Exata仿真开发设计参考文档.docx

3. EXata 智能仿真系统介绍3.1 EXata 仿真系统概述及特点EXata 是一套用来仿真大型有线网络和无线网络的完整平台。通过它先进的模拟和仿真技术，可以预测复杂的网络行为和性能表现，从而提高网络在设计、运营和管理方面的效率。EXata可帮助用户解决一下几个方面的问题：1）开发新技术：- 设计和开发新的网络技术：利用 EXata 协议栈的OSI 型架构，来设计新的通信协议。- 设计和开发与真实网络规模相当的无线网络：EXata 可以在双核或四核的计算机系统中评估具有成百上千个设备的大型无线网络。- 进行what-if假设分析：分析网络的性能并予以优化。用户可以先设计网络，然后执行批量测试来验证网络在不同参数下的性能（例如不同的路由协议、不同的时段、和不同的发送功率等。2）将 EXata 仿真网络与现有的真实网络、网络业务和网络设备相连接：- 查看真实的业务在 EXata 仿真网络上的执行情况：EXata 仿真平台上可以运行真实的网络业务，例如VoIP, 互联网浏览器，和流媒体视频，和在真实网络中没有任何区别。- 在网络真正部署之前，利用仿真网络先进行充分的模拟练习：EXata 的出现，使得对尚处于设计中的新一代战术通信网络和通信设备进行精良的训练成为了可能。3）利用业内通用的工具来分析和管理EXata 仿真网络：- 窥探数据包：EXata 带有一个sniffer 接口，可以允许第三方工具，如Wireshark 和微软的Network Monitor 来窥探/捕获来自EXata 仿真网络任何一个设备的数据包，并对其进行分析。这可让用户调试和排查网络问题。- 管理仿真网络：EXata 带有一个SNMP 代理，可以允许用户使用标准的SNMP 管理工具来查看、监控和控制EXata 仿真网络，就像管理真实网络一样。EXata 仿真系统的突出优势有：1）速度实时仿真EXata 支持实时仿真,可将不同的软件、硬件、网络行为引入系统作半实物仿真。而在开发者或网络设计者进行what-if 假设分析时，则可以采用比实时更快的速度来做一系列模拟测试，在短时间内完成对各种模型、网络和流量参数的评测和分析。2）伸缩性可模拟复杂的大型网络以业界最先进的硬件和并行计算技术为后盾，EXata 可模拟上千个节点的复杂大型网络。EXata可以运行在集群式计算系统（cluster）、多内核计算系统、或多处理器计算系统上，对大型网络进行精确的仿真模拟。3） 精确性丰富的高精度协议模型EXata 拥有丰富的、经过精心设计的、符合标准的协议模型库，包括许多先进的无线网络环境所需用到的模型，使用户可以更加精确的模拟真实的无线网络。EXata 的所有模型库均为C+源代码，方便程序员阅读、修改和做进一步开发。4）便捷性支持多种操作系统，可移植性好EXata 及其模型库可以安装在在多种平台上，其中包括Linux, Solaris, Windows XP, 和MAC OS等操作系统，以及分布式和集群式并行架构的计算系统，支持32 位和64 位计算平台。用户可以在其台式机或笔记本电脑的WindowsXP 下进行协议开发或网络设计，然后再转到更加强大的多核Linux 服务器上作更加复杂的评估分析，如网络容量分析、性能分析以及扩展性分析等，移植起来非常方便。5）扩展性能与多种第三方专业仿真软件进行联合仿真EXata 可连接到其它硬件和软件应用程序，例如OTB，真实网络，和第三方图形软件，来增强其网络模型的功能和价值。3.2 EXata 仿真系统的结构EXata 主要由五部分组成:1. 主软件 EXata；2. 模拟内核与仿真内核；3. 连接管理器；4. 外部工具接口5. 协议模型库（包括EXata 标准模型库、EXata 传感器网络模型库、EXata 无线网络模型库、EXata GSM 网络模型库、EXata 网络安全模型库等）3.3 主软件 EXata 的功能模块及界面EXata 的图形用户界面（GUI）包括场景架构器（Architect），分析器（Analyzer），和文件编辑器（File Editor）三部分。3.3.1 EXata 场景构架器(Architect)EXata 提供直观的“拖放式”GUI 界面来构建网络拓扑，其高级编辑器可以对网络设备和网络本身做精细的设计。用户使用Device Model Editor（设备模型编辑器)可以自己定制一个通信设备，也可以使用已设计好的设备，例如路由器，交换机，hubs,ATM,无线路由器，基站，和移动用户等。用户还可以在 2 维和3 维的模式下运行对网络的模拟和仿真。显示控制(Visualization Controls)让您可以随时监察仿真的进度，以及控制每层、每事件的动画演示效果。3.3.2 EXata 分析器(Analyzer)EXata 分析器 (Analyzer)具有强大的分析和调试功能，使您可以追根究底地去发掘网络问题的起因。您可以监控重要参数的值，或者查看关键性能指标的动态图表，如接收信号强度指示RSSI 或者上行/下行链路带宽。EXata 还允许用户定制自己的KPI 参数（关键性能指标），非常灵活方便。3.3.3 EXata 文件编辑器(File Editor)EXata 文件编辑器(File Editor)是一个简单的文本编辑器，用于编辑基于文本的场景文件和节点移动轨迹文件。3.4 EXata 的模拟内核与仿真内核3.4.1 EXata 的模拟内核EXata 模拟内核的核心是并行离散事件调度机制。它确保了EXata 能够在多种平台下（从笔记本电脑、台式机，到高性能的计算系统）精确模拟上千个节点的网络，实现非常出色的可伸缩性和便捷性。用户只需要通过EXata 的API 接口来开发自己的协议模型就可以了。3.4.2 EXata 的仿真内核EXata 仿真内核的关键是高精度的实时接口，用来将外部真实的应用软件和硬件与仿真网络连接起来，其核心是实时事件调度机制即，以现实所需的时间为基准，协调和处理来自EXata 内部和外部的事件。它还可以为真实网络中的各种业务应用、硬件设备提供“透明”的接口，使它们能够像接入真实存在的物理网络一样，连接到EXata 提供的虚拟网络上。用户只需要通过EXata 提供的连接管理器（Connection Manager），或SNMP, Packet Sniffing 等的接口，就可以将真实的应用和硬件设备连接到虚拟网络中来。EXata 平台默认打开仿真模式，用户可以根据自身的需要，关闭仿真模式切换到模拟模式。在模拟模式下，EXata 就会以尽可能快的速度运行（而非实时的速度）。模拟模式通常用于创建和验证网络场景，进行网络性能分析或其他后期潜在的应用。在模拟模式下，所有仿真用的模块（例如连接管理器，SNMP 和Packet Sniffing 接口，硬件/软件接入等）都将被屏蔽。3.5 EXata 连接管理器真实网络中的各种业务应用，通过 EXata 连接管理器 (Connection Manager)，在EXata 创建的虚拟网络中运行和传输。最重要的是，连接管理器 (Connection Manager)使EXata 虚拟网络平台用起来更加简单方便。真实网络中的各种业务应用，不需要经过任何改动或定制，就可以直接在EXata 虚拟网络平台上运行。连接管理器 (Connection Manager)支持大量的网络应用，例如： 网络浏览器 战术通信 态势感知信息 传感器数据 即时消息，如QQ、MSN VoIP 视频流 多用户游戏，如CS3.6 外部工具接口EXata 通过Packet Sniffer 接口模块，利用标准的 Packet Sniffer/analysis 工具来分析网络上的信息流。这类工具有Wireshark或Microsoft Network Monitor。此外，EXata 还可以用标准的SNMP 网络管理器来管理其仿真出来的网络，如HP OpenView、IBM Tivoli 或SolarWinds Orion。3.7 协议模型库 （EXata Libraries）介绍EXata 的协议模型库极大增强了EXata 的仿真效率和性能。从对专用网络的支持（如WiFi、传感器网络、蜂窝网络、MANET、WiMAX 和卫星网络），到进行半实物网络模拟，再到强大的3D 可视化效果，EXata 丰富的协议模型库大大提高了EXata 的性能表现。3.7.1 EXata 标准模型库(Developer Library)EXata 标准模型库可用于多种常用网络的建模，例如广域网（WAN），局域网（LAN），ATM 网络、IPv6 网络，并提供STK/Connect 接口，可以对现有网络架构中任何一个主程序、协议标准、设备标准进行精确建模。EXata 标准模型库包含的协议模型有：1、业务模型： CBR, FTP, HTTP, LOOKUP, MCBR, Ping, Super Application, SNMP,tcplib, Telnet, Traceroute, Traffic-Gen, Traffic-Trace, VBR2、传输模型： Abstract TCP, TCP, TCP Dump, TCP Variants, UDP3、队列调度模型： CBO, FIFO, RED, RIO, Round Robin, SCFQ, Strict Priority, WFQ, WRED,WRR4、网络模型： ARP, ATM, Dual-IP Stack, HDP, ICMP, ICMPv6, IPsec, IPv4, IPv65、路由模型： Bellman-Ford, RIP (v1, v2, ng), Static Routing6、组播模型： IGMP, Static Multicast7、MAC 模型： 302.3/Wired Bus (Gigabit Ethernet), Abstract Satellite, ATM, Faults, LLC, Wired Point-to-Point, Link, Wireless Point-to-Point Link3.7.2 EXata 传感器网络模型库(Sensor Networks Library)EXata 传感器网络模型库支持IEEE 802.15.4 标准，即Zigbee。Zigbee 网络是无线个人区域网络(WPANs)，具有低速率、长电池寿命以及安全保密的组网特性。Zigbee 网络支持自动和远程控制。EXata 支持Zigbee 协议栈的PHY 和MAC 层。EXata 传感器网络模型库的特性有： 若设备为协调器，则生成网络信标。 信标同步。 PAN 关联和解除关联。 CSMA/CA。 当前信道的能量监测(ED)。 电池模型和RF 能耗模型。 接收帧的链路质量指示(LQI)。 调制机制。 带有DSSS 的O-QPSK 2.4 GHZ, 868/915 MHz。 带有DSSS 的BPSK 868/915 MHz。 带有BPSK 和ASK 的PSSS 868/915 MHz。EXata 传感器网络模型库包含的协议模型有：MAC 模型： 802.15.4 (Zigbee)物理模型： 802.15.4 (Zigbee) IT CC2420SNT 的网络模拟和仿真技术，可大大加快对移动自组网 (ad-hoc mobile networks) 的网络设备的设计和开发，指出操作中可能导致通信中断的风险所在，提高设备的性能。如今，设备开发人员普遍都采用联合仿真的技术，例如，物理网络系统的计算机模型（像飞行员用的“飞行模拟器”），或物理“实验台” 将完整的真实网络“微缩”成实验室里的网络，仅由新开发出来的、还在测评阶段的设备原型构成。EXata 仿真平台在仿真速度和精度方面有其独特的创新技术，与同类模拟/仿真系统相比，具有非常明显的优势。其底层程序代码（即所谓的内核）基于专利的高效算法技术，大大提高了在任何计算机平台上的仿真速度和仿真精度。EXata 系列产品是业界唯一一款采用了并行处理技术的仿真系统，它可以将无线通信网络协议“栈”中的每一层都