ns-3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，节点不可移动（因为不是无线网络），具体代码如下：
NodeContainer nodes;
(2);
创建两个节点；
PointToPointHelper pointToPoint;
("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
("Delay", StringValue ("2ms"));
设置链路的传输速率为5Mbps，时延为2ms；
NetDeviceContainer devices;
devices = (nodes);
为每个节点添加网络设备
Ptr<RateErrorModel>em=CreateObject<RateErrorModel> ();
em->SetAttribute("ErrorRate",DoubleValue);
(1)->SetAttribute("ReceiveErrorModel",PointerValue (em));
创建一个错误模型，讲错误率设置为，仿真TCP协议的重传机制。

InternetStackHelper stack;
(nodes);
为每个节点安装协议栈；
Ipv4AddressHelper address;
("", "");
Ipv4InterfaceContainer interfaces = (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 (1), sinkPort));
PacketSinkHelper packetSinkHelper ("ns3::TcpSocketFactory", InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), sinkPort));
ApplicationContainer sinkApps = (1));
(Seconds (0.));
(Seconds (10.));
将接受数据的应用程序设置在(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<MyApp> app = CreateObject<MyApp> ();
app->Setup (ns3TcpSocket, sinkAddress, 1040, 1000, DataRate ("1Mbps"));
(0)->AddApplication (app);
app->SetStartTime (Seconds (1.));
app->SetStopTime (Seconds (10.));
将发送数据的应用程序设置在(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 (Ptr<const Packet>p,const Address &address)
{
static float k = 0;
k++;
static float m = -1;
static float n = 0;
n += (p->GetUid() - m)/2-1;
(p);
Time t = ();
std::cout << Simulator::Now ().GetSeconds () << "\t" << () << 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：
(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 > 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;
("ns3::RandomDiscPositionAllocator",
"X", StringValue (""),
"Y", StringValue (""),
"Rho", StringValue
("ns3::UniformRandomVariable[Min=0|Max=20]"));
("ns3::RandomWalk2dMobilityModel",
"Mode",StringValue ("Time"),
"Time",StringValue ("2s"),
"Speed",StringValue
("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=100]"),
"Bounds", RectangleValue (Rectangle (-100, 100, -100, 100)));
(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。