بررسی شبیه سازی شبکه های مختلف در شبیه ساز OMNET

شبیه سازی شبکه های مختلف در OMNET

در این بخش در قالب یک مقاله متنی به بررسی شبیه سازی شبکه های مختلف با فریم ورک مناسب آن شبکه در نرم افزار OMNET می پردازیم که مطالب ارائه شده در آن برای علاقمندان به مباحث شبکه و نرم افزار آمنت جالب و مفید خواهد بود. در ادامه با ما همراه باشید تا فریم ورک های مختلف OMNET را برای شبیه سازی انواع شبکه مورد بررسی قرار دهیم.

شبکه های مورد بررسی در این مقاله

• شبکه های بدون زیر ساخت متحرک (Mobile Ad-hoc Networks – MANET)
• شبکه های سنسور (Sensor Networks)
• شبکه های خودرویی ونت (Vehicular Networks – VANET)
• شبکه های درون خودرویی و یا وسیله ای (In – vehicle Networks)
• شبکه های سلولی (Cellular Networks)
• شبکه های ماهواره ای (Satellite Communications)
• شبکه های نوری (Optical Networks)
• شبکه اتصالات داخلی (Interconnection Networks)
• شبکه های تراشه های الکترونیکی (Networks-on-Chip – NoCs)
• شبکه رایانش ابری (Cloud computing, HPC clusters, SANs)

فریم ورک های مورد بررسی در این مقاله

• فریم ورک MiXiM
• فریم ورک INET
• فریم ورک INETMANET
• فریم ورک Castalia
• فریم ورک Mobility Framework (MF)
• فریم ورک PAWiS
• فریم ورک LSD
• فریم ورک SenSim
• فریم ورک SUMO
• فریم ورک Veins
• فریم ورک VNS (Vehicular Networks Simulator)
• فریم ورک TT4INET
• فریم ورک SimuLTE
• فریم ورک 4Gsim
• فریم ورک Optical burst switching (Os)
• فریم ورک NET-HNRL
• فریم ورک EPON
• فریم ورک OBSModules
• فریم ورک InfiniBand
• فریم ورک HNoCS
• فریم ورک PhoenixSim
• فریم ورک iCanCloud
• فریم ورک SIMCAN
• فریم ورک SimSANs
• فریم ورک OMPCM
• فریم ورک HECIOS

شبکه های بدون زیر ساخت متحرک (Mobile Ad-hoc Networks – MANET)

بهترین روش برای شبیه سازی شبکه های بدون زیرساخت متحرک استفاده از فریم ورک آينت خواهد بود. البته گزینه های جایگزینی نیز برای آن وجود دارد که می توان به فریم ورک MiXiM اشاره کرد. این افریم ورک از تنوعی بیشتری از مدل های لایه فیزیکی برخوردار است. با این وجود برای پروتکل های پشته در لایه های بالاتر از تنوع مناسبی از مدل ها برخوردار نمی باشد. علاوه بر این اشتقاقی دیگر از آینت با نام INETMANET نیز موجود است که دارای مثال ها و ابزارات بیشتری در زمینه شبیه سازی شبکه های MANET است. در آخر در صورتی که خواهان شبیه سازی شبکه های دستگاه های داخلی بهینه در مصرف انرژی همچون شبکه های حوزه بدن انسان و یا شبکه های مناطق شخصی هستید می توانید از فریم ورک Castalia نيز استفاده کنید.

این فریم ورک شامل مدل های واقع گرانانه ای از کانال های بی سیم و رادیو است. و سناریوهای شبیه سازی شده در این فریم بطور خاص در خصوص دسترسی به کانال های رادیویی به نتایج حقیقی نزدیک خواهد بود. البته در گذشته فریم ورک های دیگری همچون Mobility Framework (MF) نیز موجود بودند که در حال حاضر توسعه نیافته و منسوخ شده اند.

شبکه های سنسور (Sensor Networks)

در حال حاضر سه فریم ورک مطرح و مفید در زمینه شبیه سازی شبکه های بی سیم سنسوری در دسترس است که فریم ورک هایMiXiM ، INET و Castalia می باشند. نکته حائز اهمیت این است که فریم ورک آینت از مدل باتری پشتیبانی نمی کند و ممکن است در شبیه سازی شبکه های حسگر مشکلاتی را ایجاد کند. همانند قبل به منظور شبیه سازی شبکه های سنسوری فریم ورک های دیگری همچون PAWiS و LSD Sensor Simulator (SenSim) نیز موجود بودند که در حال حاضر توسعه نیافته و منسوخ شده اند. در آخر در صورتی که از نسخه های کم حجم و با امکانات محدود از سیستم های عامل استفاده می کنید، می توانید از ابزاری با نام NesCT استفاده کنید. NesCT یک مترجم زبان برنامه نویسی است که از سینتکس برنامه نویسی NesC به عنوان ورودی استفاده و در خروجی کدهای شبیه ساز آمنت پلاس پلاس را تولید می کند.

شبکه های خودرویی ونت (Vehicular Networks – VANET)

بهترین انتخاب برای شبکه های VANET استفاده از نرم افزاری های Veins (همراه با فریم ورک MiXiM ارائه می شود) و شبیه ساز ترافیکی SUMO است. البته در نسخه های 4 به بعد از نرم افزار Veins به صورت مستقل ارائه می گردد و نیازی به نصب فریم ورک MiXiM نخواهد بود. از دیگر فریم ورک های مشابه و جایگزین برای شبیه سازی شبکه های خودرویی ونت می توان به VNS (Vehicular Networks Simulator) اشاره داشت. البته شبکه های خودرویی نوعی از شبکه های بی سیم بدون زیرساخت هستند بنابراین به منظور شبیه سازی آنها می توان از دیگر فریم ورک های اشاره شده که قادر به شبیه سازی شبکه های منت هستند نیز استفاده نمود.

شبکه های درون خودرویی و یا وسیله ای (In – vehicle Networks)

پروتکل های مورد استفاده در درون خودروها و یا دیگر وسایل از دسته ی شبکه های درون خودرویی و یا وسیله ای شبکه های هستند. به طور مثال شبکه های TTEthernet ،MOST ، FlexRay ، DC – Bus ، LIN و غیره که در وسایل نقلیه و خودرو ها مورد استفاده هستند و یا بطور مشابه در صنایع هوایی و هواپیما ها می توان به شبکه های AFDx اشاره داشت. به منظور شبیه سازی اینگونه از شبکه ها از مدل TTEthernet به نام TT4INET استفاده می شود که مبتنی بر فریم ورک INET است.

شبکه های سلولی (Cellular Networks)

در خصوص شبیه سازی شبکه های سلولی می توان از دو فریم ورک مبتنی بر فریم ورک INFT با نام SimuLTE و 4Gsim اشاره داشت که این فریم ورک ها قادر به پشتیبانی نسل های 3GPP / 4G / LTE از شبکه های سلولی می باشند.

شبکه های ماهواره ای (Satellite Communications)

به منظور شبیه سازی ارتباطات ماهواره ای می توان از فریم ورک OS استفاده نمود. این فریم ورک یک فریم ورک منبع باز برای شبیه سازی ارتباطات ماهواره می باشد. هدف از توسعه این فریم ورک آسان و سازی تست و بررسی پروتکل های مورد استفاده در ماهواره هاست. همچنین این شبیه ساز قادر است تا اطلاعات جوی و مسیرهای تردد را به عنوان متغییر هایی از شبیه سازی در نظر بگیرد تا نه تنها شرایط فعلی ماهواره ها بلکه شرایط پیشین و آتی آنها را نیز مورد بررسی و پیش بینی قرار دهد. همینطور این شبیه ساز از قابلیت های بصری سازی مناسبی برخوردار است. Os یا Optical burst switching نیز مبتنی بر فریم ورک آینت است.

شبکه های نوری (Optical Networks)

برای شبیه سازی شبکه های نوری، بی سیم و یا شبکه های ترکیبی آنها از فریم ورک NET-HNRL استفاده می شود. این فریم ورک مدل های مختلفی همچون سیستم های شبکه، مولفه ها و پروتکل ها ارائه می کند. نسخه فعلی این فریم ورک از مدل های ترکیبی TDM / WDM – PON که مبتنی بر معماری SUCCESS-HPON هستند پشتیبانی می کند. معماری SUCCESS-HPON فریم ورکی برای نرخ مداری معادل است که مبتنی بر مطالعات معماری نسل آتی دسترسی نوری (NGOA) است.

ابزار EPON نام شبیه سازی دیگر برای شبکه های نوری است که به منظور شبیه سازی شبکه های نوری منفعل اِترنت (سیمی) بکار می رود. در این شبیه ساز ماژول های OLT و ONU تعریف شده اند که هر یک از آنها از یک و یا چند LLID ها پشتیبانی می کنند.

فریم ورک OBSModules نیز فریم ورکی است که مدل هایی برای شبیه سازی سوچینگ زنجیرهای نوری را فراهم می آورد. سوچینگ زنجیرهای نوری نوع جدیدی از تکنولوژی های سویچنگ نوری می باشد و قادر است تا از تقاضا های بالای پهنای باند در بک بون های نوری با تسهیم طول موج، پشتیبانی کند. همچنین امکان مطالعه و بررسی گره ها، گره های مرزی، گره های مرکزی و پیوند سوچینگ زنجیرهای نوری با دیگر شبکه ها همانند IPV4 ، نیز فراهم شده است.

شبکه اتصالات داخلی (Interconnection Networks)

در شبکه اتصالات داخلی از فریم ورک InfiniBand استفاده می شود که منبع باز بوده و قادر است تا مسیر داده ای میزبان ها و سویچ های در حال تناظر با یکدیگر را مدل کرده و عملکرد شبکه را با توجه به سخت افزار، زمان پاسخ و توپولوژی های آن، تخمين برند. نمونه دیگر و البته منبع بسته از این نوع از شبیه سازها نیز با نام Venus موجود است که توسط تیم تحقیقاتی IBM و به منظور بررسی کارایی سیستم های کامپیوتری و مراکز داده ای مقیاس بالا، توسعه یافته است. این شبیه ساز از مدل های مختلفی از توپولوژی ها پشتیبانی می کند.

این شبیه ساز در زمینه توپولوژی های شبکه و رویکردهای مسیریابی به طور مناسبی انعطاف پذير بوده و از توپولوژی های تور، حلقه سه بعدی، ابر مکعب و درخت چاق پشتیبانی می کند. علاوه بر این امکان وارد کردن توپولوژی های دلخواه منظم و غیر منظم نیز مهیا است. البته از برخی فریم ورک های توسعه یافته برای شبیه سازی های شبکه های مبتنی بر تراشه همچون HNoCS و PhoenixSim نیز می توان به منظور شبیه سازی شبکه های اتصالات داخلی استفاده نمود.

شبکه های تراشه های الکترونیکی (Networks-on-Chip – NoCs)

بطور کلی دو شبيه ساز HNoCS و PhoenixSim در زمینه شبکه های تراشه های الکترونیکی وجود دارد؛

شبیه ساز HNoCS :

ابزار HNoCS شبیه سازی ماژولار برای شبیه سازی شبکه های تراشه های الكترونیكی ناهمگن. در این شبیه ساز موارد زیر پیاده سازی شده اند:

• پیاده سازی Womrhole switc
• پیاده سازی round-robin winner
• پیاده سازی takes-all

شبیه ساز PhoenixSim :

ابزار PhoenixSim شبیه ساز يکپارچه شبکه های الکترونیکی و فوتونی است. توسط این فریم ورک می توان موارد زیر را شبیه سازی و طراحی نمود:

1. شبیه سازی طراحی ارتباطات فوتونی قطع و وصل در سیستم های چند پردازنده
2.  شبیه سازی سویچ های نانو فوتونی نوری

شبکه رایانش ابری (Cloud computing, HPC clusters, SANs)

روش های متنوعی برای شبیه سازی زیرساخت های مختلف مراکز داده وجود دارد. در اینجا برخی از مطرح ترین آنها مورد معرفی و برسی قرار می گیرند:

فریم ورک iCanCloud :

ابزار iCanCloud فریم ورکی برای شبیه سازی محاسبات ابری است که هدف اصلی آن بررسی رابطه میان هزینه و عملکرد سناریوهای مورد شبیه سازی است. همچنین iCanCloud شامل یک ماژول مجازی ابری برای شبیه سازی سیاست های مبادلات ابری است. از مزایای این فریم ورک می توان به موارد زیر اشاره داشت:

• دارای ماشین مجازی با قابلیت شخصی سازی برای شبیه سازی هر چه سریع تر سیستم های چند پردازنده و تک پردازنده.
• دارای طیف گسترده ای از تنظیمات برای سیستم های ذخیره سازی سیستم های ذخیره سازی (سیستم های ذخیره سازی محلی، سیستم های ذخیره سازی از راه دور مانند NFS، و سیستم های ذخیره سازی موازی مانند سیستم فایل موازی و سیستم های RAID).
• دارای API مبتنی بر POSIX و یک کتابخانه MPI سازگار شده برای مدلسازی و شبیه سازی برنامه های کاربردی.

همچنین iCanCloud شامل یک رابط کاربری گرافیکی کاربر پسند برای سهولت تولید و سفارشی سازی مدل های بزرگ توزیع شده است. علاوه براین چندین روش برای مدل سازی برنامه های کاربردی نیز موجود است. با استفاده از گراف های حالت و برنامه نویسی برنامه های کاربردی جدید به طور مستقیم در پلت فرم شبیه سازی می توان نتایجی حقیقی از سناریوهای شبیه سازی شده استخراج نمود.

فریم ورک SIMCAN :

ابزار SIMCAN یک چارچوب شبیه سازی برای مدل سازی طیف گسترده ای از محاسبات معماری های (HPC) با عملکرد بالا است. ویژگی اصلی SIMCAN انعطاف پذیری آسان با مدل معماری های مختلف و توانایی مقیاس پذیری آنها با حفظ عملکرد و دقت مناسب است. SIMCAN شامل مجموعه ای از ماژول های قابل تنظیم است که اجازه می دهد تا از عناصر ساده (همچون هارد دیسک، فایل سیستم، و غیره) و همچنین عناصر پیچیده معماری شبکه (مانند گره ها، سوئیچ ها و غيره) در شبیه سازی استفاده شود. فریم ورک سیم سن نیز مبتنی بر فریم ورک آینت است.

فریم ورک SimSANs :

ابزار SimSANs فریم ورکی برای شبیه سازی شبکه های ذخیره سازی (SAN) در مراکز داده است. از جمله مواردی که می توان در این فریم ورک شبیه سازی نمود:

• real-world Fibre Channel (FC)
• FC over Ethernet (FCoE)
• محیط های SAN
• نرم افزارهای SCSI IO
• SimSANs پروتکل های زیر می باشد:
• FC: FC-FS , FC-LS , FC-VS , FC-SW , FC-BB-5 (FCoE , FCIP)
• SCSI: FCP , SBC , SPC , SAM

از دیگر قابلیت های این فریم ورک می توان به شبیه سازی وظایف روتین مدیریتی SAN، قابلیت تجزیه و تحلیل پروتکل ها (همچون FINISAR و Xgig) اشاره داشت که این امر به ویژه در طراحی زیرساخت ها و تجزیه و تحلیل عملکرد شبکه های ذخیره سازی مراکز داده مفید خواهد بود.

فریم ورک OMPCM :

ابزار OMPCM فریم ورکی مبتنی بر پیاده سازی مدل کامپوننت Palladio بر اساس چارچوب شبیه سازی آمنت پلاس پلاس است به همین دلیل می توان تاثير اثرات شبکه بر روی یک سیستم مدل شده را مورد بررسی قرار داد. این شبیه ساز از شيوه بخصوصی برای نمایش رفتار RD – SEFF با نام SimCore استفاده می کند.

فریم ورک HECIOS :

ابزار HECIO فریم ورکی برای شبیه سازی دنباله جو سیستم فایل موازی بوده و مبتنی بر آینت است. هدف اصلی از توسعه HECIO، شبیه سازی PVFS می باشد.