1.1 OMNeT++为何物?
OMNeT++是一款面向对象的离散事件网络模拟器,可以实现的功能如下:
.无线电通信网络信道模拟
• 协议模拟
• 模拟队列网络
• 模拟多处理器和其他分布式硬件系统
• 确认硬件结构
• 测定复杂软件系统多方面的性能
• 模拟其他的任何一种合适的离散事件系统
一款 OMNeT++模拟器包括一些分层次的嵌入式模型,嵌入式模型的深度是无限的,
即允许用户在模拟环境中绘制实际系统的逻辑结构.各模块通过信息的传输进
行通信,其信息可以包括任意复杂的数据结构,各模块均可以通过门或者线路直
接发送信息给目标点或者也可以通过预先的路径进行传输.
各个模块可以有自己的参数集,参数集可以被用于定制模块行为,或者可以用于
确定模拟拓扑图的参数.
模拟网络最底层的模块可以嵌入行为,这些模块被称为基本模块,它可以利用模
拟器的库函数在 C++进行编程.
OMNeT ++模拟器可以在根据不同的目的来改变用户接口: 调试、实例和批量执
行。高级用户的接口可以把模块透明的交给用户,即允许控制模拟器执行以及可
以通过改变模块中的变量/对象来干涉模拟器的执行,这在开发 /调试模拟器工
程师非常有用的,用户接口也促进了模块工作的实现。
模拟器的接口和工具都非常轻便:目前得知它可以在 Windows 和各种 UNIX 操作
系统下利用 c++进行编译。
OMNeT ++还支持分布式并行仿真,OMNeT++可以利用多种机制来进行用于几个并
联的分布式模拟器之间的通信仿真,比如 MPI 和指定的通道。这种并行仿真算法
可以很容易的进行扩展,也很容易加入新的模块。各个模块不必须要特定的结构
来并行运行,这只是一个配置的问题。OMNeT++甚至还可以被用于并行模拟仿 真
算法的多层次描述,因为模拟器可以在 GUI 下并行运行,这种 GUI 为运行过程提
供了详细的反馈。
OMNEST 是 OMNeT++的一个商业版本,OMNeT++只在学术和非盈利性活动免费,在
进行商业性研究时需要从 Global 公司获得 OMNEST 许可证。
1.2 本手册的组织结构
本手册的组织结构如下:
第[1],[2]章包括介绍性的资料
第二组章节,[3],[4],和[6]是编程向导.他们提出了 NED 语言,仿真的概念和他
们在 OMNet++中的执行,解释了如何写一个简单的模块并描述了类库.
第[9],[11]进一步阐述了主题,通过解释如何定制网络图,从产生的方件中,如何
写 NED 源代码注释.
[7],[8],[10]处理了实际的问题,比如建立,运行仿真器,分析结果,提出了
OMNet++工具提供的所支持的任务.
[12]章支持分布式执行
最后[13]解释了 OMNet++内部结构
附录[14]提供了参考的 NED 语言
第二章 概述
2.1 建模的概念
OMNeT++为用户提供了有效的用于描述实际系统结构的工具。一些主要的特征表
现如下:
(1) 分层次嵌入式模块
(2) 各模块以模块类型分类
(3) 模块之间通过信号在通道上 的传输进行通信
(4) 灵活的模块参数
(5)拓扑描述语言
2.1.1 分层次的各模块
OMNeT ++模块包括分层次的嵌入式模块,这些模块通过彼此之间传输消息来进行
通信。OMNeT++经常被描述成网络结构,最顶层的模块称为系统模块,系统模块
包括子模块,其子模块还可以包括本身的子模块,模块嵌入的深度是没有限制的,
它允许用户在模块结构中根据实际系统来绘制逻辑结构图。
模块结构利用 OMNeT++ 的 NED 语言进行描述。
包含子模块的模块称为混合模块,与在层次模块最底层的简单模块相反.在模型
中简单模块包括算法.使用 OMNet++的仿真类库, 用户通过 C++执行简单模块.
2.1.2 模块类型
基本模块和复合模块都是模块类型的实例。在描述模块时,用户定义了模块类型;
这些模块类型的实例用于组成更复杂的模块类型.最终,用户创建系统模块为前
面所定义的模块类型的实例;所有的网络模块都被实例为系统模块的子模块和子
子模块.
当一种模块类型被用作一个建立块,则不管是基本模块和复合模块都没有区别。,
这使用户在不影响现有的模块类型用户的条件下,可以将一个基本模块分割成多
个基本模块嵌入至一个复合模块,或者相反,集成一个复合模块的功能为单个基
本模块.
模块类型可以存储于文件中,并且可以保证与它实际的用法分别开来,这就意味
着用户可以通过存在的模块类型进行分组,也可以创造组成库,这一特征在后面
第[8]章将会给出详细的介绍。
2.1.3 消息、门、链路
模块之间通过交换消息进行通信,在一个实际的模拟器中,可以使用计算机网络
中的帧和包来替代消息,在队列网络中可以用作业或消费者来替代消息,或者其
他的移动实体类型。消息可以包括任意复杂的数据结构.基本模块可以通过门或
连接,直接发消息至目的地,也可以通过预先确定的路径发送消息.
当模块接收一个消息时,模块的”本地仿真时间”前进.消息能够从其他的模块或
从相同的模块抵达(自身的消息用于执行定时器).
门是模块的输入/输出接口,消息通过输出门发送出去,通过输入门进行接收。
每个连接(也称之为链接)被创建成一个单一层次的模块层次:在一个复合模块中,
可以连接相应的两个子模块的门,或一个子模块的门和一个复合模块的门.
子模块彼此连接
子模块连接父模块
由于模块的层次结构,典型的消息传输是通过一系列的连接,开始和到达都在简
单模块中.这些连接系列从简单模块到简单模块,被称之为路由.在模块中的复合
模块可以看成”纸盒”,在其内部和外部世界之间透明地转播消息.
2.1.4 包输出的建模
连接被分配三个参数,用于方便通信网络的建模,但是在其他的建模中也是有用
的:传播延迟,比特错误率和数据率,所有三个都是可选的.对每个连接都可以分
别指定链接参数,或者定义链接类型,在整个网络中使用.
传播延迟是指由于通过通道传输,消息抵达的延迟的时间数.
位错误率指一比特数据被错误传输的概率,允许简单的噪音通过建模.
数据率 bit/second,用于计算传输一个包的时间.
当数据率在使用的时候,模块中发送的消息对应于传输的第一个比特,消息接收
对应于接收的最后一个比特.这个模块不是总是可用的,例如,类似于 Token 环和
FDDI 协议,不等待结构到达其实体,而是开始重复它的第一个比特,然后他们到
达—换句话说,”流量通过”结构,仅存在很少的延迟.如果你想模块化这些网
络,OMNet++的数据率建模特征将不能使用.
2.1.5 参数表
模块可以有参数表,参数表可以在 NED 文件中指定,也可以在 omnetpp.ini 中进
行配置。
参数可以用于定制简单模块行为,也可以参数化模型拓扑.
参数可以是 string, numeric 或 boolean 值,或者也可以包括 XML 数据等.numeric
值包含使用其他参数的表达式以及调用 C 函数,不同分类的随机变量,和由用户
交互输入的值.
Numeric 值的参数可以以灵活的方式构成拓扑结构.在一个复合模块中,其参数
定义子模块数,门数,和形成内部连接的方法.
2.1.6 拓扑描述方法
用户使用 NED 描述语言定义了模型的结构.NED 语言将在第[3]章讨论.
2.2 设计算法
一个模型的简单模块包括像 C++函数的算法.使用设计语言的灵活性和能力,支
持 OMNet++的仿真类库.仿真程序员可以选择事件驱动或进程式的描述,可以自
由使用面向对象概念(继承,多态等)和设计模式来扩展仿真功能.
仿真对象(消息,模块,队列等)由 C++类表示.他们被设计成有效地共同工作,创
建一个有力的仿真设计结构.以下的类是仿真类库中的一部分:
modules, gates, connections etc.
parameters
messages
container classes (e.g. queue, array)
data collection classes
statistic and distribution estimation classes (histograms, P2
algorithm for calculating quantiles etc.)
transient detection and result accuracy detection classes .
这些类是一个特殊的工具,允许运行的仿真对象的移动,显示他们的信息如,名称,
类名,状态变量或内容.这个特点使他可能创建一个仿真 GUI,其中所有的仿真内
在都是可见的.
2.3 使用 OMNeT++
2.3.1 新建运行模拟器
这节提供了在实践中观察 OMNet++的工作:比如讨论了模型文件,编译,运行仿真
器等问题.
一个 OMNet++模型包括以下几部分:
NED 语言拓扑描述(.ned 文件),其使用参数,门等描述了模块结构.NED 文件可以
使用任何文本编辑器或 GNED 图形化编辑器来编写.
消息定义(.msg 文件).可以定义变量消息类型,以及在其上添加数据文
件.OMNet++将消息定义转化成完全的 C++类.
简单模块源.他们是 C++文件,.h 或.cc 后缀.
仿真系统提供了以下的组件:
仿真内核.这包含用 C++编写的管理仿真和仿真类库的代码,编译使其形成一个
库文件(扩展名为.a 或.lib).
用户接口.OMNet++用户接口在仿真执行的时候使用,用于方便调试,演示或者批
处理仿真的执行.有许多用 C++编写的用户接口, 编译使其形成一个库文件(扩
展名为.a 或.lib).
从以上的组件中创建仿真程序.首先,使用 opp_msgc.程序将.msg 文件转化成 C++
代码.然后编译所有的 C++源文件,链接仿真内核和用户的接口库,形成一个仿真
可执行文件.NED 文件可以转化成 C++文件(使用 nedtool)进行链接,当仿真程序
开始执行时,也可在他们原始的文本里动态加载.
仿真器的运行和结果分析
仿真执行文件是一个单独的程序,因此它可以运行在没有 OMNet++,或正在显示
模型文件的其他机器上.当程序开始执行,它读一个配置文件(通常为
omnetpp.ini)这个文件包括设置,它控制了仿真如何被执行,模型参数的值,等.
配置文件也指定了许多仿真运行;在最简单的情况下,他们将被仿真程序接连地
执行.
仿真的输出写入一个数据文件:输出向量文件,输出标量文件,以及用户自己的输
出文件.OMNet++提供一个 GUI 工具 Plove 来查看,制作输出向量文件的内容图.
它不希望仅仅使用 OMNet++来处理结果文件:输出文件的格式是一个文本文件,
可以读进数学包像 Matlab 或 Octave,或导入电子数据表像 OpenOffice Calc,
Gnumeric 或 MS Excel(许多预处理将需要 sed,awk,perl,这将在后面讨论).所有
这些外部的程序提供了丰富的功能用于统计分析和可视化,OMNet++范围之外的
程序使他们的成就加倍.本手册简单描述了许多数据测绘程序,以及如何使用
OMNet++.
输出标量文件使用标量工具可视化.它可以画出柱形统计图表,x-y 图表(比如吞
吐量 VS 提供的负载),或导出数据通过剪贴板至电子数据表和其他的程序进行更
详细的分析.
用户接口
用户接口的基本目的是使模型的内部对用户可视,控制仿真执行,通过改变模型
内部的变量/对象允许用户干涉.这在项目仿真的开发/调试阶段非常重要的.一
个传递下去的经验允许用户得到一个模型行为的”感觉”也同样重要.图形用户
接口可以用于证明一个模型的操作.
相同的仿真模型在模型文件本身不做任何改变的情况下被不同的用户执行.用户
可以使用一个有力的图形化用户接口进行测试调试仿真,最终使用一个简单快速
的支持批处理执行的用户接口运行.
组件库
存储在文件的模块类型从他们实际使用的地方分离出来.这个使用用户组合现有
的模块类型,创建组件库.
通用的单独仿真程序
仿真执行文件可以存储许多独立的模型,使用相同的简单模块集.用户可以在配
置文件中指定运行哪个模型.允许创建一个包括许多仿真模型的大的可执行文件,
发布为一个单独的传感器工具.拓扑描述语言的灵活性也支持这种方法.
2.3.2 各分类的内容
如果安装了发布的源程序,你系统上的 omnetpp 目录将包括以下的子目录.(如果
你安装了一个预处理发布,将缺少一些目录,或者会有额外的目录,比如 包括
OMNet++绑定的软件).
仿真系统本身:
omnetpp/
OMNeT++ 根目录
bin/
OMNeT++ 可执行文件目录(GNED, nedtool
等)
include/
lib/
bitmaps/
doc/
仿真模块的头文件
库文件
图形网络中会使用的图标
手册(PDF),readme, license 等
manual/
HTML 帮助文件
tictoc-tutorial/ 介绍使用 OMNeT++
api/
参考的 HTML API
nedxml-api/
API 参考 NEDXML 库
src/
文件源
src/
OMNeT++ 源
nedc/
nedtool,消息编译器
sim/
仿真内核
parsim/
发布执行的文件
netbuilder/
动态读取 NED 文件的文件
envir/
cmdenv/
tkenv/
gned/
plove/
scalars
nedxml/
utils/
用户接口的公共代码
用户接口命令行
基于 Tcl/Tk 的用户接口
图形化 NED 编辑器
输出向量分析器和制图工具
输出标量分析器和制图工具
NEDXML 库
makefile 创建器,文档工具等
test/
回归测试
core/
distrib/
...
在 samples 目录中的是仿真例子
samples/
aloha/
cqn/
...
仿真库的回归测试
创建发布的回归测试
仿真例子的目录
Aloha 协议模型
关闭的队列网络
contrib 目录包括 OMNeT++的贡献内容.
contrib/
贡献内容目录
octave/
emacs/
用于结果处理的 Octave 脚本
Emacs 高亮显示 NED 语法
你也会发现一些附加的目录,像 msvc/, 其包括 VC++的综合组件等.
3 NED 语言
3.1 NED 概述
模型的拓扑结构可以使用 NED 语言详细描述.NED 语言方便了一个网络的模块描
述.这意味着一个网络描述包括许多组件描述(通道,简单/复合模块类型).网络
描述的通道,简单模块和复合模块可以在另一个网络描述中重复使用.
包含网络拓扑模型描述的文件通常以.ned 为后缀名,它可以动态地载入仿真程
序或由 NED 编译器翻译为 C++代码,并链接到可执行文件中.
EBNF 语言描述见附录[14].
3.1.1 一个 NED 描述组件
一个 NED 描述包括以下组件,以任意数据或顺序:
导入命令
定义信道
简单和复合模块定义
网络定义
3.1.2 保留字
网络描述必须注意不能使用保留字命名.NED 语言的保留字有:
Import, channel, endchannel, simple, endsimple, module, endmodule, error,
delay, datarate, const, parameters, gates, submodules, connections,
gatesizes, if, for, do, endfor, network, endnetwork, nocheck, ref,
ancestor, true, false, like, input, numeric, string, bool, char, xml,
xmldoc.
3.1.3 标识符
标识符是模块名,信道,网络,子模块,参数,网关,信道属性和函数.
标识符必须由英文字母表(a-z,A-Z),数字(0-9)和下划线”_”.可以由字母或下
划线开始.如果你想以数据开头的话,在前面加个下划线,例如_3Com.
如果标识符由几个单词组成时,按惯例大写每个单词的首字母,建议大写模块,信
道,网络等标识符的首字母,小写参数,门,子模块等标识符的首字母.下划线很少
使用.
3.1.4 大小写敏感
网络描述和所有的标识符是大小写敏感的.例如,TCP 和 Tcp 是两个不同的命名.
3.1.5 注释
注释可以放在 NED 文件的任何地方,跟 C++语法类似:由双斜线开始”//”,一直
延续到这行的结尾,注释被 NED 编译器忽略.
NED 注释可以用于产生文档,像 JavaDoc 和 Doxygen.此特性在第[11]章描述.
3.2 导入命令
导入命令是用于从其他网络描述文件中导入描述.在导入一个网络描述后,可以
使用组件(信道,简单/复合模块类型定义.