الهندسةهندسة الاتصالات

محاكاة الشبكة في الاتصالات Network Simulation

اقرأ في هذا المقال
  • ما هي محاكاة الشبكة؟
  • ما هو محاكي الشبكة؟
  • أنواع محاكاة الشبكة
  • مزايا محاكاة الشبكة
  • معايير محاكاة الشبكة

يتزايد التقدم في التكنولوجيا اللاسلكية بسرعة، وفي شبكات الكمبيوتر لا يمكن بدء البروتوكولات غير المؤكدة على نطاق واسع بسبب التردد في نتيجتها الناجحة، لذلك يتم اعتماد أحدث البروتوكولات من خلال النمذجة التحليلية أو أدوات المحاكاة، حيث إذا أظهرت أحدث البروتوكولات نتائج مناسبة بعد المحاكاة فسيتم تنفيذ البروتوكولات في العالم الحقيقي.

 

ما هي محاكاة الشبكة؟

 

محاكاة الشبكة: هي نوع من الأساليب في البحث عن شبكة الكمبيوتر للاتصالات، حيث يشكل برنامج برمجي أداء الشبكة عن طريق تحليل العلاقات بين كيانات الشبكة المختلفة مثل الروابط و”N switched” وأجهزة التوجيه والعقد ونقاط الوصول، كما يمكن مراقبة أداء الشبكة والتطبيقات المختلفة والخدمات والدعم في معمل التحليل، حيث يمكن أيضاً تغيير الميزات المختلفة للمحيط بطريقة مسيطر عليها لتقييم كيفية أداء الشبكة أو البروتوكولات في ظل ظروف مختلفة.

 

محاكاة الشبكة هي النهج ذات الانتشار الكبير، وتستعمل لإيجاد هياكل الشبكات المتنوعة باستثناء التطبيق في العالم الحقيقي، حيث يتم اعتمادها على نطاق واسع من قبل فريق البحث لتقدير النظريات والفرضيات الجديدة، وهناك أنواع مختلفة من أجهزة المحاكاة، ولكن اختيارها في العمل البحثي أمر بالغ الأهمية للباحثين.

 

ما هو محاكي الشبكة؟

 

محاكي الشبكة: هي البرامج المستخدمة للتنبؤ بأداء شبكة الكمبيوتر، حيث يتم استخدامها عندما تصبح شبكات الاتصال صعبة للغاية بالنسبة للتقنيات التحليلية الثابتة لتقديم فهم دقيق لأداء النظام، وفي جهاز محاكاة يمكن تشكيل شبكة الكمبيوتر بمساعدة الروابط والأجهزة والتطبيقات ويمكن الإبلاغ عن أداء الشبكة، كما تتوفر هذه باستخدام الشبكات والتقنيات الجديدة المستخدمة اليوم، مثل “IoT” و”5G” و”WLAN” والشبكات المخصصة للهاتف المحمول وشبكات “WSN” و”LTE” والشبكات المخصصة للمركبات.

 

مضاهاة الشبكة: هي نوع من الأساليب المستخدمة لاختبار فعل التطبيقات الحقيقية عبر شبكة افتراضية، حيث يختلف هذا عن محاكاة الشبكة حيثما يتم تطبيق الشكل الرياضي لحركة المرور والقنوات والبروتوكولات ونماذج الشبكة فقط، وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا في تقييم الأداء وتقدير تأثير التغيير وتحسين عملية صنع القرار في التكنولوجيا.

 

  • “IoT” هي اختصار لـ “Internet of Things” و”WLAN” هي اختصار لـ “Wireless Local Area Network”.

 

  • “WSN” هي اختصار لـ “Wireless sensor networks” و”LTE” هي اختصار لـ “Long Term Evolution”.

 

أنواع محاكاة الشبكة:

 

1- المحاكي “NS-2”:

 

المحاكي “NS-2”: هو نوع من أجهزة المحاكاة الموجهة للكائنات تستخدم بشكل أساسي لمحاكاة بروتوكولات الشبكات بالإضافة إلى بروتوكولات التوجيه للشبكات مثل السلكية واللاسلكية، ويمكن تنفيذ ذلك من خلال “OTCl” و”C++”

 

2- المحاكي “NS3”:

 

تم تصميم هذا النوع من المحاكاة بشكل أساسي بهدف التعليم وكذلك البحث، وعند مقارنته بنوع “Ns2” فإنّه يستعمل “Python” للعمل بطريقة أفضل؛ بسبب انخفاض مستوى الإزالة، كما تحتوي وحدات “Ns3” البروتوكولات وأجهزة الشبكة والمكتوبة بلغات “C++” و”Python”.

 

3- المحاكي “Netki”:

 

المحاكي “Netki”: هو برنامج مفتوح المصدر يستخدم “Linux” كوضع المستخدم، ةيتم استخدام هذا المحاكي كلما دعت الحاجة إلى تكوين بيئة شبكات بمساعي صغيرة، حيث إنّها أداة محاكاة تعتمد على سطر الأوامر، ويتم استخدامه لإنشاء شبكة كاملة عبر جهاز كمبيوتر واحد من خلال استغلال أجهزة الشبكة الافتراضية “VN”.

 

  • “VN” هي اختصار لـ “Virtual network”.

 

4- المحاكي “Marionnet”:

 

يتم استخدام مكتبة الشبكة الافتراضية “Marionnet” كأداة تعليمية بسبب واجهة المستخدم الرسومية الذكية، وباستخدامه يمكن تعريف شبكة معقدة من قبل المستخدم على جهاز كمبيوتر مضيف.

 

5- المحاكاة المبنية على جافا “JSIM”:

 

يتم استعماله بشكل كبير في المحاكاة القائمة على الويب للبناء باستعمال حزمة الحدث أو معالجة الحزمة، ويستعمل لإنتاج نماذج عددية كمية وتقديرها فيما يتعلق ببيانات التجربة.

 

6- المحاكي “OPNET”:

 

يتم استعماله في البحث والتطوير لتوفير المرونة الكاملة للدراسة فيما يرتبط بشبكات وبروتوكولات وتطبيقات الاتصال، وعندما يتضمن كلاً من بيئة البرمجة وواجهة المستخدم الرسومية، فإنّه يوفر نظاماً أساسياً للمستخدم لتشكيل الشبكة عندما يحتاج إليها.

 

7- المحاكي “QualNet”:

 

يتم استعماله من قبل المهندسين والعلماء لتصميم أمثلة افتراضية لجميع أصناف شبكات البيانات والصوت والفيديو “Audio and video”، كما إنّها أداة اختبار وتخطيط وأداة تدريب تستخدم للدلالة على حالة الشبكة بدقة.

 

مزايا محاكاة الشبكة:

 

  • الميزة الرئيسية للمحاكاة هي عرض ملاحظات عملية للمستعملين أثناء تصميم أنظمة العالم الحقيقي.

 

  • إنّها تتيح لمصممي النظام بدراسة المشاكل على مستويات تفكيك عديدة.

 

  • يتم استخدام هذه بطريقة فعالة.

 

معايير محاكاة الشبكة:

 

أولاً: الدقة:

 

للحصول على ثقة في نتائج المحاكاة، يجب أن يمثل نموذج الشبكة خصائص الشبكة بدقة، ومن بين العوامل التي تحدد ديناميات الشبكة، وبالتالي أداء الشبكة والبروتوكولات المستخدمة في الشبكة والتضاريس والعوامل البيئية وحركة أجهزة الاتصال والطبيعة المتدفقة لحركة مرور الشبكة، مع اختلاف جودة متطلبات الخدمة المحتملة، كما يجب أن يتمتع نموذج الشبكة بما يكفي من الدقة لالتقاط تأثيرات هذه العوامل بشكل مناسب.

 

فعلى سبيل المثال، عند تحديد عرض نطاق الاتصال الفعال لأجهزة الراديو المحمولة في منطقة جبلية وإذا لم تأخذ حسابات خسارة المسير تأثيرات التضاريس في الاعتبار، فقد تكون النتائج غير دقيقة للغاية وإذا تم استخدام نموذج بسيط ذي معدل موحد لتمثيل حركة المرور، وكانت حركة المرور في الشبكة المستهدفة شديدة التغير ومتفجرة بطبيعتها، فقد تؤدي نتائج المحاكاة إلى أن يستنتج مخطط الشبكة بشكل غير صحيح ارتباطاً منخفض السعة يكفي لدعم مطالب المرور.

 

ثانياً: قابلية التوسع:

 

يجب أن يعكس نموذج الشبكة بدقة حجم الشبكة المستهدفة، وهذا أمر بالغ الأهمية لأنّ الشبكات الكبيرة تتصرف بشكل مختلف كثيراً عن الشبكات الصغيرة، وتُظهر ديناميكيات الشبكة التي إمّا غير موجودة أو غير مادية في الشبكات الأصغر، وبعد ذلك لا يمكن في كثير من الأحيان استقراء أداء الشبكات الكبيرة بشكل مباشر من عمليات محاكاة الشبكات الصغيرة، ويمكن فقط للنماذج “على نطاق واسع” تقديم نتائج موثوقة.

 

فعلى سبيل المثال، بالنسبة للشبكات أثناء التنقل تتشابه معدلات الإنتاجية الفعالة وإكمال الرسائل من طرف إلى طرف لبروتوكولات التوجيه المخصصة للشبكات الصغيرة، ولكن يمكن أن تختلف بنسبة تزيد عن “400%” مع تغير حجم الشبكة أو الاتصال أو كثافة حركة المرور، وكذلك تأثير حجم الشبكة على التأخير من طرف إلى طرف في شبكات “TCP / IP“، ومع زيادة حجم الشبكة يزداد عدد القفزات، وبالتالي التأخير من طرف إلى طرف ومن مصدر إلى الوجهة، ولكن بطريقة غير خطية، ولا يمكن استقراء هذه التأثيرات من محاكاة الشبكات الأصغر.

 

  • “TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission Control Protocol/Internet Protocol”.

 

ثالثاً: السرعة:

 

بالإضافة إلى متطلبات الدقة وقابلية التوسع، من المهم أن تعمل المحاكاة بسرعة حتى تكون النتائج مفيدة، وبالنسبة للنماذج على نطاق واسع للشبكات الكبيرة تصبح السرعة أكثر أهمية؛ لأنّ وقت تنفيذ المحاكاة يمكن أن يزداد كوظيفة تربيعية أو أسية لحجم الشبكة، وإذا استغرقت المحاكاة وقتاً طويلاً فقد يحتاج المستخدم إلى اللجوء إلى التجريدات التي تخفي ديناميكيات الشبكة الهامة أو تعتمد على محاكاة الشبكات الأصغر حجماً.

 

وكلاهما سيؤدي إلى استنتاجات خاطئة، واعتمدت محاكيات الشبكة القديمة على تنفيذ نموذج تسلسلي، والذي غالباً ما كان يعمل أبطأ بمقدار “50 مرة” من الوقت الفعلي، أي أنّ النموذج سيستغرق “50 ساعة” لمحاكاة ساعة من تشغيل الشبكة المستهدفة التي يتم تصميمها، وفي المقابل يمكن لمحاكيات الشبكة التي تستفيد من محاكاة الأحداث المنفصلة المتوازية “PDES” الاستفادة من المعالجات متعددة النواة وتقنيات الحوسبة المتوازية لضمان تشغيل هذه النماذج في الوقت الفعلي أو أسرع منه.

 

  • “PDES” هي اختصار لـ “partial differential equations”.

المصدر
Introduction to Analog and Digital Communications/ Simon HaykinData Communication and Computer NetworkWIRELESS COMMUNICATIONS/ Andreas F. MolischTheory and Problems of Signals and Systems/ Hwei P. Hsu, Ph.D./ JOHN M. SENIOR Optical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى