NS2入門與提高.ppt

1、計算機學院-數(shù)據庫中心,SeaSon,NS2入門與提高,柯志亨 SeaSon 哈爾濱工業(yè)大學 2006-5-28,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,目錄,NS2 簡介 安裝 模擬流程 添加新協(xié)議 調試以及結果分析,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2 簡介,背景 NS2目標 NS2功能 NS2 組件 NS2體系結構,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2 背景,1989 REAL network simulator 1995: DARPA VINT project at LBL,Xerox PARC, UCB, and USC/ISI Present: DARPA SAMAN

2、 project and NSF CONSER project Collaboration with other researchers including CIRI,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2研究范圍,支持網絡協(xié)議的研究和教育 通信協(xié)議的設計，數(shù)據流的研究等 不同協(xié)議的比較 優(yōu)點 與平臺無關，有大量的協(xié)議、代碼以及模型可供使用，開源的，不同的協(xié)議很容易進行比較。,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2目標,NS2不適合做的？ 大多數(shù)任務都是單節(jié)點完成的，比如交換機的性能分析等。,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2功能,有線網絡 路由層 DV, LS, PIM

3、-SM 傳輸層: TCP and UDP 流量產生:web, ftp, telnet, cbr, stochastic 隊列模型:drop-tail, RED, FQ, SFQ QoS: IntServ and Diffserv,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2功能,無線網絡 網絡類型：MANET, Sensor Networks 路由：AODV, DSR, DSDV，Mobile IP以及HMIPv6等 MAC: 802.11, 802.15.4,Smac等 傳輸層、多種數(shù)據流模擬,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2 組件,ns: 網絡模擬器 執(zhí)行tcl腳本，進行模擬，

4、并將所有的模擬結果以trace文件的個是輸出。 nam: 網絡 AniMator 將ns的結果可視化。 模擬的流程,tcl 腳本,ns-2,Trace文件 Nam文件,nam,Gawk gnuplot,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2體系結構,面向對象的設計 支持重用 容易維護 方便擴展，如添加新協(xié)議 分裂對象模型 C+是高效的編譯執(zhí)行語言，功能模擬，性能較好 Otcl 解釋執(zhí)行的，進行場景配置。不必重新編譯更靈活,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2體系結構,NS2結合兩者的優(yōu)點,C+,otcl,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Tcl與C+對象綁定過程,以tcp為例

5、，當你在tcl腳本中使用以下命令創(chuàng)建一個Tcp對象時 set tcp0 new Agent/TCP 首先創(chuàng)建tcl對象，即解釋對象 proc new className args set o SplitObject getid # 創(chuàng)建分裂對象 if catch $className create $o $args msg return $o ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Tcl與C+對象綁定過程,然后通過Tcl對象的init()函數(shù)中創(chuàng)建對應的shadow對象 SplitObject instproc init args $self next if catch $self crea

6、te-shadow $args error _FAILED_SHADOW_OBJECT_ ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Tcl與C+對象綁定過程,Create-shadow怎樣找到tcl對象對應的C+對象？ 答案就是TclClass類！ static class TcpClass : public TclClass public: TcpClass() : TclClass(Agent/TCP) TclObject* create(int , const char*const*) return (new TcpAgent(); class_tcp;,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中

7、心,NS2系統(tǒng)結構 -離散事件模擬,把世界上的一切都看成事件 維護一個基于發(fā)生時間排序的 事件（events）隊列 維護一個系統(tǒng)的時間virtual time 重復的執(zhí)行以下的過程: 從對首取出一個事件, set virtual time=events time 處理這個事件 如果在處理時間過程中產生新的event，插入queue 每一個事件都有一個預定的執(zhí)行（虛擬的）時間，獨立于真實執(zhí)行時間。 CPU 執(zhí)行的快慢不影響結果。,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,離散事件模擬示例,D,S,S,D,事件隊列,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個數(shù)據包怎樣從源節(jié)點到目的節(jié)點,同一個節(jié)點內各

8、層協(xié)議之間傳數(shù)據？ 節(jié)點之間怎么傳？,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,安裝 安裝環(huán)境及方法 安裝問題,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,安裝（1）,推薦直接安裝all-inone版本（最新all-inone-2.29） Linux（直接install就行了） Windows+Cygwin+Ns2 windows安裝方法 柯老師網站（不要看中文安裝說明，選英文的） 0/smallko/ns2/ns2.htm,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,安裝（2）,windows安裝方法 柯老師網站上Cygwin可以成功

9、安裝的ns2版本有NS-2.26, NS-2.27, NS-2.28, ns-2.29 注：NS-2.26需要PATCH過.才能安裝 柯老師的安裝經驗： 不過安裝的過程還是可能會有一些問題.最確保可以安裝成功的方法是:重新安裝WINDOWS.裝完馬上安裝CYGWIN + NS2,安裝後.在裝SERVICE PACK.或其他的軟件.這是我的經驗,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,安裝（3）,NS仿真軟件-問題求助的地方 常見錯誤原因 主要問題gcc版本 重裝,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,開始進行摸擬,一個簡單的無線網絡的例子(1) 無線場景的產生 利用NS模擬前搞清楚的問題 添加新

10、協(xié)議 編譯NS2,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子(1),場景配置 3 個mobile nodes 平面拓撲 670mX670m ad hoc 路由協(xié)議 DSDV Random Waypoint mobility model TCP and CBR traffic,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子（2）,set ns_ new Simulator ; create a ns simulator instance,#Define Global Variables,set topo new Topography ; create a to

11、pology and $topo load_flatgrid 670 670 ; define it in 670 x670 area,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子(3),#Define standard ns/nam trace,set tracefd open 694demo.tr w $ns_ trace-all $tracefd,set namtrace open 694demo.nam w $ns_ namtrace-all-wireless $namtrace 670 670,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子(4),#

12、Create “God”,set god_ create-god 3 God 用來保存一個結點到另外一個結點直接的跳部數(shù). 例如: $ns_ at 899.00 “$god_ setdist 2 3 1”,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子(5),#Define how a mobile node should be created,$ns_ node-config -adhocRouting DSDV -llType LL -macType Mac/802_11 -ifqLen 50 -ifqType Queue/DropTail/PriQueue -antTyp

13、e Antenna/OmniAntenna -propType Propagation/TwoRayGround -phyType Phy/WirelessPhy -channelType Channel/WirelessChannel -topoInstance $topo -agentTrace ON -routerTrace OFF -macTrace OFF,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子(6),#Create a mobile node and attach it to the channel,set node $ns_ node $node rand

14、om-motion 0 ;# disable random motion,Use “for loop” to create 3 nodes: for set i 0 $i3 incr i set node_($i) $ns_ node ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子(7),SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,一個簡單的無線網絡的例子(8),SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,無線場景的產生(1),生成節(jié)點運動模型 setdest -n -p pausetime -s -t -x -y Source: See ns-2/indep-utils/cmu-sce

15、n-gen/setdest/ 網上還可以下載更多的模型，如組移動模型等,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,無線場景的產生(2),生成無線網絡數(shù)據流 CBR traffic ns cbrgen.tcl -type cbf|tcp -nn nodes -seed seed -mc connections -rate rate Source: ns-allinone-2.29ns-2.29indep-utilscmu-scen-gen,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,利用NS模擬前搞清楚的問題,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,NS2 源代碼目錄,tcl code,example,va

16、lidation test,C+ code,tcl code core,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加協(xié)議（1）,添加別人實現(xiàn)的協(xié)議 為什么我安裝總是出錯？ 環(huán)境問題，OS, gcc版本，ns版本 解決辦法 1. 修改環(huán)境，裝相應的os,gcc,ns2 2. 移植到新的環(huán)境，怎么移？ gdb調試，沒有別的辦法！,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（2）,自己寫協(xié)議 路由協(xié)議？應用層協(xié)議？MAC協(xié)議？ 最好的方法就是模仿已有的協(xié)議，代表協(xié)議AODV, MAC802.11,Ping 添加路由協(xié)議，從Agent繼承 添加應用層協(xié)議，從Agent(更靈活)或者Applicat

17、ion（有些不能實現(xiàn)）,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（3）,示例：一個泛洪協(xié)議（Mflood） 協(xié)議類型：路由層協(xié)議 1.定義包頭 struct hdr_mflood u_int32_tseq_; /根據需要定義變量，這個靈活決定 . / 包頭訪問的方法，你只需要復制下來就OK了 static int offset_; / required by PacketHeaderManager inline static int,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（4）,2. 實現(xiàn)協(xié)議 class MFlood: public Agent public: MFlood

18、(); void recv(Packet *p, Handler *); int command(int, const char *const *); protected: inline int initialized() return 1 ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（5）,3 關聯(lián)tcl對象與C+對象（模板） static class MFloodclass : public TclClass public: MFloodclass() : TclClass(Agent/MFlood) TclObject* create(int argc, const char*co

19、nst* argv) assert(argc = 5); return (new MFlood(nsaddr_t) atoi(argv4);/ PBO agrv4 is index_ class_rtProtoMFlood;,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（6）,4 關聯(lián)tcl對象與C+對象的包頭（模板） int hdr_mflood:offset_; static class MFloodHeaderClass : public PacketHeaderClass public: MFloodHeaderClass() : PacketHeaderClass(PacketH

20、eader/MFlood, sizeof(hdr_mflood) bind_offset(,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（7）,目前為止，所有的代碼工作都已經完成了 生下的工作就是將這個協(xié)議編譯到NS2中。 需要修改一下文件 1. ns-packet.tcl (ns-allinone-2.29ns-2.29tcllib) 2. packet.h (ns-allinone-2.29ns-2.29common) 3 ns-lib.tcl (ns-allinone-2.29ns-2.29tcllib) 對于我們這個應用層協(xié)議不需要修改,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新

21、協(xié)議（8）,1. 修改ns-packet.tcl(ns-2.29/tcl/lib) foreach prot # add by season MFlood 目的：在NS啟動的時候加載我們的包頭。,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（9）,2.修改 packet.h（一共修改兩處ns-2.29/common） enum packet_t / insert new packet types here /add by season PT_MFLOOD,/Trace用到 PT_NTYPE / This MUST be the LAST one class p_info public: p

22、_info() /add by season name_PT_MFLOOD= “MFlood”;/與前面對應 name_PT_NTYPE= undefined; 目的：Trace中使用，協(xié)議構造函數(shù)SpTreeAgent()初始化時使用,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（10）,如果是路由協(xié)議如（AODV） 還需要修改ns-lib.tcl Simulator instproc create-wireless-node args MFlood set ragent $self create-mflood-agent $node Simulator instproc create-

23、mflood-agent node set ragent new Agent/MFlood $node id $node set ragent_ $ragent return $ragent ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議（11）,還有這段代碼(Mflood未使用)ns-mobilenode.tcl # Special processing for AODV set aodvonly string first AODV $agent info class if $aodvonly != -1 $agent if-queue $self set ifq_(0) ;# ifq

24、between LL and MAC ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議總結,5c+2t+1m(521規(guī)則) 5c-必須實現(xiàn)的五個C+模塊 MFlood與MFloodclass hdr_mflood與MFloodHeaderClass packt.h添加包頭類型 2t-修改兩個tcl文件 ns-lib.tcl與ns-packet.tcl 有時候還會修改ns-defaut.tcl 1m-修改Makefile，將新協(xié)議添加,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,添加新協(xié)議總結,關于添加應用協(xié)議如ping，跟路由協(xié)議類似，甚至跟簡單，如果從Agent繼承，除了不需要修改ns-lib.

25、tcl之外其它類似。 但是別忘了設置包頭的大小，不然你發(fā)出的所有數(shù)據包頭的大小都是0！ PingAgent:PingAgent() : Agent(PT_PING) bind(packetSize_, 修改Ns-defautl.tcl Agent/Ping set packetSize_ 64,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,編譯NS2(1),前面的過程是將代碼添加到NS2里面，但尚未編譯，只有經過編譯才能使用。 一般我們將我們所有的C+代碼放在一個文件夾內，如mflood,然后放在ns-2.29/之下 修改Makefile(無任何后綴的) 添加如下紅色所示代碼，將mflood編譯進NS

26、2 OBJ_CC = # add by season mflood/mflood.o mflood/mflood-seqtable.o,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,編譯NS2(2),從cygwin進入ns-2.29目錄下 執(zhí)行 make clean # 刪除所有的*.o文件 make depend make # 重新編譯ns 如果沒有錯誤，則可以編寫場景測試 什么時候要make clean?,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,編譯NS2(3),如果添加新協(xié)議，或者修改了多個協(xié)議公用的NS中頭文件，如packet.h我們都需要重新make clean 然后make depend,

27、make。,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,編譯NS2(4),修改了C+文件 對于NS中已有的代碼修改 不需要修改makefile,只需要 make 添加新的模塊或協(xié)議 修改Makefile并重新 Make clean Make depend Make,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,編譯NS2(5),修改了Otcl文件 修改NS中已有的代碼 recompile source 添加新的代碼 source 修改 Makefile (NS_TCL_LIB), tcl/ns-lib.tcl (source) and recompile 都只需要make即可,SeaSon,計算機學院-數(shù)據

28、庫中心,調試NS,TCL的調試 Gdb的安裝調試,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,調試（1）,Tcl調試 個人覺得沒什么用途，如果你感興趣我的space有安裝方法 Swowseason C+代碼的調試(segment fault) 調試工具gdb，另外自帶的insight可視化界面，本質也是調用gdb 下面介紹gdb的安裝調試,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,調試（2）,gdb安裝 安裝gdb，以cygwin為例 重新運行cygwin的setup文件，選擇界面中的keep（必須！否則會死的很慘的），然后找到gdb選擇安裝即可。 重新編譯NS2，添加調試信息 修改Makefile在下

29、面位置添加-g CCOPT= -g 進入ns-2.29目錄下面執(zhí)行 Make clean Make depend # 執(zhí)行這個命令過程中如出錯，不用管！ Make 如果沒有錯誤，就安裝成功，V！,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,調試（2）,Gdb調試NS2 以命令行為例 進入ns-2.29(%為命令提示符) % gdb ns gdb 即進入調試,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,調試（3）,調試常用命令 bt列出運行棧中信息 b sptree.cc:linenum 在sptree.cc文件linenum行設置斷點，注意中間”:”不能丟 c 相當于vc中continue, n 相當于v

30、c中next display var，顯示變量var的值 其他的參看gdb文檔 NS中調試技巧以及演示,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,結果分析,場景測試 工具使用及結果分析 其他,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,場景測試,為了使模擬更接近真實網絡，參數(shù)選擇，非常重要！可以參看相關論文 簡單測試 用兩三個節(jié)點測試一下首發(fā)數(shù)據，根據trace文件分析。 功能測試 測試每一個功能，對于無線網絡的，要測試多跳，各種拓撲。 利用trace分析結果,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,參數(shù)選擇（802.11b）,The Antenna height of transmitter and r

31、eceiver is 1.5m. The propagation model is TwoRayGround model. Antenna/OmniAntenna set Gt_ 1 /Transmit antenna gain Antenna/OmniAntenna set Gr_ 1/Receive antenna gain Phy/WirelessPhy set L_ 1.0 /System Loss Factor Phy/WirelessPhy set freq_ 2.472e9 /channel-13. 2.472GHz Phy/WirelessPhy set bandwidth_

32、11Mb /Data Rate Phy/WirelessPhy set Pt_ 0.031622777 /Transmit Power Phy/WirelessPhy set CPThresh_ 10.0 /Collision Threshold Phy/WirelessPhy set CSThresh_ 5.011872e-12 /Carrier Sense Power Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 5.82587e-09 /Receive Power Threshold; calculated under TwoRayGround model by tools

33、 from NS2. *Mac/802_11 set dataRate_ 11Mb /Rate for Data Frames *Mac/802_11 set basicRate_ 1Mb /Rate for Control Frames,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,常用工具以及結果分析,看代碼 推薦sourceinsight 畫圖,gnuplot，xgraph 命令格式如下，示例演示 % gnuplot delay.plot Windows下還有origin（收費的） 分析trace文件 使用gawk 命令格式 gawk f delay.awk output.tr,SeaSon,計

34、算機學院-數(shù)據庫中心,常用工具以及結果分析,柯老師強烈推薦 模擬wireless網絡 ,可以用.tw/wordpress/?p=66 生成無線網絡場景，免去寫tcl腳本的痛苦 WIRED NETWORK,可以建議使用NSBENCH,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,常用工具以及結果分析,網絡性能度量 details on 1.Bandwidth utilization The aggregate of all traffic currently being consumed on a hop or pa

35、th. 2.Packets per second 3.Round Trip Time The elapsed time for transit of a signal over a closed circuit. 4.RTT variance /dunigan/tcptour/javis/tcp_rttvar.html 5.packet loss 6.Reachability 7.Circuit Performance 8.Bandwidth Utilization and Packets Per second ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,常

36、用工具以及結果分析,必須了解各種協(xié)議的trace格式 分析協(xié)議性能的gawk代碼 柯老師的網站 0/smallko/ns2/tool.htm NS FAQ Question 14 /dchen02/FAQ.txt 示例,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,使用Gawk分析結果,Gawk簡介 與NS相關的基本知識 具體例子,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,使用Gawk分析結果,無線通信的trace格式 s 10.107722800 _1_ AGT - 22 tcp 43 0 2 1 800 - 1:0 2:0 30 2

37、 13 0 0 0 r 10.110474850 _2_ AGT - 22 tcp 36 0 2 1 800 - 1:0 2:0 30 2 13 0 1 0,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Gawk簡介,解釋性的腳本語言 變量以及數(shù)組不用聲明 按行處理 有pipe功能，可以將處理數(shù)據傳給shell,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Gawk相關語法,s 10.1 _1_ AGT - 22 tcp 43 0 2 1 800 - 1:0 2:0 30 2 13 0 0 0 （1）.Gawk讀入trace中的一行,注：列之間一般用空格區(qū)分,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Gawk相關

38、語法,（2）執(zhí)行動作 Pattern1 Actions1 Pattern2 Actions2 Pattern3 Actions3 其中pattern為條件語句(或正則表達式)如： if （$1 = “s” ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Gawk相關語法,（3）IO操作 print 、 printf( ) 、getline . （4）控制語句 if ( .) . else 、 while() ,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Gawk工作流程,Gawk反復執(zhí)行以下四個步驟： 1. 自動從trace文件中讀取一行。 2. 自動更新內建參數(shù)的值（$n）。 3. 逐行執(zhí)行程序中所有 的 Pattern Actions 代碼。 4. 如果trace文件還有未讀取的行，則循環(huán)執(zhí)行上面步驟13。,SeaSon,計算機學院-數(shù)據庫中心,Gawk程序的框架,BEG