务else

传送数据邮件到路由的下一跳节点

更新去目的节点路由的到期定时器

end

else

switch message_type

case RREQ:

if (第一次接收到这个RREQ)

将RREQ放入存储区

创建或更新到源节点的反向路由

检查去目的地路由的正向路由表

if (有一个路由存在)

发送RREP邮件回源节点

else

更新并重新广播RREQ

end

case RREP:

检查到目的节点的路由的正向路由表

if没有路由存在)

创建去目的节点的正向路由

elseif (路由存在但需要更新)

更新去目的地的入境路由

end

if (这个节点就是源节点)

通知AODVSendTask新的路由确定

创建AODVSendTask发送缓冲区数据

elseif (到目的节点的路由已经创建或更新)

更新反向入境路由到源节点

发送RREP到源节点的下一跳节点

end

case RERR:

找到并废止所有受影响的路由条目

发送RERR到素有路由的前面跳节点

end

3 仿真过程与结果分析

假设仿真时间为1 h, 节点1向节点15发送消息的周期为0.01 s, 节点确定消息丢失或重传前等待ACK信号的时间为0.004 s, 允许节点重传的次数为5, 即如果超过了这个次数, 就可认为传送的数据包丢失。然后运行该无线网络的仿真模型, 可以利用变量t1, t2, t3, t4分别记录下节点1周期性地向节点15发送信息的时间, 节点15接收到节点1发送过来的信息的时间, 节点15向节点1回复信息的时间, 节点1接收到节点15发送过来的回复信息的时间。这样就可以研究节点1与节点15之间进行通信的网络延时和丢包情况。也可以根据需要, 改变仿真时间、节点1的发送周期, 确定消息丢失或重传前等待ACK信号的时间及重传次数等参数, 得到其他需要的数据。在仿真时间内各个节点位置的变化情况如图5所示。

4 结束语

通过对该无线网络模型仿真结果的分析可知, 该无线网络仿真模型可以模拟无线网络控制系统中传感器、控制器及执行器之间的通信。在这个基础之上, 记录节点1和节点15之间通信的发送和接收信息时间, 就可以为研究无线网络控制系统网络延时和数据丢包率之间的数学模型做好准备。

摘要：为解决无线网络控制系统中传输模型的问题, 建立了无线网络传输中网络延时和数据丢包之间的数学模型, 为无线网络控制器的设计提供了充分的无线网络特性, 可以将网络实时仿真技术应用到对无线网络控制系统的研究中, 提出了用基于Matlab/Simu-link的网络仿真工具箱TrueTime构建一个无线网络的仿真模型。该仿真模型中的节点可自由移动, 且有干扰节点, 采用了AODV路由协议进行路由的自主选择, 以实现两个节点之间互相通信。然后通过仿真, 记录下两节点之间发送、接收数据的时间。结果表明, 该模型可以模拟无线网络控制系统中传感器、控制器和执行器之间的通信, 可以作为研究无线网络控制传输模型的仿真模型。

关键词：无线网络,TrueTime,仿真模型,无线网络控制系统

参考文献

[1]彭丽萍, 岳东.无线网络控制系统的研究[J].控制工程, 2006, 13 (5) :481-484.

[2]郭小华.基于无线传感器网络的无线网络控制系统研究[D].杭州:浙江大学电气工程学院, 2007.

[3]COLANDAIRA J, SANLON W, IRWIN G.Understandingwireless networked control systems through simulation[J].IEEE Computing and Control Engineering, 2006, 16 (2) :26-31.

[4]LIU X H, GOLDSMIH A.Wireless Medium Access Controlin Networked Control Systems[C]//Proceedings of the 2004American Control Conference.Boston:[s.n.]2, 004:3605-3610.

[5]KAWKA P, ALLEYNE G.Stability and Control of WirelessNetworked Systems[C]//Proceedings of the 2005 AmericanControl Conference.Portland:[s.n.]2, 005:2953-2959.

[6]王艳, 张东彪, 纪志成.无线网络控制系统建模与鲁棒控制分析[J].系统工程与鲁棒控制分析, 2009, 31 (9) :2189-2194.

[7]彭丽萍, 彭晨, 岳东.无线网络环境下控制系统的仿真研究[J].工业控制计算机, 2007, 20 (1) :43-45.

[8]郑相全等.无线自组网技术使用教程[M].北京:清华大学出版社, 2004.

[9]邱占芝, 张庆灵, 杨春雨.网络控制系统分析与控制[M].北京:科学出版社, 2009.

[10]王岩, 孙增圻.网络控制系统分析与设计[M].北京:清华大学出版社2, 009.

网络仿真在高职网络教学中的应用篇2

网络仿真在高职网络教学中的应用

随着网络和信息技术的.发展,使用仿真技术构筑虚拟的网络平台,以极低的成本实现对复杂网络环境进行分析与研究,已成为网络学习与研究中的重要组成部分. 文章从高职院校计算机网络实践教学入手,研究网络实践教学的过程中,常用的网络仿真软件,并对这些软件进行比较,探讨它们的仿真功能、仿真方式及应用前景.

作者：刘国峰 Liu Guofeng 作者单位：山西交通职业技术学院信息工程系,山西,太原,030031刊名：科学之友英文刊名：FRIEND OF SCIENCE AMATEURS年，卷(期)：“”(12)分类号：G841关键词：网络仿真软件 Onet NS2 虚拟现实 network simulation software virtual reality

网络性能测试仿真方法研究篇3

摘要：网络测试有利于提高网络的运行效率和安全性，要对网络性能进行定量的研究，必须指定适当的性能标准。信息流平台要描述这样的应用系统，就必须能够确切、完整地描述它的网络环境和网络信息流，信息流生成工具能够自动生成应用系统的网络信息流，并使信息流在网络上流动起来。

关键词：网络测试；信息流；仿真软件平台

1引言

网络测试是进行网络管理的有效辅助手段，有利于提高网络的运行效率和安全性。网络测试与网络协议的分层有关，网络协议的分层监护了网络协议内部与外部的关系，也为网络测试提供了方便。

TCP/IP模型不包括其基础的硬件，分为4层：链路接口层、网络层、传输层和应用层，而应用层传递的数据依赖于应用层对网络的使用方式。应用层测试分为功能测试和性能测试，本文重点就是应用层的性能测试方法研究。

2通信网络性能分析

要对网络性能进行定量的研究，必须指定适当的性能标准。对于管理者和用户来说，评价信息网络性能好坏的技术指标包括网络吞吐量、信道容量、链路利用率、节点利用率、系统的平均响应时间、包延迟时间、丢包率和可靠性等。对于特定的网络来说，各项性能指标都折衷的方案并不一定能为用户提供最好的服务。因此在网络性能研究中，是否选取了合理的性能指标参数，是评价与实际相符的一个关键因素。本文模拟的网络信息流是基于系统的应用层。

3设计概述

3．1设计理论

网络系统的计算机仿真是利用计算机对所研究的系统结构、系统功能和系统行为进行动态模仿，即通过计算机程序的运行来模拟网络的动态工作过程。在与真实系统相同或相似的物理设备上，模拟与真实系统相同的网络信息流，并使信息流在网络上流动，再配合专用的设备，监控和测试网络的性能以达到评估网络设计的目的。这样简化的应用系统完全可以体现真实应用系统的网络特性，它是由一个与真实系统相同的网络结构和简化了的信息流组成的应用系统。信息流平台要描述这样的应用系统，就必须能够确切、完整地描述它的网络环境和网络信息流，做到这一点的前提是：找出网络构成和网络信息流的特征要素，把他们抽象化、规范化，最终设计相应的数据结构保存。仿真运行时，读取这些数据，做运行参数的设置，即可以使信息流在网络上流动起来。这就是信息流模型的概念。使用“通用软件生成法”进行信息流仿真，就必须具有一个科学的信息流模型。

3．2网络信息流仿真软件生成工具

信息流生成工具是一个基于以太网的专门用于应用系统网络级信息流的仿真软件平台，配合半物理环境使用的工具。能够自动生成应用系统的网络信息流，并使信息流在网络上流动起来，具有专用的测试接口和强大的数据分析系统，能够监视网络传输技术，并能进行各种有效的分析，给出量化的结果，如图1所示。无论应用系统有几个节点都运行本程序，由本程序读取数据库中用户设计的参数，生成本节点特有的信息流，完成仿真目的。

数据存储服务器：保存模型数据和仿真结果数据；设计模拟数据，将其存放入数据存储服务器中。

Linux用户仿真终端：模拟Linux类型操作系统的用户节点的网络信息流；与数据服务器建立接口，在用户终端有效读取数据库内容，从数据库中读入所有与本节点有关的报文，加以分析，做相应的初始化设定，完成本节点信息流的网上流动。

监测系统：监测网络信息流，形成统计数据。

3．3测试系统实现技术

测试系统采用Client/Server结构。网络通讯的发起方为Client，接受方为Server。接受方在测试系统启动后常驻内存，监视网上变化，一旦发现有报文到达，即进行处理，需要时返回结果。发起方在需要通信时向网络中的指定端口发送报文并接收处理结果。

该工具对系统中各方位的软件运行情况及网络状态、网络流量、网络延迟情况进行测试，并完成局域网报文的发送与接收的监测和模拟。其具体功能有：

报文监测：监测网络中传递的应用层报文，显示检测结果。

统计：统计计算在指定时间内的网络流量、网络吞吐量和网络利用率。

报文接收：接收网络上发送的报文，进行一定的数据分析，存盘处理。

网络延迟测试：向指定地址发送测试报文，并接收应答，计算其时间并显示。

4结束语

信息流生成工具完成后，将形成一个独立平台，能够支持具有各种真实应用背景的网络系统、综合电子信息系统和其他使用网络的应用系统进行网络仿真，并在该平台上测试得出网络传输的定量数据。

无线网络路由协议性能的研究与仿真篇4

自组网(Ad hoc network)是由一组带有无线收发装置的移动节点组成的自治系统。其特点是自组织、多跳、可以临时性建立链路,在该网络中,信道的环境、网络的拓扑、业务的模式都是随节点的移动而动态改变的。自组网为任意环境下的通信提供了较好的解决方案,在军事领域和民用通信中有广泛应用。目前自组网与2.5G和3G移动通信进行了有效的结合,大规模宽带无线自组网将会成为宽带无线通信或未来移动通信的重要形式[1]。

在自组网环境中,由于节点的无线通信覆盖范围有限,两个无法直接通信的移动节点可以通过中间节点进行报文转发以实现数据通信,因此该过程需要路由协议进行数据包转发决策,节点采取什么样的策略转发报文能获得良好的通信效果显得很重要。路由协议是近年的研究热点和难点,路由协议需要迅速适应拓扑变化,完成路由建立和维护工作,尽量减少控制开销以提高网络吞吐量。目前适用于自组网的新协议一般以广播或组播方式建立网络路由,普遍得到认可的代表性协议有DSDV (Destinationsequenced distance vector)、DSR (Dynamic Source Routing)和AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector Routing)。

1 无线网络路由协议

按路由发现策略,自组网路由协议可分为主动路由和按需路由两类。主动路由协议是节点通过定期地广播路由信息数据包,路由器间交换路由信息,计算出相关路由,节点维护去往全网所有节点的路由,发现策略与传统路由协议类似。主动路由协议主要有DSDV、GSR、WRP等协议。按需路由协议是根据需要来发起路由查找,当节点需要发送数据,路由表中又没有有效的路由信息时,源节点才会向整网洪泛,寻找到达目的节点的路由。拓扑结构和路由表信息都是按需建立,它可能仅仅是整个拓扑结构信息的一部分。按需路由协议在通信过程中需维护路由,通信完毕后便不再进行维护。按需路由协议主要有DSR、AODV、TORA等。

1.1 DSDV

DSDV协议是一种点到点距离向量路由协议,它需要每个节点向邻节点定期广播路由信息,每个节点都维护一个路由表。当网络拓扑有变化以至于路由表变更时,结点也会主动发送更新的路由给相邻的节点。DSDV协议和互联网上的DV协议基本相同,只是路由信息中多了目的节点序列号的记录,引入目的节点序列号后,既能区别路由信息的新旧,又能有效避免产生路由环路和无限计数的问题,适合无线自组网这种节点快速变动的网络所需。当节点收到多个不同的矢量表数据包时,选用序列号较大的路由信息来计算,如果序列号相同则看谁的路径短[2]。

1.2 DSR

DSR协议是一种基于源路由方式的按需路由协议[3]。在DSR协议中,当源节点发送报文时,在数据报头部携带到达目的节点的路由信息,该路由信息由网络中的若干节点地址组成,源节点的数据报文就通过这些节点的中继转发到目的节点。DSR路由协议主要包括路由发现和路由维护过程。路由发现过程主要用于帮助源节点获得到达目的节点的路由。节点通过路由发现过程获得到达网络中其他节点的路由。在路由发现过程中源节点首先向邻节点广播“路由请求”数据报文。该数据报文中包括“请求ID”、“目的节点地址”和“路由记录”等字段。其中“路由记录”字段用于记录从源节点到目的节点路由中的中间节点地址,当路由请求报文到达目的节点时,该字段中的所有节点地址即构成了从源节点到目的节点的路由。当路由中的节点由于关机、移动等原因无法保证到达目的节点时,当前的路由就不再有效了。路由维护过程监测当前路由的可用情况,当监测到路由出现故障时,将调用新一轮路由发现过程。

1.3 AODV

AODV协议借鉴了DSR协议的按需路由机制和DSDV协议的点到点路由机制。AODV协议采用逐跳的方式转发数据包,不需要在报文中携带完整的路由消息。AODV协议路由发现过程由源节点发起,当某节点需要发送一个数据包时,先检查本节点的路由表是否存在一条到目的节点的有效路由。如果没有,则需要向邻节点广播路由请求数据报文,其中记录着发出的源节点和目的节点的地址,邻近节点收到路由请求数据报文,先判断其中的目的节点是否就是本节点,如果不是,再在路由表中查找是否有到目的节点的路由。每一条路由都对应着一个序列号,路由更新时序列号也随着更新。AODV协议的路由维护是通过定期的广播hello报文来实现的,发现某条链路断开时,节点就发送路由错误消息报文通知那些因链路断开而不可达的节点删除相应的路由记录[4]。

2 仿真实验及分析

NS2是由伯克利大学开发的一个离散的事件驱动的仿真软件,支持链路层及其以上的以数据包为单位的仿真,支持无线网络和有线网络。本实验采用NS2作为仿真平台,仿真实验的目的是研究不同场景的情况下DSDV、DSR和AODV协议的网络性能。

2.1性能参数

(1)第一个包收到时间。第一个包收到时间可以用来反映路由表的收敛时间,越早收到,则表示收敛速度比较快,较早将第一个包从源节点送达目的节点。

(2)平均延时。平均延时统计的是一个数据包从源节点成功到达目的节点经过的平均时间。它是反映数据包到达目的地时间长短的性能指标。延时包含链路上数据传播延时、MAC层的重传延时、数据排队等候延时、发现路径缓冲延时、网络中处理数据延时等。为了准确地反映网络的实际情况,常常用平均延时来度量网络中的延时,延时越小则说明网络越通畅。

(3)数据包投递率。数据包投递率由成功到达目的节点的数据包数目与源节点产生的数据包传送数目的比值,反映了网络传输的可靠性,投递率越高网络可靠性越大。

2.2实验场景

由于需要对仿真环境进行设置,可用cbrgen与setdest两个NS2提供的工具进行参数设置。本文所设计的仿真场景是一个300m×300m的矩形区域,在区域内随机分布了100个节点,这也与现实中随机布点是类似的。仿真时间持续100s,节点发送功率为0.005W,信道带宽为2MHz,MAC层使用IEEE802.11b协议,路由协议分别采用DSDV、DSR和AODV协议。CBR业务连接数为10,数据包大小为512Byte,发送速率为每秒发送10数据包,数据类型选择的是CBR流。在给定的仿真场景中每个节点随机选择运动方向和运动速度,最大运动速度为10m/s。具体的场景设置参数如表1所示。

2.3仿真分析

当节点静止时统计到的数据如表2所示,当节点移动时统计到的数据如表3所示。从表2和表3可以看出,若节点静止时,使用DSDV路由协议可以较早收到第一个数据包,这是因为在数据发送前,DSDV已经有已知路径,不需要重新寻找新的路径,因此会较早收到第一个数据包。若节点移动时,AODV和DSR路由协议收到第一个包时间比DSDV路由协议短得多,这是因为DSDV的路由中可能会没有可用的路径,等到更新路由表后,花费一段时间再找到有效的路径,所以收到第一个数据包时间值会比较大。所以DSDV路由协议适合用于节点静止的网络场景,AODV和DSR路由协议适合用于节点快速移动的网络场景。

3 结束语

自组网作为无线通信技术的一个重要发展方向,在未来的通信技术中占据着重要的地位,已成为众多学者研究的对象。在实际应用中,考虑使用某个路由协议时首先需要了解该协议的性能是否符合需要,因此需在不同的参数下对协议进行仿真和性能分析。我们通过对第一个包收到时间、平均延时和包投递率这些性能指标的统计与比较,发现在移动环境下使用AODV和DSR路由协议比使用DSDV协议有更好的吞吐率和稳定性。

参考文献

[1]张继荣,赵颜,等.自组织网络按需路由协议的性能研究[J].西安邮电学院学报,2011(1):21-25.

[2]吴全玉,孙怡宁.井下无线传感器网络AODV和DSDV协议的仿真对比[J].传感技术学报, 2009(10):1515-1518.

[3]王北光,李立新,谢涛.移动Ad Hoc网络DSR路由协议的改进[J].计算机技术与发展,2011(8): 121-128.

无线网络仿真篇5

基于仿真平台的高职网络专业项目化教学研究

摘要:针对高职课堂教学特点和培养合格“职业人”的教学目标,对高职计算机网络技术课程进行了课程整体设计、课程目标设计和课程单元设计;提出以仿真技术平台为依托,设计一个小型局域网项目、六个模块和二十二个任务;以“交换机和路由器的综合配置”任务为案例进行课程单元设计;给出基于过程考核的评价方案,达到较好的教学效果。

关键词:高职网络课程;项目化教学;考核方案;仿真平台

近年来,计算机网络技术飞速发展,国内高等院校和高职高专院校相继创办了计算机网络技术专业,但众所周知网络设备比较昂贵,并且存在诸多缺陷,如系统扩展能力和升级空间有限、人机交互能力和可视化程度低等,因此很难满足一般院校的实际教学与科研需要。目前流行的网络模拟仿真软件恰好能解决这一难题。虚拟实验平台建立在网络模拟仿真软件系统上,通过虚拟建立各个物理设备的模型,然后进行仿真来构建实验系统,具有耗资少、配置灵活、人机交互能力强和可视化程度高等优势。因此,开展虚拟网络的模拟仿真教学工作对于提高教学质量和效率,降低实验成本具有重要的意义。

高职网络专业教学基于“以培养职业能力为核心,以工作实践为主线,以项目为载体,用任务进行驱动”的理念[1-2],以仿真教学软件DynamipsGUI与Boson NetSim为平台,整个课程教学设计是构建一个小型局域网项目,构建小型局域网的任务和步骤是一个接一个地被展现、被教授,课程的每一个知识点都融合在项目的子项目中,通过完成子项目的过程来学习知识点,最终完成整个项目。

1课程整体设计

课程整体设计以基于工作过程的职业岗位能力需求为中心,强化学生的能力培养,突出学生的主体地位,运用“项目驱动、任务导向、案例模块化、融‘教、学、做’为一体”的教学模式进行设计[3]。

课程整体设计应分析整理出本课程与之相关联的主要流程或知识点,再将这些主要流程或知识点设计成具有一定逻辑关系的项目。本课题设计一个“校园局域网联网技术实训”项目,其拓扑图如图1所示。对该项目进行联网需求和技术层面上的分析,把整个校园网络分为3个层次:访问层、分布层和核心层。访问层主要为终端用户提供接入点服务;分布层除了负责将访问层交换机进行汇集外,还为整个交换网络提供VLAN间的路由选择功能;核心层将分布层交换机互连起来进行穿越园区网骨干的数据交换。

针对需求和技术分析,在实际教学过程中,将该项目分解成6个模块,每个模块又包含若干个任务,项目的模块划分如图2所示。6个模块细分成30个任务,如表1所示。

2课程目标设计

根据上面所划分的22个任务,分解教学目标,把完成所有任务要达到的教学目标分为专业知识目标和专业能力目标,专业知识目标是完成任务需要的知识点,专业能力目标是网络工程师或网管员完成项目以及项目中的任务所应具备的能力。

2.1专业知识目标

专业知识目标主要包括了解网络技术的基本知识,了解IEEE802.3协议和OSI模型的相关知识,熟练掌握通信协议和IP地址的相关知识,掌握局域网硬件设备尤其是交换机和路由器的相关知识及配置命令,掌握Internet接入技术,了解网络安全方面的知识,掌握网络常用测试命令。

2.2专业能力目标

专业能力目标主要包括能根据网络需求进行网络拓扑结构设计,会正确制作网络线缆并

能安装简单的网络设备,能进行基于域的网络连接设备,能根据网络设备说明书获取关键信息,并选取适当的组网设备,能对交换机和路由器正确配置,能配置Windows 2003 Server操作系统和其他相关的网络软件,能用网络测试命令对组建的网络进行测试,能分析并排除简单的常见网络故障。

3课程单元设计

课程单元教学是任何课程教学的基础,一个单元就是一次课(一般为2课时或3课时)的教学,单元教学设计应明确单元教学目标,选定每单元课程的单项(或多项)能力训练项目。项目的选择主要是根据单元教学目标,设计与实际工作岗位(群)相关的典型任务或创设相应的仿真环境。设计课程内容的引入、驱动、示范、归纳、展开、讨论、解决、提高、实训等过程,采取“边做边学”或“先做后学”的方式实现真正的师生互动,让学生在完成任务的过程中锻炼能力、探索知识、总结经验[4-5]。

单元教学设计应包括单元基本信息、教学目标、学情分析、重点难点分析、教学流程设计、教学方法设计、教学效果评价、作业等内容。以模块6“扩展实训”中的任务1“交换机和路由器综合配置”为例,设计如表 2 所示的教学流程。

3.1教学目标

对于知识目标,应掌握Catalyst3550型三层交换机的性能,掌握Catalyst2622型路由器的性能,熟练掌握三层交换机实现路由的技术,熟练掌握路由器实现路由的技术,熟练掌握三层交换机和路由器混合实现路由的技术,掌握常见的网络测试命令格式;对于能力目标,应能用双绞线进行三层交换机和路由器的连接,能正确配置三层交换机端口IP地址,能正确配置路由器端口IP地址,能正确配置三层交换机的路由功能,能正确配置路由器的路由功能,能正确配置三层交换机和路由器混合网段的静态或动态路由,能正确配置客户机的IP地址和网关,能测试网段的连通性;经过知识目标和能力目标的训练,应培养学生自我钻研精神、良好团队合作品格和规范操作素养的品质。

3.2教学过程设计

为了完成“交换机和路由器的综合配置”任务,达到教学目标,依据本单元课程内容、教学方法、教学手段和学生活动,设计了如表2所示的教学过程。

4考核方案

高职网络技术课程注重学生实践能力的培养,对学生的考核重点是学生实际操作能力和学生学习过程的综合评价。通过更多地关注学生的学习过程,用发展的眼光评价学生,更好地体现评价的激励功能,促进学生主动学习,不断进步。

考核分为形成性考核和终结性考核,其中形成性考核占80%,终结性考核占20%。形成性考核包括平时成绩、实验成绩和综合项目书书写成绩,各占15%、50%和15%。终结性考核为笔试。

5结语

基于项目驱动的教学法在实践性较强的“实用组网技术”课程教学中,具有无可比拟的优点。学生学完本门课程后完全能够在真实的职业环境中完成网络组建和维护的任务;能理解本课程在专业中的地位、作用和价值;具备一定的职业素质,具有团队协作精神和创新意识,同时能够与他人合作完成项目;强化了学生的网络组建、测试和维护能力,提高了学生对网络项目的分析、架构、设计、组建等能力,为学生毕业后尽快进入“职业”角色奠定了良好的基础。

参考文献:

无线网络仿真篇6

关键词：Labview虚拟仿真；利萨如图形；web

中图分类号：G724文献标识码：A

一、引言

继续教育是提高劳动者素质、推进我国科技进步和国民经济高速发展的重要手段，是构建大众化、社会化终身教育体系的重要组成部分。随着网络的快速发展，教学领域越来越多地运用信息技术作为教学的辅助手段，通过网络学习接受继续教育的人数逐年增加，网络已经成为当代继续教育的必要手段之一，本文就如何设计网络虚拟仿真实验开展继续教育进行有益的探讨。

物理实验需要有相应的配套设备及其实验环境，但是在实际实验过程中有些实验设备比较复杂并且价格特别昂贵，这在很多地方限制了实验的进行。同时又由于在现实的实验中、往往同时存在着许多与定律无关的因素。对于这些无关因素，有时只能尽量减小它们对结果的影响，而不能彻底消除，因而对实验结果产生一定的影响。另外，由于高校招生规模的扩大，学生人数的增加与实验场地和仪器设备套数的局限形成了日益鲜明的矛盾，对于毕业后的学生或者社会人员进行继续教育难以提供条件和机会，解决这些矛盾成为当前实验教学改革刻不容缓的任务。随着计算机技术的突飞猛进，使得现代计算机具备了强大的多媒体和数据处理能力。用计算机软件来虚拟和仿真现实事物已经成为可能，并越来越广泛地应用到各个领域。利用计算机软件技术发展的成就，以软件仿真的形式设计制作各类物理实验课件，把部分知识性、理解性和验证性的实验教学内容在计算机上并且通过远程网络完成，不仅可以缓解实验场地、仪器设备紧张的矛盾，大大减轻传统实验教学的负担。而且软件的制作、维护和更新要比硬件设备容易得多，成本也低得多。所以，虚拟仪器技术应用于实验科研和远程继续教育，将给传统的实验教学注人新的活力。

网络的发展，拓展了虚拟仪器测试系统的应用范围，使之能通过网络实现远程测控的功能，构成网络虚拟仪器系统。它可以使信息采集、传输和处理一体化，使许多昂贵的测试设备得以共享。可对某些危险的、环境恶劣的不适合人员现场操作的测试作远程监控，将现场数据放在服务器中供用户使用。网络虚拟实验室是一个无墙的中心，通过计算机网络系统，研究人员或学生将不受时空的限制，随时随地与同行协作，共享仪器设备，共享数据和计算资源，学员可以得到教师的远程指导以及与同行相互研讨。

二、网络虚拟实验室种类

从众多的网络虚拟实验室来看，按其实现的功能可以把它们分成以下两类：纯软件仿真形式的网络虚拟实验室和直接操作远程实验室实验的网络虚拟实验室。

(一)纯软件仿真形式的网络虚拟实验室

这类实验室主要特点是不涉及具体的实验仪器硬件设备，只是利用软件来模拟演示实验。它是对实际物理设备及实验过程的仿真，可以通过网络来访问，其所有的内容都集中在服务器上，便于集中管理。

模拟仿真实验，主要完成验证型、原理演示型实验。设计虚拟仪器的过程与主要工作内容就是编制应用软件的过程。设计虚拟仪器必须有合适的软件工具，综合各种开发工具的特点，我们选择Lab－view作为开发平台。并且使用LabVIEW自带的网页发布功能，直接在Web服务器端生成嵌入实验平台的www网页，用户只需使用网页浏览器即可通过Internet访问网络虚拟实验室，进行虚拟仿真实验。

(二)直接操作远程实验的网络虚拟实验室

这类实验室与前面一种最主要的区别在于控制对象是真实的实验设备。服务器端接受客户端的实验请求和实验参数，使用实验参数配置与之连接的实验仪器硬件设备，由实验仪器硬件设备进行实验，并将实验结果返回。客户端可以一边调整参数，一边观看实验的真实运行过程。这种实验室利用了有限的实验资源，而且收到了较好的效果，是目前网络虚拟实验室研究发展的一个重要方向。

根据应用情况与实际的条件选择基于计算机的虚拟仪器的仪器模块(VXI,总线、PCI总线、总线、GPIB仪器)，包括传感器、信号调理电路、数据采集、信号源等模块。硬件确定以后，主要确定软件功能模块，哪些仪器功能由软件实现，将软件功能划分为相对独立的模块，然后选择图形化的Lab-view软件平台编写相应的仪器前而板及程序框图。采用Labyiew编写虚拟仪器软件简化了程序设计，提高了效率。利用Labview和NI的数据采集卡可以实现了诸如数据采集、虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟频谱分析仪等多种仪器功能。

从以上分析可见，远程操作实验的虚拟实验室具有许多优越性，但需要较多的投资，开发周期较长。而纯软件的虚拟实验室投资较少，实验可以任意扩充，形式可以丰富多彩，而且易于开发，具有很高的实用价值。

三、系统设计技术实现

(一)开发工具

在设计仿真实验时，首先要选择一个适宜的软件开发工具。目前广泛采用的虚拟仪器开发软件有LabVIEW和LabWindowsPCVI。这里采用Lab-VIEW，LabView是美国国家仪器公司推出的虚拟仪器软件平台，它是一种图形化的编程软件，即源程序是框图式的，没有严格的语法规则，易学易用，实验教学人员只需稍加学习就可以基本掌握，在测试、虚拟仪器领域已获得广泛应用。

LabView编程有两个界面，一个叫作前面板，对应仪器的操作面板，各种开关、旋钮、指示灯、显示屏、色彩、装饰条等均可直接用鼠标在前面板上拖动布置。布置好的前面板就是程序运行的界面，因此，可以容易地设计出美观的模拟真实仪器的界面。另一个编程界面叫后面板，后面板从形式上看是一些图标、连接线、运算符等。前面板上除装饰性的图和文字以外，各种开关、指示、显示屏等都对应后面板上一个图标，这些图标在后面板上通过连接线、运算符等连接起来，构成一定的关系。编程过程不再是代码组合，而成为图标的连接与组合。

LabView提供了丰富的软件资源供用户使用，除了前面板上的输入、输出控件以外，还有波形产生、波形分析、滤波器、控制、设计、仿真等大量算法可直接调用。此外，LabView还提供了C，MatLab，ActiveX，DLL等程序接口，大大提高了编程效率。

LabVIEW通过内建功能强大的TCP/IP及UDP协议技术、DataSocket技术、VI Server和web服务器技术，较好地实现了虚拟仪器的网络化

扩展。Web服务器是虚拟仪器由LAN向WAN扩展的，实现其网络化扩展极具价值的一环。使用Lab-VIEW的Web服务器，可以方便简单地实现在Web上发布LabVIEW程序；同时，网络上的计算机无需安装LabVIEw，就可以查看以HTML文件发布的Web网页，甚至通过网页控制程序的运行。使虚拟仪器Web化得以实现，借此建立起强大的网络化功能。

我们以LabVIEW内置的网页发布功能为基础，通过HTML设计网页，并使用Microsoft IIS5.0发布功能，直接在服务器端生成嵌入实验平台的www网页，用户只需使用网页浏览器进入相关站点，即可通过Intemet进行虚拟仿真实验。

(二)软件设计

利萨如图形演示仪是我们基于Labview平台制作的一个仿真程序，其前面板如图1所示。利萨如图形是由两个相互垂直的简谐振动在一定条件下合成的图形。在通常的演示实验中，一般采用信号发生器提供信号。我们在软件设计中，采用两个信号

发生模块代替真正的信号发生器产生信号，分别作为x轴和y轴输入信号，然后通过一显示模块把合成的波形显示出来。该虚拟演示仪器可以同时显示两信号源分别产生的波形和两波形合成的利萨如图形。在仪器的前面板上我们可以任意设置信号的频率、初位相、振幅。利用此虚拟仪器还可以演示多种波形的合成：正弦波、余弦波、方形波、锯齿波和三角波以及它们之间的相互垂直合成，可以实现用真实的仪器实现的各种演示。而且可以验证利萨如图形的各种特点，使实验变的简单易行。

(三)网络发布与访问

使用LabVIE w的web服务器在web上发布LabVIEW程序，可以使本地或远程计算机浏览或者控制Server端中的Remote Panels。

在LabVIEW6.1中设定并使用Remote Panels需要两个步骤：

(1)在LabVIEW Web Server端的计算机上开启LabVIEW Web Server服务。

(2)在Client端计算机上连接并运行Remote Panels。

在web上发布LabVIEw程序有多种方式，但是使用每种方式之前都必须首先在发布程序的机器上打开Web服务器，而且有必要了解一些有关Web服务器的设置，这些设置可以通过Tools－>Options…菜单项，打开选项对话框后进行。

在Web上发布HTML(Hypertext Markup Language，超文本链接标示语言)文件的方法是首先生成一个HTML文件，文件中包括程序前面板和文本说明，这个文件保存以后，在发布程序的机器上运行Web服务器，网络上的任何计算机不管是否安装了LabVIEW，只要按规定的格式在Web浏览器中输入URL，就可以查看保存的Web页。一个程序发布多个不同的网页，各个机器可以分别浏览。

在发布程序的机器上运行Web Server以后，就可以在Client端访问Web Server上的Remote Pan－els程序了。根据client端安装的软件的不同，有不同的访问方式。

1、在Web上浏览程序前面板

这是在web上浏览程序的最简单的方式。适宜Clmnt端只有浏览器的情况。

在发布程序的机器上运行web服务器以后，网络上的任何计算机不管是否安装了LabVIEW，只要按规定的格式在Web浏览器中输入URL，就可以查看Web服务器所在计算机内存中程序的前面板。

2、在Web上浏览HTML文件

在Client端只有浏览器的情况下，如果在WebServer中生成了HTML文件并运行Web服务器，只要按规定的格式在在Client端web浏览器中输入URL，就可以查看保存在Web服务器中的Web页。如果发布网页的程序在计算机内存中，则Web页中包括程序的前面板图像；否则将只有文本内容。

3、通过网页浏览器在网页中操作R,emote Panels

通过在Client端计算机上安装免费的Lab-VIEW6，1 Run-Time Engine或LabVIEW5，1来实现对Remote Panels的控制操作。LabVIEW6，1的Remote Panels不仅可以观看，而且可以在Lab-VIEW的环境中或浏览器上加以控制，这个功能强大的工具让许多开发人员可以轻松地创建远程应用程序。

四、结束语

传统的继续教育形式诸如函授教学、课堂面授、广播电视教学等在现实的实验教学过程中受到时间、空间、仪器等条件的限制，难以达到理想的教学效果。所以在现代信息社会中，利用网络和虚拟仪器技术开发远程仿真实验成为改革继续教育方式的必然要求。这种教学方式实现了跨地域、跨时间的测量，实现了实验的高度自动化、智能化，缩短了研究时间。它不仅可以给学员带来一种如临现场的亲身感受，加强学员的感性认识，提高了学习兴趣和学习效果。同时，利用网上虚拟仿真实验开展继续教育，既可以节约购买实验仪器的成本，又不受学习时间地点的制约。因此在网络普及的现代信息社会，利用网上虚拟仿真实验开展继续教育是一个不错的选择。

月表无线信道仿真篇7

关键词：无线信道,模型仿真,电波传播,月表

0 引言

自由空间传播模型 (ITM) [1]是电波传播最为简单的模型, 也是电波传播建模的基础。然而, 实际的电波传输环境和理想的自由空间传输环境存在巨大的差别, 很多情况下存在反射、散射和绕射。对于存在地面反射时, 常用的模型为双线模型, 文中将月表传输球面转换为双线模型的平面, 依托双线模型对反射、散射进行分析。然后, 根据不同反射面的特性进行反射或者散射的计算。当存在独立的反射体或者散射体时, 再考虑由其造成的附加信号衰落。同时, 在实际的月表通信环境中, 绕射的发生也是不可避免的, 特别是在收发天线高度比较低, 传播距离比较远时, 月球表面的绕射损耗必须考虑。

1 月表无线信道仿真模型

实际的月表反射面是一个球面, 因此, 首先对球面进行平面转化, 具体如图1所示。

图1中各参数的含义如下:T, R分别为发射天线和接收天线;ht, hr分别为发射天线和接收天线高度;d′, d″为视距传播距离和反射传播路径距离。

对应参数的转换如下:

发射端的天线等效高度:

接收端的天线等效高度:

入射角:

$ψ ⧋ h_{t} / d_{1} = h_{r} / d_{2} = (h_{t} + h_{r}) / d^{'} (3)$

反射点到发射站的地面距离:

$d_{1} = d^{'} / (1 + h_{t} / h_{r}) (4)$

反射点到接收站的地面距离:

$d_{2} = d^{'} / (1 + h_{r} / h_{t}) (5)$

收发天线之间的距离:

由于月表没有大气层存在, 电波视距传播环境接近自由空间传播环境, 亦即如果收发端之间存在一条直视路径, 接收天线收到的信号功率Pr为距离d (单位:m) 的函数, 并服从Friis定律, 即:

式中:Pt为发射功率;Gr和Gt分别为收发天线增益;L为系统损耗因子;λ为波长。

自由空间传播模型的适用条件是理想化的, 而现实的通信条件很难达到理想要求, 经常存在反射、散射等情况。此时, 自由空间传播模型对无线信道的预测就会有很大的误差。下面考虑存在反射、散射, 以及月球曲率时月表电波传播损耗的预测。

1.1 反射系数的计算

对于光滑表面, 反射系数可由下式得到:

水平极化方式:

垂直极化方式:

$ρ_{V} = \frac{(ε_{r} - \frac{j σ}{ω ε_{0}}) \sin ψ - \sqrt{(ε_{r} - \frac{j σ}{ω ε_{0}}) - \cos^{2} ψ}}{(ε_{r} - \frac{j σ}{ω ε_{0}}) \sin ψ + \sqrt{(ε_{r} - \frac{j σ}{ω ε_{0}}) - \cos^{2} ψ}}$ (8)

式中:ψ为入射角;εr为相对介电常数;ε0为真空的介电常数, 值为8.85e-12 F/m;σ为电导率;ω为电波的角频率。

严格说来, 镜面反射原理只能实用于反射面是平面的情况, 月表实际上是一个球面。平面反射与球面反射之间有一个明显的差别, 这就是两者对波束的扩散不一样。对于球面反射面, 要在平面反射系数的基础上乘以球面反射的扩散系数。其值由式 (9) 求得:

1.2 月表粗糙度的判断及其散射损耗系数的计算[2,3]

电波在传输路径中遇到粗糙反射面时会发生散射。首先, 判断反射面的粗糙度, 衡量一个反射面的粗糙程度的参数为hc=λ/ (8sin ψ) 。当反射面的最大突起高度dr>hc时, 则反射表面是粗糙的, 反之则是光滑的。对粗糙反射面的反射系数乘以散射损耗系数ρs进行修正。

Kirchhoff理论是经典的散射理论。如果是粗糙反射面, 对反射系数乘以一个散射损耗系数ρs进行修正。

式中:σ为表面起伏度的标准差;ψ为入射角;I0为第一类零阶贝赛尔函数。

1.3 独立反射体的反射或散射

独立反射体的反射 (散射) 原理与月表反射 (散射) 原理相同。不同之处在反射 (散射) 的路径、反射程差和反射时延。如图2所示, M为空间反射点 (散射点) ;T, R分别为发射天线和接收天线, 发射天线与反射点 (散射点) 之间的距离用dTM表示, 反射点 (散射点) 与接收天线之间的距离用dMR表示。

建立如图2所示坐标, 则:

反射 (散射) 路径电波路程为:

发射天线与反射点 (散射点) 以及接收天线三者之间的电波传播损耗计算同前文。

1.4 绕射损耗的计算

这里采用文献[4,5]中的公式进行仿真。球面的绕射损耗可以近似地表示为:

式中:Ld为绕射损耗 (单位为dB) ;E为绕射场强;E0为自由空间场强;F[X (P) ]为距离增益项 (单位为dB) ;G[Y (t, P) ]为发射天线高度增益项 (单位为dB) ;G[Y (r, P) ]为接收天线高度增益项 (单位为dB) ;T为电路端点, T=t对应发射端, T=r对应接收端;P为极化参数, P=H对应水平极化, P=V对应垂直极化。详细说明见参考文献。

2 仿真结果

图3为应用Matlab对上述月表无线信道模型的仿真结果。其中, 发射天线和接收天线的高度分别为3 m, 1 m;载波频率为300 MHz;相对介电常数为3;电导率为10-3 s/m;极化方式为垂直极化。

从上述结果可以看出, 在收发天线之间的距离相对较小时, 预测模型的预测结果与地面反射模型的预测结果之间差别不大;当距离进一步加大, 电波的入射角变小, 反射系数也逐渐变小, 此时电波的传输损耗逐渐减小;当距离超过视距传播的最大距离时, 只存在电波的绕射分量。

3 结语

本文研究了无线信道的衰落机制, 针对月表通信的实际情况建立了月球无线信道预测模型, 并应用Matlab进行了模型仿真。理论分析和仿真结果显示预测模型较自由空间模型和地面反射模型更接近真实情况。本文模型对于分析月表电波传输损耗的预测具有参考意义。

实际的无线信道相当复杂, 要建立与真实的信道相接近的模型, 必须从实际的通信环境中采集数据对预测模型进行修正。

参考文献

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[3]Boithias L.Radio Wave Propagation[M].New York:McGraw-Hill Inc., 1987.

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[5]CCIR.Propagation by Diffraction.Report 715-3, Rec.andRep.of CCIR, 5, ITU, Geneva, 1990.

[6]张志涌.精通Matlab 6.5版[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2003.

[7]杨大成.移动传播环境:理论基础、分析方法和建模技术[M].北京:机械工业出版社, 2003.

无线网络教学中的仿真软件应用研究篇8

以WLAN技术为代表的无线网络技术逐渐成为计算机网络教学和研究的热点。据思科公司报告, Wi Fi将于2016年占据一半以上的互联网总流量。无线网络教学在网络工程专业课程中所占的比例和重要性也逐渐提高。无线网络由于采用了无线电波作为传输介质, 没有直观的有线链路, 相对抽象, 学生难以直观地理解无线网络的拓扑结构, 造成了学习上的障碍。为克服这一问题, 本文研究将OMNe T++在无线网络教学中的应用。特别地, 为了阐述的方便, 本文将着重讨论OMNe T++在无线局域网WLAN教学环境下的应用, 以展示OMNe T++在教学上的优势和普适性。

二、OMNe T++在WLAN教学中的应用

OMNe T++是开源的、基于组件的模块化开放网络仿真平台, 同NS-3, OPNET和Java Sim等仿真平台相比, OMNe T++可运行于多个操作系统平台, 可以简便定义网络拓扑结构, 具备编程、调试和跟踪支持等功能。本节将以WLAN教学中的一个重点问题———隐藏节点问题为案例, 结合笔者在实际教学中设计的实验, 阐述OMNe T++在WLAN教学中的应用。本实验的目的为:在包含隐藏节点的WLAN内, 分别使用CS-MA/CA和RTS/CTS协议, 理解RTS/CTS解决隐藏节点问题的原理。限于篇幅, 并为了阐述的方便, 本节仅涉及在隐藏节点情况下使用CSMA/CA, 且与实际教学中的实验相比有所简化。在实践教学过程中, 要求学生在理解理论的基础上利用OMNe T++进行仿真实验, 并形成实验报告, 具体步骤如下:

1. 完成网络拓扑结构的设计:

大部分仿真实验的网络拓扑结构均可使用OMNe T++的标准模型库inet库提供的模型通过拖拽的方式搭建。本案例是验证性实验, 拓扑结构相对简单, 如图1所示。其中h1和h2为WLAN的客户站, 使用inet的Wireless Host模型;ap为WLAN的无线接入点, 使用Access Point模型;channelControl为信道控制模块, 用于定义WLAN使用的频段、节点的无线发射功率等物理层参数, 使用Channel Control模型;configurator为IP地址配置模块, 使用IPv4Network Configurator模型。

2. 编写INI文件:

用于配置网络业务和仿真参数。INI文件配置的主要业务为:h1和h2相互发送ping数据报, 接入点ap将收到的ping数据报根据IP地址转发给目的节点。从拓扑结构可以看出, 蓝色的圆圈标示了节点的无线信号覆盖范围, h1和h2相互不在对方的覆盖范围, 互为隐藏节点;ap均在h1和h2的覆盖范围, 因此可以收到并转发来自h1和h2的帧。当使用CSMA/CA协议的时候, h1和h2由于监听不到对方, 在接入网络信道的时候, 可能产生冲突, 这时ap收到的来自h1和h2的帧可能发生碰撞, 造成帧接收失败。

3. 开始仿真:

在完成上述两个步骤之后即可开始实际仿真了。仿真中包含两个重要的窗口:动画窗口和事件日志窗口。动画窗口以动画的形式直观地展示了数据帧的发送过程, 从宏观上体现了协议的工作流程。如图1所示为动画窗口, 节点ap正在向h1和h2发送ACK帧。从动画窗口中, 可清楚地看到数据帧的流向及当前正在发送数据的节点 (图中红色方框所示) 。在仿真的过程中还有以文本方式记录仿真流程的事件日志窗口。动画窗口提供了一个协议流程的直观界面, 而事件日志窗口则为理解和分析协议提供了有力的工具 (限于篇幅, 这里没有给出) 。事件日志窗口中主窗口蓝色字体为事件名 (包括事件编号和发生时间) , 接续的黑色文字是对事件的详细阐述。在教学过程中, 笔者会从事件日志中提取关键事件的编号, 要求学生配合观察动画窗口, 对关键事件进行整理和分析, 形成关键事件表, 作为实验报告的一部分, 以加深对协议原理和流程的理解。如在隐藏节点情况下使用CSMA/CA, 在本案例的关键事件表中, 学生可清楚地看到在Event#32发生了冲突, 从而理解CSMA/CA协议并不能处理隐藏节点问题。

4. 根据关键事件表, 完成简答题, 理解协议原理:

上述步骤 (3) 使学生明白了发生了什么事件, 如Event#32发生了数据帧的碰撞, 至于为什么会发生这些事件, 还需要学生根据课本的理论知识, 回答简答题, 深入理解协议原理。本案例可设计的问题如下所示: (a) 请阐述Event#32发生碰撞的原因。请根据Event#33说明, 冲突的发生对下次发送数据帧的帧间间隔有何影响 (提示:根据课本理论知识, 变成了那种帧间间隔) ? (b) 请阐述Event#35中Timeout事件的含义。根据你的理解, 为什么会发生Timeout时间?

三、结束语

综上所述, 案例分析表明OMNe T++可直观、深入地帮助理解无线网络协议的宏观流程和工作原理。笔者在无线网络相关教学中使用OMNe T++网络仿真软件, 取得了较好的教学效果。

参考文献

[1]谢希仁.计算机网络[M].第六版.北京:电子工业出版社, 2013:336-349.

[2]Matthew S.Gast.802.11 Wireless Networks:The Definitive Guide, Second Edition[M].Sebastopol, CA:O'Reilly, 2005:29-30.

[3]András Varga.The Omnet++Discrete Event Simulation System[C].European Simulation Multiconference.Prague, Czech Republic:ESM, 2001:1-8.

[4]Klaus Wehrle, Mesut Günes, James Gross.Modeling and Tools for Network Simulation[M].Berlin Heidelberg:Springer-Verlag, 2010:15-34.

[5]陈敏.OPNET网络仿真[M].北京:清华大学出版社, 2004:1-8.

网络拓扑结构的仿真建模篇9

尽管研究网络拓扑的方法有多种, 如理论分析、实验测试、仿真建模等, 但仿真建模以其高效性、灵活性、低费用等优点而成为网络拓扑研究的最重要手段。网络拓扑建模是对真实的网络元素进行抽象, 保留其基本特征, 并运用等效描述的方法来建立网络拓扑模型的。建模是仿真的理论依据和方法保证。

1 拓扑特征的表示

通常用一个加权有向连通图来表示网络拓扑, 图中的节点和边分别表示网络中的路由器 (或交换机) 和链路, 而网络中的主机则不被考虑。这里假设图中的有向边具有对称特性, 即链路的带宽、延迟和代价在两个方向上都相等, 而且边的代价就是其欧几里得长度。

设一拓扑图中有个n节点、m条边, 为了量化拓扑的特征, 使之便于测量和比较, 这里定义以下三种特征度量:

(1) 节点的度。特别是节点的平均度, 定义为2m/n, 叶节点的度为1。

(2) 网络直径。拓扑图中任意两节点之间最短路径的最大跳数或长度。

(3) 双向元素。拓扑图中有向边的数量。

2 随机拓扑的仿真建模

2.1 随机拓扑模型

建立随机拓扑模型的基本思想是:全部节点随机地 (或按heavy-tailed分布) 放置在一个平面内;考虑每对节点, 用某一概率P (u, v) (也称为边概率) 在节点对 (u, v) 之间加上一条边。这就是标准的随机拓扑建模方法, 我们称此模型为纯随机模型或者简单随机模型。纯随机模型并不能明显地反映真实的网络结构, 因而仅用于拓扑建模的参照与研究;其它的随机模型都是以它为基础演变而来, 它们之间的不同之处在于所用的概率P (u, v) 不同。

为了能更好地反映真实的网络拓扑, 几种随机拓扑模型随即出现。最常见的随机拓扑模型是B.M.Waxman提出的Waxman模型, 该模型所用的概率P (u, v) 按下式计算:

式中, α>0, αβ≤1为模型参数, d为节点u到v的欧几里得距离, L是整个平面内任意两节点间的最大距离。其中, 增加!的值可以增加拓扑图中边的总数, 增加"的值会增加拓扑图中长边相对于短边的比率。

Waxman模型也有几种变化: (1) 用[0, L]间的一个随机数来替代节点u到v的几何距离d; (2) 将P (u, v) 乘一比例因子k#/n, 这里的#是所期望的节点平均度, n是节点数, k是依赖于α和β的常数; (3) 允许α>1.0。第二种变化实际上是M.B.Doar和I.Leslie提出的Doar-Leslie模型, 该模型所用的边概率为:

此模型不同于Waxman模型, 因为Waxman模型中的参数相当于此模型中的$k#/n, 这里的比例因子k#/n可以更加直接地控制拓扑图中边的数量。

E.W.Zegura与K.L.Calvert等人提出了另外两种随机拓扑模型:指数模型和位置模型。这两种模型强调节点间的距离对于边概率的影响, 在指数模型中:

该模型中的边概率随节点间距离的增加而呈指数减少。在位置模型中, 边按其长度进行分类, 并对每个类别分配不同的边概率:

式中的r为长度类别的边界参数。

2.2 模型参数的选择

为了分析模型参数对拓扑结构的影响, 需要事先固定三个拓扑特征:节点数n、边数m和节点间的最大距离L作为比较的基准, 通常取。对于上述的每种拓扑模型, 在n、m和L固定的情况下, 首先通过实验 (或理论分析) 探测几个参数的不同组合, 然后为每种拓扑模型选择一个特定的参数集。

(1) 纯随机模型中的节点平均度 (也就是数学期望) 可以表示为P (u, v) * (n-1) , 则有:

将n=100、m=175代入, 可求得P (u, v) =0.035。

(2) 在指数模型中, 节点的平均度可表示为E (nαe-d/ (L-d) ) =nαE (e-d/ (L-d) ) , 这里的!为比例因子。实验结果显示, 当n=100、m=175、L=141时, !=0.06。

(3) Waxman模型中的参数与边概率之间的关系有些复杂。实验证明, 当!、!固定时, L的变化对边概率没有太大的影响, 因为在公式 (1) 中, d/L的值基本上可以保持不变, 因此只需要考查β、α与边数m之间的变化关系。参照文献[4], 可以作出α、β与边数m之间的关系图, 如图1所示。当。

(4) 实验结果表明:在Doar-Leslie模型中, 取α=0.1、β=0.3、k≈27、ε=3.5可满足n=100、m=175和L=141的条件。

(5) 位置模型中的节点平均度可以近似地表示为:

上式等号左边的第一部分表示当d

2.3 模型特征的比较

为了比较以上五种随机拓扑模型的特征, 对每种模型都生成100个拓扑图。通过对实验数据 (即每个拓扑图的特征值) 进行分析和比较, 容易得出如下结论:

(1) 不同类型拓扑图之间的最大区别在于它们的基于几何长度的网络直径不同。其中, 纯随机模型的网络直径远大于其它模型的网络直径, 这种模型对加入边的长度不敏感, 因而才会有更多的长边和长路径。

仅次于纯随机模型的是Doar-Leslie模型和指数模型。对于指数模型, 尽管在边概率的计算公式中包含了边的长度, 但是随着边长度的增加, 边概率下降得要比它们的模型慢;DoarLeslie模型有一个较高的!值, 因此边的长度也较大。

在Waxman模型和位置模型中, 虽然边概率的计算公式完全不同, 但由于模型参数的选择不同导致了边长度分布的类似性。

(2) 在这100个拓扑图中, 所有节点的度都在2到5之间, 节点的平均度全部约为3.5, 而且, 几乎所有拓扑图中的叶子节点数都在5到15之间。

(3) 所有拓扑图中双向元素的数量比较接近, 大约都在10至20之间。

3 规则拓扑的仿真建模

规则拓扑的结构有十分明显的规律, 如环状、树状、星型、线形链、Mesh图等, 根据这些规律布置节点和链路的位置及连接性就可以建立它们的拓扑模型。表1给出了一些常见规则拓扑图的特征标量, 其中的n表示节点数。

为了便于考查拓扑的不同特征对某些网络消息或算法性能的影响, 经常用到一种特殊的规则拓扑模型-矩阵模型, 该模型允许用一个可控的方式去改变网络尺寸、直径以及节点的度等拓扑特征。矩阵模型的拓扑实际上是一个多维的节点阵列图, 如图2所示, 图中的虚线表示曲线链路 (为了使图形清晰, (b) 中的虚线部分被去掉) , 每条边表示两条无向的链路。

此阵列图可以用二元组 (k, n) 表示, 其中k表示每维的节点数, n为维数。因此, 一个 (k, n) 拓扑图中有kn个节点, 2nkn条链路, 节点的平均度为2n, 网络直径为[k/z]n。

4 Internet拓扑的仿真建模

4.1 Internet的拓扑结构

从历史的观点上讲, 大型网络如PSTN (Public Switched Telephone Networks) 的拓扑结构通常按照设计的方案增长和变化, 并采用集中式的授权和管理。相反, Internet的异构性 (由IP协议结构实现各种异构网络的互连) 、大规模和快速变化这些特征使得我们不可能对Internet进行集中式的管理和控制, 谁也不知道有关Internet拓扑的细节, 因而难以对它进行描述、建模和仿真。

尽管如此, IP地址的分配计划和政府的资助建设使得Internet的拓扑结构也具有一定的规律。今天的Internet可以看作是由一些网络域或AS (Autonomous System) 通过各自的边界网关节点连接而成的、具有层次化结构的网络。每个域中包含了路由器、交换机和主机等网络元素, 同时存在一些相对简单的、关于路由计算和信息管理的控制策略。

如图3所示, Internet中的域可以分为Stub和Transit两类:Stub域中的流量只在本域中产生或终止, 而Transit域则没有此项限制, 即Transit域常作为流量的传输网络。Stub域一般只与一个Transit域相连 (Stub域也可以与多个Transit域相连, 这种域称为多穴Stub) , 而Transit域则作为多个Stub域的连接网络。Stub域通常是校园网、LAN等, 而Transit域则是WAN、MAN (Metropolitan Area Networks) 等。

最后需要说明的是:Stub域也可以与另一个Stub域通过各自的边界网关直接相连, Transit域也可以进一步地被分层, 例如, 一个WAN可以看成是由多个MAN组成的层次结构。

4.2 混合建模方法

前面所介绍的拓扑建模方法 (包括随机拓扑和规则拓扑的建模方法) 并不适用于Internet, 主要有以下原因: (1) 它们不能够描述Internet拓扑的层次化结构; (2) 也不能确保Internet所需的连接性; (3) 在Internet拓扑中, 链路数并不一定随节点数一起增加或减少。

建立Internet的拓扑模型通常采用混合建模方法 (又称为层次建模法) :首先把Internet拓扑分成三个层次, 即Transit层、Stub层和主机层;然后对每一个层次进行分别建模;并对域内和域间的连接性分开进行处理。

4.2.1 模型参数

为了便于描述和控制Internet拓扑模型的特征, 这里定义两类模型参数:整体性参数和连接性参数。如表2 (a) 和 (b) 所示。

4.2.2 建模过程

Internet拓扑的建模过程可能在不同的模型中会有所不同, 但基本的建模过程如下:

(1) 把每个Transit域看作是一个节点, 这时可以选择一种随机拓扑的建模方法, 在整个网络平面内建立包含这些特殊节点的拓扑模型。这里, 节点数为T, 边数为ETT。

(2) 对于每一个Transit域, 也可以选用一种随机拓扑的建模方法在一个平面子区域内建立它的拓扑模型, 并选择一些特殊的节点作为它的边界网关。这里, 节点数为NT, 边数为ET。

(3) 对于Transit域中的每个节点, 在该Transit域的周围划分出一个平面子区域, 并选用一种随机拓扑的建模方法在此子区域内建立它所对应的Stub域的拓扑模型。在每个Stub域中选取一个节点作为连接该Transit域的边界网关, 如果EST>1 (多穴Stub) , 则一个Stub域可以与多个Transit域相连, 当然, 也可以在Stub域与Stub域之间加上一些附加边 (链路) 。

(4) 将NL个主机节点放置在一个平面子区域内, 呈Star布置。Star的中心节点是与一个Stub域相连的路由器, 作为该LAN的网关。如果ELS>1, 那么该路由器也可以与多个Stub域相连。值得注意是:整个建模过程都在一个平面内进行。

4.3 Internet拓扑模型

4.3.1 Transit-Stub模型

Transit-Stub是GT-ITM (Georgia Tech Internetwork Topology Models) 拓扑仿真软件所采用的模型。目前的Transit-Stub模型并不支持主机系统的描述和建模, 因此该模型中的NL=0。Transit-Stub的建模过程与上述的基本建模过程相同, 这里仅介绍Transit-Stub模型中节点和链路属性的分配。

Transit-Stub模型中的每个节点都带上一个标识其位置的标记, 此标记的结构为:L1:L2:L3。其中, L1表示该节点是一个Transit节点还是一个Stub节点, 是一个布尔类型的变量;L2表示该节点所属的Transit域的编号;L3表示该节点所属的Stub域的编号。

当我们对Transit-Stub拓扑图中的边分配代价时, 应考虑不同类型边的代价的不同性。这里定义了几个有关代价分配的参数, 如表3所示, 在构造Transit-Stub模型时, 拓扑图中边的代价推荐按照下列公式进行分配:

需要说明的是, 表3和公式 (7) 中的代价和网络直径都用跳数来度量, 这与用几何长度表示边代价的随机拓扑模型有些不同。

4.3.2 Tiers模型

Tiers模型能够描述包括Transit域、Stub域和LAN三层结构的拓扑, 但Transit域的个数必须为1, 即T=1。生成Tiers拓扑图的过程如下:

(1) 整个平面被分割成一个个小区域 (grid) , 每个网络节点根据它所处的物理位置和类型被放置在这些grid的中心。这里的节点类型是指:WAN的路由器或交换机、MAN的路由器或交换机以及LAN的主机。不同类型的节点形成了不同的拓扑层次, 例如, WAN节点形成Transit域, MAN节点形成Stub域, LAN节点形成LAN。

(2) 对于每一层的每个域中的全部节点, 采用最小生成树 (MST, Minimum Spanning Tree) 的方法将它们连接起来。这里LAN除外, 因为LAN中的节点采用的是Star连接。冗余的边应加到几何距离最短的两节点之间。

(3) 根据不同类型节点间的几何距离为最短的原则在不同层的域之间加上边。

最后需要说明的是:在Tiers模型中, 边的代价采用节点间的欧几里得距离来度量;Tiers建模的时间计算复杂度为O (N2H) 。

4.3.3 Transit-Stub与Tiers的比较

Transit-Stub和Tiers都明显地采用了分层建模的方法, 但Tiers引入了MST的方法来连接网络中的节点。MST的使用保证了节点的连接性, 减少了建模时间, 而且生成的拓扑图更加接近真实的WAN拓扑。

另外, Tiers将LAN布置成Star, 这有利于减少拓扑图的边数以及仿真所需的时间。Tiers把连接两个不同类型节点的一个节点作为两个节点来看待, 这种处理有利于描述不同网络层次之间传输数据的延迟。

Transit-Stub大量地使用了随机拓扑的建模方法, 而且不能对LAN进行描述和建模。

还有一种Internet的拓扑模型是Inet, 这里并不展开说明。该模型根据初始节点度的分布, 采用最小生成树算法连接度大于2的节点, 这些节点用一个度连接到最小生成树, 其余的度用于与其它节点的匹配。Inet是一种基于测度的建模方法, 即生成的拓扑图结构在很大程度上取决于节点度的分布。

5 结束语

本文阐明了网络建模在网络仿真中的重要意义, 全面论述了网络拓扑的类型及各种拓扑的仿真建模方法, 为广大网络工作者提供了一种研究网络拓扑及构造拓扑仿真模型的参考。

参考文献

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[4]Zegura E W, Calvert K L, Bhattacharjee S.How to model an inter-network.In:Proceedings of the Fifteenth Annual Joint Conferenceof the IEEE Computer Societies (IEEE INFOCOM’96) , San Fran-cisco, CA, 1996, vol.2, 594￣602.

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网络仿真工具的比较分析篇10

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。网络仿真可以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, 减少不必要的投资浪费。

各种网络仿真工具在此背景下应运而生。本文就常见的三种网络仿真工具 (OPNET、NS2及MATLAB) , 从它们的运行环境、主要模块及功能、工作流程及应用领域进行了分析比较。

2 Opnet, Ns2, Matlab简介

OPNET对于网络的设计和管理, 一般分为3个阶段:设计阶段、发布阶段, 实际运营中的故障诊断、排错和升级优化, 能面向网络研发的不同阶段, 既可以作网络的设计, 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。

NS2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。可以支持HTTP、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。NS2是一种可扩展易配置和编程的事件驱动网络仿真工具。

MATLAB主要用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。由于其完整的专业体系和先进的设计开发思路, 使得MATLAB在多种领域都有广阔的应用空间, 特别是在MATLAB的主要应用方向———科学计算、建模仿真以及信息工程系统的设计开发上已经成为行业内的首选设计工具。

3三种工具的异同之处

3.1 运行环境比较

(1) OPNET运行环境。

平台:Windows、Linux、Unix等各种平台;系统装有C++编译器。

(2) NS2运行环境。

平台:Windows、Linux、Unix、machitosh, 还要求系统装有C++编译器;两种语言:C++、OTcl。

(3) Matlab运行环境。

平台:主要是Windows平台。

3.2 主要模块及功能比较

3.2.1 OPNET模块及功能

(1) OPNET模型分为Network、Node和Process三个层次, 分别在图形界面的Project Editor、Node Editor和Process Editor工具中建立。

(2) OPNET提供了一个比较齐全的的基本模型库, 主要包括:Ethernet, FDDI, TR, TCP/IP, ATM, FR, PSTN, Cellular phone, wireless network, Client/Server

(3) OPNET采用基于包的建模机制, 模拟实际物理网络中packet的流动, 包括在网络设备间的流动和网络设备内部的处理过程, 模拟实际网络协议中的组包和拆包的过程, 可以生成、编辑任何标准的或自定义的packet格式, 利用DEBUG功能, 还可以在模拟过程中察看任何特定的packet的包头 (Header) 和净荷 (Payload) 的内容。

(4) OPNET采用离散事件驱动的模拟机理, 计算效率得到很大提高。

3.2.2 NS2模块及功能

Nam, 动态显示网络仿真过程。如:包的传输等等;Xgraph, 显示仿真过程的数值特征。如:流量/时间图等;拓扑图生成器:Gt-itm;节点移动生成器:Setdest;传输事件生成器:cbrgen.tcl、tcpgen.tcl。

3.2.3 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。

3.3 工作流程比较

3.3.1 OPNET的工作流程

理解系统、仿真目的;选择需要的建模方面;定义输入和输出;确定系统模型、输出;运行仿真;系统结果是否准确, 验证结果的容错性和精确性;结果是否足够详细和统计可用。

3.3.2 NS2的工作流程

定义网络结构、输出文件、退出过程和网络事件, 配置响应的硬件参数, 确定拓扑图和传输事件文件以及节点移动文件, 在运行过程中, 打开输出文件, 按照定义的事件, 运行拓扑图, 同时将过程数据写入输出文件, 调用退出过程, 接着调用Nam或Xgraph显示并关闭输出文件。

3.3.3 MATLAB的工作流程

MATLAB及其丰富的Toolbox资源的支持, 可以方便地进行具有开创性的建模与算法开发工作, 并通过MATLAB强大的图形和可视化能力反映算法的性能和指标。所得到的算法则可以在Simulink环境中以模块化的方式实现, 通过全系统建模, 进行全系统的动态仿真以得到算法在系统中的动态验证。

3.4 应用领域比较

MATLAB主要应用于控制器及控制对象、信号处理系统、通信系统、机电液一体化设计开发。OPNET、NS2能够较好的对通信系统进行仿真, MATLAB一般是高端应用, OPNET和NS2主要用于通信系统设计开发的网络仿真方面。OPNET和NS2支持底端应用和硬件接口。

4小结

网络仿真技术是一种全新的网络规划设计方法, 该技术以其独特的技术手段, 成为一种经济、有效和其他传统方法不可替代的网络设计的有力工具。随着数据网络的日趋复杂、网络规模的日渐庞大, 对网络仿真技术的需求必将越来越迫切, 网络仿真的应用也将越来越广泛, 网络仿真技术将成为数据网络规划设计不可缺少的工具。