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ns-3 吞吐量；抖动率等参量；网络仿真 时延；.docx

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.08M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    NS-3网络仿真
    一：实验要求
    二：软件介绍
    三：实验原理及步骤*
    四：实验总结
    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， “NS-3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： NodeContainer nodes; nodes.Create (2); 创建两个节点； PointToPointHelper pointToPoint; 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；
    NetDeviceContainer devices; devices = pointToPoint.Install (nodes); 为每个节点添加网络设备 Ptrem=CreateObject (); em->SetAttribute("ErrorRate",DoubleValue(0.00001)); devices.Get(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。 InternetStackHelper stack; stack.Install (nodes); 为每个节点安装协议栈； Ipv4AddressHelper address; address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.252"); Ipv4InterfaceContainer interfaces = 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_t sinkPort = 8080; Address sinkAddress (InetSocketAddress (interfaces.GetAddress (1), sinkPort)); PacketSinkHelper packetSinkHelper ("ns3::TcpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), sinkPort)); ApplicationContainer sinkApps = 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0s， 终止时间为10s； Ptr app = CreateObject (); 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(0)；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： static void CalculateDelay (Ptrp,const Address &address) { static float k = 0; k++; static float m = -1; static float n = 0; n += (p->GetUid() - m)/2-1; delayJitter.RecordRx(p); Time t = delayJitter.GetLastDelay(); std::cout << Simulator::Now ().GetSeconds () << "\t" << t.GetMilliSeconds() << std::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 --run scratch/delay >delay.dat 2>&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：
    下面用同样的拓扑，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 化，抖动率，丢包率，吞吐量： 拥塞窗口随时间的变化：
    丢包率 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： MobilityHelper mobility1; 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)); 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：
    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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