一種基于ns-3的大型綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)，特別是一種基于NS-3的大型綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用種類不斷增加，各種新的協(xié)議、新的算法層出不窮。如何測(cè)試現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，驗(yàn)證和分析新的協(xié)議和算法，是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研宄者必須面臨的問題。如今，網(wǎng)絡(luò)正朝著綜合性、復(fù)雜性發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，網(wǎng)絡(luò)流量多樣，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備款式不一，只采用純數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)的方式，難以正確分析如此復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，如果搭建真實(shí)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的昂貴價(jià)格以及長(zhǎng)時(shí)間的環(huán)境搭建都使得研宄嚴(yán)重受限。
[0003]網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，將仿真思想與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，通過模擬網(wǎng)絡(luò)行為，從而獲取網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，得到網(wǎng)絡(luò)分析所需。通信網(wǎng)絡(luò)仿真軟件是由建模工具、仿真運(yùn)行工具、輸出結(jié)果分析工具等組成的復(fù)雜軟件系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)仿真軟件提供的大量豐富的工具包，建立仿真環(huán)境，直觀的觀察網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運(yùn)行與網(wǎng)絡(luò)性能的變化，調(diào)整、修改網(wǎng)絡(luò)模型，反復(fù)檢驗(yàn)設(shè)想的可行性。
[0004]在網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)這一課題中，研宄人員己經(jīng)研制出了多款具備廣泛用途的模擬仿真軟件和平臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)仿真的結(jié)果在一定程度能夠真實(shí)再現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的物理和邏輯特征。但是，仿真工作的側(cè)重點(diǎn)與相應(yīng)的項(xiàng)目需求緊密相關(guān)，面對(duì)較少見的網(wǎng)絡(luò)仿真研宄課題，難以靈活的使用已有的仿真平臺(tái)，無法有效分析出當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的缺陷和性能狀況，也不便于對(duì)實(shí)際裝備進(jìn)行準(zhǔn)確的整改。此外，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、設(shè)計(jì)圖像化界面和結(jié)果分析工具的開發(fā)上，需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)，計(jì)算機(jī)的硬件平臺(tái)配置也成為了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)仿真的瓶頸項(xiàng)。因此，對(duì)于針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真課題研宄，我們就需要開發(fā)一個(gè)針對(duì)性強(qiáng)，兼容性好，運(yùn)行效率高的仿真平臺(tái)，那么選擇一個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)模擬器，利用合理的架構(gòu)設(shè)計(jì)一個(gè)信道、節(jié)點(diǎn)模擬、協(xié)議等各方面與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)相同，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、具備真實(shí)業(yè)務(wù)承載能力、能通過人機(jī)交互界面友好的對(duì)仿真情況進(jìn)行查詢和控制的仿真平臺(tái)，是仿真平臺(tái)系統(tǒng)研宄的重中之重。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中有以下網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng):
[0006]1.基于MobilityFramework的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)架構(gòu)
[0007]基于MobilityFramework的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)是一個(gè)能夠?qū)γ總€(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)行為定義、對(duì)節(jié)點(diǎn)各層協(xié)議算法仿真，同時(shí)融合功能模型，以及模塊簡(jiǎn)單重構(gòu)復(fù)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)。圖4為基于MobilityFramework的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)體系架構(gòu)。
[0008]MobilityFramework(MF)網(wǎng)絡(luò)模擬器能夠?qū)o線和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)仿真提供良好支持。本架構(gòu)基于MF共劃分為拓?fù)淇刂颇K、數(shù)據(jù)生成模塊、仿真控制模塊、結(jié)果輸出模塊、傳感器節(jié)點(diǎn)模塊和系統(tǒng)界面六個(gè)部分。
[0009]拓?fù)淇刂颇K:由用戶指定或隨機(jī)方式確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的空間地理位置，確定sink節(jié)點(diǎn)以及根據(jù)選定的路由方法確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表；
[0010]數(shù)據(jù)生成模塊:根據(jù)仿真的需要，向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送實(shí)驗(yàn)用測(cè)試數(shù)據(jù)集，這些數(shù)據(jù)可以是隨機(jī)生成的偽數(shù)據(jù)報(bào)，也可以是預(yù)置的真實(shí)數(shù)據(jù)；
[0011]仿真控制模塊:通過配置文件設(shè)定仿真實(shí)例中節(jié)點(diǎn)通信距離、比特率等系統(tǒng)參數(shù)，控制離散事件的仿真進(jìn)度，根據(jù)需要采用不同的進(jìn)度模式；
[0012]結(jié)果輸出模塊:顯示傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，及系統(tǒng)仿真分步信息，將仿真數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0013]傳感器節(jié)點(diǎn)模塊:根據(jù)仿真的需要，可以設(shè)置不同的節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)模塊采用層結(jié)構(gòu)設(shè)置，當(dāng)需要轉(zhuǎn)化節(jié)點(diǎn)為不同節(jié)點(diǎn)時(shí)，只需要修改節(jié)點(diǎn)模塊相應(yīng)層內(nèi)容重新建模即可，可極大利用現(xiàn)有模塊代碼，加快研宄進(jìn)程。
[0014]系統(tǒng)界面:包含拓?fù)滹@示、仿真控制和性能演示三大窗口，實(shí)時(shí)體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真中能耗、延時(shí)、丟包率等重要參數(shù)。
[0015]該系統(tǒng)架構(gòu)基于MF網(wǎng)絡(luò)模擬器開發(fā)，整體架構(gòu)切實(shí)可行。但該體系架構(gòu)只能適用于特定的無線網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)仿真系統(tǒng)的模塊多樣化有待進(jìn)一步加強(qiáng)。
[0016]2.鐵路行車調(diào)度指揮仿真系統(tǒng)架構(gòu)
[0017]鐵路調(diào)度指揮仿真系統(tǒng)是一個(gè)分布式協(xié)同工作的遞階分散自律控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。該系統(tǒng)架構(gòu)由決策層、管理層、執(zhí)行層和設(shè)備層組成。
[0018]決策層的功能主要是完成列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃、調(diào)車作業(yè)計(jì)劃和各種情況下應(yīng)急預(yù)案的規(guī)劃等功能，屬于不確定因素較多的人工智能決策問題。
[0019]管理層的功能主要是采用分散自律智能控制技術(shù)，協(xié)調(diào)處理功能軟件，完成執(zhí)行層與決策層之間、執(zhí)行層與執(zhí)行層之間及決策層與決策層之間的信息交換，將決策層的方案按一定的規(guī)則和算法翻譯為執(zhí)行層能夠識(shí)別和執(zhí)行的確定性控制命令，并自動(dòng)判定命令執(zhí)行時(shí)機(jī)，當(dāng)滿足要求時(shí)，及時(shí)下達(dá)執(zhí)行命令到執(zhí)行層。管理層的主要功能包括通信服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、列調(diào)車進(jìn)路命令的生成和觸發(fā)執(zhí)行等。
[0020]執(zhí)行層的功能主要是依據(jù)確定性的輸入、按照規(guī)定的算法完成規(guī)定的動(dòng)作。執(zhí)行層主要有區(qū)間閉塞系統(tǒng)、車站聯(lián)鎖系統(tǒng)和列車運(yùn)行控制系統(tǒng)，是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采用設(shè)備主要功能模塊的真實(shí)仿真。
[0021]設(shè)備層主要指執(zhí)行層控制的最后動(dòng)作的設(shè)備，包括信號(hào)機(jī)、閉塞設(shè)備、道岔、軌道電路、列車等。
[0022]該架構(gòu)能夠滿足鐵道部的相關(guān)技術(shù)條件，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)鐵路運(yùn)輸指揮的要求。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)的研發(fā)、開通投入運(yùn)營(yíng)、日后的維護(hù)和系統(tǒng)升級(jí)具有重要作用。它能夠極大地縮短開通前的調(diào)試時(shí)間，方便故障分析和各種條件下調(diào)度指揮方式的模擬，特別適合特定條件下應(yīng)急預(yù)案的演練等方面。但同樣的，該體系架構(gòu)只能適用于特定的交通調(diào)度系統(tǒng)。
[0023]現(xiàn)有的仿真系統(tǒng)架構(gòu)由于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、設(shè)備等的不同，難以靈活的、兼容的適應(yīng)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)的仿真需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]本發(fā)明的目的在于，提供一種基于NS-3的大型綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)。具有具備真實(shí)業(yè)務(wù)承載能力、對(duì)仿真情況通過人機(jī)交互界面友好查詢和控制，高效率的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)，高保真的反映真實(shí)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于NS-3的大型綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)，其特征在于:包括三個(gè)子系統(tǒng):可視化系統(tǒng)、模擬仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行分析系統(tǒng)；
[0026]可視化系統(tǒng)通過可視化接口完成對(duì)模擬仿真系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行分析系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)配置，并實(shí)現(xiàn)可視化顯示；
[0027]模擬仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況模擬，模擬仿真結(jié)果作為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行分析系統(tǒng)的輸入；
[0028]網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行分析系統(tǒng)對(duì)來自于模擬仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或真實(shí)網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)果顯示于可視化系統(tǒng)。
[0029]前述的基于NS-3的大型綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)，所述可視化系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢暬K、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)可視化模塊、路由可視化模塊和故障定位可視化模塊。
[0030]前述的基于NS-3的大型綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)，所述的模擬仿真系統(tǒng)包括網(wǎng)絡(luò)編輯模塊、事件調(diào)度模塊、真實(shí)流量導(dǎo)入模塊、業(yè)務(wù)流觸發(fā)模塊、協(xié)議棧模塊、網(wǎng)絡(luò)故障重現(xiàn)模塊、端到端時(shí)延分析模塊和并行仿真模塊。
[0031]前述的基于NS-3的大型綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模擬仿真系統(tǒng)，所述的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行分析系