Техническое описание (Data sheet) на русском языке
QualNet Network Simulator
Заставьте сети работать (Make Networks Work)
Программное обеспечение для моделирования сетей: разработка, анализ
QualNet позволяет оценивать сети связи для подвижных объектов (on-the-move), быстрее и с большей реалистичностью, чем любой другой инструмент. Он использует цифровой двойник сети (network digital twin) для цифрового представления всей сети, различных уровней протоколов, радиостанций, антенн и устройств. QualNet применяет современные алгоритмы параллельного дискретно-событийного моделирования (Parallel Discrete Event Simulation, PDES), разработанные для использования многоядерных и параллельных процессоров, что существенно повышает скорость обработки событий и, соответственно, скорость выполнения моделирования, позволяя выполнять высокоточное (high-fidelity) моделирование больших сетей быстрее реального времени.
•Платформа сетевого моделирования QualNet (QualNet) используется планировщиками, аналитиками, ИТ-специалистами и специалистами по связи для оценки производительности сетей связи в различных условиях эксплуатации, а также для выявления и снижения влияния обнаруженных эксплуатационных проблем. Анализ проводится в следующем порядке: сначала создаётся имитационная модель, или сценарий (scenario), представляющий сеть и среду её функционирования, затем сценарий выполняется и анализируются результаты.
Типовой сценарий состоит из:
•узлов (nodes), представляющих сетевые элементы и оконечные устройства (маршрутизаторы, коммутаторы, радиостанции, датчики, ПК, серверы, спутники, наземные станции, мобильные телефоны, точки доступа (access points) и т. д.), и протоколов, работающих на них;
•каналов связи (links), соединяющих узлы (шины, сегменты ЛВС (LAN), радиопередачи, сигналы Wi-Fi, соединения LTE и т. д.);
•среды, в которой работает сеть (внутри помещений, сельская или городская местность, погодные условия и т. д.);
•шаблонов перемещения (mobility patterns) устройств связи, если они есть;
•приложений и других источников трафика, работающих в сети.
Возможности QualNet (Features of QualNet)
Основные возможности QualNet включают следующее:
•QualNet может моделировать разнородные сети (heterogeneous networks) — проводные, беспроводные, подводные, спутниковые и др. — с тысячами узлов, обменивающихся различными видами трафика. Эти сценарии могут выполняться быстрее реального времени, что позволяет быстро проводить анализ «что, если» (what-if) производительности сети при различных условиях эксплуатации.
•QualNet поддерживает большое количество высокоточных моделей сетевых устройств, протоколов всех уровней стека протоколов (protocol stack), приложений, местности (terrain), моделей распространения радиоволн (propagation models) и моделей перемещения (mobility models). Библиотека моделей (model library) включает модели беспроводных технологий (например, Wi-Fi и WiMax); сотовых сетей (например, GSM, UMTS, LTE и 5G); военных сигнальных форм (military waveforms) (например, Link-11, Link-16); спутниковой связи; подводной связи; таких устройств, как маршрутизаторы, коммутаторы и точки доступа; местности внутри помещений, в сельской и городской среде; а также многих реальных приложений. Таким образом, реальные коммерческие и тактические сети, работающие в нескольких предметных областях (domains), могут быть смоделированы и проанализированы в QualNet с высокой степенью достоверности.
•Интерфейс HITL («человек в контуре», Human-in-the-Loop) в QualNet поддерживает динамическое взаимодействие для изменения работы выполняющегося сценария. Например, пользователи могут включать и отключать узлы и изменять интенсивность трафика отдельных приложений через интерфейс HITL.
•Интерфейс QualNet VR-Link позволяет QualNet взаимодействовать по сети с другими конструктивными имитаторами (constructive simulators), приложениями виртуальной реальности и средствами компьютерно генерируемых сил (Computer-Generated Force, CGF), такими как OTB и OneSAF, с использованием высокоуровневой архитектуры (High Level Architecture, HLA) или распределённого моделирования взаимодействий (Distributed Interaction Simulation, DIS).
•Графический интерфейс пользователя (Graphical User Interface, GUI) QualNet может использоваться для визуализации различных типов потоков пакетов во время выполнения сценария, что даёт оперативное представление о сети. Во время выполнения сценария также могут отображаться динамические статистические данные.
•Расширение изменения ориентации (Orientation change extension) FFC для Standard SIM
•Анализатор (Analyzer) QualNet может использоваться для построения графиков сотен метрик (metrics) после моделирования. QualNet также обеспечивает формирование подробных таблиц с метками времени в базе данных SQL, из которых можно получать запросы и отчёты, такие как связность узлов, пропускная способность (throughput), задержка (latency), потери на трассе (path loss), потери пакетов и т. д. Сторонние инструменты, например Tableau, также можно использовать для создания отчётов на основе базы данных статистики.
•Функция тепловой карты (heatmap) QualNet может использоваться для уточнения расположения элементов сети на основе зоны покрытия сигнала беспроводных передатчиков в сценарии, которая может отображаться графически.
•Платформа QualNet обладает высокой гибкостью и расширяемостью: модели новых протоколов, устройств и приложений могут быть легко разработаны и включены в сценарии моделирования. Высокоточные модели также могут быть разработаны путём использования реального кода реализации протоколов.
Архитектура платформы QualNet (QualNet Platform Architecture)
Создание сценариев QualNet
Чтобы изучать производительность и анализировать реальные сети, критически важно, чтобы сеть была точно представлена в имитационной модели. QualNet предоставляет интуитивно понятный интерфейс перетаскивания (drag-and-drop) для создания сетевых сценариев с использованием предварительно настроенных моделей устройств, типов каналов связи и приложений. Сценарий можно уточнить, задав конкретные значения параметров в простых в использовании редакторах свойств (property editors). QualNet также предоставляет предметно-ориентированные «палитры» (domain-specific “palettes”) предварительно настроенных сетевых компонентов с расширенной функциональностью, таких как подсети (subnets), часто используемые устройства и т. д. Это удобный способ создания имитационных моделей сетей, находящихся на стадии планирования.
Для анализа существующих сетей QualNet предоставляет несколько утилит, позволяющих легко воспроизвести в QualNet сети и трафик приложений «как есть» (as is). Благодаря этому планировщики и аналитики могут быть в высокой степени уверены, что результаты, полученные при моделировании, применимы к реальной сети. Эти утилиты включают:
•Конвертер топологии (Topology Converter): этот инструмент импортирует топологию сети, заданную в формате Visio, и создаёт имитационную модель сети на основе этой топологии.
•Преобразователь трафика PCAP (Packet Capture (PCAP) Traffic Mapper): эта утилита преобразует трафик, захваченный в реальной сети с помощью такого инструмента, как Wireshark, в эквивалентный имитируемый трафик приложений, который может использоваться при моделировании в QualNet для анализа производительности сети.
•Импортёр NetFlow (NetFlow Importer): этот инструмент также создаёт имитационные модели реального сетевого трафика, но вместо информации из захваченных пакетов использует статистику потоков трафика, экспортируемую в пакетах NetFlow.
•Импортёр конфигураций маршрутизаторов (Router Configuration Importer): этот инструмент импортирует реальные конфигурационные файлы, используемые для настройки физических маршрутизаторов популярных производителей, например Cisco, и использует их для прямой настройки соответствующих маршрутизаторов в имитационных моделях.
Компоненты QualNet (Components of QualNet)
Основные компоненты QualNet:
•Имитатор (Simulator): в основе QualNet лежит имитатор, который использует современные методы для выполнения моделирования больших сетей на высокой скорости без ущерба для точности. QualNet основан на специализированном ядре (kernel) и эффективных методах управления памятью (memory management), что обеспечивает очень высокую скорость моделирования. Кроме того, QualNet использует вычислительную мощность многопроцессорных платформ, применяя эффективные методы PDES и интеллектуальное разделение (smart partitioning), то есть оптимальное распределение нагрузки между процессорами.
•Графический интерфейс QualNet (QualNet GUI): GUI QualNet — простая в использовании платформа для создания, визуализации и анализа сетевых сценариев.
○Режим проектирования (Design Mode): этот режим используется для создания виртуальных сетевых моделей с помощью интуитивно понятного графического интерфейса с указанием и перетаскиванием (point-and-click drag-and-drop). Виртуальные сетевые модели могут включать устройства связи, проводные и беспроводные каналы, шаблоны перемещения (mobility patterns) беспроводных пользователей, физические характеристики, такие как местность и здания, протоколы всех уровней стека и т. д. Можно применять различные типы приложений и служб, работающих в сети.
Режим проектирования (Design Mode)
○Режим визуализации (Visualize Mode): этот режим используется для наблюдения и анализа поведения сети во время выполнения моделирования. Пользователи могут наблюдать, как пакеты разных уровней проходят через сеть, и просматривать динамические графики статистики в реальном времени.
Режим визуализации (Visualize Mode)
○Анализатор (Analyzer): после завершения моделирования Анализатор используется для построения графиков и анализа большого количества статистических данных, собранных в ходе моделирования.
Анализатор (Analyzer)
•База данных статистики (Statistics Database): помимо файла статистики, QualNet предоставляет высокопроизводительный интерфейс базы данных, позволяющий сохранять временные ряды и статистические данные в базе данных во время выполнения моделирования. Статистика может собираться с разной степенью детализации: от сводной статистики на уровне системы до подробной статистики на уровне событий. База данных статистики может использоваться для анализа после эксперимента и формирования отчётов.
•Внешние интерфейсы (External Interfaces): QualNet способен бесшовно объединяться (federate) с другими имитаторами, такими как имитаторы кинетических боевых действий (kinetic battlefield simulators), через высокоуровневую архитектуру (High Level Architecture, HLA), распределённое моделирование взаимодействий (Distributed Interaction Simulation, DIS), AGI System Tool Kit (STK) и интерфейсы сокетов (Socket).
•Библиотеки моделей (Model Libraries): QualNet включает обширный набор высокоточных моделей устройств связи, проводных и беспроводных каналов, протоколов связи, факторов окружающей среды, таких как местность и здания, и реальных приложений. Эти модели разделены на ряд стандартных и дополнительных библиотек.
○Стандартные библиотеки (Standard libraries)
–Для разработчиков (Developer)
–Мультимедиа и корпоративные сети (Multimedia and enterprise)
–Беспроводные сети (Wireless)
○Дополнительные библиотеки (Optional libraries)
–Расширенные беспроводные сети (Advanced wireless)
–Сотовые сети (Cellular)
–Интерфейсы федеративного взаимодействия (Federation interfaces)
–LTE
–Военные радиостанции (Military Radios) [ITAR]
–Сенсорные сети (Sensor networks)
–Интерфейс модели распространения TIREM (TIREM propagation interface) (требуется стороннее программное обеспечение)
–Универсальная служба мобильной связи (Universal Mobile Telecommunications Service, UMTS)
–Сети подводной связи (Underwater communication networks)
–Распространение радиоволн в городской среде (Urban propagation)
Системные требования (System Requirements)
Процессор (CPU)
•64-разрядный процессор (совместимый с x86-64)
Оперативная память (Memory)
•512 МБ свободной памяти для моделирования масштаба ЛВС без GUI
•2 ГБ свободной памяти для моделирования масштаба ЛВС с GUI
•2–4 ГБ для больших сетей (1000+ узлов)
Диск (Disk)
1 ГБ свободного дискового пространства
Видеокарта (Video Card)
Дискретная видеокарта с объёмом памяти не менее 128 МБ, поддерживающая аппаратное 3D-ускорение
Дисплей (Display)
Разрешение 1024 x 768 или выше
Операционная система (Operating System)
•Windows
○Windows 10 Home или Windows 10 Pro (только 64-разрядные)
•Linux (только 64-разрядные):
○CentOS версии 7.6
○Red Hat Enterprise Linux (RHEL) версии 7.6
○Ubuntu версий 16.04 LTS и 18.04 LTS
Компилятор (Compiler) (требуется только при необходимости изменения кода)
•Windows
○Microsoft Visual Studio 2017
○Microsoft Visual Studio Community 2017 for Windows Desktop
•Linux
| Дистрибутив (Distribution) | Версия glibc | Версия gcc |
| CentOS 7.6 | 2.17 | 4.8 |
| RHEL 7.6 | 2.17 | 4.8 |
| Ubuntu 16.04 LTS | 2.23 | 5 |
| Ubuntu 18.04 LTS | 2.27 | 7 |