計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中仿真軟件應(yīng)用探討

方基　徐志娟

摘要：該文就仿真軟件工具內(nèi)涵探討了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中仿真軟件應(yīng)用策略.對(duì)優(yōu)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)整體水平，激發(fā)仿真軟件應(yīng)用優(yōu)勢，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果，營造豐富性、真實(shí)性網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，有積極有效的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)；仿真軟件

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）02-0332-02

伴隨互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的快速發(fā)展，功能豐富、開放、自由的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)變成現(xiàn)代信息社會(huì)重要的內(nèi)容之一。高效、科學(xué)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)勢必成為各學(xué)校計(jì)算機(jī)專業(yè)一項(xiàng)基礎(chǔ)以及核心課程。課程教學(xué)的最終目標(biāo)則應(yīng)為明確數(shù)據(jù)通信以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有關(guān)基礎(chǔ)概念與核心理論，同時(shí)學(xué)會(huì)必要的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)知識(shí)。還應(yīng)有效掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各類協(xié)議操作具體標(biāo)準(zhǔn)與有關(guān)操作原理，明確IEEE系統(tǒng)局域網(wǎng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，并掌握必要的應(yīng)用技能，了解IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用原理。在此基礎(chǔ)上應(yīng)鍛煉引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)應(yīng)用并掌握各類現(xiàn)代化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理工作方式與技能手段，進(jìn)而為計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用以及局域網(wǎng)的科學(xué)組建設(shè)計(jì)夯實(shí)基礎(chǔ)。當(dāng)前，基于條件水平的影響限制，令學(xué)生較難對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中包含的豐富技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行細(xì)化的理解與掌握，更無法實(shí)現(xiàn)透徹的明確并快速靈活的應(yīng)用。為此，應(yīng)有效的引入現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)軟件工具，例如MATLAB以及NS2等，進(jìn)而合理的突破這一瓶頸問題?？闪钅M仿真流程以及具體結(jié)果在學(xué)生面前清晰生動(dòng)的呈現(xiàn)出來，進(jìn)而夯實(shí)學(xué)生認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，令他們掌握豐富的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技巧與知識(shí)，做到合理化的理解以及有效的應(yīng)用。

1 仿真工具內(nèi)涵

當(dāng)前，較為常用的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真軟件工具包括前面所述的MATLAB、Network Simulator version 2、以及OPNET等。通常前兩類在易用性以及可擴(kuò)充性層面顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，因而在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真應(yīng)用階段中最為常見?？蓜偃屋^多網(wǎng)絡(luò)仿真工作，并可對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程實(shí)踐教學(xué)產(chǎn)生明顯的積極作用影響。MATLAB開創(chuàng)于美國，為主體面向科學(xué)計(jì)算應(yīng)用程序進(jìn)行開發(fā)的一類多功能計(jì)算應(yīng)用環(huán)境。其可令分析數(shù)值、科學(xué)信息數(shù)據(jù)以及矩陣計(jì)算的可視化、各類非線性動(dòng)態(tài)應(yīng)用模式體系建模以及仿真應(yīng)用等多重應(yīng)用功能集于一身，形成龐大優(yōu)質(zhì)的開發(fā)環(huán)境，并可為系統(tǒng)化、科學(xué)化的研究分析，做好工程設(shè)計(jì)等較多領(lǐng)域，提供完善的輔助工具與系統(tǒng)平臺(tái)。MATLAB即有的函數(shù)庫可形成通信信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)引入噪聲、進(jìn)行濾波器的規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，并進(jìn)一步分析探究信道傳輸?shù)目傮w特征，圓滿的完成上述任務(wù)。再者，SIMULINK應(yīng)用模塊可令物理層較多特征通過可視化形式進(jìn)行展現(xiàn)，基于模塊化手段對(duì)通信整體流程進(jìn)行仿真模擬，并繪制形成各個(gè)物理層系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)頻譜圖、信號(hào)波形圖以及星座或是眼圖等。NS2為一類面向?qū)ο笮问较拢碗x散事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開源仿真技術(shù)?？捎行У膭偃斡蓴?shù)據(jù)鏈路層直至應(yīng)用層系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)仿真模擬。該技術(shù)通過相應(yīng)的語言編寫，可模擬形成有線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、廣域以及局域網(wǎng)系統(tǒng)。同時(shí)可滿足多類數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用傳輸層、鏈路層以及應(yīng)用層的有關(guān)協(xié)議。例如TCP/IP協(xié)議、FTP傳輸協(xié)議、UDP協(xié)議等。該系統(tǒng)工具制定了多類路由器管控隊(duì)列應(yīng)用機(jī)制，并應(yīng)用組播路由以及動(dòng)態(tài)路由相關(guān)分析算法模式，創(chuàng)建了更為復(fù)雜性、多元化的仿真模擬場景，并呈現(xiàn)出細(xì)化詳實(shí)的仿真處理結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境中通常多類協(xié)議一同并存。NS2技術(shù)手段可面向多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)協(xié)議供給價(jià)格低廉、可靠優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并核查各類協(xié)議具體發(fā)生的行為，為應(yīng)用研究新協(xié)議開創(chuàng)豐富多樣的系統(tǒng)構(gòu)件平臺(tái)。還可通過各類應(yīng)用方式比較分析明確各自存在的優(yōu)勢與缺陷，基于模擬演示以及曲線應(yīng)用方式呈現(xiàn)協(xié)議的具體屬性功能?；贛ATLAB以及NS2核心特征我們明確，兩者集成應(yīng)用可對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理層、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層、應(yīng)用傳輸層以及數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)施仿真研究，并可面向?qū)W生進(jìn)行生動(dòng)豐富的呈現(xiàn)展示，進(jìn)一步可深化對(duì)基礎(chǔ)原理的分析理解。

2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中MATLAB仿真軟件應(yīng)用

基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分層模式組成，首層次為物理層，其主體包含物理結(jié)構(gòu)與不同節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行傳輸過程中需要符合的相關(guān)操作規(guī)則。涵蓋機(jī)械特征、功能屬性，過程特征以及電氣屬性等層面內(nèi)容。其中前三類特征可較為便利的理解，也可通過實(shí)物演示以及流程圖繪制進(jìn)一步明確。可令學(xué)生產(chǎn)生直觀清晰的認(rèn)識(shí)。當(dāng)然，不可否認(rèn)，電氣特征較為抽象模糊，同時(shí)其為物理層之中最為關(guān)鍵的內(nèi)容。第四類電氣特性主要應(yīng)對(duì)問題為比特表示與應(yīng)用傳輸，最終借助信號(hào)模式予以呈現(xiàn)。信號(hào)可通過利用抽象的邏輯數(shù)學(xué)公式進(jìn)行呈現(xiàn)，同時(shí)還可借助示波器等各類設(shè)施進(jìn)行研究分析。當(dāng)然基于數(shù)學(xué)公式的晦澀難懂，因此無法做到更好的清晰直觀，同時(shí)后者則需要借助調(diào)制解調(diào)工具設(shè)施，并獲取示波器的有效支持。因此在課堂教學(xué)實(shí)踐階段中實(shí)現(xiàn)起來面臨一定難度?；谏鲜鲆蛩?，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐教學(xué)中引入MATLAB可為我們?cè)O(shè)置豐富多樣的函數(shù)庫，進(jìn)而可令調(diào)制解調(diào)的具體階段通過仿真呈現(xiàn)，并基于星座圖模式進(jìn)行清晰形象的展示。例如，相關(guān)通信網(wǎng)絡(luò)體系之中形成并顯現(xiàn)調(diào)制解調(diào)階段中的具體信號(hào)，我們可借助MATLAB仿真軟件之中的simulink內(nèi)創(chuàng)建相應(yīng)模塊框圖。而后可利用合理的釋放手段以及信號(hào)連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)信號(hào)的應(yīng)用調(diào)制。同時(shí)可與應(yīng)用示波器模式下形成的星座圖以及眼圖極為相似。還可利用MATLAB軟件之中的基礎(chǔ)函數(shù)創(chuàng)建模擬化的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而清晰顯現(xiàn)出具體的星座圖與眼圖。

另外，還可在該基礎(chǔ)之上持續(xù)的進(jìn)行擴(kuò)充延伸，倘若傳輸信號(hào)階段中受到噪音影響干擾，那么相應(yīng)的會(huì)令解調(diào)的具體結(jié)果產(chǎn)生一定差異。另外倘若需要進(jìn)行噪音過濾去除，便會(huì)需要進(jìn)行濾波器的規(guī)劃設(shè)計(jì)。該類任務(wù)目標(biāo)均可利用MATLAB模擬軟件技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐中，借助MATLAB軟件工具可良好的仿真模擬物理層，通過該教學(xué)模式，學(xué)生不但可加深教材知識(shí)內(nèi)容的深層次理解，同時(shí)還可進(jìn)一步明確物理層基礎(chǔ)工作原理。具體涵蓋數(shù)據(jù)信息的形成、處理編碼、應(yīng)用傳輸、操作濾波以及調(diào)制解調(diào)處理等工作。相應(yīng)掌握程度則上升了一定層次，可良好的引導(dǎo)學(xué)生由書本的單一呆板知識(shí)向著豐富的實(shí)踐仿真有效轉(zhuǎn)變，契合當(dāng)前學(xué)生信息化、高效性、綜合化、生動(dòng)化教育教學(xué)理念。

3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中NS2仿真軟件應(yīng)用

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之中，分層結(jié)構(gòu)在二層之上，主體涵蓋數(shù)據(jù)鏈路、傳輸應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層以及應(yīng)用層部分。學(xué)生日常學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用階段中，雖可在程序設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)以及現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目中涉及到該類層次，例如對(duì)C/S結(jié)構(gòu)實(shí)施設(shè)計(jì)編程，進(jìn)行B/S結(jié)構(gòu)編輯操作等，然而針對(duì)協(xié)議底層的認(rèn)識(shí)了解卻較為片面有限。針對(duì)上層研究開發(fā)與應(yīng)用，學(xué)生通常關(guān)注的為系列化的調(diào)用函數(shù)接口，盡可能的做完具體應(yīng)用開發(fā)任務(wù)。然而倘若在從事網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)踐應(yīng)用階段中，碰到諸如性能方面的問題，則經(jīng)常會(huì)感到無從下手。為應(yīng)對(duì)該類矛盾問題，可借助對(duì)具體應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)施仿真處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)科學(xué)的驗(yàn)證，并有效令問題迎刃而解。為實(shí)現(xiàn)該類目標(biāo)，可引入NS2模擬仿真軟件工具，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各個(gè)數(shù)據(jù)鏈路、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)層、應(yīng)用傳輸層的模擬仿真。可呈現(xiàn)更為細(xì)化的中間參數(shù)，進(jìn)而為有效的應(yīng)對(duì)具體問題，合理發(fā)掘問題，形成更為詳盡科學(xué)的指導(dǎo)。例如可位于網(wǎng)絡(luò)ADHOC系統(tǒng)環(huán)境之中，創(chuàng)建由客戶節(jié)點(diǎn)直至服務(wù)器節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的FTP應(yīng)用連接。通常來講具體的TCP流量數(shù)據(jù)并不會(huì)依據(jù)教材內(nèi)容中的說明方式較為規(guī)則的從慢啟動(dòng)直至擁塞避免等流程，實(shí)現(xiàn)常規(guī)往復(fù)運(yùn)行?；诠?jié)點(diǎn)相應(yīng)的移動(dòng)性會(huì)令鏈路出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，并且令傳輸無線信號(hào)的具體環(huán)境形成變化。而令兩數(shù)據(jù)則會(huì)呈現(xiàn)出不規(guī)律的波動(dòng)變化。針對(duì)該類實(shí)際測試結(jié)果，較多學(xué)生會(huì)難易應(yīng)用以往所學(xué)的無線傳播知識(shí)、屬性特征、信道容量以及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)容進(jìn)行綜合系統(tǒng)的闡釋以及改進(jìn)處理。為此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐中，我們可借助NS2模擬仿真技術(shù)，借助模擬節(jié)點(diǎn)的各類豐富運(yùn)動(dòng)場景，進(jìn)而研究總結(jié)明確同流量密切相連的具體影響成因，進(jìn)而找出有效的更新處理技術(shù)方案。例如，可試著提升或者降低鏈路層之中具體的隊(duì)列長度，或是令TCP應(yīng)用協(xié)議中擁塞窗口具體的變化規(guī)律進(jìn)行更新。還可調(diào)節(jié)定時(shí)器長短具體參數(shù)，分析流量形成改善的狀態(tài)，進(jìn)而制定科學(xué)的應(yīng)對(duì)方案策略。還可借助NAM手段進(jìn)行模擬仿真場景的具體展示，進(jìn)而基于較多的蒙特卡洛驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)操作之上分析相應(yīng)改進(jìn)處理方案策略。上述僅為就特定網(wǎng)絡(luò)FTP應(yīng)用協(xié)議進(jìn)行的舉例分析。當(dāng)然NS2技術(shù)并不限定在單純的FTP應(yīng)用協(xié)議模擬仿真，較多數(shù)據(jù)鏈路層之中的協(xié)議均可實(shí)現(xiàn)模擬仿真。

基于NS2工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用層以及鏈路層的模擬仿真，可真正由協(xié)議原理直至最終的協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)科學(xué)的發(fā)展轉(zhuǎn)變。學(xué)生則可對(duì)協(xié)議具體的工作過程與屬性特征進(jìn)行主動(dòng)的研究分析。在應(yīng)對(duì)瓶頸問題的過程中，則可借助仿真模式探究成因，并設(shè)計(jì)出有效合理的優(yōu)化整改方案，進(jìn)而為學(xué)生后續(xù)的研究分析夯實(shí)基礎(chǔ)，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)水平，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。

4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中OPNET軟件應(yīng)用

OPNET技術(shù)基于離散事件進(jìn)行模型化體系操作屬性與行為的模擬仿真研究，為當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的網(wǎng)絡(luò)建模系統(tǒng)工具。其機(jī)制包含三層，位于進(jìn)程級(jí)完成對(duì)象仿真。利用鏈路令設(shè)備工具進(jìn)行互聯(lián)并構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，可令多類網(wǎng)絡(luò)場景匯總形成為工程。該技術(shù)手段可進(jìn)行有效的環(huán)境調(diào)試與處理分析。仿真階段以及履行仿真處理之后，均能夠應(yīng)用動(dòng)畫模擬形成模型具體的行為。我們可將仿真結(jié)果通過電子表格進(jìn)行輸出，進(jìn)而可省略繪制圖形以及分析時(shí)間序列的操作步驟，并可呈現(xiàn)出柱狀圖、詳細(xì)的參數(shù)曲線，具體的概率函數(shù)以及置信區(qū)間等內(nèi)容。

實(shí)踐教學(xué)階段中，可科學(xué)的引入OPNET，通過原理講授、簡單方式分析，令學(xué)生明確基礎(chǔ)原理。同時(shí)還可利用第二課堂時(shí)間為學(xué)生設(shè)置有關(guān)更深層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容。例如，較多學(xué)生在研究排隊(duì)過程中，由于掌握數(shù)學(xué)知識(shí)有限，因而無法更好的理解隊(duì)列長度的平均時(shí)間以及具體的平均延時(shí)。為此，可利用隊(duì)列仿真分析該結(jié)論，引入OPNET軟件，令學(xué)生更形象的掌握所學(xué)知識(shí)，優(yōu)化學(xué)習(xí)效果。

5 結(jié)束語

總之，信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)突破傳統(tǒng)模式，實(shí)現(xiàn)有效的變革創(chuàng)新。應(yīng)在理論與實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中作積極的改革嘗試。基于實(shí)踐教學(xué)過程中，一些知識(shí)難點(diǎn)、細(xì)節(jié)問題，學(xué)生較難清晰理解掌握的現(xiàn)狀，應(yīng)科學(xué)的引入模擬仿真系統(tǒng)工具，可科學(xué)應(yīng)用MATLAB以及NS2等有效技術(shù)手段做好計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各個(gè)協(xié)議層的知識(shí)講授，引導(dǎo)學(xué)生通過仿真系統(tǒng)進(jìn)一步夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)掌握。加深對(duì)有關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)知識(shí)內(nèi)容的應(yīng)用理解，提升學(xué)生理論知識(shí)掌握以及實(shí)踐動(dòng)手的綜合技能水平，并培養(yǎng)鍛煉學(xué)生形成豐富的創(chuàng)新思維，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的全面發(fā)展。

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