《基于OPNET的通信网仿真》课件-第五章 进程域编程

第五章进程域编程5.1

ProtoC编程方法5.2

多进程与多队列

在OPNET中，仿真的行为和过程是通过代码实现的，而代码的编写是在进程域中完成的。为了提高进程域建模效率，OPNET提供了有限状态机的编程架构和支持编程的核心函数库，构成了ProtoC编程方法。同时，OPNET提供了多进程、多队列的机制。在进程域中，通过对进程/队列模型的编程，可实现动态进程和子队列。5.1

ProtoC编程方法

ProtoC由有限状态机、OPNET核心函数、标准的C/C++构成，是一种高效描述离散事件系统行为的方法。一有限状态机

有限状态机（FiniteStateMachine,FSM）是由状态和转移构成的。所谓状态，是由单个或多个完成一个任务的进程所构成的进程载体，其可以处理事件或等待事件的触发。而转移表征状态之间的关系。当收到中断请求后，进程将根据状态转移条件发生状态的转移。1）状态状态由入口代码和出口代码组成：入口代码模拟进入状态时所进行的动作；出口代码模拟离开进程时状态所进行的动作。ProtoC的状态按是否阻塞，可分为强制状态和非强制状态；按是否进程的首个状态可分为初始状态和非初始状态。非强制状态：每执行完入口代码后（仿真系统保存进程相关信息），非强制状态处于阻塞状态，等待新的激活。

强制状态：系统执行完强制状态的入口代码后就直接执行出口代码；执行完出口代码后，直接进入到条件转移的下一个状态。初始状态：是第一次调用进程的状态

进程的初始化可以由初始中断（在进程接口中的begsimintrpt属性中设置）引发；也可以由其他中断引发，如由数据包到达引起的流中断引发。如，由数据包到达引起的流中断引发。

初始状态的强制类型和初始化过程的中断方式在建模中相互结合，形成四种逻辑关系：初始状态为强制状态，初始中断启用

初始状态为强制状态，初始中断未启用初始状态为非强制状态，初始中断启用初始状态为非强制状态，初始中断未启用2）转移

转移描述从一个状态到另一个状态的过程和条件，其由源状态、目的状态、转移条件和转移执行代码四个组件组成。在源状态的转移条件满足时，将发生状态转移，运行转移执行代码并转移到目的状态。

一个原状态可以连接多条状态转移线，但相互之间必须是互斥的和互补的——在转移时刻仅能有一条状态转移线满足条件，否则将出现多个转移方向，在仿真运行中将发生异常；同时，必须能够找到满足条件的状态转移线，否则将不能转出，也将发生异常。用户在有限状态机建模中，需认真验证转移互斥和互补关系。为了防止不能转出，经常采用建立缺省状态转移线的方法（将转移条件设置为“default”）——在其他转移条件都不满足时，按缺省状态转移线方向转移到目的状态。二文件结构

ProtoC代码本质上是C代码，除由有限状态机的图形结构和状态的入口、出口代码生成外，还必须包含状态变量和临时变量的定义。根据编程需要，还可编写头块、函数块和外部文件等文件类型的代码。头块：相当于C语言中的头文件，通常用于文件包含、函数声明、全局变量的定义、转移条件及常数的宏定义等函数块：为在头块中声明的函数进行具体的定义。所定义的函数可作为转移执行代码，也可用于状态的代码中。外部文件：函数定义和全局变量定义除了放在头块，还可放在进程模型的外部文件中。三进程中的变量

ProtoC支持状态变量、临时变量和全局变量三种变量类型。状态变量（statevariable,SV）：是在进程模型的同一对象中，被所有的状态所共有的变量类型。其作用域为为进程模型的对象，即进程的一个实例。临时变量（temporaryvariable,TV）：不同于状态变量，临时变量是动态存贮，其变量值在进程阻塞和激活的过程中将不会被保留。

全局变量：为不同的模块、不同类型的多个进程存储共同信息。其用法与C\C++中的全局变量是一致的，只是数据类型做了扩展（可以是C预先定义或用户定义的数据类型，也可以是OPNET预先定义的数据类型）。需要注意的是，定义全局变量的进程不能对象化为多个实例。否则，由于每个实例对象的模型是相同的（具有相同的头文件），将出现重复定义全局变量的错误。

建模中的解决方法参看教材

四核心函数

在OPNET中，核心函数(KernelProcedure，KP)是仿真建模的应用编程接口（ApplicationProgramInterface，API），可被进程模型、收／发信机管道阶段以及C／C++函数调用。可按其功能对核心函数进行分类，将每一类函数视为核心函数的一个子集（将全部核心函数视为一个集合），如数据包子集、分布子集等。子集内的核心函数根据其具体实现的功能，又可以被进一步地分类。例如，数据包子集又被分为包的创建、传输、销毁等子子集。在OPNET中，核心函数的的一般命名形式为：op_函数子集名_函数功能()。以包子集的op_pk_create()为例，第一字段“op”表示该函数为一个核心函数，第二字段表示该函数属于包子集，第三字段表示该函数的函数功能（对应于子子集）是创建数据包。在OPNET中包含如下核心函数的子集：动画（animation）分布（distribution）外部系统（externalsystem）事件（event）数据包（packet）数据流（stream）标识（identification）接口控制信息（ICI）中断（interrupt）内部模型访问（internalmodelaccess）程序（programming）进程(process)队列(queue)子队列(subqueue)分割与封装（segmentationandReassembly）仿真（simulation）统计（statistic）无线（radio）表格(table)传输(transmissiondata)拓扑（topology）数值矢量(valuevector)各类核心函数的应用方法和代码实例参看教材五程序调试方法在OPNET中，程序调试主要是通过仿真调试器进行的。仿真调试器（ODB）是仿真核心固有的一个组成部分，可为用户提供分析程序运行的环境。用户可以通过ODB交互地控制仿真，并获取事件和对象的信息。ODB的调试机制

ODB支持断点、跟踪、映射等多种命令，可通过在ODB窗口输入help命令查看命令的分类在ODB调试过程中，最有效的调试手段是断点（stop）和跟踪（trace）：断点：ODB执行期间有“开通”和“闭合”两个状态，而状态的闭合就是由断点引发的

跟踪：反应仿真内核对事件调用的过程，体现仿真中进程执行的逻辑关系。

应当指出，断点和跟踪主要是针对函数、进程等仿真总体逻辑的；而在调试过程中往往需要深入到变量的微观层面，去发现和解决问题。OPNET提供了诊断块（DB）和OPNET\VC联调两种观察变量的方式，其中：前者只能用于状态变量的观察；而后者可应用于所有的变量类型。诊断块OPNET与VC的联合调试

两种变量观察方式的应用方法和代码实例参看教材5.2

多进程与多队列

一动态进程机制

在仿真中，进程经常被设计为执行一系列的复杂任务，如分多阶段处理信息、管理多个队列、同时与多个终端通信等。如果采用单一进程结构，该进程就会变得十分复杂。为了提高设计的模块化，减小复杂性，有必要采用动态进程方法。动态进程是可以在仿真过程中动态创建、销毁的进程。不同于根进程（由仿真核心创建，不能动态销毁），动态进程由用户在父进程中创建，并可在模块中动态销毁。子进程是由用户在父进程中创建的：1、建立子进程模型2、在父进程中声明子进程。3、在父进程中调用进程类核心函数op_pro_create()，创建子进程。

子进程被创建后即被挂起。子进程的初始化通常要通过父进程调用op_pro_invoke()，对其唤醒（invoke）来完成。应当注意，对于设置初始中断的根进程，其初始化是在仿真初始时刻进行的。而子进程的初始化需要父进程的唤醒；该初始化不是由初始中断产生的，而被视作仿真过程中的一般事件。

子进程初始化后，可通过进程导向（processsteering）机制，对其进行操作。其中，又伴随着子进程的内存共享问题。1）内存共享机制

多进程间的协同工作需要在进程间传递参数。参数传递具有状态变量和共享内存两种方式。

调用进程类op_pro_svar_get()，可以获取指向特定进程中状态变量的指针，从而实现基于状态变量的参数传递。而基于共享内存的参数传递可通过模块、父子、参数三种方法实现：模块内存（modulememory）父子内存（parent_to_childmemory）

参数内存（argumentmemory）

应用方法和代码实例参看教材2）进程导向机制手动导向（manualsteering）常规导向（normalsteering）中断类型注册导向（type-basedsteering）流端口注册导向（port-basedsteering）。应用方法和代码实例参看教材

二子队列机制

队列仅能应用于队列模块中，一个队列模块至少拥有且仅能拥有一个队列对象，该对象是系统的内建对象。一个队列对象至少拥有一个（可拥有多个）子队列对象，子队列是队列对象的子对象。对数据包的具体操作（如插入、访问、删除等）通常是通过子队列实现的，而队列可看做是子队列的集合。

用户可以控制进程模型执行的队列,从而可以通过定义队列的访问和管理方式对任何排队协议进行建模。用户也可以根据建模队列的特征