ns3网络仿真.docx
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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，“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：
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
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。
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0s，终止时间为10s；
Ptrapp=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：
staticvoid
CalculateDelay（Ptrp,constAddress&address）
{
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：
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：
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））;
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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