QualNet网络仿真软件及其使用.docx

1、QualNet网络仿真软件及其使用QualNet网络仿真软件及其使用一、实验目的本实验的目的是让学生掌握QualNet网络仿真工具的使用方法，学会如何用Analyzer、Packet Tracer等相关分析工具对QualNet仿真所产生的数据结果进行分析。二、实验设备计算机三、实验准备1、QualNet软件简介QualNet是美国SNT（Scalable Networks Technologies）公司的产品，前身是GloMoSim，根源于美国国防部高级研究计划署(DARPA)的全球移动通信计划，主要对无线移动通信网络进行了优化处理，从仿真速度上得到了很大的提升，同时通过对无线信道和射频技术的

2、建模也保证了较高的仿真精度。QualNet功能与OPNET非常类似，但是价格相对来说较低，所有费用相当于OPNET的维护和升级费用。使用起来相对于OPNET更容易。QualNet是一套能够完全满足客户进行网络建模和网络仿真要求的工具。QualNet的仿真引擎具有非常出色的可扩展性，并且可以提供上具有千个节点的高保真网络模型。QualNet充分利用计算资源和能够在令人满意的时间内，对有着大量信息流和高移动性大规模的网络进行建模。即便是运行在笔记本电脑上，QualNet也能够保持卓越的运行速度和可扩展性。QualNet针对各项组网选项能够快速产生仿真结果。实时仿真是其另一个强大的功能。QualNe

3、t具有Batch功能，一次可以选择某些参数的不同取值，只需执行一次，就可以得到同一仿真场景下的不同协议或者同一参数的不同取值情况下的网络性能，进行比较。QualNet还具有仿真结果导出机制，能将仿真产生的数据整理并导出，节省使用者数据处理时间。QualNet主要由以下几个部分组成：QualNet Scenario Designer QualNet Animator QualNet Analyzer QualNet Packet TracerQualNet Scenario Designer是一个模型设置工具，如图2-1，它允许用户设置地理上分布的物理链接和网络节点的功能参数。通过简单的拖放操作

4、，用户还可以定义每个节点的网络层协议和业务流量特征。图2-1 QualNet Scenario Designer模型设置工具QualNet Animator 向用户提供了深度可视化及分析功能。如图2-2，当仿真运行的时候，用户可以利用动态可视窗口观察通过网络的业务流量及其统计结果。用户还可以进行批量仿真，在仿真结束后观察动态数据。 图2-2 QualNet Animator可视化及分析功能QualNet Analyzer 是一个图形化工具，如图2-3，它可以显示上百个统计指标。用户可以直接观察预设的参数，或者自定义需要查看的指标。实时统计结果也是一个选项，用户可以在仿真执行的过程中观察统计结果

5、的变化情况。用户还可以使用多实验报表。所有的图表可以导出到电子表格里面。 图2-3 QualNet Analyzer图形化工具QualNet Packet Tracer 是一个分组级的可视化工具，如图2-4，用以查看分组经过协议栈的内容变化情况。这是一个有用的调试工具 。 图2-4 QualNet Packet Tracer可视化工具2、QualNet软件的安装1) 系统需求QualNet 可以在 Windows 和 UNIX 平台下执行，且需要至少 64M 的内存。相关系统需求可参照：使用QualNet需要安装下列软件及文件：1.Java SDK 2 (或更高版本)。参考 。2.QualNe

6、t安装程序及License files ( *.lic )3.Windows使用者，需有Microsoft Visual C+ 2002或更高版本；Unix 使用者，需有GCC。2) 程序安装安装程序我们使用试用版，可以在Scalable Network Technologies公司主页申请，http:/www.scalable- Network Technologies中国代理商联系，以获取每月license。这里我们使用的是版本是QualNet 4.5 Developer。这里我们默认操作系统是Windows，同时已经安装Java SDK 2和Microsoft Visual C+。则安装

7、过程如下：1. 双击运行程序，出现如图2-5所示对话框，点击“I accept” 选项，并点击“Next”。 图 2-5 图2-62. 出现ReadMe对话框，点击“Next”，如图2-6。3. 选择安装组件及选项，默认完全安装，建议不安装“3D Visualizer” (提供3D演示效果)，点击“Next”，如图2-7。 图 2-7 图2-84. 选择安装路径，默认在C盘，点击“Install”，如图2-8。5. 进行安装过程，如图2-9所示。 图 2-9 图 2-106. 出现如图2-10所示的对话框时，将license复制到C:qualnet4.5license_文件夹下，再点击“OK”

8、，继续安装，直到安装完成，如图2-11所示，则点击“Close”完成安装。 图2-11 图2-127. 出现如图2-12所示对话框时，表示安装结束，点击“Close”完成。3) 初次使用安装完成后，点击桌面上图标开启程序，为了确保程序可以正常使用，我们可以运行一个范例。(注意：下文图中出现的c:qualnet4.0版本改成c:qualnet4.5即可)1. 开启c:qualnet4.5scenariosdefault范例图2-132. 导入场景图2-143. 编译场景图2-154. 执行场景图2-165. 观察动画，可执行范例即代表安装成功图2-173、熟悉QualNet软件的环境1) Qua

9、lNet版面配置所有可以在QualNet下执行的事情，可以被分成四种模式。这四种模式可以用点选卷标的方式选取。点选特定的标签便可以进入特定的模式。当完成某一个QualNet模式操作后，QualNet也会自行进到下一个可执行的模式。在执行的过程中，使用者亦可选取可执行的标签，进行下一个操作模式。图2-18QualNet的工具列与选单，如下：图2-192) Scenario DesignerScenario Designer为QualNet第一个可用模块，所有的实验都在Scenario Designer建立与设计。点选Scenario Designer标签便可以将其开启。Scenario Desi

10、gner的基本操作，包含: the FileSystem and Inspector tabs, the Properties Explorer, the Canvas, the Devices tab, the Applications tab, Links tab and Network Components tab等。图2-20(1) FileSystem / Inspector窗口a. FileSystems卷标窗口按下FileSystems卷标后，出现ScenarioFileSystems窗口。此窗口为树状结构格式，类似Windows Explorer环境。FileSystems 预

11、设下列四个目录：1) c:qualnet4.0scenariosgui2) c:qualnet4.0scenarios3) c:qualnet4.04) c:qualnet4.0guidevices图2-21 FileSystems卷标窗口b. Inspector窗口Inspector卷标窗口以阶层式树状结构提供相关信息。点选Inspector卷标将会显示仿真场景的全域、节点与连接的拓扑关系的窗口。这些相关设定可以用点选并展开的方式显示，并由属性窗口变更其设定值。Inspector卷标只有在程序开启场景后才可以使用。使用者可以由窗口下的卷标来切换Filesystem与Inspector。(2)

12、 属性窗口Properties Windows在FileSystem或Inspector窗口所选定组件的属性可以在属性窗口中编修。属性窗口会因所显示属性的不同，而有稍微不一样的窗口名称。属性窗口中的值若是黑色的，则可以由使用者加以编修；若是灰色的，则是属只读属性。(3) 工作画布CanvasQualNet右方的窗格为Scenario Designer的主要显示区，或称工作画布区。使用者可以利用其上方的分类工具按键构仿真场景的网络拓扑，如：新增nodes, switches, routers, subnets 和links等。 图2-22 Inspector 窗口 图2-23属性窗口图2-24

13、工作画布(4) 组件工具列工作区上方的组件工具列分成五个部分：Devices, Applications, Links, Network Components和Other Components。这些组件可以用鼠标点选，再放到工作区。图2-25a. Devices标签装置卷标包含基本节点组件，目前有：standard node(预设)、switch和GSM-Base-Station。图2-26b. Applications标签应用标签包含目前可以在 Scenario Designer 中使用的应用协议。图2-27c. Links标签连接标签包含两种连接：Link 和 BGP Link。Link

14、为实体联机，建立节点间的联机。BGP Link 则是概念性的连接，定义协议中的 BGP speakers。图2-28d. Network Components标签网络组件卷标包含阶层式组件、hub component、wireless network component和卫星组件。图2-29e. 其它组件卷标其它组件卷标包含天气影响组件与文字输入。图2-303) Animator基本介绍点选执行控制列的 “RUN”图示后，QualNet的IDE环境会进入Animator模式。在Animator模式下，工作区会转换成Execution, Animator和Output窗口。仿真时间控制列与动画控

15、制窗口此时也会出现在窗口右侧，准备下一个步骤的进行。 图2-31 Scenario Designer 标签 图2-32 Animator 标签(1) Execution窗口执行窗口记录此IDE环境中所执行过场景的历史数据。执行控制的属性可以借由更改 property explorer中的相关字段来达成。这些属性包括step settings, communication intervals和节点动画设定。图2-33 Execution窗口(2) Animator窗口动画窗口显示Scenario Designer中所设定的模拟场景动画效果。图2-33 Animator窗口(3) Output窗口

16、输出窗口 ( 在动画窗口之下 ) 显示仿真过程中，命令列所产生的输出文字信息。图2-34 Output窗口(4) 执行控制工具列Runtime Controls Tool Bar执行控制工具列的按钮，由左到右分别为： Run Settings 执行设定 Run 准备执行 Play 开始执行 Pause 暂停执行 Stop 停止执行 Step 步阶执行 Analyze 分析当在Scenario Designer完成实验设计后，执行控制工具列上的Run钮会由灰转黑，表示使用者已可以执行此场景。(注意：有时候会出现Run钮无法由灰变黑，此时需要使用鼠标点选工作画布区即可。)图2-35 执行控制工具列

17、(5) Animation Filters窗口图2-36 Animation Filters 窗口位置(6) 模拟时间控制列Time Simulator Control Bar当执行模拟场景后，便会出现模拟时间控制列。仿真时间控制列会显示执行场景时的各种时间量测。使用者也可以控制模拟场景执行的快慢，以便分析其统计资料。模拟时间控制列包含下列四项：模拟时间 Simulation Time：显示仿真周期中的场景进度实时时间 Real Time：显示目前进度已耗用的执行时间速度控制 Speed control：可减慢或加快模拟动画仿真进度 Progress：以图形方式显示仿真的执行进度图2-37模拟

18、时间控制列4、建立模拟场景下面介绍如何加载一个现存模拟场景与建立新的模拟场景。同时也介绍如何收集动态统计数据、队列动画、建立/仿真有线模型。1) 使用模拟场景QualNet所提供的指令和一般其它软件所提供的指令会稍微不一样。扩展名为“.config” 的文件为配置文件，其余文件可以由其图示加以辨别。FileSystems窗口中的场景文件由 (.scn文件)图示表示，如下图所示： 图2-38 FileSystems 窗口中的场景文件或在.config文件上按右键，选择import scenario，即可将场景导入GUI。(注意：import与run的区别是， import只是将场景打开，并且可以

19、修改，而run包括了打开和运行。)图2-392) 建立一个新场景使用新建向导New Wizard来建立一个新场景。(1) 开启New wizard:按下快捷方式工具列的New钮或选取主选单下的 File New.。图2-40由主菜单建立新场景图2-41 新增场景向导(2) 在新增向导选取Template Scenario Scenario。(3) 点选Next继续。(4) 检查向导下方的Directory字段，此路径为新场景的预设储存位置。(5) 接受预设的储存位置 (c:qualnet4.5scenariosuser)。使用者亦可以在FileSystems窗口浏览或建立新的场景储存目录。(6

20、) 键入Example作为场景名称，以取代 。(7) 点选Finish。图2-42 命名并储存新场景。此时程序的右边会出先一个空白的工作画布区，窗口标题名为Example。左边的FileSystems窗口则是显示新场景目录、文件的建立与配置。与新场景相关的文件会被自动建立与储存于先前设定的目录。每次执行模拟场景时，新的文件会被自动建立与更新。图2-43新场景 “Example”(8) 点选左上方窗口的FileSystems卷标，显示如下：图2-44 Example 于预设目录下的文件夹与文件(9) 浏览 c:qualnet4.5scenariosuserScenario下的新文件。(10) 观

21、察以Scenario为首的新建目录与文件。3) 开启现有GUI场景有两种开启已储存场景的方式：(1) 在Scenario FileSystems窗口，于qualnet4.5scenariosguiMotionEffects.config或其他场景文件按下右键从弹出选单选取Import Scenario。(2) 在Scenario FileSystems窗口，双击qualnet4.5scenariosguiMotionEffects.scn场景文件。图2-45 两种开启现有 GUI 场景的方式此时，会有一份所选场景的副本被开启，储存在qualnet4.5scenariosuser，原场景并不会发

22、改变。图2-464) 放置结点放置节点有两种方式，自动节点放置Automatic Node Placement和手动结点放置 Manual Node Placement。(1) 自动节点放置 Automatic Node Placement1.如同之前所介绍的方式建立一个新模拟场景。2.从主菜单工具列选取Experiment - Place Nodes。3.在Number of Nodes栏填入36，再按下Next。4.在Placement Strategy下拉选单中，选取Uniform后，再按Next。5.在Seed Wizard中，输入1，再按完成。图2-47 自动放置节点6.此时可以看到

23、工作区里面放置有36个节点。7.选取Scenario Designer里的Application卷标，并选取CBR按钮。8.在工作区中以拖拉的方式连接node 1到node 16，node 32到node 22。其余Application 参数则使用其相关默认值。图2-48 在特定无线节点间建立 CBR 应用9.按钮。10. 此时画面会自动切换到Animator，按钮来进行场景模型仿真。(2) 手动结点放置Manual Node Placement1.如同前面所介绍，建立一个新的模拟场景。2.在工作区上工具列中，选取Devices标签并点选Default钮。图2-493.在工作区点按下左键，逐

24、次放置六个节点。4.在工作区上工具列中，选取Applications标签并点选CBR钮。图2-505.选取一个起始node与一个目的node，用拖拉的方式将其连接。图2-51在两节点间建立Application连接6.其余Application参数则使用其相关默认值。7.按钮。8.此时画面会自动切换到Animator，按钮来进行场景模型仿真。注意：由于计算机执行QualNet的快慢影响，如果要观察动画的细节情况则可以使用 Time Control Bar来控制其执行效果。图2-52 无线节点间的 CBR 应用模拟5) QualNet Analyzer分析器下面通过一个例子说明QualNet A

25、nalyzer分析器的使用，由此可以显示出QualNet Analyzer 绘制高精度模拟结果的能力。(1) 单一结果分析A. 在c:qualnet4.5scenariosuser目录下新建一个场景，名为queue.scn。此为一个有线网络，拓扑架构如下图所示。通信方向为由左至右。Node1 和Node 2是发送端，Node 3看作是路由器，Node 4是接收端。除Node 3和Node 4间的通信频宽较窄外，其余皆是高速连接。这样就会在Node 3处产生排队问题，我们的场景就是为了模拟在不同的队列方式下，接收方接收数据的情况。Node 3与Node 4间的通信频宽默认为10Mbps，我们改为

26、1Mbps，其他频宽不变，所有的传输延迟都为1ms。CBR和FTP/Generic通信流向为由左至右。Node 1传送CBR封包给Node 4；Node 2传送FTP/Generic封包给Node 4。Node 1与 Node 4，Node 2与Node 4在1秒开始通信，并持续到仿真时间结束。所有的情况下，封包皆会通过Node 3与Node 4连接瓶颈而到达其目的地。图2-53 新建场景queue.scn可以选取任一个连接、应用连接或结点来看其个别的属性设定。图2-54(a)显示了Node 1和Node 3之间链路带宽是10Mbps，图2-54(b)显示了传播时延是1ms，图2-54(c)显

27、示了修改后的Node 3和Node 4之间链路带宽是1Mbps。 (a) Node 1和Node 3链路带宽 (b) 传播时延 (c) Node 3和Node 4链路带宽图2-54属性查看及设定B. 修改Node 1传送CBR封包给Node 4的配置。如图2-55所示。如图2-55(a)所示，源点是1，目的节点是4，共有100个报文项目需要发送，每个报文为512字节，报文间隔1s，开始传送时间是1s，结束传送时间是25s。我们大概可以算一下CBR的发送速率51281=4096 bps。现在修改为图2-55(b)，带*的参数表示修改过的值，Items to send设置为0表示持续发送CBR报文

28、，end time设置为0表示不设置报文发送结束时间，但是会一直持续到全局仿真之间结束。注意：全局仿真时间设置在图2-55(c)的ConfigSettings- General- General下的Simulation Time，可将其原值30s修改为50s。 (a) 默认参数 (b) 修改后参数 (c) 仿真时间修改图2-55 CBR参数修改C. 修改Node 2传送FTP/Generic封包给Node 4的配置。如图2-55所示。如图2-56(a)所示，源点是2，目的节点是4，共有100个报文项目需要发送，每个报文为512字节，开始传送时间是1s，结束传送时间是25s。现在修改为图2-56

29、(b)，带*的参数表示修改过的值，Items to send设置为0表示持续发送FTP/Generic报文，end time设置为0表示不设置报文发送结束时间，但是会一直持续到全局仿真之间结束。 (a) 默认参数 (b) 修改后参数图2-56 FTP/Generic参数修改D. 运行场景，并且演示，得到图2-57。我们可以看到Simulation Time显示是50s，说明我们一直仿真到50s才停止，但这不是真实世界的时间，我们仿真50s的场景实际上只用了7s的real time。图2-57 运行场景E. 有两种方式可以打开我们要分析的数据。第一种是点击仿真时间控制列上的图标，第二种是通过Fi

30、leSystem 的c:qualnet4.5scenariosuserqueue目录下的统计数据文件*.stat，点击右键，点击analyze。则出现的分析数据如图2-58所示，这里我们查看Application下面的CBR Client中的CBR Client Throughput参数，表示的是发送端Node 1的吞吐量，通过图表可以读出数据大约是4kbps，与上文我们计算的CBR的发送速率是一致的。 同时可以查看CBR Server Throughput参数，表示的是接收端Node 4的吞吐量，大概也是4096 bps。同理可以查看FTP/Generic Client Throughput等参数，如图2-59所示。图2-58 CBR Client Throughput图2-59 FTP/Generic Client Throughput(2) Run Batch Experiments设定批次实验及多个结果分析在一些实验中，我们希望改变一些参数，来分析不同参数对网络的性能的影响。在批次