LEO卫星网络路由算法的OPNET建模与仿真
基于OPNET的网络建模与仿真设计
基于OPNET的网络建模与仿真设计作者：韦良芬来源：《电脑知识与技术》2012年第33期摘要：该文在介绍OPNET技术特点、仿真流程的基础上，通过实验室扩建案例的OPNET网络建模、收集统计量、运行仿真、查看并分析仿真结果等过程，说明OPNET仿真软件是网络建模及性能分析的有效工具。
关键词：OPNET；网络仿真；网络建模；仿真流程中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）33-8073-03随着网络应用的不断扩大，网络新技术及其性能的开发与应用已经是网络通信的重要研究方面。
而网络仿真是网络规划、设计及分析的有效工具，可以为网络规划和设计提供客观、可靠的定量依据，可以构建接近真实的网络环境和业务并测试网络性能，从而起到缩短网络建设周期，降低网络投资风险的目的。
cisco、华为、电信等各运营商通常就是采用网络仿真的方法来解决网络规划、测试、应用等问题[1]。
当前应用最为广泛的网络仿真软件有OPNET和NS2。
NS2是一种可以作为网络建模和仿真研究的免费共享资源，但其功能不是很完善。
OPNET以其完善的技术、协议及设备模型库而成为网络虚拟建模的主流工具。
1OPNET技术特点OPNET最早出自麻省理工学院，1987年发布为商业化软件并得以迅速而稳健的发展，逐渐成为计算机网络、通信、国防等领域广泛认可的网络仿真软件。
OPNET的以下特点使其能够进行各种层次的网络建模仿真需求[2-3]：1）使用网络模型、节点模型、进程模型三层建模机制，与实际通信网络的分级结构自然对应，全面反映了通信网络的相关特征，通过多层次嵌套子网还可以构建复杂的网络拓扑结构。
2）拥有较为丰富的模型库。
OPNET模型库提供了路由器、交换机、服务器、客户机、ATM设备、DSL设备、ISDN设备等，可以满足各种网络仿真需求。
3）可以灵活的开发自定义模型。
OPNET支持灵活的高级编程语言，为通信和分布式系统提供了广泛的支持，允许对所有已知的通信协议、算法和传输技术实施真实模拟。
网络仿真软件OPNET介绍与实例
网络仿真软件OPNET介绍与实例网络仿真技术是一种通过建立网络设备和网络链路的统计模型, 并模拟网络流量的传输, 从而获取网络设计或优化所需要的网络性能数据的仿真技术。
由于仿真不是基于数学计算, 而是基于统计模型，因此，统计复用的随机性被精确地再现。
strong网络仿真技术具有以下特点:一, 全新的模拟实验机理使其具有在高度复杂的网络环境下得到高可信度结果的特点。
二, 网络仿真的预测功能是其他任何方法都无法比拟的；三，使用范围广, 既可以用于现有网络的优化和扩容,也可以用于新网络的设计，而且特别适用于中大型网络的设计和优化；四，初期应用成本不高, 而且建好的网络模型可以延续使用, 后期投资还会不断下降。
OPNET介绍OPNET产品主要面向专业人士，帮助客户进行网络结构、设备和应用的设计、建设、分析和管理。
OPNET的产品主要针对三类客户，分成四个系列。
三类客户是指：网络服务提供商；网络设备制造商和一般企业。
四个系列产品核心包括：1.ServiceProviderGuru：面向网络服务提供商的智能化网络管理软件。
是OPNET公司的最新产品。
2.OPNET Modeler：为技术人员（工程师）提供一个网络技术和产品开发平台。
可以帮助他们设计和分析网络、网络设备和通信协议。
3.ITGuru：帮助网络专业人士预测和分析网络和网络应用的性能，诊断问题，查找影响系统性能的瓶颈，提出并验证解决方案。
4.WDM Guru，用于波分复用光纤网络的分析、评测。
OPNET Technology公司的仿真软件OPNET具有下面的突出特点，使其能够满足大型复杂网络的仿真需要：1. 提供三层建模机制，最底层为Process模型，以状态机来描述协议；其次为Node模型，由相应的协议模型构成，反映设备特性；最上层为网络模型。
三层模型和实际的网络、设备、协议层次完全对应，全面反映了网络的相关特性；2. 提供了一个比较齐全的的基本模型库，包括：路由器、交换机、服务器、客户机、ATM设备、DSL设备、ISDN设备等等；3. 采用离散事件驱动的模拟机理（discrete event driven），与时间驱动相比，计算效率得到很大提高。
OPNET网络仿真技术及网络设计
三、基于OPNET的水声通信网络 设计与仿真
三、基于OPNET的水声通信网络设计与仿真
1、建模：首先，我们利用OPNET的建模工具，根据实际水下环境的地理信息、 通信设备、信号传输路径等构建出水声通信网络的模型。
三、基于OPNET的水声通信网络设计与仿真
2、配置参数：在模型建立后，我们需要配置相关的参数，例如信号的传输速 率、信号的功率、噪声的功率等。这些参数的设置对于仿真结果有着直接的影响。
OPNET网络仿真技术及网 络设计
目录
01 一、OPNET网络仿真 技术介绍
02 二、OPNET网络设计
03 三、案例分析
04 四、结论
05 参考内容
内容摘要
随着网络技术的飞速发展，网络设计已成为通信、计算机等领域的重要研究 方向。网络仿真是网络设计过程中的一种重要手段，它通过模拟网络行为，为网 络设计提供可靠的依据。其中，OPNET网络仿真技术是一种广泛使用的网络仿真 工具，本次演示将介绍OPNET网络仿真技术及网络设计。
四、结论
四、结论
本次演示介绍了水声通信网络的特点和挑战，并探讨了如何利用OPNET进行水 声通信网络的设计与仿真。通过建模、参数配置、仿真运行和结果分析，我们可 以对水声通信网络的性能进行全面的评估，为网络的设计和优化提供依据。这对 于提高水声通信网络的性能和稳定性具有重要的意义。
谢谢观看
一、OPNET网络仿真技术介绍
一、OPNET网络仿真技术介绍
OPNET（Optimized Network Engineering Tool）网络仿真技术是由 Caspell公司开发的一款网络仿真软件，它适用于通信网络、计算机网络、广域 网等领域。OPNET网络仿真技术通过建立数学模型来模拟网络行为，具有较高的 精度和可靠性。
网络仿真软件OPNET基础介绍
网络仿真软件OPNET1.1 OPNET仿真软件概述OPNET公司是全球领先的决策支持工具提供商，总部在美国华盛顿特区，主要面向网络领域的专业人士，为网络专业人士提供基于软件方面的预测解决方案。
OPNET公司最早是由麻省理工学院（MIT）信息决策实验室受美国军方委托而成立的。
1987年OPNET公司发布了第1个商业化的网络仿真软件，提供了具有重要意义的网络性能优化工具，使得具有预测性的网络性能管理和仿真成为可能。
1987年以来，OPNET迅速而稳步地发展，作为高科技网络规划、仿真及分析工具，OPNET在通信、国防及计算机网络领域已经被广泛认可和采用。
成千上万的组织使用OPNET软件来优化网络性能、最大限度地提高通信网络和应用的可用性。
至今OPNET已经升级到了11.5以上版本。
它的产品线除了Modeler 外，还包括ITGuru、SP Guru、OPNET Development Kit 和WDM Guru等。
OPNET的产品主要针对网络服务提供商、网络设备制造商和一般企业这3类客户。
OPNET目前在全球有超过5000个客户，在全美设立了4个办事处，分别在加州、德州、北卡罗来纳州及马萨诸塞州，另外，OPNET也在全球设立了4个办事处，分别为法国的巴黎、英国的剑桥、澳大利亚的悉尼以及比利时的根特。
新加坡经纬线科技公司是OPNET产品在亚洲地区的总代理。
OPNET的全球部分电信级运营商客户，如AT&T、NTT DoCoMo、France Telecom等，这部分客户相对于中型企业，具有更复杂的网络结构和协议配置，因此管理起来更复杂。
OPNET利用高网络智能来辅助运营商的网管人员管理网络，同时OPNET 具有很好的开放性和互联性，可以和当前很多流行的网络管理和监控软件一起协同工作，如HP公司的OpnetView、Tivoli公司的NetView、Cisco的Netflow以及Angilent公司的NetMetrix等。
网络仿真-OPNET
司江渤 二零零八年三月 E-mail:jbsi@
基础
C ／C++语言 计算机网络，通信网络基础；
安排
最好能上机！
作业？
一．概述
点对点通信，网络的出现． 网络的高速发展，业务量增加． 网络设计：新技术，新业务． 网络优化：在已有网络上发展，协调． 要求设计满足客户要求的最优网络，成为一 个挑战的课题 实际网络的复杂性，网络仿真出现！
OPNET MODELER
企业网络，Modeler对重要的流量分析，从 业务，网络，服务器三方面找出瓶颈． 复杂的运营商网络模拟，主要放在业务层， 和流量模拟上，使运营商能迅速查出业务配 置中的错误！ 对研发来说，方便建立网络模型，得到网络 能！
OPNET MODELER特点
层次化，模块化的建模机制． 面向对象的建模方式． 丰富的标准模型库．Ethernet, ATM, Frame relay,TCP/IP协议． 图形化的建模方式． 灵活的建模机制． 自动生成仿真． 统计数据 综合的分析工具 动画
网络仿真关心的问题
仿真目的． 理解系统． 选择适当的仿真模型． 定义输入和输出． 确定网络模型． 确定输入． 可信度和模型完善． 结果是否详细 结果是否可用
开始 理解系统 理解仿真 目的 选择需要建 模的方面 定义输入 和输出
否 确定模型 确定仿真 输入
结果是否 可用
属性
按照嵌套程度：简单属性，复合属性． 按存储类型：私有属性，公有属性 扩展属性: 根据仿真需要，设置网络对象的 扩展属性来进一步描述对象在网络中的行为。 属性的特性和修改：details，rename/merge attribute, extended attribute,derive new model.
LEO卫星网络海量遥感数据下行的负载均衡多径路由算法
LEO卫星网络海量遥感数据下行的负载均衡多径路由算法刘沛龙;陈宏宇;魏松杰;程浩;李帅;汪骏勇【摘要】LEO 卫星网络能够为各类用户提供全球无缝实时数据通信,近年来得到了快速发展.与此同时,空间数据源如遥感卫星的海量载荷数据下行体制依旧采用传统的存储转发方式,如果将此类卫星接入配有星间链路的LEO 卫星网络,可以有效提高空间任务数据的实时性.但是需要为这种应用需求设计专门的卫星网络负载均衡路由算法.针对视频卫星实时直播的应用场景,设计了一套并行链路不相交多径路由算法SPEMR.OPNET仿真结果表明SPEMR实现的多径方案的性能劣化指数为0.32,仅为TLR路由协议的32%,传统DSP方案的21%,具有相对更强的实时传输海量数据的能力.%LEO satellite networks can provide seamless real-time data communication for all kinds of users, which de-veloped rapidly in recent years. At the mean time, the massive payload data down-link system of space data sources, such as remote sensing satellites, still make use of traditional storage and forward mode. The real-time performance of space mission data will be improved effectively, if such satellites are connected to LEO satellite networks equipped with inter satellite links. However, it is necessary to design a specialized satellite network load balancing routing algorithm. Satellite parallel edge-disjoint multipath routing protocol (SPEMR) was designed for remote sensing satellite real-time down-link applications. OPNET simulation results indicate that the performance degradation index(DI) of the multipath scheme im-plemented by SPEMR is 0.32, which is only 32% of the TLR and 21% of the traditional DSP scheme.It is demonstrated that SPEMR has the better capability of transmitting massive data in real time.【期刊名称】《通信学报》【年(卷),期】2017(038)0z1【总页数】8页(P135-142)【关键词】LEO;卫星网络;多径;遥感;路由【作者】刘沛龙;陈宏宇;魏松杰;程浩;李帅;汪骏勇【作者单位】中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050;上海微小卫星工程中心,上海 201203;中国科学院大学,北京 101407;上海微小卫星工程中心,上海 201203;南京理工大学计算机与工程学院,江苏南京 210094;南京理工大学计算机与工程学院,江苏南京 210094;南京理工大学计算机与工程学院,江苏南京210094;中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050;上海微小卫星工程中心,上海 201203;中国科学院大学,北京 101407【正文语种】中文【中图分类】TN927众所周知，LEO（low earth orbit）卫星网络凭借其全球覆盖性、部署灵活性等诸多独特优势，在全球通信系统中一直是地面网络的有效补充[1]。
基于OPNET的无线网络仿真综合实验设计
基于OPNET的无线网络仿真综合实验设计李默;赵亮【摘要】The wireless communication experimental instruments have many shortages such as scarce, expensive and large in size, which couldn't satisfy the need of teaching.In order to solve this problem, the method that brings OPNET simulation software to the experimental teaching is proposed.Three kinds of experiments are designed, including the wireless transceiver configuration experiment, the wireless pipeline stage programming experiment and the antenna modeling experiment.Through these experiments, the general method of OPNET simulation could be studied by the students.The practice indicates that OPNET wireless network simulation experiments can make up the drawbacks of experiment hardware environment effectively, and the teaching effect is improved.%针对无线通信实验教学受设备数量、成本、场地等因素限制,难以满足实验教学的需要的问题,提出利用大型网络仿真软件OPNET开展无线通信类课程实验的教学思路,设计了无线收发信机设置、无线管道阶段编程以及天线建模3个大项实验,使学生掌握OPNET无线网络仿真建模的一般方法.实践结果表明,基于OPNET的无线网络仿真实验不但有效弥补了实验条件的不足,也取得了较好的教学效果.【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2017(034)003【总页数】4页(P120-123)【关键词】无线网络仿真;定向天线;OPNET;管道阶段【作者】李默;赵亮【作者单位】公安海警学院电子技术系, 浙江宁波 315801;海军东海舰队信息化处,浙江宁波 316000【正文语种】中文【中图分类】TP393近年来,无线通信技术迅猛发展,新体制、新标准不断出现和完善,无线通信已经成为人们生活中不可或缺的一部分,并影响着人们的生活方式。
基于OPNET的低轨卫星星座通信系统仿真研究
基于OPNET的低轨卫星星座通信系统仿真研究胡宸华;黄圣春;王玲;孟祥龙【摘要】基于OPNET搭建了一个低轨道卫星星座移动通信系统仿真平台,介绍了网络拓扑、节点模型、进程模型和无线链路模型的相关设计过程,并结合STK软件生成的极地圆轨道模型,对自主设计的一套低轨星座移动通信协议进行了验证.仿真结果表明,该平台能够正确模拟LEO星座通信系统中寻呼、建链等通信过程,以及长时延、频繁切换等卫星通信的特性,为低轨星座移动通信协议研究提供了有力支撑,可为卫星通信仿真工作提供借鉴和指导.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)010【总页数】7页(P2382-2388)【关键词】低轨卫星网络;通信协议;OPNET建模;无线链路【作者】胡宸华;黄圣春;王玲;孟祥龙【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙420082;国防科技大学电子科学学院,湖南长沙410073;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙420082;海军潜艇学院,山东青岛266199【正文语种】中文【中图分类】TN927+.230 引言低轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星星座移动通信系统在军用和民用上都具有重大意义，是“一带一路”等国家战略中不可或缺的一环。
相比国外低轨卫星移动通信的高速发展，国内的LEO通信系统建设刚刚起步[1]。
通过软件仿真进行验证测试，对LEO星座移动通信系统建设具有重要的指导意义。
OPNET是一款主流的通信仿真软件，拥有丰富的无线网络和有线网络仿真模型，但在卫星仿真上却缺少相关功能模块[2-3]。
当前，基于OPNET的LEO网络仿真大多基于固定的卫星节点，甚至用有线节点来模拟低轨卫星通信，没有根据LEO卫星高速运动的特点来真实反映卫星通信链路和服务卫星的切换过程[4-5]。
本文旨在对OPNET环境下的LEO通信系统搭建过程进行分析，为低轨卫星移动通信协议设计的仿真验证工作提供支撑。
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整， 该模 型能 够仿 真不 同的 星上路 由算法 ， 具有 一定
求 ， 星通 信 网络需 要 具 有 灵活 性 高 和 自适 应性 强 卫
收稿 日期 ：０９０ ． ； 修 回 日期 ：０９０。４ ２０ —１１ ４ ２０ ．２２
Ｌ Ｏ网络 中 的 Ｔ Ｐ协 议 性 能 ， 修 改 工 作 量 巨 大 ， Ｅ Ｃ 但
并且新 的协 议或算 法 的应用 可能导 致模 型 的再次 全
面修 改 。 ． ‘
既带来 一定 困难 ， 又带来 可简化 的条 件 。
为 满 足 日益 增 多 的不 同 用 户 不 同业 务类 型需
王 呜 涛 ，周 诠 ，黄 普 明 ，黎 军
（ 国空 间 技 术 研 究 院 西安 分 院 ，国 家 级 重点 实 验 室 ，西 安 ７００ ） 中 １０ ０
摘
要 ： 由于 Ｏ Ｎ Ｔ没 有 提 供标 准卫 星模 块 和 星 上 路 由器 模 块 ， 给 卫 星 网 络 仿 真 带 来 一 定 难 度 。 针 对 Ｌ Ｏ ＰＥ 这 Ｅ
由于具 有覆 盖 区域 广 、 实现 广播 和 长距 离 传 易
输 的特 点 ， 星通 信 成 为军 用 和 民用 通 信 的重 要 手 卫
段 之一 。随着通 信技术 的发 展和 星上处理 能力 的提
高， 通信卫 星组 网成 为 新 一代 卫 星 通信 系 统 研究 的
热点。
与地面 网络 相 比 ， Ｅ Ｌ Ｏ卫 星 网络具 有 拓 扑 结 构
０ 引 言
尝试 。
但是 ， Ｐ Ｅ Ｏ Ｎ Ｔ工具 没 有 提 供 卫 星标 准 模 块 ， 而 且 由于卫 星 网络 的动 态变 化使得 其提供 的标 准路 由 器模块 和节 点模 块 已不 适 用 于 卫 星 网络 ， 卫 星通 给 信 网络建模 和性 能分 析 带来 一定 的 困难 。文 献 ［ ］ ５ 通 过离散 化有线 链路 的通 断 ， 近似 模 拟 Ｌ Ｏ网络 来 Ｅ 中的切换 和拓扑 结 构 变化 ， 要 在 仿 真 之前 进行 大 需 量 的复杂 运 算 ， 具 有 通 用 性 。文 献 ［ ］ Ｏ Ｎ Ｔ 不 ６ 对 ＰＥ
１ Ｏ Ｎ Ｔ 网络 仿 真 软 件 ＰＥ
计 算机仿 真是 一种 简单有效 的方 法 。在 当前 众多 网
络仿 真软 件 中 ， Ｐ Ｅ Ｏ Ｎ Ｔ是 一款 性 能 非 常好 的 网 络仿
Ｏ Ｎ Ｔ作 为一种 主 流 网络 仿 真 软件 ， ＰＥ 为开 发人
员提供 建模 、 真 以及 分析 的集 成环 境 其 应 用广 仿 泛， 不仅 可用来 研究 网络技 术 问题 ， 可 以模 拟系统 还
的网络 性 能 和行 为 。Ｏ Ｎ Ｔ支 持标 准 Ｌ Ｎ和 Ｍ Ｎ ＰＥ Ａ Ａ
真 和建模 工具 ， 其仿 真 功 能 强 大且 具有 无线 仿 真
机制， 适合 于卫 星通信 网络及 路 由算 法 的仿 真 。
目前 ， 在卫星 通信 中采用 Ｏ Ｎ Ｔ建模 仿 真 已经 ＰＥ 有 了比较 广 泛 的应 用 ， 比如 ： 上 Ｉ 换 和多 级 星 Ｐ交 调度 等 方面 。在 卫 星通 信 网 络方 面 ， 开 始 进 行 也
完 成 具 体 算 法 的 实 现 。 为 了 检验 模 型 的性 能 ， 真 分 析 了几 种典 型 的 星 上 路 由算 法 。 结 果 表 明 ， 出 的 仿 真 模 型 仿 提
是 正 确 可 行 的 ， 具 有 一 定 的通 用 性 ， 卫 星 通 信 网 络 性 能 的仿 真 和分 析 提 供 了一 种 简 单 有 效 的 途 径 。 且 为
第 ３ 卷第 ２期 ｌ
２１ ０ ０年 ２月
宇 航 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｔ ｎ ｕｉｓ ｏ ｒ ａ ｆ ｒ ａ ｔ Ａｓ ｏ ｅ
Ｖｏ ． １ ３ｌ
Ｎｏ ２
．
Ｆ ｂｕａｙ ２ ０ ｅ ｒ ｒ ０１
Ｌ Ｏ卫星 网络路 由算 法 的 Ｏ Ｎ Ｔ建模 与 仿 真 Ｅ ＰＥ
动态 变化 、 通信链 路 频 繁切 换 、 输 时延 长 、 星 节 传 卫
点数 目相对较 少 、 座 网络 具有 规 则 性 和均 衡 性 等 星 特点 。 同时 由于 卫 星轨 道 固定 ， 网络 拓 扑 变 化 又
具有周 期性 和预知 性 。这些 为星上路 由技 术的研 究
提供 的标准 模块 进 行 了细 致 修 改 ， 分析 ４颗卫 星 来
卫 星 网络 路 由 算法 ， 出 了 一 种 Ｏ Ｎ Ｔ路 由 仿 真模 型 。该 仿 真 模 型 主 要 由卫 星 网 络 域 、 星 节 点 域 和 路 由 进 程 域 提 ＰＥ 卫
组 成 。 卫 星 网络 域 实 现 网络 拓 扑 结 构 的 动 态 变化 ， 点 域 利 用 无 线 仿 真 机 制 进 行 数 据 的 发 送 和 接 收 ， 由 进 程 域 节 路
关 键 词 ：Ｌ Ｏ卫 星 网 络 ；路 由算 法 ；Ｏ Ｎ Ｔ模 型 Ｅ ＰＥ
中图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ ９ Ｔ ９ ７ Ｐ ９ ． ： Ｎ ２ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１ ０ —３ ８ ２ １ ）２０ ４ —８ ０ ０１ ２ （０ ０ ０ —４ ００
ＤＯＩ １ ３ ７ ／ ．ｓ ｎ． ０ ０ １ ２ ２ ０． ２． ２ ： ０． ８ ３ ｊｉｓ １ ０ — ３ ８．０１ ０ ０２
的路 由算 法 。卫星 网络拓 扑结构 和链 路状态 始终处
于变化之 中 ， 何来 衡 量 星 上 路 由算 法 的 性 能 呢？ 如 显然 ， 立 Ｌ Ｏ卫 星网络 投资 巨大 、 建 Ｅ 成本 高 ， 采用 而
的通用 性 ， 为今 后 星 上路 由技 术 的研 究 提 供 了一 个
方便快 捷 的技 术途 径 。