【導(dǎo)讀】展，利用一種新的QoS路由算法建立網(wǎng)絡(luò)模型提高網(wǎng)絡(luò)的生存期。傳感器網(wǎng)絡(luò)流量模型的方法。利用OPNET平臺(tái)對(duì)仿真模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證模型的有效性。總結(jié)前面的工作，展望以后需要進(jìn)一步展開(kāi)的工作。整理論文，完成論文答辯。王文博，張金文.OPNETModeler與網(wǎng)絡(luò)仿真，人民郵電出版社，孫屹，孟晨.OPNET通信仿真開(kāi)發(fā)手冊(cè)，國(guó)防工業(yè)出版社，大量的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織的方式構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)集成了傳感器件、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有硬件。數(shù)量眾多切分布密集等特點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)憑借其潛在的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)。段來(lái)反映和預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的性能，OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。下，可以很好地支持不同業(yè)務(wù)的資源需求分配，達(dá)到全網(wǎng)能耗均衡。通過(guò)仿真，我們可以有效地提

　　

【正文】 業(yè)務(wù)，出來(lái)的結(jié)果也就不精確的。在 OPNET 的仿真建模中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的建模主要分為背景路由流量 (Background Routed Traffic)建模、背景利用率流量 (Background Utilization Traffic)建模和前景業(yè)務(wù)流量 (Application Traffic)建模三種方式 。選擇哪種流量建模方式用于建立流量模型取決于仿真研究的目的。前景業(yè)務(wù)流量精確度高，但效率低，配置時(shí)間長(zhǎng)。背景路由流量缺乏對(duì)特定業(yè)務(wù)的針對(duì)性。背景利用率流量可用來(lái)考察一些難以顯性定義也不需要顯性定義的流量。通常情況下，是綜合運(yùn)用幾種流量建模方式，從而在精確性和效率之間取得平衡。表 31 是常用的仿真研究問(wèn)題和一般需要選擇的流量建模方式。在本章接下來(lái)的三節(jié)中將依次地詳細(xì)介紹這三種流量建模方式。 流量方式 仿真目的 前景業(yè)務(wù)流量 背景路由流量 背景利用率流量 網(wǎng)絡(luò)吞吐量和帶寬 一般需要 需要 網(wǎng)絡(luò)的瓶 頸 需要 需要 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的性能 需要 一般需要 節(jié)點(diǎn)鏈路的失效分析 需要 話音、視頻業(yè)務(wù)分析 需要 需要 一般需要 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分析 需要 一般需要 需要 表 31河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 OPNET 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) QoS 路由及流量建模研究與仿真 17 背景路由流量 是 定義在一個(gè)源節(jié)點(diǎn)到一個(gè)或多個(gè)目的節(jié)點(diǎn)之間的流量 ，它 有兩種定義方法 ，一種是 從 網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)如 HP Openview 的 Netmetrix 讀入 ，另一種是 手工建立 。通過(guò)網(wǎng)管系統(tǒng)的工具讀入流量時(shí)可以設(shè)置讀入流量數(shù)據(jù)的起始、終止時(shí)間等參數(shù)。圖 31 就是利用 Netmetrix 讀入的網(wǎng)絡(luò)中的某一流量的情況。 圖 31 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)工具讀入流量 由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大 ， HP Openiew 的 RMON 流量探頭比較昂貴等客觀因素 ，往往不能同時(shí)讀入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的 背景路由流量 ，并且這種流量輸入的方法也不靈活，為此， OPNET 提供了手工建立 背景路由流量 的方法 ,即可通過(guò)設(shè)置不同時(shí)間段流量的不同參數(shù)來(lái)定義流量 ，如圖 32 所示。 圖 32 手工建立流量矩陣 河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 OPNET 流量建模機(jī)制 18 與圖 31 相比，圖 32 中多出了兩行，其中第一行編輯欄是流量存在的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間既可以是整個(gè)仿真的時(shí)間，也可以是仿真時(shí)間的一部分，第二行是數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)比特的編輯欄，在這里可以指定某個(gè)時(shí) 刻或者整個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)包的數(shù)量和數(shù)據(jù)比特的數(shù)目。如果指定整個(gè)數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)包和比特?cái)?shù)目為恒定的話，只要簡(jiǎn)單地在第二行輸入數(shù)字即可；如果需要指定某個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)比特的數(shù)目則需要用鼠標(biāo)先單擊上面圖形的某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)顯示的時(shí)間段在所要設(shè)定的時(shí)間段以后，就可以在第二行里編輯數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)比特的數(shù)目了。在圖 32 中，指定 15m30s 到 16m0s 時(shí)段的數(shù)據(jù)包為 220pkt/s，數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)目為 30000bps，修改后單擊 Apply 應(yīng)用修改。仔細(xì)比較可以發(fā)現(xiàn)在 15m30s 到 16m0s 時(shí)段圖 32 與圖 31 存在明顯的區(qū)別。 背景利用率流量是 定義在鏈路上 或者節(jié)點(diǎn)上 的流量 ， 通常用百分比 對(duì)應(yīng)時(shí)間的形式來(lái)表現(xiàn) ， 表示網(wǎng)絡(luò)中的流量占整條鏈路可承受的最大負(fù)載的比例 或消耗網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理能力的比例。這種流量定義方法可以指定網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，如設(shè)備CPU 的背景利用率，鏈路所占用帶寬等。背景利用率流量?？捎脕?lái)代表基本的背景流量和不太重要的流量，在仿真過(guò)程中，不必有真正的包傳送，但它會(huì)對(duì)前景業(yè)務(wù)流量產(chǎn)生影響，使前景業(yè)務(wù)流量中包的傳送產(chǎn)生延遲。 這種流量定義方法的優(yōu)點(diǎn)是縮短了配置仿真網(wǎng)絡(luò)流量的時(shí)間 ,使仿真運(yùn)行速度加快 。 業(yè)務(wù)流量建模 前景業(yè)務(wù)流量是 定義在 Workstation 和 Server 節(jié)點(diǎn) 之間或定義在 Station 和Station 之間的 流量 。 通 過(guò)節(jié)點(diǎn)的 屬性 (attribute) 和 應(yīng)用定義 (Application Configuration)來(lái)定義 ， Application 包括 Email， Http， Ftp， Print， Database Access，Tel 和 Video Conference 等業(yè)務(wù) ,每種業(yè)務(wù)均可由用戶定義相關(guān)參數(shù) ， 如對(duì)于Http 業(yè)務(wù) ， 可指定其業(yè)務(wù)流量 ， 所用服務(wù)器 、 服務(wù)類型等等 。 前景業(yè)務(wù)流量是網(wǎng)絡(luò)流量仿 真建模中最重要的組成部分，因?yàn)樗绊懝?jié)點(diǎn)模型的 CPU 處理速率模型、隊(duì)列模型和路由模型等，由此會(huì)影響各種業(yè)務(wù)的響應(yīng)時(shí)間和處理時(shí)間，同時(shí)對(duì)鏈路的吞吐量和利用率也會(huì)產(chǎn)生影響，對(duì)它的建模常常出于下面幾種情況。 (1)業(yè)務(wù)性能分析。針對(duì)某一特定的業(yè)務(wù)，測(cè)試分析其性能，或者在服務(wù)商提供新業(yè)務(wù)時(shí)，測(cè)試新業(yè)務(wù)的性能及網(wǎng)絡(luò)整體性能的影響。 (2)網(wǎng)絡(luò)性能分析。在指定網(wǎng)絡(luò)模型輸入一定的背景流量的情況下，再加上河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 OPNET 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) QoS 路由及流量建模研究與仿真 19 適當(dāng)?shù)那熬傲髁窟M(jìn)行仿真，來(lái)測(cè)試一些在背景流量下無(wú)法得到的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，如 TCP 連接建立時(shí)間等。 (3)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)。 在規(guī)劃和設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)模型，在沒(méi)有任何背景流量的情況下，加載一定的前景流量，以獲取這種條件下的網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)，如鏈路的利用率、端到端的響應(yīng)時(shí)間和 TCP 的連接建立時(shí)間等，從而可以為多個(gè)方案進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較時(shí)提供定量依據(jù)。 建立一個(gè)完整的前景流量模型必須先對(duì)各業(yè)務(wù)分別建模，然后進(jìn)行組合再進(jìn)行分析驗(yàn)證，再修改，再驗(yàn)證，如此多次直到符合要求為止。 假設(shè)在太平洋東海岸線上有一家大的公司，公司總部設(shè)立在華盛頓，此外在亞特蘭大、費(fèi)城、紐約和波士頓四地設(shè)有四個(gè)辦事處，各個(gè)辦事處的網(wǎng)絡(luò)均與華盛頓的中心網(wǎng)絡(luò)相連。各 辦事處之間是通過(guò)電話線路連接的，所以非常容易受到線路上的不相關(guān)業(yè)務(wù)的影響。我們的任務(wù)就是通過(guò)仿真來(lái)觀察該公司的網(wǎng)絡(luò)在有無(wú)背景流量情況下的 FTP 業(yè)務(wù)響應(yīng)情況。 首先是要?jiǎng)?chuàng)建仿真模型。因?yàn)樵摴疚挥谔窖髺|海岸，所以在新建一個(gè)工程時(shí)我們可以從地圖中選擇 usa 作為建模范圍，為了能在范圍內(nèi)顯示東海岸的那五個(gè)城市，我們點(diǎn)擊 zoom in 來(lái)放大感興趣的區(qū)域就可以清楚地看到以上提到的五個(gè)城市了。為了比較有無(wú)背景流量下網(wǎng)絡(luò)響應(yīng) FTP 業(yè)務(wù)的時(shí)間，我們將首先建立的場(chǎng)景命名為 no_backload。在所要?jiǎng)?chuàng)建的五個(gè)子網(wǎng)中，除了華 盛頓的中心網(wǎng)絡(luò)需要特殊配置以外，其他四地的辦事處的網(wǎng)絡(luò)是等同的。所以我們只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)子網(wǎng)，然后將其復(fù)制到其他三地就可以了。需要特別注意的是華盛頓子網(wǎng)。通過(guò)雙擊華盛頓子網(wǎng)圖標(biāo)進(jìn)入其子網(wǎng)編輯器，為了達(dá)到仿真的目的，我們需要在這個(gè)中心子網(wǎng)中添加一個(gè)交換機(jī)和一個(gè) FTP 服務(wù)器 (用橢圓圈出的部分 )。它的具體模型見(jiàn)下圖 (圖 33)所示。河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 OPNET 流量建模機(jī)制 20 圖 33 然后用 10BaseT 鏈路將各個(gè)子網(wǎng)連接起來(lái)。初步建立起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D34 所示。 圖 34 對(duì) FTP 服務(wù)器進(jìn)行應(yīng)用配置，具體配置如下圖 (圖 35)河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 OPNET 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) QoS 路由及流量建模研究與仿真 21 圖 35 保存場(chǎng)景和工程。接下來(lái)我們將創(chuàng)建一個(gè)含有背景流量的場(chǎng)景。具體方式是點(diǎn)擊 Scenarios菜單下的 Duplicate Scenarios命令，然后將其命名為 back_load來(lái)區(qū)別之前的 no_back_load 場(chǎng)景。隨便選擇各個(gè)子網(wǎng)間的一條鏈路，然后右擊選中所有相似鏈路，并對(duì)它們的屬性做如下修改，如圖 36 所示。 圖 36 這樣我們就成功地將背景流量加入到網(wǎng)絡(luò)中了。接下來(lái)我們要做的就是搜集河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 3 章 OPNET 流量建模機(jī)制 22 統(tǒng)計(jì)量并運(yùn)行仿真，查看結(jié)果。 在工程的空白區(qū)域單擊鼠標(biāo)由鍵，從中選擇 Choose Individual DES Statistics，在彈出的選擇框中選擇 Global Statistics Ftp Download Response Time (sec) statistic， Link Statistics pointtopoint throughput (bits/sec) 和 Link Statistics pointtopoint utilization 。 單擊工具欄里的 圖標(biāo)運(yùn)行仿真。設(shè)置仿真運(yùn)行的參數(shù)，具體的配置見(jiàn)下圖 (圖 37)。 圖 37 當(dāng)聽(tīng)到嘟的一聲時(shí)，仿真 結(jié)束。右擊工程空白區(qū)，選擇 Compare Result 比較沒(méi)有背景流量和存在背景流量情況下網(wǎng)絡(luò)的 FTP 下載時(shí)間，鏈路的利用率和吞吐量的變化。結(jié)果如圖 38， 39， 310 所示。 圖 38 河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 OPNET 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) QoS 路由及流量建模研究與仿真 23 圖 39 圖 310 從圖 38 中我們可以看到，當(dāng)?shù)竭_(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，有背景業(yè)務(wù)流量的情況下，F(xiàn)TP 下載的響應(yīng)時(shí)間明顯增加了近 5 秒。圖 39 和圖 310 顯示有背景流量的情況下，鏈路的利用率和吞吐量要比沒(méi)有背景流量時(shí)高。其他的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)也都可以通過(guò)搜集統(tǒng)計(jì)量和運(yùn)行仿真來(lái)查看，這里就不鰲述了。河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 WSN 流量模型的仿真 24 第 4 章 WSN 流量 模型的仿真 流量模型是對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行驗(yàn)證并獲取各種重要參數(shù)的手段。流量模型的實(shí)現(xiàn)有一定的規(guī)范和要求，且必須能夠反映實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流量狀況。在本仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果預(yù)先給定一組假定數(shù)據(jù)并通過(guò)仿真來(lái)驗(yàn)證、考察該系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，是無(wú)法達(dá)到考察并且評(píng)估整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信能力的目的的，因?yàn)榻o定的數(shù)據(jù)只是一定條件以及一定環(huán)境下的典型數(shù)值，而且數(shù)目十分有限。流量模型的建立使得通過(guò)仿真系統(tǒng)得到的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)能夠較為全面地反映出網(wǎng)絡(luò)的性能。 一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 已經(jīng)使用 HP Open View 的 Netmetrix軟件建立了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜鸵欢ǖ谋尘傲髁课募?，現(xiàn)在我們 想在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加業(yè)務(wù)負(fù)載，比如將流量負(fù)荷增加 50%或增加 75%，那么網(wǎng)絡(luò)的性能將呈現(xiàn)怎樣的變化？下面針對(duì)這個(gè) whatif 的問(wèn)題我們將在 OPNET 環(huán)境中對(duì)其建模仿真。 (1)首先新建一個(gè)工程 。背景流量定義的主要是鏈路上和節(jié)點(diǎn)之間的流量。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)間是沒(méi)有實(shí)際的鏈路連接的，只要兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的距離足夠近 (在適于無(wú)線通信的范圍 )，那么即使背景流量再大也不會(huì)影響節(jié)點(diǎn)間的正常通信；而如果節(jié)點(diǎn)間距離超出了這個(gè)范圍時(shí)，節(jié)點(diǎn)間將無(wú)法進(jìn)行通信 。所以在研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)流量模型時(shí)，我們注重的是對(duì)它的前景業(yè)務(wù)流量進(jìn)行分析與研究，所以在之前我們已經(jīng)假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)通過(guò)使用某種流量控制軟件 Netmetrix加載了一定的背景流量文件，通過(guò)下文介紹我們便知道，這個(gè)背景流量文件就是。 所以，在這里我們可以近似將此處的網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)總線型的 10BaseT Lan。 按照以上分析并結(jié)合 OPNET 建模機(jī)制建立了如圖 41 所示的流量模型。河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 OPNET 的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) QoS 路由及流量建模研究與仿真 25 圖 41 (2)導(dǎo)入系統(tǒng)的流量文件。單擊工程編輯器里的 Traffic，選擇 Import Conversation Pairs 子菜單，然后選擇 From Agilent NetMetrix 導(dǎo)入 OPNET 自帶的流量文件 ，其中需要注意的地方是流量合并類型選擇Maximum 最大模式，即當(dāng) OPNET 遇到對(duì)同一對(duì)節(jié)點(diǎn)的不同的流量說(shuō)明的時(shí)候，OPNET 將選擇比較大的流量值來(lái)指定給這一對(duì)節(jié)點(diǎn)，這也是使用中最廣泛的一種模式。 現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的背景路由流量已經(jīng)導(dǎo)入到網(wǎng)絡(luò)中了，這些流量只代表著一段時(shí)間的業(yè)務(wù)量，它通常是選擇比較典型的時(shí)間來(lái)測(cè)量的，但是有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)的業(yè)務(wù)沖擊，對(duì)于這種情況下網(wǎng)絡(luò)性 能的分析可以采用增加背景流量的百分比來(lái)觀察網(wǎng)絡(luò)的性能。 在配置完上述基準(zhǔn)背景流量后，為了便于分析和觀測(cè)，需要配置一些典型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，這里以常見(jiàn)的 FTP 業(yè)務(wù)為例介紹。在 OPNET 仿真平臺(tái)之上 進(jìn)行流量模型的建模和仿真， 一般 需要經(jīng)過(guò) 應(yīng)用定義 (Application Definitions)和描述定義 (Profile Definitions)兩個(gè)步驟。 下面兩節(jié)中將詳細(xì)配置 Application 和Profile 屬性。河海大學(xué)工學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 4 章 WSN 流量模型的仿真 26 Application Configu