基于OPNET仿真在校园网中的性能测试研究

摘 要

随着办公自动化系统在学校日常事务中的使用越发广泛，各类教务管理系统、学生管理系统、电子邮件系统以及基于HTTP的各类网络系统在学校的应用，迅速加大了学校日常运营对校园网络的依赖程度，因此校园网络的速度和稳定性成为校园网络工作的关键。针对以上问题，基于OPNET网络仿真软件对校园网进行仿真测试，测试其在用户数量不断增加之后对校园网络速度和稳定性会产生怎样的量变，进而观测其流量、时延、链路使用率等各项仿真结果，加以分析，找出校园网络的待升级点，提高校园网络的速度和稳定性。

【关键词】OPNET 校园网 网络仿真 性能测试

当前，国内外主要使用三种方法进行网络性能的测试，即分析法、实验法和网络仿真方法。其中分析法就是理论性的综合分析网络的限定条件，在假设的基础上得到结论，结论可信度不高；实验法则是根据网络构架中使用的软件和硬件参数，建立实验室进行模拟实验，虽然准确度有所提升，但是成本太高；网络仿真法师利用网络仿真软件在研究模型下进行测试，不断测试结果可信，而且误差较小，成本较低，话费时间也相对较少。在本研究中笔者使用网络仿真的方法进行校园网络性能整体性能的测试。

1 网络仿真方法

网络仿真方法是在建立数学模型的基础上使用统计分析方法模拟网络使用过程，进而得到既定情况下，网络表现出来的实际参数的方法。当前国际上比较常见的仿真软件有OPNET、NS2和GMS等。笔者在本研究中使用OPNET作为校园网的仿真软件。

OPNET仿真软件能够从应用层的服务器和链路层中获得准确的网络输入输出信息、时延、链路使用率和服务器的承载能力等详细数据，进而得到准确的仿真结果，形成测试报告，实现校园网络性能的准确验证。

2 OPNET的网络建模与仿真

2.1 校园网拓扑模型的建立

在综合分析学校校园网应用系统信息的基础上，本研究只对链路传输层的DB、FTP、Email、WWW四种代表性的数据包进行测试，经过服务器后台观测到，学校校园网络在线时间分为闲时和忙时两个集中在线人数，闲时80人左右，忙时160人左右，因此本文进行在线人数为80人和160人的分别仿真测试。仿真中接入1台前兆核心交换机，1台前兆汇聚交换机与若干普通交换机，服务器4台，PC机N台。PC机以5类双绞线与普通交换机连接。

2.2 测试网络的建模

2.2.1 测试节点建模

（1）数据包的创建。给校园网的数据传输形式假设一个数据传输的格式，设定数据包存在源节点地址与目标节点地址两个模块，规定其具有相同的数据域，数据包在测试中产生的间隔平均值是1.0秒的指数函数分布，设定数据包的大小遵循均值为4000的泊松分布。确定数据包的建模之后，再对数据包的接收时间间隔、大小和迟延等相关模块进行假设。

（2）M/M/1队列模块的创建。以先进先出（fifo）的缓冲区域构成的M/M/1队列，在数据包运行至遵循泊松分布的节点时，服务器将会以假设的速度从数据缓冲区域的始端获得数据包并开始运算。这一进程以OPNET自带的acb_fifo_ms为运算模型，其中a代表队列为主动模式，数据从源模块发出；c代表同时处理正在等待的多个指令，处理形式为集中处理，b代表运算的单位是bit；fifo即先入先出队列；ms为若干台Server同时工作。这一队列模型在编辑器中由三个编辑单位构成，即队列、传输模块与接收模块。

2.2.2 链路建模

在完成节点建模工作之后，就要在节点中的发送节点与接收节点之间建立一条链路以保证节点模型之间的传输与接收功能，在链路模型中使用外部文件声明的方式设置相应的时延属性。

2.3 网络仿真与结果输出

通过OPNET软件的仿真分析，分别得出了在线终端为80人和160人的关于服务器与主干链路的时延、链路利用率、负载与吞吐量的仿真结果，数据对比情况如表1所示。

根据OPNET对校园网的仿真输出结果不难看出，当在线终端人数成倍增加后，并没有对服务器的时延产生太大影响（数据变化不大），而随着在线人数增加变化比较敏感的是服务器的负载，这里不排除由设备原因造成的仿真结果与实际数据之间的误差，这一误差大小主要由数据包的大小和产生数据包的过程时间决定。

3 总结

从本文的研究结果可以看出，校园网的在线终端数会对校园网的主干链路利用率和吞吐量造成很大的影响，最终导致负载的较大变化。因此，校园网络的性能应当根据在线终端数量科学的设定与升级。

参考文献

[1]杜颖，张兴，滕林霖.基于OPNET的校园网建模与仿真[J].计算机工程应用技术，2015，（12）：85-86.

[2]陈敏.OPNET网络仿真 [M].北京：清华大学出版社 ，2004.

[3]彭燕.校园网在OPNET中的仿真实现[J].微电子学与计算机，2012，29（10）

作者简介

温金辉，男，现为广东省中山市港口理工学校一级教师。主要研究方向为计算机网络与教育。

徐妍，女，现为广东省中山市黄圃镇中学一级教师。主要研究方向为数学统计与分析。

作者单位

1.港口理工学校 广东省中山市 528447

2.中山市黄圃镇中学 广东省中山市 528429