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摘要：在信息时代下,网络已经人们学习、工作和生活中不可或缺的组成部分,为了更进一步发挥网络优势,推动社会发展,应进一步推动网络设计、运营和优化。通过网络性能仿真,有助于收集网络数据信息,由于网络异构性,数据信息传输过程中存在很大的复杂性和多变性。
关键词：仿真软件；网络性能；网络模型；网络优化
Summary of Network Performance Simulation Software
MA Le1,HUANG Dongmei1,WANG Shuxin2,ZHANG Chunyan1,ZHENG Qiao1
(1.Harbin Vocational and Technical College,Harbin Heilongjiang 150001；2.University of Birmingham,Birmingham United Kingdom B15 2TT)
【Abstract】：In the information age,the network has become an indispensable part of people's learning,work and life,in order to further play the advantages of the network and promote social development,we should further promote network design,operation and optimization.Through network performance simulation,it is helpful to collect network data information,due to network heterogeneity,there is a great deal of complexity and variability in the process of data information transmission.
【Key words】：simulation software;network performance;network model;network optimization
0引言
科技飞快发展,互联网覆盖范围不断扩大,伴随着网络业务多样化发展,涌现出很多新型的网络架构、算法和协议,如何实现网络深度优化和运营,在降低运营成本,促进服务质量提升方面具有重要作用。由于网络性能仿真软件主要是基于数学计算、经验分析等方法实现,而经验分析需要充分掌握网络运行情况,数学计算方法则需要提出假设条件进行,抽象的概括研究对象,在此基础上来全方位分析网络性能。但首先与网络数据传输复杂性,网络异构性特点,传统的网络分析方法局限性愈加明显,加之测试平台构建需要高额成本,因此迫切的需要针对传统方法缺陷来进一步优化改进,推动网络性能仿真软件创新应用。通过网络性能仿真软件可以构建玩过模型,基于资源的合理配置与利用来模拟真实网络场景,通过一系列参数和算法支持下进行计算,获取精准的结果,为后续网络设计和优化提供支持,对于提升网络性能具有积极作用。
1通用型网络性能仿真软件
1.1 NS2
NS2是一种代表性的网络性能仿真软件,是UC Berkeley大学所开发,属于一种离散事件网络性能仿真软件,适用范围广,可以满足有线或无线网络模拟分析,也可以满足卫星网络和局域网等场景性能模拟分析。此种方法可以在UNIX/LINUX操作系统基础上运行,程序主要是采用C++和Otcl语言联合开发,可以编写仿真程序,并且依据实际需要动态调整环境参数,实现仿真程序高效运行。NS2的功能模块具有扩展性特点,但彼此之间耦合性较差,可能在后续版本更新中出现模块兼容性不足的弊端[1]。NS2无法提供直观的用户操作界面,因此仿真操作全过程并不直观、明确,多是选择XGraph与NAM数据分析工具来模拟仿真,相较于其他类型的仿真软件,获取仿真结果的速度较慢。
1.2 NS3
NS3是在NS2基础上进一步精简而来,有机整合其他仿真器优势特点形成的一种离散事件网络模拟器,其优势在于开源且跨平台,通常是在学术研究与课堂教学中应用。NS3仿真软件,是基于C++语言编程实现,根据用户需求灵活选择不同语言编写仿真环境,并基于多模块协调配合来实现多样化的网络功能,但由于NS3内置模块量存在限制,因此需要扩展后方可满足用户不断增长的需求。相较于NS2而言,NS3具有更加可靠的数据跟踪功能,借助统计图工具和可视化操作界面来仿真操作,获取较为精准可靠的结果。另外,NS3软件还可以满足并行仿真功能,软件运行速度较快、较稳定[2]。
1.3 OMNeT++
OMNeT++具有跨平台和开源特点,主要是采用混合式建模方法用于软件系统性能综合评估,选择C++语言来编程模块功能,分离数据模型与控制操作,可以显著增强软件的运行效率。OMNeT++兼容性较强,可以在集成环境运行,基于Eclipse的插件在其他软件上运行[3]。由于OMNeT++模块化设计方式,决定了各模块功能调试、扩展彼此之间独立运行,互不干扰的特性,因此软件运行较为灵活、可靠,同时也可以满足后期的软件功能延伸拓展需要。OMNeT++配备了专门的GUI和调试工具,一定程度上降低了后期学习使用难度,仿真速度快,结果精准度高。
1.4 OPNET
OPNET是目前较为先进的仿真软件,具体细化包含IT Guru、OPNET Modeler、Service Provider Guru以及WDM Guru几个产品。其中OPNET Modeler软件多是应用在网络性能模拟分析中,WDM Guru是用于波分复用网络运营商性能评估,IT Guru是企业网络运行状态评估,Service Provider Guru是智能网络管理软件[4]。其中当属OPNET Modeler应用最为广泛,设计了三层建模机制,可以仿真模拟网络运行注重的数据传输过程,通过映射将网络设备抽象到软件中,可以增强网络仿真模型的真实性。但由于软件的模型库陈旧,很多模块功能单一、固化,因此不便于后期的功能扩展延伸,一定程度上影响到真实网络参数获取。OPNET的功能多样、完备,拥有丰富的学习资料,可以降低学习难度,便于用户构建网络模型,支持网络仿真模拟,实现软件高效运行。
1.5 QualNet
就QualNet软件来看,属于跨平台的网络性能仿真软件,可以模拟仿真网络性能,不仅是单一网络,还可以实现混合网络性能仿真,也可以支持大规模网络构建。依据OSI分层模型设计规范,借助QualNet可以模拟仿真网络数据传输构成,同时模拟节点运动轨迹,以平面地图形式直观呈现。QualNet可以配备上万个网络节点,在多处理器系统基础上分布式仿真。有别于其他仿真软件,运行速度更高,操作便捷,可以获取精准可靠的仿真结果[5]。
通过对通用网络性能仿真软件实际应用效果总结分析,即便在光网络性能仿真中同样可以起到优势效果。基于NS2和NS3等软件,可以模拟仿真光网络场景,通过对光网络模型优化,综合评估光网络性能,便于获取网络相关参数指标。
2光网络专用网络性能仿真软件
由于光纤网络自身的信息传输速度快,成本低和安全性强,目前已经成为主要信息传输介质,加强光纤网络规划研究受到了广泛关注。在光网络性能模拟仿真中,借助专门的仿真软件可以满足多层光网络联合规划,并且在复杂算法下实现网络性能综合评估,常见的专用仿真软件有ElasticO++、Net2Plan、VPItransportMaker以及SimEON软件。
2.1 ElasticO++
ElasticO++属于弹性光网络仿真软件,通常是应用在动态EON场景的频谱碎片问题,兼容性较强,可以满足OMNet++,动态调整网络参数,仿真过程可视化,全过程可控,输出高质量的结果。仿真过程中,通过配备光纤、可重构光分插复用器和转发器等设备,可以显著提高网络模型精度。同时,此种软件具有批量仿真功能,最终结果可以输入到Execel表格中统计分析,得到碎片数目和阻塞率等信息。ElasticO++软件的灵活性较好,可以灵活组合内部不同算法,满足仿真需要。
2.2 Net2Plan
Net2Plan具有开源性特点,通常是应用在软件定义网络、IP路由网络和WDM网络性能分析,特点鲜明,可以为用户提供更加简洁、直观的交互界面和操作界面,GLI可以满足多次实验,实现计算机资源最优化配置和利用；组件抽象化,为后续的网络参数调整提供支持；综合容量模型,用于网络规划与设计,构建多层网络拓扑；自动生成仿真报告,API接口丰富,依据实际需要来扩展和丰富功能。
2.3 VPItransportMaker
VPItransportMaker属于优化网络的一种工具,更适合应用在光传送网、波分复用和同步数字序列网络优化方面,优势较为鲜明。该软件配备了多层网络建模功能,覆盖范围较广,贯彻落实到网络层、客户层和多样性约束层,也可以满足PDH和以太网业务需要；基于GUI来优化网络形态设计,具体包括环形、链形等网络构型；具有Scripting脚本引擎功能,借助VPItransportMaker软件对网络可靠性模拟分析；配备专门的路由,优化设计引擎来满足后续的波长与路由分配问题处理方面；具有丰富的图形报表和数据报表,将仿真结果统一分析和存储。
2.4 SimEON
SimEON软件主要是采用C++语言开发的软件,在网络性能评估方面应用作用鲜明。SimEON应该遵循软件基本原理,可以满足并行仿真功能需要,仿真速度较快。在模块化设计思想支持下,模块功能鲜明,可以对现有模块功能优化改进,也可以拓宽模块功能。另外,此种软件兼容性较强,可以与其他网络方针软件联合使用,取得更加理想的效果。
2.5其他软件
伴随着网络技术蓬勃发展,为了精准测试网络性能,市场上涌现出很多新型的网络性能方针软件。如,OTN Planner软件,主要是针对智能波分网络设计和优化的系统,功能多样,可以满足自动交换光网络、多业务传送平台和同步数字体系网络性能方针。中兴公司研发的ZXTOP软件,具有设备配置、网络设计和网络优化等功能。北京邮电大学黄善国研发的Network Spider软件,主要是选择Java语言开发,软件功能包括业务预测、网络拓扑管理以及网络性能评估等功能,在OPNET基础上开发了更具针对性的ASON网络性能仿真软件,获取网络相关参数信息。市场上网络性能仿真软件逐渐多样化,功能愈加丰富,因此在网络性能仿真中需要依据实际情况灵活选择,以便于最大程度上提升仿真结果精准度。
网络性能仿真软件主要是为了辅助人员综合评估网络性能,依据仿真结果进行网络设计、运营和优化,便于增强网络运行稳定性。具体工作中,要求工作人员综合考量不同软件的优势特点、适用场景、操作难易程度和成本大小等因素,针对性建立软件研发平台,积极优化软件漏洞,提升网络性能仿真水平。
目前常见的网络性能仿真软件特点和性能不尽相同,应注重新技术的整合应用,推动网络仿真软件优化完善。未来关于网络性能仿真软件的研发创新,应整合力量及进一步推动分布式计算技术和并行计算技术应用,增强软件整体的计算能力和适用性,加快仿真速度,获取精准的仿真结果；在模块化设计思想下来增强仿真软件扩展性,为后续软件功能拓展、丰富提供支持,并兼顾市场上主流网络仿真软件接口；摒弃传统的软件编程软件,选择Python以及Java通用编程语言,提升软件的实用性；获得用户支持,提供优质、可靠的使用文档；增强软件和设备交互程度,便于采集的数据信息精准、全面。与此同时,遵循OSI与TCP/IP分层设计思想,模拟仿真网络的数据传输过程,或是模拟协议处理过程,便于增强仿真能力,便于获取精准可靠的仿真结果,为后续网络性能优化提供参考依据；增强仿真软件的适应性能力,均可以满足复杂得到网络场景,包括核心网、接入网和用户驻地网,具体包含网络切片NS、网络虚拟化NV、软件定义网络SDN、5G/6G移动网络等网络架构；积极引入大数据和机器学习技术,建立数据模型来深层次分析网络数据信息,借助大数据从中提取有价值信息,优化网络模型,便于最大程度上提升网络模型真实性与合理性。
3结语
综上所述,网络性能仿真软件在研发创新中,伴随着网络技术的创新应用,可以开发很多功能多样、运行可靠的网络性能仿真软件,便于减少计算资源消耗,加快仿真速度,切实提升仿真结果精准度。
参考文献
[1]陈梦,张军营,任晏,等.双重热可逆响应氨酯基/酯基环氧树脂网络的设计及自愈合性能[J].中国胶粘剂,2021,30(12):795-802.
[2]臧明,尚长仲,马成果,等.光纤通信系统中光网络性能监测研究与仿真[J].信息记录材料,2017,18(9):82-83.
[3]肖振锋,伍晓平,徐志强,等.基于机器学习的无线网络规划覆盖性能定量评价[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(10):3505-3512.
[4]胡俣华,黄同成,李平,等.6LoWPAN无线心电传感网络架构与RPL优化仿真[J].计算机测量与控制,2021,29(10):239-243+255.
[5]闫世霖,吴德伟,王伟,等.循环神经网络辅助GNSS/SINS组合导航方法及性能分析[J].空军工程大学学报(自然科学版),2021,22(5):61-66+81.
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