【轉】幾款網路模擬軟體的比較

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　　網路模擬技術是一種通過建立網路裝置和網路鏈路的統計模型, 並類比網路流量的傳輸, 從而擷取網路設計或最佳化所需要的網路效能資料的模擬技術。由於模擬不是基於數學計算, 而是基於統計模型，因此，統計複用的隨機性被精確地再現。
網路模擬技術具有以下特點:一, 全新的類比實驗機理使其具有在高度複雜的網路環境下得到高可信度結果的特點。二, 網路模擬的預測功能是其他任何方法都無法比擬的；三，使用範圍廣, 既可以用於現有網路的最佳化和擴容,也可以用於新網路的設計，而且特別適用於中大型網路的設計和最佳化；四，初期應用成本不高, 而且建好的網路模型可以延續使用, 後期投資還會不斷下降。

OPNET

產品效能簡介：OPNET產品主要面向專業人士，協助客戶進行網路結構、裝置和應用的設計、建設、分析和管理。OPNET的產品主要針對三類客戶，分成四個系列。三類客戶是指：網路服務供應商；網路裝置製造商和一般企業。

四個系列產品核心包括：1.ServiceProviderGuru：面向網路服務供應商的智能化網路管理軟體。是OPNET公司的最新產品。2.OPNET Modeler：為技術人員（工程師）提供一個網路技術和產品開發平台。可以協助他們設計和分析網路、網路裝置和通訊協定。3.ITGuru：協助網路專業人士預測和分析網路和網路應用的效能，診斷問題，尋找影響系統效能的瓶頸，提出並驗證解決方案。 4.WDM Guru，用于波分複用光纖網路的分析、評測。

我使用的是OPNET Modeler8.1,所以就它和其他的網路模擬軟體進行比較。OPNET Technology公司的模擬軟體OPNET具有下面的突出特點，使其能夠滿足大型複雜網路的模擬需要：

1.      提供三層建模機制，最底層為Process模型，以狀態機器來描述協議；其次為Node模型，由相應的協議模型構成，反映裝置特性；最上層為網路模型。三層模型和實際的網路、裝置、協議層次完全對應，全面反映了網路的相關特性；

2.      提供了一個比較齊全的的基本模型庫，包括：路由器、交換器、伺服器、客戶機、ATM裝置、DSL裝置、ISDN裝置等等；

3.      採用離散事件驅動的類比機理（discrete event driven），與時間驅動相比，計算效率得到很大提高。

4.      採用混合建模機制，把基於包的分析方法和基於統計的數學建模方法結合起來，既可得到非常細節的類比結果，也大大提高了模擬效率。

5.      OPNET具有豐富的統計量收集和分析功能。它可以直接收集常用的各個網路層次的效能統計參數，能夠方便地編製和輸出模擬報告。

6.      提供了和網管系統、流量監測系統的介面，能夠方便的利用現有的拓撲和流量資料建立模擬模型，同時還可對模擬結果進行驗證。

OPNET的缺點：

1.      價錢昂貴.OPNET的單使用者授權費超過2萬5千美金. 價格的因素使得盜版猖獗。

2.      學習的進入障礙很高，通過專門培訓而達到較為熟練程度至少需一個多月的時間.

3.      模擬網路規模和流量很大時, 模擬的效率會降低。目前解決方案：採用分層的建模方法，匯聚網路流量，簡化網路模型；背景流量和前景流量相配合；流量比例壓縮方法；最佳化調整模擬參數設計；路由流量的簡化；結果分析；如何針對不同的統計參數，選擇合適的結果收集和處理方法。來源：（廣東省電信科學技術研究院）

4.      軟體所提供的模型庫是有限的，因此某些特殊網路裝置的建模必須依靠節點和過程層次的編程方能實現。（A.網路模擬軟體提供的標準的結果參數，往往不能滿足實際使用者的全部需要，如果使用者需要收集網路裝置的某些特殊參數時，必須通過過程層次上的編程來收集自己感興趣的網路參數。B.一般，廠家提供的網路通訊協定的模型都滯後於標準頒布之日數月甚至一年，如果急需使用廠家模型庫中沒有提供的新協議、新標準時，就只有通過編程的方法，開發自己的協議模型。C.對於大型網路的模擬，有時需要根據實際情況，通過編程改變模型的某些特性來提高模擬計算效率。）涉及底層編程的網元建模具有較高的技術難度，因為需要對協議和標準及其實現的細節有深入的瞭解、並掌握網路模擬軟體複雜的建模機理。因此，一般需要經過專門培訓的專業技術人員才能完成。編程的難度限制了OPNET的普及與推廣。此外，建立在OPNET上的模擬平台當前無法脫離OPNET環境，也是OPNET的一個局限性。

5.      OPNET對路由協議的模擬比較適合，但是對鏈路的模擬好想就只能通過Pipeline stage來做。例如有使用者試了把pipeline stage中radio的propagation delay model的傳輸速度（default值是光速）改為聲波在海水中的速度1500m/s，但是模擬出來的propagation delay結果居然沒太大的改變。而根據使用經驗matlab或者spw就比較合適做鏈路層的模擬。

NS (NETWORK SIMULATOR)簡介

NS是一個由UC Berkeley開發的用於模擬各種IP網路的為主的優秀的模擬軟體。該軟體的開發最初是針對基於UNIX系統下的網路設計和模擬而進行的。

Tcl（Tool Command Language）與Tk是安裝在UNIX/Linux環境下的兩個包，他們一起構成了一套開發系統應用程式和圖形化使用者介面介面（GUI）應用程式的環境。Tk是Tcl在X Window環境下的擴充，它包含了Tcl的全部c庫函數，以及支援X Window的視窗，控制項等c庫函數，為使用者開發圖形化使用者介面提供了方便。

NS的設計實現了使用兩種程式設計語言，C++和Otcl。這兩種程式設計語言都是物件導向的。C++程式模組的運行速度非常快，是強制類型的程式設計語言，容易實現精確的，複雜的演算法，但是修改和發現，修正bug所花費的時間較長，因為它比較複雜。Otcl是指令碼程式編寫語言，是無強制類型的，比較簡單，容易實現和修改，容易發現的修正bug，雖然它的運行速度和C++的模組相比要慢很多。

NS的模擬原理-網路組件。NSobject是所有基本網路組件的父類它本身的父類是TclObject類。這個類的對象有一個準系統，就是處理資料包（PACKET）。所有的基本網路組件可以劃分為兩類，分類器（Classifier）和連接器(Connector)。它們都是NSobject、的直接子類，也是所有基本網路組件的父類。分類器的衍生類別組件對象包括地址分類器和多播分類器等。連接器的衍生類別組件對象包括隊列，延遲，各種代理，和追蹤對象類。應用程式是建立在傳輸代理上的應用程式的類比。NS2中有兩種類型的“應用程式”，資料來源發生器和類比的應用程式。NS是離散事件驅動的網路模擬器。它使用Event Scheduler對所有組件希望完成的工作和計劃該工作發生的時間進行列表和維護。

NS的工作平台可以是Windows,Linux,Uinx,machitosh,還要求系統裝有C++編譯器。NS的工作流程：NS代碼使用OTCL語言編寫，通過OTCL語言解譯器解釋，使用NS模擬庫進行編譯和模擬，輸出模擬結果，根據模擬結果記錄，可進一步進行相關內容分析，產生網路拓補圖或者得到資料的可視化的圖表。使用輔助的NAM工具，在NS中可以清晰顯示網路拓補圖，使用X Graph工具，可以將NS的模擬結果用圖表形式表示，

NS設計的出發點是基於網路模擬，它整合了多種網路通訊協定，業務類型，路由排隊管理機制，路由演算法。此外，NS還整合了組播業務和應用於區域網路模擬有關的部分、MAC層協議。其模擬主要針對路由層，傳輸層，資料連結層展開，因此NS可以進行對固定，無線，衛星以及混合等多種網路的模擬。但它最適用於TCP層以上的類比。NS的特點是原始碼公開；可擴充性強；速度和效率優勢明顯。

NS與OPNET優缺點比較：

1.      OPNET與NS2的關係有點象windows和linux的關係。而它們也分別是在這兩個環境下（OPNET在win，NS2在linux）安裝使用最匹配。

2.      OPNET是商業軟體，所以介面非常好。功能上很強大，介面錯落有致，統一嚴格。操作也很方便，對節點的修改主要就是對其屬性的修改。是優點也是其缺點，如果你需要特殊的節點或很適合自己的節點就不如NS2方便。同時，由於是商業軟體所以版本推出不如NS2快。

3.      NS2是自由軟體，免費，這是與OPNET相比最大的優勢，因此它的普及度較高，是OPNET強有力的競爭者。

4.      NS2介面不如OPNET，雖然功能也很強大，但有很多零散的東西，剛學的時候很麻煩，不容易上手。操作上比較方便，但由於不是同一公司開發的，所以格式上不是很統一，說明手冊的條理也不是很好。沒有現成的節點什麼的你可以自己用C++編，可以按照自己的意圖來構造你想要的節點。

MATLAB軟體

MATLAB軟體是由美國Mathworks公司推出的用於數值計算和圖形處理的科學計算系統內容。MATLAB是英文MATrix LABoratory(短陣實驗室)的縮寫。在MATLAB環境下，使用者可以整合地進行程式設計、數值計算、圖形繪製、輸入輸出、檔案管理等各項操作。 MATLAB提供了一個人機互動的數學系統內容，該系統的基本資料結構是矩陣，在產生矩陳對象時，不要求作明確的維數說明。與利用c語言或FoRTRAN語言作數值計算的程式設計相比，利用MATLAB可以節省大量的編程時間。

MATLAB的良好的開放性和啟動並執行可靠性使原先控制領域裡的封閉式軟體包（如英國的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德國的KEDDC）紛紛淘汰，而改以MATLAB為平台加以重建。

MathWorks公司於2001年推出MATLAB6.0版本，6.x版在繼承和發展其原有的數值計算和圖形可視能力的同時，出現了以下幾個重要變化：（1）推出了SIMULINK。這是一個互動式操作的動態系統建模、模擬、分析Integration Environment。它的出現使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設的非線性因素、隨機因素，從而大大提高了人們對非線性、隨機動態系統的認知能力。（2）開發了與外部進行直接資料交換的組件，打通了MATLAB進行即時資料分析、處理和硬體開發的道路。（3）推出了符號計算工具包。1993年MathWorks公司從加拿大滑鐵盧大學購得Maple的使用權，以Maple為“引擎”開發了Symbolic Math Toolbox 1.0。MathWorks公司此舉加快結束了國際上數值計算、符號計算孰優孰劣的長期爭論，促成了兩種計算的互補發展新時代。（4）構作了Notebook 。MathWorks公司瞄準應用範圍最廣的Word ，運用DDE和OLE，實現了MATLAB與Word的無縫串連，從而為專業科技工作者創造了融科學計算、圖形可視、文文書處理於一體的高水準環境。

MTALAB系統由五個主要部分組成，下面分別加以介紹。

(1)MATALB語言體系MATLAB是高層次的矩陣／數組語言．具有條件控制、函數調用、資料結構、輸入輸出、物件導向等程式語言特性。利用它既可以進行小規模端程，完成演算法設計和演算法實驗的基本任務，也可以進行大規模編程，開發複雜的應用程式。

(2)MATLAB工作環境 這是對MA丁LAB提供給使用者使用的管理功能的總稱．包括管理工作空間中的變數據輸入輸出的方式和方法，以及開發、調試、管理M檔案的各種工具。

(3)圖形句相系統 這是MATLAB圖形系統的基礎，包括完成2D和3D資料圖示、影像處理、動畫產生、圖形顯示等功能的高層MATLAB命令，也包括使用者對圖形映像等對象進行特性控制的低層MATLAB命令，以及開發GUI應用程式的各種工具。

(4)MATLAB數學函數庫這是對MATLAB使用的各種數學演算法的總稱．包括各種初等函數的演算法，也包括矩陣運算、矩陣分析等高層次數學演算法。

(5)MATLAB應用程式介面(API) 這是MATLAB為使用者提供的一個函數庫，使得使用者能夠在MATLAB環境中使用c程式或FORTRAN程式，包括從MATLAB中調用於程式(動態連結)，讀寫MAT檔案的功能。 可以看出MATLAB是一個功能十分強大的系統，是集數值計算、圖形管理、程式開發為一體的環境。除此之外，MA丁LAB還具有根強的功能擴充能力，與它的主系統一起，可以配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務。

在國際學術界，MATLAB已經被確認為準確、可靠的科學計算標準軟體。在許多國際一流學術刊物上，（尤其是資訊科學刊物），都可以看到MATLAB的應用。 在設計研究單位和工業部門，MATLAB被認作進行高效研究、開發的首選軟體工具。如美國National Instruments公司訊號測量、分析軟體LabVIEW，Cadence公司訊號和通訊分析設計軟體SPW等，或者直接建築在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。又如HP公司的VXI硬體，TM公司的DSP，Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支援。

MATLAB的缺點：

1.      MATLAB的缺點是它和其他進階程式相比，程式的執行速度較慢。由於MATLAB的程式不用編譯等預先處理，也不產生可執行檔，程式為解釋執行，所以速度較慢。

2.      MATLAB另一個缺點是不能實現連接埠操作和即時控制，但結合C++Builder運用,實現優勢互補就可以克服這一缺點。

3.      MATLAB還有一個缺點就是這個軟體太大，按現在流行的版本5.2，自身有400多兆，占硬碟空間近1個G，一般稍早些的電腦都安裝不下。

價格：在網上，MATLAB 6.5.1正版軟體1900人民幣可以買到。

其他模擬軟體

CASSAP模擬軟體

對於設計擴頻數字移動通訊這樣複雜龐大的系統，依靠過去傳統的設計方法是無法完成的，美國Synopsys（新思科技）公司提供的設計工具cossap能協助設計人員在演算法概念級建立一個系統模型，可定義並可隨時改變系統的參數，類比系統訊號處理流程來研究系統的演算法效能、指標。COSSAP的設計思想為自頂向下(Top—Down)的設計方法，即先進行系統效能分析、演算法分析，再進行硬體、軟體劃分、設計，最後將軟、硬體合并、模擬、調測、驗證之後，才能完成系統設計

CASSAP為數字訊號處理系統的開發人員提供了一個最有效模擬工具，使工程師在概念、演算法和體繫結構層次完成演算法模擬。其首創的資料流驅動模擬器比傳統的基於刻度的模擬器速度提高了8-16倍。提供超過1000個高層模組可作動態資料流驅動模擬(支援非同步、多速率)，並可對其中所需模組自動產生行為級或RTL級VHDL，用於ASIC/FPGA實現，也可產生各種風格的DSP代碼，供DSP處理器作軟體實現。CASSAP可廣泛應用於需分析和評估演算法、實現方式的數字傳輸系統，如通訊、映像、多媒體等，並提供了針對GSM、CDMA、DECT等標準的專用開發平台。

SPW模擬軟體

SPW模擬軟體是Cadence公司的產品，提供面向電子系統的模組化設計，模擬及實施環境，是進行演算法開發，濾波器設計，C代碼產生，硬/軟體結構聯合設計和硬體綜合的理想環境。

SPW最出眾的地方就是和HDS的介面，和Matlab的介面。matlab裡面的很多模型可 以直接調入SPW，然後用HDS產生C語言模擬代碼或者是HDL語言模擬代碼。也就是說，要是簡單行事的話，就可以直 接用matlab做個模型，然後就做到版圖中去。

可以說，SPW包括了Matlab的很多功能，連demo都有點象。。它的通常的應用領域包括無線和有線載波通訊、多媒體和網路裝置。