OMNet++ 学习：10 分钟教程

OMNet++10分钟教程本文适合对网络模拟器有一定了解的读者，阅读本文时，最好同时打开用户手册和API文档以便随时查阅。1.在omnetpp.org中提到的仿真模型和框架与OMNet++是什么关系？OMNet++提供了基本的工具和机制来编写仿真代码，但它本身并不提供任何特定用于计算机网络仿真，系统架构仿真和任意其它领域的组件；具体的仿真是由一些仿真模型和框架如MobilityFramework或INETFramework来支持，这些模型独立于OMNet++开发，并有自己的发布周期。2.OMNet++提供了什么？一个C++库，它由仿真内核及一些用来创建仿真组件（简单模块和信息）的工具类（如随机数生成，统计收集，拓扑发现等）；组装和配置这些组件的基础设施（NED语言，ini文件）；运行时用户接口或仿真环境（TKenv,Cmdenv）；一个用来设计，运行和评估仿真的IDE环境；实时仿真的扩展接口；MRIP，并行的分布式仿真，数据库连接等等这些组成。3.OMNet++的仿真模型是什么样的？OMNet++提供了一个基于组件的架构，模型是由可重用的组件或模块组成的。模块之间可以通过gates（在其它系统中称为ports，即端口）进行连接，以构成复合模块。每个仿真模型是一个复合模块类型的实例。这一层次（组件和拓扑）由NED文件来处理。例如，一个名为EtherMAC的组件可以用NED来描述：////EthernetCSMA/CDMAC//simpleEtherMAC{parameters:stringaddress;//othersomittedforbrevitygates:inputphyIn;//tophysicallayerorthenetworkoutputphyOut;//tophysicallayerorthenetworkinputllcIn;//toEtherLLCorhigherlayeroutputllcOut;//toEtherLLCorhigherlayer}它可以使用在下面的Ethernetstation的模型中：////HostwithanEthernetinterface//moduleEtherStation{parameters:...gates:...inputin;//forconnectingtoswitch/hub,etcoutputout;submodules:app:EtherTrafficGen;llc:EtherLLC;mac:EtherMAC;connections:app.out--llc.hlIn;app.in--llc.hlOut;llc.macIn--mac.llcOut;llc.macOout--mac.llcIn;mac.phyIn--in;mac.phyOut--out;}其中，注释能用来生成文档。简单模块，例如上面的EtherMAC，会与一个C++文件关联以提供行为，它是以simple关键字来声明的。复合模块则是用module关键字来声明的，为了仿真一个EthernetLAN，应该创建一个复合模块EtherLAN并用network关键字来表示它可以通过自身运行。networkEtherLAN{...(submodulesoftypeEtherStation,etc)...}NED文件可以在IDE中以图形化方式或文件模式编辑。NED文件只定义了模型的结构（拓扑），其行为和模块参数的某个子集则是开放的，如前面所提到的，行为是通过在简单模块相关联的C++代码来定义的，而在NED文件中没有赋值的模块参数则从ini文件中获取它们的值。4.如何运行仿真？如果EtherMAC,EtherLLC和EtherTrafficGen相应的代码已经编写好，就可以编译成可执行文件，并在omnetpp.ini中定义运行的参数，然后就可以作为一个单独的仿真程序来运行。在最简单的情况下，即当所有东西都在一个目录中的时候，只需要输入：opp_makemake--deepmakeopp_makemake创建了一个拥有恰当设置的makefile，所以你不用做任何其它事情。但是如果源文件在几个不同的目录中，例如要使用INET框架的时候，则需要传递额外的参数，如给opp_makemake传递-I参数，这种情况下最好查阅这些框架的文档或从已有的makefile系统中得到一些提示。为了运行仿真，需要一个omnetpp.ini文件，否则会得到下面的错误:$./etherlanOMNeT++/OMNESTDiscreteEventSimulation(C)1992-2005AndrasVarga[....]Errorduringstartup:Cannotopeninifile`omnetpp.ini'ini文件的其中一个功能是定义仿真某个特定的网络（因为可以在NED文件中定义一个或多个network.endnetwork定义。同时，也可以动态地指定载入的NED文件（即默认不载入），为模块参数赋值，指定仿真的运行时间和用于生成随机数的种子，以及需要收集的统计量，或者用不同的参数设置来建立几个实验。一个omnetpp.ini的样例如下：[General]network=etherLAN*.numStations=20**.frameLength=normal(200,1400)**.station[0].numFramesToSend=5000**.station[1-5].numFramesToSend=1000**.station[*].numFramesToSend=0由上可以看到，可以在为模块参数赋值时使用通配符。在NED文件中的参数赋值首先进行，而那些没有赋值的的参数则可以在ini文件中赋值（也就是说，在NED中的参数值不能被ini文件中的值覆盖）。如果最后仍然有一些参数没有被赋值，则会在运行时以交互的方式取得。如果需要使用不同名字的ini文件，可以传递–f参数，这样就可以同时传递多个文件：$./etherlan-fcommon-settings.ini-fparams15.ini-fseeds3.ini在默认情况下，会以图形用户接口TKenv来运行。如果想要转到命令行接口（为了进行批处理执行），则将可执行文件链接到不同的库即可：通过编辑makefile的下列几行：#Userinterface(uncommentone)(-uoption)#USERIF_LIBS=$(CMDENV_LIBS)USERIF_LIBS=$(TKENV_LIBS)注释掉Tkenv那一行，指定为cmdenv，然后输入make进行重新链接。另一种可选的方法是在创建makefile的时候，使用opp_makemake的–uCmdenv选项。注意到，也可以创建自已的GUI。通过阅读src/cmdenv/cmdenv.cc文件会对你有所帮助。将OMNet++嵌入到其它的应用程序（例如需要进行仿真的一些分析和设计工具）也是相似的，这已经被一些商业公司所实践。5.仿真的输出是什么？仿真过程中会有向量输出和标题输出，默认文件名为omnetpp.vec和omnetpp.sca，尽管omnetpp.ini可以指定输出为不同的文件名，仍需要在简单模块中进行编码以让其拥有记录仿真结果的能力，所以在他人编写的仿真中可能并不创建这些文件。一个输出向量文件包含若干输出向量，每一个向量都是一个(timestamp,value)对。输出向量可以存储例如关于时间的队列长度，接收数据包时端到端的延迟，丢弃的数据包或者信道吞吐量—任意在简单模块中的编程所定义的统计量都可以。并且，可以在omnetpp.ini中配置输出向量：即可以启用或者关闭记录某个输出向量，或者用一定的仿真时间间隔来进行限制。可以通过查看cOutVector对象的C++的源代码来查看一个简单模块可以获取的输出向量。输出向量根据时间来捕获行为，而输出标量文件则包含总的统计量：发送包的数目，丢弃包的数目，平均的端到端延迟，吞吐量的峰值等。可以在recodScala()方法的调用，特别是在一个简单模块类中的finish()方法中查看输出标量。输出向量可以用Plove程序来绘图，而输出标量则可以使用Scalars程序来绘图。6.关于随机数OMNeT++默认的随机数生成器是MersenneTwister，种子可以自动获取，或者在omnetpp.ini中定义。OMNeT++支持很多种概率分布，并且在NED和C++中都是可用的(在3.2版本中有14个连续的分布和6个离散的分布,具体可以查看APIdoc)。非常量的模块参数可以用随机变量来赋值，如exponential(0.2),它表示C++代码会在每次读取参数时获得一个不同的数字；这是指定随机流量源的一种很方便的方法。(常量参数也能用表达式如exponential(0.2)来赋值,但它只会被计算一次并且不再改变)。7.是否可以在OMNeT++中进行MRIP，分布式并行仿真，网络模拟，或featureX？可以。OMNet++具有很强的可扩展性并且开放源代码，一些特性是可以开箱即用的：MRIP是指multiplereplicationsinparallel，而Akaroa是一个很出色的工具。你可以单独地下载并安装它，然后启用OMNet++的Akaroa支持进行重新编译，但AFAIKAkaroa仅可以在Linux(*nix)中使用，在OMNeT++的手册中可以找到更多信息。如果仿真需要大量的内存，则可以在集群中运行仿真。分块和其它配置可以在omnetpp.ini中定义，但仿真模型本身却不用进行改变（除非模型包含全局变量可能导致不能分布地运行）。通信层使用的是MPI，但事实上这是可配置的，所以如果你没有MPI的话也仍然可以通过命名管道，或者基于文件的信息交换来进行一些基本的测试。当然如果需要，你也可以通过实现abstractcParsimCommunications接口来添加一个新的方案。网络模拟，实时仿真和类似于hardware-in-the-loop的功能是可用的，这是因为在仿真内核中的事件调度器是可插拔的。OMNet++的一个Demo展示了如何进行实时仿真和一个简单的网络模拟的样例，足以让你进入这个领域。RealnetworkemulationwiththeINETFrameworkisinthequeue.可以用一个数据库来代替omnetpp.ini文件作为配置数据的源，也能将仿真结果重定向到数据库中，OMNeT++中包含这样一个Demo，可以作为参考。由于你拥有全部的源代码和良好的文档，所以你能根据自己的想法来实现很多事情。8.如何在C++代码中编写模型？简单模块其实是C++类，你从cSimpleModule继承子类，重定义一个虚成员函数，并通过Define_Module()宏来将新的类注册到OMNeT++中。模块间主要使用消息传递进行通讯，而timers(timeouts)也处理模块发送给自身的消息。消息应当是cMessage类或者是其子类，消息将被传递到模块的handleMessage(cMessage*msg)方法，在这里应当添加你的代码。几乎你想定义的模块行为都在handleMessage()之中定义，因此这段代码块可能会很长，所以将其重构为其它成员函数例如命名为processTimer(),processPacket()是一个好主意（可以将activity()方法视为handleMessage()的一个替换，但是在实践中最好不要这么做。）。你可以使用send(cMessage*msg,constchar*outGateName)方法来向其它模块传递消息，对于无线仿真和一些情况下，则可以更方便地直接传递消息到其它模块而不用在NED文件中建立连接。这可以由sendDirect(cMessage*msg,doubledelay,cModule*targetModule,constchar*inGateName)方法来完成。Self-me