OPNET网络仿真涉及的相关见解和求助引导

给力苦咖啡

本人基于OPNET Modeler进行系统级通信网络建模仿真已有多年了，从承接的小小的项目和给用户培训的经验来看，感觉很多用户对OPNET及类似的系统级通信仿真软件的理解尚且都还比较粗浅。虽然需求会很多，特别是每年一度的本科生、研究生通信仿真毕设、公司及科研院所的仿真项目等都需要用到这种专业类的工具，但存在的普遍问题是用户一方面对通信协议知之甚少、编程经验功底不够深厚、仿真理论基础薄弱。因此，使用这种专业性、知识综合性很强的工具时就无从下手。这使得很多用户在需要进行毕设或项目实施时，要么临时抱佛脚，在网上找个类似的工程模型来代替；要么请技术专人来做时，不知道里边的复杂度和难以深浅。想的时候可以异想天开，但并不知道做的时候里边所涉及到的很多技术细节。或者是什么类型的仿真研究该用这个平台做，什么类型的仿真不适合这个平台都一片模糊。
对于OPNET这个软件的使用，大部分用户还是来自于各大高校的学生或研究院所，基本上也主要是针对网络规划、网络协议、网络性能还有一些新技术进行建模仿真。就学生研究的课题来说，每年一度接触到的差不多就是这些类型：
1.移动自组网MANET方面的建模仿真，针对不同的自组网路由协议进行建模，比较按需驱动路由（如AODV、DSR）和表驱动路由（如OLSR）方面的性能差异。这部分大多都是基于现有模型实现较多，自行设计和开发新协议不是不能做，而是因为会涉及到和标准模型中的IP层有很多的程序接口需要实现，往往工作量会比较大，不适合短时间内开发完成。
2.WLAN 802.11方面的建模仿真，主要针对WLAN的接入协议构建类似于CSMA载波监听机制的竞争接入协议，或者在此基础上提出的各种优化接入协议等。这类仿真开发自行设计的MAC层竞争接入协议做过的很多了，毕竟不像IP层的路由协议那样需要考虑很多接口关系，往往都是实现独立的mac层协议栈，做起来都比较好实现。或者用自带的WLAN模型，可以针对802.11 a / b / g / n / p等多种接入协议的进行性能比较。
3.TDMA方面的建模仿真，这一类MAC层协议往往比上边提到的竞争接入协议要相对复杂，大部分都是针对数据链通信协议的研究，会涉及到不同的时隙分配算法，甚至还有与竞争接入协议的结合，与QoS机制的结合等，最终目的主要都是验证时隙分配机制和时隙资源对上层业务承载的性能如何，以及一些动态接入策略等。这方面的难度主要在于对时隙分配算法的设计上，也是很多研究院所针对军用通信协议设计的主要方向。
4.MPLS 方面的建模仿真，一般都是基于自带的MPLS模型进行骨干网流量工程的规划，从而验证MPLS的优势和对网络资源均衡利用的效果。层次再高一点的是在上边增加一些IP QoS机制，分析不同类型的业务所得到的差分服务的性能。这类仿真大部分功能标准模型里都有，难点在于MPLS和QoS模型的配置流程上。
5.校园网规划，这类仿真基本上都是本科生毕设遇到的一些课题，而且这类课题老生常谈，几乎每年都有，主要是对网络规划思路的基本考察，无非是在此基础上加一些仿真业务，分析所规划的网路性能如何，网络瓶颈以及优化策略等。
6.智能电力系统通信网，这两年感觉一些电力系统专业的学生搞智能电网方面的研究比较多，但思路和内容基本上都千篇一律，无非是构建一个类似与智能电网的拓扑结构，在上边增加一些VLAN或者冗余机制提高网络的传输效率和可靠性等。但有些设计和理论支持感觉比较牵强，个人觉得主要原因在于搞电力的对网络方面了解不多，被一些论文中所提出的观点给迷惑了。到最后仿真出来的东西有点让人啼笑皆非。
7.EPON、SDH光纤接入网方面的仿真，这方面也是一些学生搞毕设遇到的比较多的课题，由于OPNET中没有针对光纤传输网方面的标准模型，因此基本都得需要自定制开发。问题主要在于很多学生对SDH方面的网络协议了解太浅，自己很多概念都很模糊，开发时自然提不出什么具体的需求，到最后做的模型基本上都比较简单，往往从传输的时延和吞吐量方面来简单衡量模型是不是符合协议规定。
8.LTE仿真，这是商用接入网协议的仿真热点，很多用户都围绕LTE进行接入控制协议、网络架构以及LTE与WLAN的融合等方面进行仿真。由于OPNET的LTE模型只有在16.0的商用高版本中才有，大多数用14.5教育版的用户只能望尘莫及。这方面的建模不论是用自带的标准模型还是自行开发都很有挑战性，毕竟LTE系统所涉及的核心技术还是比较多的。所以，要是自行开发的话，短时间内如果是针对一个毕设课题，那最多也只是实现LTE中的某一个方面的功能，要去实现整个系统不是一朝一夕的事。要是采用自带模型的话，最新版的18.0中关于LTE模型的功能设计的很复杂，需要花时间去细细研读每个属性的作用和配置流程。难虽难，但学好LTE技术找这方面的工作还是很受用的。
9.半实物仿真，这一直是这几年仿真采用比较多的流行技术，目的无外乎增加仿真的真实性和可扩展性。对于OPNET的半实物仿真SITL，和其它平台（Qualnet、NS、OMNest）的半实物接口实现技术有本质性的不同，个人觉得OPNET的半实物SITL才是真正的半实物交互仿真。不过很多用户对其原理知之甚少，也很少去学习帮助文档中的介绍。对于这方面的应用大部分都是在研究所中的相关项目才会用到。事实上，基于SITL不仅可以实现半实物方面的各类交互仿真，还能进行OPNET的仿真模型控制，仿真结果输出等功能。这里技术性比较强，就不一一列举了。
10.赛博网络攻防，这属于近两年来较前沿的研究课题，毕竟现在网络安全和网络攻防的重要性越来越突出，一般也都是军方一些研究单位才会投入精力去搞。对于这一新领域，最新版的18.0里有一些现成模型，如可以模拟DDoS攻击、建议病毒攻击等，而且用户可以根据提供的配置模板自己去设计攻防形式。但个人觉得对于一些深层次的网络复杂攻击，如设备的路由表攻击、信息窃取、监听、篡改等在标准模型里都没有，对于研究人员需要花不少时间自己去建模实现，这会牵扯到对标准模型的研读和修改。不过做出来的成就感自然也是不一样的。
11. SDN软件定义网络，也是近两年来很新的技术，其核心思想总结下来就是综合网络资源，设计控制策略从而达到对网络各方面的控制，包括传输路径的控制、QoS控制、丢弃接收控制、流量工程等。这些技术一方面OPNET厂家也在考虑在今后的模型中去增加，一方面个人觉得其实有相关协议说明的话，也可以参照Netflow等协议描述来实现一个基本架构作为一些前沿性的尝试。
12.多种平台间的联合仿真，这方面主要涉及到OPNET的联合仿真的接口开发，诸如HLA接口、Socket接口、DDS接口、Cosim接口、与MATLAB的接口、与数据库的接口、与作战平台及可视化平台的接口等等。不论采用哪种接口、针对哪种平台，其核心思想无外乎遵循接口协议的规定，结合OPNET中的一些进程建模和仿真内核的特点来进行接口设计和开发。毕竟OPNET里采用的是C/C++语言来进行开发，因此，从理论上来说，只要能在VS环境下开发一种交互仿真的接口，自然就可以有办法移植到OPNET内部中去。另外，与不同平台联合仿真，会涉及到与对应平台仿真内容的一些相关知识，这方面技术性就更强了，只有具体实施时才能逐一去讨论了。
以上就是个人总结的一些关于OPNET通信仿真建模方面的体会和粗浅认知。希望同道中人能通过这个帖子对这方面有所了解或借鉴。最后，做个小广告，如果各位在这方面有什么项目需要合作，可以微信10315376一起交流