Министерство образования и науки Российской Федерации
Министерство образования Саратовской области
Национальный исследовательский Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Саратовский областной институт развития образования
Комитет по информатизации Саратовской области
Комитет по образованию администрации муниципального образования «Город Саратов»
Автономная некоммерческая организация «Информационные технологии в образовании»
Автономная некоммерческая организация «Научно-исследовательский центр «Образование. Качество. Отрасль»»
IX Всероссийская (с международным участием) научно-практическая конференция
«Информационные технологии в образовании»
«ИТО-Саратов-2017»
2-3 ноября 2017 года, г. Саратов

Использование сетевого симулятора OPNET в задачах моделирования телекоммуникационных систем и компьютерных сетей

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского"
На этапе проектирования современных сетей передачи данных (СПД) необходимы средства моделирования, которые учитывают все особенности функционирования таких систем и позволяют получать их основные характеристики производительности. 
Одним из подходов к моделированию сетей передачи данных является использование моделей массового обслуживания – систем и сетей массового обслуживания. Данные модели на начальном этапе проектирования [1] позволяют легко получить характеристики производительности СПД. Обзор теоретических и прикладных результатов теории массового обслуживания можно найти в [2, 3]. Однако такие модели становятся неприменимыми при точном исследовании СПД, в связи с большой погрешностью грубых аналитических моделей или отсутствием результатов для точных, в этом случае широко используются методы имитационного моделирования.
Имитационное моделирование [4] представляет собой метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. В настоящее время разработано большое количество систем имитационного моделирования, среди которых можно выделить системы имитационного моделирования общего назначения и предметно-ориентированные системы (например, сетевые симуляторы). 
Системы имитационного моделирования общего назначения (Arena, AnyLogic, GPSS, FlexSim и т.д.) позволяют строить модели любых систем, однако не учитывают их специфику, что приводит к большим временным затратам при разработке моделей сетей передачи данных. В этом случае необходимы сетевые симуляторы, которые позволяют моделировать функционирование СПД вместе с устройствами, каналами, приложениями и т.д. Отметим здесь, что сетевые симуляторы также используются для проверки адекватности аналитических моделей СПД. 
Современные сетевые симуляторы поддерживают множество популярных технологий, например: Wireless LANs, Mobile Adhoc Networks, Wireless Sensor Networks, Vehicular Adhoc Networks, Cognitive Radio Networks, LTE, IOT и т.д. Некоторые из сетевых симуляторов имеют графический интерфейс (OPNET, NetCracker), позволяющий легко конструировать модели СПД, другие симуляторы требуют знания языков программирования (NS3, OMNeT++).
В качестве сетевого симулятора, используемого для первоначального знакомства и обучения, может быть рассмотрен продукт OPNET, который имеет графический интерфейс пользователя, достаточный функционал, возможность бесплатного использования в образовательных целях. 
 
Рассмотрим в качестве примера задачу построения модели для локальной сети, схема которой в среде OPNET изображена на рис.1, здесь рабочие станции (PC_0 – PC_9) подключены к Ethernet-коммутатору (EthernetSwitch), который обеспечивает доступ к серверу базы данных (Server).
 
Рисунок 1. Пример сети передачи данных
 
Все объекты из которых состоит СПД выбираются из палитры объектов (Object Palette Tree) и помещаются на рабочее поле. После того как топология сети построена, можно приступить к моделированию сетевого трафика. Для этого необходимо описать поведение пользователей и/или приложений, запущенных на рабочих станциях. В OPNET задание пользовательского поведения реализуется при помощи профилей пользователей (ProfileDefinition), которые определяют приложения, используемые пользователем, а также частоту, длительность их использования и т.д. Приложения, запущенные на рабочих станциях, описываются с помощью определений для приложений (ApplicationDefinition).
Приложения могут быть представлены простыми источниками сетевого трафика, сложными протоколами или набором задач, которые могут состоять из большого количества подзадач, связанных с передачей данных между узлами. Определения для приложений используют различные параметры (тип приложения, используемые протоколы и т.д.). 
OPNET поставляется с большим количеством предопределенных профилей пользователей (E-Mail, Database Access, FTP, Web Surfing и т.д.) и определений для приложений (HTTP, Voice, E-Mail, Print, Database и т.д.).
OPNET позволяет выполнять анализ различных характеристик производительности СПД, на рис. 2 изображен график зависимости средней задержки пакетов в сети с течением времени. 
 
  
Рисунок 2. Результаты работы имитационной модели
 
Таким образом, использование сетевых симуляторов позволяет строить адекватные имитационные модели СПД, а вместе с тем исключает лишние временные и финансовые затраты, возникающие при исследовании функционирования СПД. Сетевой симулятор OPNET, описанный в работе, является мощным профессиональным средством, который также может быть рекомендован в целях первоначального знакомства и обучения. 
Список использованных источников
  1. Станкевич Е.П. Использование программного комплекса анализа сетей массового обслуживания в процессе обучения бакалавров по направлению подготовки «Системный анализ и управление»// Информационные технологии в образовании: Материалы VII Всерос. научно-практ. конф. Саратов: ООО «Издательский центр «Наука»», 2015. С. 316-319.
  2. Митрофанов Ю.И., Рогачко Е.С., Фокина Н.П. Анализ систем массового обслуживания: Учебно-методическое пособие. Саратов: Научная книга, 2009. 68 с.
  3. Долгов В.И. Методы анализа сетей массового обслуживания: Учеб.-метод. пособие. Саратов: Изд-во «Научная книга», 2009. 30 с.
  4. Тананко И.Е., Долгов В.И. Моделирование систем. Лабораторный практикум: Учебно-методическое пособие. Саратов: ООО Издат. центр «Наука», 2014. 68 с.
Вид представления доклада  Устное выступление и публикация
Ключевые слова  имитационное моделирование; сети передачи данных; сетевые симуляторы

В статусе «Черновик» Вы можете производить с тезисами любые действия.

В статусе «Отправлено в Оргкомитет» тезисы проходят проверку в Оргкомитете. Статус «Черновик» может быть возвращен тезисам либо если есть замечания рецензента, либо тезисы превышают требуемый объем, либо по запросу участника.

В статусе «Рекомендован к публикации» тезис публикуется на сайте. Статус «Черновик» может быть возвращен либо по запросу участника, либо при неоплате публикации, если она предусмотрена, либо если тезисы превышают требуемый объем.

Статус «Опубликован» означает, что издана бумажная версия тезиса и тезис изменить нельзя. В некоторых крайне редких ситуацих участник может договориться с Оргкомитетом о переводе тезисов в статус «Черновик».

Статус «Отклонен» означает, что по ряду причин, которые указаны в комментариях к тезису, Оргкомитет не может принять тезисы к публикации. Из отклоненных тезис в «Черновики» может вернуть только Председатель программного или председатель оргкомитета.