基于OPNET的网络实验教学半实物仿真研究

赵建军

【摘 要】随着网络技术的进一步提高，在网络实验教学中需要使用仿真手段将模拟网络与真实网络相连接，在半实物仿真系统的模拟过程中，需要利用一些仿真软件才能够解决模拟网络与真实网络之间的通信。本文简要介绍半实物仿真的概念，进而介绍了OPENT这种仿真软件，最后论述了在网络实验教学中应用OPNET仿真软件的内容。

【关键词】OPNET；网络实验；网络实验教学；半实物仿真；仿真研究

0 引言

随着网络技术的不断发展，网络之间的通信协议变得越来越复杂，如何将不同类型的网络进行通信是急需要解决的问题。在网络实验教学过程中，经常需要将不同类型的网络结合在一起，如果使用真实的网络接入，就会提高教学成本。因此，本文介绍了OPNET仿真软件的使用，同时介绍了如何将在网络实验教学中使用OPNET的方法，更好地促进半实物仿真的研究，提高网络实验教学的教学效果。

1 半实物仿真简介

1.1 半实物仿真的概念和特点

半实物仿真主要是将一部分模拟网络接入到真实的网络中，从而形成一个整体的网络回路。半实物仿真往往具有以下几个特点：第一，在原有的系统中，各个子系统之间很难建立正确的仿真模型，而且这些仿真模型很容易受到外界因素的影响，从而无法达到良好的效果；但是半实物仿真能够将模拟网络直接接入真实网络，从而避免了仿真模型建立过程中的困难；第二，利用半实物的仿真技术能够进一步检验原有仿真模型的准确性，同时可以对某个组成部分的可靠性进行检验，并能够灵活地调整其中的某些参数。由于半实物仿真具有以上这些特点，所以在仿真过程中有着非常重要的作用。

1.2 半实物仿真中的关键技术

在半实物仿真的过程中，不仅仅需要用到实用的仿真软件，而且还需要接入可靠的系统中，使得仿真软件和真实系统之间相互协调。其中的关键技术主要有以下几点：第一，对系统的建模技术，对于系统建立模型然后对其进行半实物仿真，这是半实物仿真的前提，因此，必须对系统进行深入地了解和分析，才能建立较为准确的模型；第二，模拟系统与真实系统之间的实时通信，由于模拟系统与真实系统之间还存在一定的差异性，所以两者之间在进行交互的过程中，还需要进行实时性的管理。因此，在模拟的过程中需要使得通信的速率低于真实系统的处理速率，才能更好地观察系统之间的通信，使得半实物仿真更加具有意义。

1.3 半实物网络仿真

半实物网络仿真主要是将测试的模拟网络直接接入到真实的网络环境中，然后使得两者之间进行交互，从而可以观察到两者之间的通信结果。由于单纯的网络仿真具有比较多的缺点，所以利用半实物网络仿真可以更好地将模拟网络与真实网络相连接：首先，半实物网络仿真可以更加清晰地观察到网络通信过程中软件和硬件之间的通信过程，从而能够更好地调整网络中的各项参数，使之能够更符合试验的预期结果；其次，利用模拟网络接入真实网络，能够进一步降低网络建设的成本，同时半实物仿真网络中的某些算法具有更加准确的计算结果，更加适用于半实物网络仿真的应用。

2 OPNET的简介

2.1 OPNET仿真平台的简介

OPNET仿真平台是使用比较普遍的网络仿真软件，它能够对网络的性能进行模拟，同时可以提供很多网络优化工具，能够进一步提高网络的性能。OPNET网络仿真平台与其他网络仿真软件相比主要存在以下几个优势：第一，应用的领域比较广泛，从端到端的网络、系统级别的网络、协议的模拟、网络的开发和优化等等，都可以使用OPNET网络仿真平台进行仿真；第二，OPNET网络仿真平台根据ISO的网络分层标准，能够对网络中的不同层次进行仿真，而且其协议的描述使用到了较为常用的C/C++语言，能够更加方便人们的使用；第三，模拟的技术比较先进，在OPNET网络仿真平台中使用到了面向对象的建模方法，不仅能够提高部分模块的通用性，而且能够按照人类的思维进行网络的仿真操作；第四，OPNET网络仿真平台的代码可以容易地获取，而且代码中添加了足够的注释，可以让用户方便地阅读；同时，代码可以随时随地被修改，使得用户能够按照自己的想法进行网络协议的模拟；第五，丰富的模型库，在OPNET网络仿真平台集成了很多较为常用的模型库，使得用户能够方便地使用网络中的模型，从而更快更好地组建网络；第六，丰富的数据收集和分析能力，在对网络进行半实物仿真过程中，OPNET网络仿真平台能够有效地对数据进行收集，同时利用可视化的界面将数据展示到用户面前；而且OPNET网络仿真平台与用户的互动比较灵活，用户可以对其中的很多参数进行修改操作，方便用户对网络进行模拟；第七，从网络中的事件出发进行建模，取代传统的以时间为参考点进行建模的方式，这样能够使得模拟效率得到更好的提高，尤其是在模拟网络通信时，不同的协议之间通信需要一段时间，如果是以时间为单位进行周期性的查看，很可能不会对包的到达事件作出及时地反映；相反如果是基于事件的仿真方式那么就能够对接收包的时间进行及时地响应。

2.2 OPNET的通信机制

在进行半实物仿真的过程中，由于很多部件之间的距离比较远，如果想要实现它们之间的通信，必须要建立一定的通信机制。在OPNET的通信机制中主要有以下几点：第一，基于包的通信机制，这种通信机制较为常用，OPNET采用包的通信机制来进行模拟网络和真实网络之间的通信，而且还可以屏蔽不同协议包之间的差异性，还可以容易地进行拆包和装包的操作；第二，利用接口机制进行通信，这种通信机制与包通信机制类似，但是比包的结构更为简单，它利用用户自定义的格式进行模拟网络与真实网络之间的通信，不存在拆协议和封装协议的操作；而且接口形式的通信能够允许用户自定义通信格式，更加灵活自由；第三，基于链路的通信，链路通信的方式能够提供不同类型的链路连接，主要是针对链路层的信息传输提供的通信机制，这种类型的通信机制能够准确地计算出信息传输时延。

3 OPNET网络仿真平台在网络实验教学中的应用

3.1 OPNET在网络实验教学中的应用优势

很多学校在进行网络实验教学过程中，利用OPNET网络仿真平台进行半实物网络的仿真。OPNET网络仿真平台允许使用者在计算机上搭建模拟网络的运行环境，能够方便地进行网络实验的模拟。OPNET网络仿真平台在网络实验教学中存在以下几点优势：首先，利用OPNET网络仿真平台对网络通信进行仿真，能够让学生利用可视化的界面真实地看到网络之间的通信结果，从而能够更好地引起学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性，更好地提高网络实验教学的教学效果；其次，利用OPNET网络仿真平台进行半实物网络仿真，可以让学生利用OPNET中的组件非常容易地组建网络，能够更加全面地了解网络结构，更好地优化网络的性能，有利于提高学生的创新能力，更好地突破教学中的重点和难点；第三，学生利用OPNET网络仿真平台模拟网络，不需要建立真实的网络，也不需要对网络进行实物方面的改动，能够进一步降低网络实验教学的教学成本，但是可以达到与真实网络操作类似的教学效果；第四，运用OPNET网络仿真平台对网络的数据进行收集和分析，能够将网络中的各项参数真实地展示在学生的面前，使其能够直接观察到网络中的各项参数，从而更快更好地了解网络的结构，并能够及时地对网络进行进一步的调整和优化。

3.2 基于OPNET网络实验教学设计

由于OPNET网络仿真平台在使用过程中比较复杂，因此，在利用OPNET网络仿真平台进行网络实验教学之前，必须对教学进行详细的设计，制定网络实验教学的实验步骤，从而更好地发挥OPNET网络仿真平台的仿真效果。基于OPNET网络仿真平台的网络实验教学步骤主要分为以下几点：第一，在进行网络实验教学之前，教师需要向学生介绍OPNET的概念、特点以及应用优势，然后让学生能够根据教学的内容明确仿真实验的目的；第二，确定网络的功能和网络模型，对网络中的详细参数进行分析，从而精确地利用OPNET网络仿真平台组建网络；第三，根据网络的功能需求选择合适的网络设备，在网络中的不同层次选择不同的网络设备，确保网络性能得到良好发挥；第四，配置网络中的各项参数，在配置的过程中可以利用OPNET网络仿真平台模拟网络的效果，从而选择出最佳的参数配置；第五，仔细检查仿真结果，利用理论推导出网络中的仿真数据结果，然后利用仿真软件对网络进行仿真得到仿真结果，将预期结果与实际结果进行对比，从而更好地提高实验效果。

3.3 OPNET在网络仿真实验中的应用

通过以上的分析和论述可知，OPNET网络仿真平台在网络仿真实验中有着非常重要的应用，通过对OPNET网络仿真平台的不断完善和升级，能够进一步突出OPNET网络仿真平台在网络仿真实验中的应用优势。OPNET网络仿真平台在网络仿真实验中主要应用在以下几个方面：第一，构建计算机网络仿真实验中的多种网络，随着网络技术的不断发展，网络的复杂性也在进一步提高，因此，学生在进行网络仿真实验的过程中，手动组建网络需要花费较长的时间，但是利用OPNET网络仿真平台能够快速地组建好网络结构；同时，学生可以利用OPNET网络仿真平台提供的各种工具和设备，在编辑器中更改网络的组织结构，修改网络中某个部件的细节等等，能够快速地组建好预期的网络；第二，OPNET可以快速地建立起比较通用的网络模型，这是因为在OPNET网络仿真平台中集成了较为常见的网络模型，当需要建立这些网络模型进行分析时，可以直接将这些网络模型拿来使用，进行较小的修改即可，非常方便快捷；第三，OPNET网络仿真平台对于网络进行了分层，在进行网络实验的过程中，有助于同学们理解网络分层的原因和原理，同时能够更快地熟悉不同网络层中的协议和通信机制等等；第四，利用OPNET网络仿真平台能够方便地对网络进行优化和调整，这是因为利用OPNET网络仿真平台可以方便地调整网络中的各项参数，通过对网络的不断调整能够发现更适合的网络参数，从而使得网络得到进一步优化；第五，OPNET网络仿真平台中很多协议或者操作都可以利用代码方便地实现，这样学生能够利用较为通用的C/C++代码编写自定义的一些协议或者是接口，并利用OPNET网络仿真平台进行实现，这样使得网络实验课程具有更好的通用性，更快地提高学生的动手能力。

4 小结

本文通过简要介绍半实物仿真的概念，进而介绍了一种比较通用的仿真软件OPNET，然后介绍了OPNET在网络实验教学中的应用，从而可以更好地提高网络实验的教学效果。相信随着网络技术的不断发展，会有更多实用的仿真软件问世，从而能够更好地模拟网络之间的通信，更好地解决半实物网络仿真之间的关键问题，进一步推动网络技术的发展。

【参考文献】

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[2]王晓峰，孙继银，李琳琳，高晶，曹志强.基于OPNET的网络仿真应用技术[J].兵工自动化，2009，28（4）：64-65.

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[责任编辑：王楠]