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ns3网络仿真
NS-3网络仿真
一:
实验要求
用NS-3仿真某个特定的网络环境,并输出相应的仿真参数(时延,抖动率,吞吐量,丢包率)。
二:
软件介绍
NS-3是一款全新新的网络模拟器,NS-3并不是NS-2的扩展。
虽然二者都由C++编写的,但是NS-3并不支持NS-2的API。
NS-2的一些模块已经被移植到了NS-3。
在NS-3开发过程时,“-N项目”会继续维护NS-2,同时也会研究从NS-2到NS-3的过渡和整合机制。
三:
实验原理及步骤
NS-3是一款离散事件网络模拟驱动器,操作者能够编辑自己所需要的网络拓扑以及网络环境,来模拟一个网络的数据传输,并输出其性能参数。
软件中包含很多模块:
节点模块(创造节点),移动模块(仿真WIFI,LTE可使用),随机模块(生成随机错误模型),网络模块(不同的通信协议),应用模块(创建packet数据包以及接受packet数据包),统计模块(输出统计数据,网络性能参数)等等;
首先假设一个简单的网络拓扑:
两个节点之间使用点对点链路,使用TCP协议进行通信,假设随机错误率为0.00001,节点不可移动(因为不是无线网络),具体代码如下:
NodeContainernodes;
nodes.Create
(2);
创建两个节点;
PointToPointHelperpointToPoint;pointToPoint.SetDeviceAttribute("DataRate",StringValue("5Mbps"));pointToPoint.SetChannelAttribute("Delay",StringValue("2ms"));设置链路的传输速率为5Mbps,时延为2ms;
NetDeviceContainerdevices;
devices=pointToPoint.Install(nodes);为每个节点添加网络设备Ptr
(1)->SetAttribute("ReceiveErrorModel",PointerValue(em));创建一个错误模型,讲错误率设置为0.00001,仿真TCP协议的重传机制。
InternetStackHelperstack;
stack.Install(nodes);为每个节点安装协议栈;
Ipv4AddressHelperaddress;address.SetBase("10.1.1.0","255.255.255.252");
Ipv4InterfaceContainerinterfaces=address.Assign(devices);为每个节点的网络设备添加IP地址;这样一个简单的网络拓扑就建立完成。
接下来就是为这个网络节点添加应用程序,让他们在这个网络中模拟传输数据,具体代
码如下:
uint16_tsinkPort=8080;
AddresssinkAddress(InetSocketAddress(interfaces.GetAddress
(1),sinkPort));
PacketSinkHelperpacketSinkHelper("ns3:
:
TcpSocketFactory",InetSocketAddress
(Ipv4Address:
:
GetAny(),sinkPort));
ApplicationContainersinkApps=packetSinkHelper.Install(nodes.Get
(1));
sinkApps.Start(Seconds(0.));
sinkApps.Stop(Seconds(10.));
将接受数据的应用程序设置在Node.Get
(1)节点上,端口设置为8080;程序起始时间为
Os,终止时间为10s;
Ptr
app->Setup(ns3TcpSocket,sinkAddress,1040,1000,DataRate("1Mbps"));
nodes.Get(0)->AddApplication(app);
app->SetStartTime(Seconds(1.));
app->SetStopTime(Seconds(10.));
将发送数据的应用程序设置在Node.Get(O);发送起始时间为1s;结束时间为10s;
这样网络拓扑和节点之间应用程序的设定已完成,接下来就是应用统计模块,输出节点之间具体通信性能的参数,及时延,吞吐量,抖动率,丢包率;
NS-3中,有一个回调机制,方便我们来输出具体某个条件发生改变时就自动执行某个函数,回调的实现是TraceConnectWithoutContext函数,举个例子,在我的时延仿真中,输出时延的代码我是这样写的:
staticvoid
CalculateDelay(Ptr
staticfloatk=0;
k++;
staticfloatm=-1;
staticfloatn=0;
n+=(p->GetUid()-m)/2-1;
delayJitter.RecordRx(p);
Timet=delayJitter.GetLastDelay();
std:
:
cout< : Now().GetSeconds()<<"\t"< < : endl; m=p->GetUid(); }首先定义一个时延的计算函数,是全局变量函数;其次在main函数中使用回调机制: sinkApps.Get(0)->TraceConnectWithoutContext("Rx", MakeCallback(&CalculateDelay)); 含义就是当接受端节点每收到一个TCP包,就会执行一次CalculateDelay函数,计算这个数据包在网络中传输的时延,并输出; 这样就完成了程序的编写;接下来就是输出具体数据: 在终端打开,到指定的文件夹中,输入 ./waf--runscratch/delay>delay.dat2>&1 按指定格式输出.dat文件之后,再在终端用GNUPLOT来作出.dat文件中的图形即可: F面用同样的拓扑,应用程序以及同样的错误模型仿真输出TCP拥塞窗口值随时间的变 16000 14UUC 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 123 化,抖动率,丢包率,吞吐量: cwrid &gio 拥塞窗口随时间的变化: 抖动率 吞吐量在仿真结果中我们可以看到: 当网络传输出现差错传输,导致链路拥塞,使得拥塞窗口值陡然降低,致使链路的时延变大,抖动率变化也比较明显,吞路量也变小。 下面进行WIFI环境下的网络吞吐量的仿真: 拓扑的建立和之前的建立方式大同小异,主要是WIFI多了移动模型的添加,为一个节点添加移动模型的代码如下: MobilityHelpermobility1; mobility1.SetPositionAllocator("ns3: : RandomDiscPositionAllocator", "X",StringValue("0.0"), "Y",StringValue("0.0"), "Rho",StringValue ("ns3: : UniformRandomVariable[Min=0|Max=20]")); mobility1.SetMobilityModel("ns3: : RandomWalk2dMobilityModel", "Mode",StringValue("Time"), "Time",StringValue("2s"), "Speed",StringValue ("ns3: : ConstantRandomVariable[Constant=100]"), "Bounds",RectangleValue(Rectangle(-100,100, -100,100))); mobility1.Install(wifiStaNodes.Get(0)); H2O -50 0 50 Zoom: 1.428: Speed: 1.000 AI T Time: 3.500000s SnapshotShellSimulate(F3) ►Advaneed 这样这个节点就能够随机移动,仿真WIFI下用户随机移动的特点; 仿真的拓扑图如下: 由于节点的移动导致离AP节点的距离不同,因此信道是不断变化的,所以吞吐量也是不断变化的,再次情况下仿真出来的吞吐量如下: 12 throughput io 由此可见: 链路的吞吐量没有点对点链路那么平整,变化稍微大一点; 四: 实验总结 经过这次实验,我体会到其实不管做什么事,只要坚持,并且冷静去寻找解决问题的途径,就能解决所有问题。 这次实验实际来说给的时间并不多,两星期不到,我一开始选择了第四个题目,一个全新的东西,一开始看书,什么都看不明白,不过幸好用的语言是C++, 这是唯一幸运的东西。 另外NS-3要求在linux系统下运行,我就赶紧找linux安装教程,之前用过虚拟机,但是特别卡。 之后关于NS-3的安装,挺顺利,没有什么差错。 接下来就是 NS-3软件的学习了,由于NS-3比较新,国内的教材很少,但在网上搜索的时候,发现基本没有人看教材,都在看官方文档,于是我就找到了解决这个问题的途径。 一边从简单的例子着手,一边去官方文档中,对照的计算机网络的知识去解释NS-3中的各个模块的作用,含 义。 由于NS-3中没有直接描述吞吐量,时延,丢包率以及抖动率的函数或实例,我只好对 照着这些参数的原始公式来自己写函数,输出这些性能参数。 这样一点一滴的积累学习最终 完成实验。
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