郭宇瑩，徐展琦，李允博，杜 爽

(1.西安電子科技大學(xué) 綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)理論及關(guān)鍵技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710071；2.中國移動通信研究院，北京 100053)

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模日益增大，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)逐漸多元化，不斷提出新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、協(xié)議及算法,并得到應(yīng)用。專業(yè)人員需要靈活地規(guī)劃或優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)降低資本支出與運(yùn)營成本、提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量、減小資源消耗等目標(biāo)。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能仿真主要采用經(jīng)驗(yàn)分析、數(shù)學(xué)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法。經(jīng)驗(yàn)分析方法需要專業(yè)人員全面細(xì)致地掌控全網(wǎng)狀況；數(shù)學(xué)計(jì)算方法以一定的假設(shè)和限制條件為基礎(chǔ)，將研究對象抽象為數(shù)學(xué)模型，以此來分析網(wǎng)絡(luò)性能；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法通過軟硬件結(jié)合來搭建測試平臺，配置實(shí)驗(yàn)環(huán)境，再研究網(wǎng)絡(luò)協(xié)議評估網(wǎng)絡(luò)性能。然而，由于網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程的復(fù)雜性和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)屬性的多變性，采用經(jīng)驗(yàn)分析和數(shù)學(xué)計(jì)算方法來設(shè)計(jì)和規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)已變得十分困難，使用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法搭建測試平臺所需要的成本也日益昂貴。同時(shí)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能仿真方法難以確保所獲取仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，也很難客觀地衡量諸如可靠性、有效性以及用戶服務(wù)質(zhì)量等網(wǎng)絡(luò)性能。為彌補(bǔ)上述方法的缺陷，網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生。

網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件通過搭建網(wǎng)絡(luò)模型，模擬網(wǎng)絡(luò)資源分配、業(yè)務(wù)處理與傳輸及交換等過程，使專業(yè)人員根據(jù)仿真結(jié)果來驗(yàn)證算法性能，或以較低的成本獲取網(wǎng)絡(luò)性能的影響因素和可優(yōu)化參數(shù)，從而最大程度地提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、運(yùn)營與優(yōu)化的效能，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)最小化、收益最大化及資源利用合理化等目標(biāo)[1-2]。

目前，國內(nèi)外已經(jīng)研究并開發(fā)出多種網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件。按照適用范圍可以將它們分為兩類：一類是通用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，可支持多種網(wǎng)絡(luò)場景的仿真需求，主流軟件有NS2[3]、NS3[4]、OMNeT++[5]、OPNET[6]及QualNet[7-9]等；另一類是側(cè)重于某個(gè)特定研究方向的專用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，如主要應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)場景的VPItransportMaker[10]、Net2Plan[11-12]、ElasticO++[13]及SimEON[14]等。這些網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件可極大地方便網(wǎng)絡(luò)研究，得到廣泛應(yīng)用。

本文首先簡述主流通用型和光網(wǎng)絡(luò)專用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件的基本功能、主要特點(diǎn)和適用范圍，然后根據(jù)總結(jié)的網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件性能評價(jià)指標(biāo)對其進(jìn)行多屬性對比分析，最后提出網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件的未來發(fā)展設(shè)想。

1 通用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件

通用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件適用于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)場景，兼具穩(wěn)定性、集成性和高效性等特點(diǎn)，主要介紹其中主流的NS2、NS3、OMNeT++、OPNET和QualNeT。

1.1 NS2

NS2 (Network Simulator-Version 2)[3]是UC Berkeley大學(xué)開發(fā)的離散事件網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，在學(xué)術(shù)界應(yīng)用廣泛，適用于有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)以及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)場景。

NS2主要運(yùn)行于UNIX/LINUX操作系統(tǒng)，采用Otcl和C++兩種開發(fā)語言，分別用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的配置和仿真程序的編寫，方便用戶修改環(huán)境參數(shù)、高效執(zhí)行仿真程序。

NS2封裝的功能模塊數(shù)目多且易于擴(kuò)展，但模塊間互操作性與耦合性較差，版本更新時(shí)容易產(chǎn)生模塊不兼容等問題。此外，NS2不支持圖形用戶界面(Graphical User Interface,GUI)，仿真操作不直觀，用戶只能借助XGraph和NAM(Network AniMator)等數(shù)據(jù)分析工具來觀察仿真結(jié)果。由于NS2不支持分布式仿真，仿真速度比其他通用型仿真軟件慢。

1.2 NS3

NS3 (Network Simulator-Version 3)[4]是將NS2簡化后，結(jié)合其他仿真器的優(yōu)勢與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)所開發(fā)出的開源跨平臺離散事件網(wǎng)絡(luò)模擬器，主要用于課堂教學(xué)和學(xué)術(shù)研究。

NS3的各功能模塊均通過編寫C++代碼實(shí)現(xiàn)，用戶可根據(jù)自身需求選用C++或Python語言編寫腳本來配置仿真環(huán)境，通過調(diào)用各個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)功能，但NS3內(nèi)置模塊數(shù)量有限，需要對其進(jìn)行擴(kuò)展，才能滿足用戶對更多網(wǎng)絡(luò)功能的需求。

此外，NS3提供數(shù)據(jù)跟蹤功能，用戶可以采用可視化界面工具Pyviz和統(tǒng)計(jì)作圖工具gnuplot等數(shù)據(jù)分析工具來處理數(shù)據(jù)并分析結(jié)果。該軟件還支持分布式仿真和并行仿真，運(yùn)行速度較快。

1.3 OMNeT++

OMNeT++(Objective Modular Network Testbed in C++)[5]是由布達(dá)佩斯大學(xué)通信工程系的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的離散事件仿真工具，具備開源和跨平臺等特性，可用于硬件體系結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證和復(fù)雜軟件系統(tǒng)性能的評估。

它采用混合式建模方法，即采用網(wǎng)絡(luò)描述語言配置網(wǎng)絡(luò)性能仿真模型，C++語言編寫普通模塊的功能，從而將網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)模型和控制操作分離，結(jié)合兩種語言在各自領(lǐng)域運(yùn)行速度的優(yōu)勢，可有效提高代碼的執(zhí)行效率。

OMNeT++兼容Eclipse的集成開發(fā)環(huán)境(Integrated Development Environment,IDE)，用戶可以利用Eclipse的插件將該軟件與第三方軟件聯(lián)合使用。該軟件模塊化的設(shè)計(jì)方式使得各個(gè)模塊的功能調(diào)試和擴(kuò)展互不干擾，具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性。

OMNeT++提供全面的用戶手冊和豐富的說明文檔，并擁有簡單易用的GUI及高效的調(diào)試工具，使用戶學(xué)習(xí)和使用的難度較低。另外，該軟件還擁有并行仿真機(jī)制，仿真速度快。

1.4 OPNET

OPNET (Optimized Network Engineering Tool)[6]是1986年由麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)、基于離散事件驅(qū)動的網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，是目前世界上最先進(jìn)的同類軟件之一，廣泛用于學(xué)術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)商用。

它有OPNET Modeler、IT Guru、Service Provider Guru和WDM Guru四個(gè)系列產(chǎn)品。OPNET Modeler用于協(xié)議模型設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)性能分析；IT Guru實(shí)現(xiàn)大中型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)預(yù)測和性能評估；Service Provider Guru是面向網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的智能網(wǎng)絡(luò)管理軟件；WDM Guru是針對使用波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商和設(shè)備制造商研發(fā)的性能評估軟件。

其中，OPNET Modeler應(yīng)用最為廣泛，其模型精度高，且內(nèi)部采用三層建模機(jī)制，符合開放系統(tǒng)互連(Open System Interconnection,OSI)分層模型的設(shè)計(jì)規(guī)范，使該軟件可高度模擬實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸過程。該軟件還借助映射概念將實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備抽象到軟件中，從而有效提高網(wǎng)絡(luò)模型的真實(shí)度。由于軟件所提供的模型庫內(nèi)容陳舊，且模塊多已固化，功能擴(kuò)展的難度較大，導(dǎo)致用戶難以得到最恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真參數(shù)。

作為一款商用軟件，OPNET功能較為齊全，其擁有全面的用戶手冊、豐富的學(xué)習(xí)資料和簡單易用的GUI，方便用戶構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)模型、修改網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)、自定義仿真過程及分析仿真結(jié)果等。軟件還支持并行仿真，運(yùn)行速度較快。

1.5 QualNet

離散事件驅(qū)動的QualNet[7-8]是由Scalable Networks Technologies公司開發(fā)的跨平臺商業(yè)網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，主要用于有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和混合動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的性能分析，也可用于新型協(xié)議模型的設(shè)計(jì)和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建等。

QualNet遵循OSI分層模型的設(shè)計(jì)規(guī)范，可高度模擬實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸過程。此外，軟件包含移動模型和地理模型等預(yù)設(shè)模型，可較為真實(shí)地模擬預(yù)定義節(jié)點(diǎn)的實(shí)際移動軌跡，還可利用平面地圖還原仿真場景的地理信息。

QualNet可配置包含上萬個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)模型[7]，運(yùn)行在多核和多處理器系統(tǒng)上，支持并行仿真與分布式仿真。因此與其他仿真軟件相比，其仿真速度在小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中可提高幾倍，而在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中可提高十幾倍到近千倍[9]。

此外，QualNet界面友好，使用方便，可用內(nèi)置數(shù)據(jù)分析工具處理仿真結(jié)果，并通過外接第三方軟件擴(kuò)展軟件功能。

1.6 通用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件在光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

NS2、NS3、OMNeT++和OPNET同樣適用于光網(wǎng)絡(luò)場景，例如段靖遠(yuǎn)等擴(kuò)展NS2的功能，使其支持IEEE-1394b光網(wǎng)絡(luò)的模型優(yōu)化與性能評估，從而獲取該網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率等性能參數(shù)[15]；Arokkiam等在NS3基礎(chǔ)上擴(kuò)展XG-PON (10G-capable Passive Optical Network)模塊，用于研究XG-PON技術(shù)的部署策略[16]；梁兵采用OMNeT++搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可仿真多層多域光網(wǎng)絡(luò)中的路由和保護(hù)算法[17]；郭珊宜采用OPNET搭建時(shí)分波分復(fù)用無源光網(wǎng)絡(luò)(Time and Wavelength Division Multiplexed Passive Optical Network,TWDM-PON)場景，仿真驗(yàn)證所提出的基于長短期記憶網(wǎng)絡(luò)(Long Short-Term Memory,LSTM)的提前休眠喚醒節(jié)能算法的性能[18]。

2 光網(wǎng)絡(luò)專用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件

光纖具有傳輸帶寬大、信息保密性強(qiáng)及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和核心網(wǎng)的最重要傳輸介質(zhì)，因此有關(guān)光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化的研究也日益成為人們的關(guān)注重點(diǎn)。光網(wǎng)絡(luò)專用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件可用于研究多層多域光網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)合規(guī)劃以及各類算法在其他復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的性能，主要介紹其中常見的4種仿真軟件VPItransportMaker、Net2Plan、ElasticO++和SimEON。

2.1 VPItransportMaker

VPItransportMaker[10]是由VPIsystemsTM公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化工具，用于準(zhǔn)同步數(shù)字序列 (Plesiochronous Digital Hierarchy,PDH)、同步數(shù)字序列 (Synchronous Digital Hierarchy,SDH)、波分復(fù)用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)以及光傳送網(wǎng) (Optical Transport Network,OTN)等光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

VPItransportMaker主要特點(diǎn)有：

① 可以通過GUI對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多形態(tài)設(shè)計(jì)，包括鏈狀、環(huán)形及網(wǎng)狀等網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型，也可借助網(wǎng)絡(luò)構(gòu)型設(shè)計(jì)引擎以更改網(wǎng)絡(luò)布局。

② 提供多層網(wǎng)絡(luò)建模功能，覆蓋客戶層、網(wǎng)絡(luò)層、拓?fù)浼s束層和多樣性約束層，支持光層、SDH/SONET、PDH及以太網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)類型。

③ 擁有Plug-In伸縮擴(kuò)展結(jié)構(gòu)和Scripting腳本引擎功能，便于用戶進(jìn)行有關(guān)故障模擬和業(yè)務(wù)恢復(fù)的網(wǎng)絡(luò)可靠性分析。

④ 擁有專用的路由和波長分配設(shè)計(jì)引擎，方便用戶進(jìn)行路由和波長分配問題的研究。

⑤ 提供算法接口，使用戶可以繼承該接口以添加自定義算法。

⑥ 支持豐富的數(shù)據(jù)報(bào)表和圖形報(bào)表，可以將結(jié)果以XML、TXT及XLSX等格式進(jìn)行存儲。

2.2 Net2Plan

Net2Plan[11]是由西班牙卡塔赫納理工大學(xué)的研究人員于2011年開發(fā)的開源網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，主要用于WDM網(wǎng)絡(luò)、IP路由網(wǎng)絡(luò)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Networking,SDN)以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(Network Functions Virtualization,NFV)網(wǎng)絡(luò)等的性能分析、評估和優(yōu)化。

其主要特點(diǎn)有：

① 提供用戶交互界面(Graphical User Interface,GUI)和命令行界面(Command Line Interface,CLI)。其中，GUI較為直觀，CLI支持多批次實(shí)驗(yàn)，可節(jié)約計(jì)算機(jī)資源。

② 將節(jié)點(diǎn)、鏈路及路由等組件抽象化，便于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的修改。

③ 采用綜合容量模型(Integrated Capacity Model,ICM)[12]開發(fā)多層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)工具，可進(jìn)行多層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建；

④ 可通過GUI自定義網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠驑I(yè)務(wù)請求，能夠驗(yàn)證離線網(wǎng)絡(luò)和在線網(wǎng)絡(luò)算法的性能；通過GUI添加專用的.n2p文件實(shí)現(xiàn)新增網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠驑I(yè)務(wù)請求的功能。

⑤ 自動生成軟件內(nèi)置的或用戶自定義的仿真報(bào)告，提供豐富的API接口以集成自定義算法，支持代碼復(fù)用，可按需功能擴(kuò)展。

⑥ 擁有大量視頻教程和學(xué)習(xí)資料。

2.3 ElasticO++

ElasticO++[13]是基于OMNeT++的彈性光網(wǎng)絡(luò)(Elastic Optical Network,EON)仿真工具，是第一個(gè)用于研究動態(tài)EON場景下頻譜碎片問題的軟件。

ElasticO++完全兼容OMNet++的GUI，能夠可視化地查看網(wǎng)絡(luò)模型、修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、觀察仿真過程、輸出仿真結(jié)果。仿真時(shí)可以配置諸如轉(zhuǎn)發(fā)器、可重構(gòu)光分插復(fù)用器(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer,ROADM)及光纖等光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以提高網(wǎng)絡(luò)模型的精度。該軟件還支持批量仿真，仿真結(jié)束后可分別采用Excel和Origin軟件統(tǒng)計(jì)并分析仿真結(jié)果中的阻塞率、碎片數(shù)目及運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)。

ElasticO++注重算法重用，可借助C++的模板和繼承概念將軟件內(nèi)置的十個(gè)算法重新組合，用于求解EON場景下的路由與頻譜分配問題，具有較好的靈活性。同時(shí)，該軟件可以使用多線程和并行運(yùn)算等技術(shù)以加快仿真速度。

2.4 SimEON

SimEON (Simulator for Elastic Optical Networks)[14]是基于C++語言開發(fā)的開源網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，主要用于在EON場景下設(shè)計(jì)再生器的放置算法和路由算法，也可用于評估網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)性能的影響。

SimEON的開發(fā)遵循軟件工程基本原理，因此軟件質(zhì)量較高，可支持并行仿真以加快仿真速度。此外，其采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使各功能模塊層次分明，用戶可以繼承接口修改完善現(xiàn)有功能或添加新功能。同時(shí)，該軟件還可以與其他網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件結(jié)合使用以進(jìn)行功能擴(kuò)展。

2.5 其他軟件

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，國內(nèi)也涌現(xiàn)了一批針對于光網(wǎng)絡(luò)場景的網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件。烽火通信研發(fā)出面向于智能波分網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)OTN Planner，它支持同步數(shù)字體系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)、多業(yè)務(wù)傳送平臺(Multi-Service Transport Platform,MSTP)、自動交換光網(wǎng)絡(luò)(Automatically Switched Optical Network,ASON)及光傳送網(wǎng)OTN等光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的仿真。中興公司推出ZXTOP系列軟件，可提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、設(shè)備配置、性能評估、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及故障模擬等功能。

此外，北京郵電大學(xué)黃善國等采用Java語言開發(fā)“network spider傳送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化規(guī)劃系統(tǒng)軟件”[19-20]，使該軟件具備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾怼I(yè)務(wù)預(yù)測及網(wǎng)絡(luò)評估等基本功能；該團(tuán)隊(duì)還在OPNET的基礎(chǔ)上開發(fā)ASON網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，目前該軟件已具備ASON的大部分網(wǎng)絡(luò)功能[21]。西安電子科技大學(xué)徐展琦等開發(fā)“基于PCE的多層多域光網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化性能仿真軟件”[22]，可解決業(yè)務(wù)聯(lián)合疏導(dǎo)與選路問題。電子科技大學(xué)李興民和歐雪剛等開發(fā)“NetNumen-TOP”光網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化軟件等系統(tǒng)[23-24]，主要用于研究WDM網(wǎng)絡(luò)場景下的路由與波長分配問題。華盛頓州立大學(xué)BOWen等開發(fā)基于NS的WDM光網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件OWns。浙江工業(yè)大學(xué)余建軍等人開發(fā)基于OWns的WDM光網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件RwaOWns，使其支持多種路由與波長分配算法性能的研究[25]。

3 網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件性能比較

為了選擇合適的網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，目前已有許多研究人員對各網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件進(jìn)行對比[26-30]，主要評價(jià)指標(biāo)有：

① 仿真速度：仿真相同網(wǎng)絡(luò)場景或相同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的模型時(shí)，所需仿真時(shí)間的長短。

② 計(jì)算資源：仿真相同場景或相同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，所需計(jì)算資源的多少。

③ 易用性：軟件操作難易程度，具體包括軟件的易安裝性、用戶界面的易用性、對第三方軟件(如數(shù)據(jù)分析工具等)的可支持性、用戶文檔的完備性、仿真模型設(shè)計(jì)和修改的復(fù)雜性，仿真數(shù)據(jù)收集和分析的直觀性等。

④ 可擴(kuò)展性：仿真軟件功能是否可以擴(kuò)展以及功能擴(kuò)展的復(fù)雜程度。

根據(jù)上述評價(jià)指標(biāo)，表1給出了本文所述各種網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件的主要性能指標(biāo)對比結(jié)果(*越多表明該指標(biāo)在所對應(yīng)的屬性上表現(xiàn)越好，+越多表示計(jì)算資源消耗越多，-表示目前難以確定)。由表格可知，通用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件中，NS2與OMNeT++采用雙語言架構(gòu)，便于用戶修改網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；NS3、OMNeT++與QualNet支持并行仿真和分布式仿真，仿真速度較快；NS3在同類軟件中計(jì)算資源消耗較少；商用軟件OPNET與QualNet功能較強(qiáng)，易用性較好；開源軟件NS2、NS3與OMNeT++的可擴(kuò)展性好，用戶可修改或添加功能模塊以實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)功能；NS2、NS3、OMNeT++和OPNET均支持光網(wǎng)絡(luò)性能仿真。在光網(wǎng)絡(luò)專用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件中，商用軟件VPItransportMaker易用性較強(qiáng)，但可擴(kuò)展性較差；開源軟件Net2Plan比ElasticO++和SimEON的易用性好，且三者都具有較優(yōu)的可擴(kuò)展性。

表1 網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件的主要屬性比較

4 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件可以幫助研究人員以較低成本綜合評估網(wǎng)絡(luò)，有效提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的可信度與時(shí)效性。本文調(diào)研主流通用型與光網(wǎng)絡(luò)專用型網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，闡述各軟件的基本功能、主要特點(diǎn)、應(yīng)用場景和適用范圍，并根據(jù)多種評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評估。在實(shí)際工作中，研發(fā)人員應(yīng)綜合考慮軟件需求、應(yīng)用場景、時(shí)間成本和資源消耗等多種因素來選擇合適的軟件開發(fā)平臺，完成網(wǎng)絡(luò)性能仿真或相關(guān)軟件的再開發(fā)。

通過對比分析各網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件的主要特點(diǎn)及性能，結(jié)合新技術(shù)發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件的迫切需求，在此提出關(guān)于網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件的未來發(fā)展設(shè)想：

① 開發(fā)軟件應(yīng)當(dāng)摒棄專用編程語言，采用C++、Java與Python等通用編程語言，增加易用性；

② 借助并行計(jì)算和分布式計(jì)算等高效能計(jì)算技術(shù)，充分考慮算力增強(qiáng)設(shè)備的適用性，提高網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件執(zhí)行速度與效能；采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，提高軟件的可擴(kuò)展性和模塊的復(fù)用性，可實(shí)現(xiàn)與OPNET和Matlab等現(xiàn)有主流網(wǎng)絡(luò)仿真軟件的接口；

③ 遵循OSI和TCP/IP的分層設(shè)計(jì)思想，模擬真實(shí)網(wǎng)絡(luò)場景的協(xié)議處理與數(shù)據(jù)傳輸過程，具備半實(shí)物仿真能力，提高仿真結(jié)果的可信度；

④ 加強(qiáng)軟件與物理設(shè)備的交互，確保所獲取數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性；加強(qiáng)用戶支持，提供良好的GUI及全面的用戶使用文檔；

⑤ 確保仿真軟件適合更復(fù)雜的場景，涵蓋用戶駐地網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，包括諸如軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN、網(wǎng)絡(luò)虛擬化NV、網(wǎng)絡(luò)切片NS以及5G/6G移動網(wǎng)絡(luò)等新型網(wǎng)絡(luò)體制與架構(gòu)；

⑥ 結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，深度分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并提取該數(shù)據(jù)的特征，進(jìn)而對網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行優(yōu)化分析，提高軟件內(nèi)網(wǎng)絡(luò)模型的真實(shí)度。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷演進(jìn)，推動著網(wǎng)絡(luò)性能仿真方法的發(fā)展，衍生出數(shù)量龐大的網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，對專業(yè)人員進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)研究提供巨大的幫助。如何開發(fā)一款仿真速度快、計(jì)算資源消耗少、易用性與通用性強(qiáng)、可擴(kuò)展性和保真度好的網(wǎng)絡(luò)性能仿真軟件，仍然值得深入研究。