rscheng1

NS-2無線網路模擬

Speaker : Rung‐Shiang Cheng (程榮祥)Department of Computer and CommunicationKun Shan Universityhttp://teachers.ksu.edu.tw/rscheng

rscheng2

Outline

rscheng3

Linux下的NS-2安裝與設定

rscheng4

NS-2是什麼?

Network Simulator, version 2物件導向網路模擬器Router, Link, End point, TCP/IP protocolsC++, OTCL

NS-2的執行流程

rscheng5

NS-2的下載與安裝

下載NS-2NS-2網址 http://www.isi.edu/nsnam/ns/Download and Build ns

• Getting everything at once • Ns-allinone

安裝NS-2解壓縮

安裝

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NS-2的下載與安裝

rscheng7

NS-2的下載與安裝

安裝完成訊息

rscheng8

NS-2的下載與安裝

修改使用者環境設定

將NS-2要求設定的路徑，加入PATH參數中

rscheng9

個別套件的安裝 – 以NAM為例

Download and Build nsGetting the Pieces

將下載的檔案移至NS-allinone的目錄下

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個別套件的安裝 – 以NAM為例

使用tar指令將下載的檔案解壓縮

開始進行安裝

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個別套件的安裝 – 以NAM為例

指定使用新的NAM版本來取代舊的版本

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Getting Older Versions of Ns

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TCL簡介

rscheng14

TCL 語法簡介

Hello world!

設定變數(例1)

數學運算 設定變數(例2)

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流程控制

if條件敘述 for迴圈(例1)

for迴圈(例2)

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流程控制

while迴圈

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程序

程式範例

執行結果

說明程序基本的語法為: proc name {params} {body}，其中name為程序的名稱，params是參數列表，body則是程序的主體。定義完程序後就可以像其它任何的tcl指令一樣執行

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陣列

程式範例

執行結果

說明陣列的內容可以是數字或者是字串，存放的位置不一定要用0、1、2．．．這樣的編號

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輸出

程式範例

執行結果

說明一般來說，puts若是沒有指定輸出裝置的話，內定的輸出裝置是螢幕，但此範例中有指定輸出的裝置為檔案，因此會將字串寫入檔案中

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TCP與UDP模擬實驗

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模擬程式(TCL Script)的基本架構

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網路架構圖

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TCL Script#產生模擬物件

#定義執行程序

#設定網路拓樸、撰寫模擬劇本

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TCL ScriptTCP封包長度預設為1 Kbytes

UDP Agent在NS-2中，UDP Agents的程式碼是放在"ns-allinone-2.31/ns-2.31/apps/udp.{cc, h}"這兩個C++原檔中。Application Layer的應用程式，可透過sendmsg()這個C++ function來取存UDP AgentUDP的maximum segment size (MSS) 預設值為1000 byte。Agent/UDP set packetSize_ 1000

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TCL Script

CBR在0.1秒開始傳送，4.5秒結束; FTP在1.0秒開始傳送，4.0秒結束

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模擬過程記錄檔的內容與格式

Trace record的格式

部份記錄檔的內容

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AWK資料處理語言

AWK簡介以Aho、Weinberger、Kernighan三位設計者的字者命名

Pattern scanning and processing languageLinux大多取名為 gawk

AWK命令格式 可以直接指定要處理的動作，或將欲處理的動作寫在一個命令稿中

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AWK Script: 計算End-to-End Delay的範例

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AWK Script: 計算End-to-End Delay的範例

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AWK Script: 計算End-to-End Delay的範例

執行方法 ($為shell提示符號)$awk -f measure-delay.awk out.tr

執行結果

rscheng

AWK Script: 統計傳送以及遺失封包的個數

rscheng

AWK Script: 統計傳送以及遺失封包的個數

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亂數產生器Random Number Generator

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亂數產生器

設定種子(seed)設定分佈 (distribution)

E.g. Pareto、Constant、Uniform、Exponential、HyperExponentail

設定種子的範例

這個例子在NS2中產生一個亂數產生器，並把種子的值設定為1(若種子的值為0的話，則亂數產生器會在每次程式被執行時使用不同的種子 )

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Pareto Distribution

參數expectation (avg_) shaper parameter (shape_)

範例

執行結果

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Uniform distribution

參數最小值(min_)最大值(max_)

範例

執行結果

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Exponential distribution

參數平均值(avg_)

範例

執行結果

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亂數產生器使用範例-設定應用程式的啟動時間

模擬網路架構圖

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亂數產生器使用範例-設定應用程式的啟動時間

FTP的起始時間由亂數產(時間介於0到1秒之間)

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亂數產生器使用範例-設定應用程式的啟動時間

執行結果

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分析Throughput的awk程式碼

統計在1秒到5秒之間,由R2流向D1,D2,D3的資料量

R: receive (at to_node)

0 1

2 3

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分析Throughput的awk程式碼

執行結果

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亂數產生器使用範例-設定節點的初始位置

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亂數產生器使用範例-設定節點的初始位置 (TCL程式碼)

;# TCL程式碼的撰寫流程;# 設定無線節點的個數;# 設定X軸座標的範圍;# 設定Y軸座標的範圍;# 設定simulation時間

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亂數產生器使用範例-設定節點的初始位置 (TCL程式碼)

;# 開啟資料記錄檔

;# 產生拓撲物

;# 設定Node的屬性

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亂數產生器使用範例-設定節點的初始位置 (TCL程式碼)

;# 設定亂數的範圍

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亂數產生器使用範例-設定節點的初始位置 (TCL程式碼)

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亂數產生器使用範例-設定節點的初始位置

執行結果

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乙太網路模擬

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TCL程式碼

指令格式:Simulator instproc make-lan {nodes bw delay lltype ifqtype mactype chantype}

rscheng51

TCL程式碼

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模擬結果

BEB: Binary Exponential Backoff

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NS-2下的IEEE 802.11 Ad Hoc無線網路模擬

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IEEE 802.11的網路架構

Infrastructure Ad Hoc

MACDCF (contention-based Distributed Coordination Function

• Basic access• Virtual carrier sensing (RTS/CTS)

PCF (contention-free Point Coordination Function)

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Media Access Mechanisms in IEEE 802.11 DCF

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The 802.11 Frame

Ns-2中的implement

mac-802_11.h

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RTS、CTS and ACK Frame

rscheng58

802.11 MAC層和實體層使用的預設參數

ns-2.XX/tcl/lib/ns-default.tcl

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TCP在802.11網路上的預估效能

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Ad Hoc 網路架構圖

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TCL程式碼

在這個例子中，無線節點的傳送頻率被設為2.4 GHz，傳送距離是40公尺(RXThresh_ =1.74293e-08)，接收距離是90公尺

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無線節點的傳送範圍設定

計算結果

4

22

dhhGGPP rtrttr = = (0.28183815×1×1 ) × (1.52×1.52) / (2504) = 3.652e-10

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TCL程式碼

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TCL程式碼

Parameters for MAC and PHY Layer

在Ns-2中，RTS、CTS以及ACK的大小分為別20、14、14 byte (不含PHYhdr，PHYhdr = PLCP preamble + PLCP header)

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TCL程式碼

無線網路不需要去設定Node與Node之間的Link連線

設定Node的參數

產生Node並設定Node的位置

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TCL程式碼

使用FTP來產生資料(在第0秒時開始傳送)

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TCL程式碼

在指定的時間"$end"執行stop這個副程式並結束資料傳送

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模擬結果

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Multi-hop Ad Hoc 網路模擬

1. 撰寫Unix shell script (假設儲存檔案名稱為: runtcp)

2. 執行 script

Hop-count數對TCP效能的影響

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記錄檔的部份內容

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Mobile Node的設定參數

在設定Mobile-node時，可視需要設定相關的參數，包括像MAC層所使用的傳輸協定(-macType)、信號傳遞時所使用的衰減模型(-propType)、Queue的種類(-ifqType)、Queue的長度(-ifqLen)

以及是否考慮能源的限制(-energyModel)等。

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Movement Mobie-node的移動設定

Example $node會在時間$time時，以指定的速度 (m/s)由向

移動

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Energy Extension Energy model的設定

Energy model是Node可以設定的屬性之一，設定方法如下：

Energy-aware node的設定範例

ns-2.31/mobile/energy-model[.cc and.h]

設定傳送/接收所消耗的能源，以及一開始所擁有的能源

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Energy Model的參考設定值Wireless transceiver power consumption [1]

[1] B. Bougard, S. Pollin, G. Lenoir, L. Van der Perre, F. Catthoor, W. Dehaene, "Energy-aware radio link control for OFDM-based WLAN", IEEE SIPS 2004.

[2] L. M. Feeney and M. Nilsson, "Investigating the Energy Consumption of a Wireless Network Interface in an Ad-hoc Networking Environment", IEEE INFOCOM 2001.

Lucent IEEE 802.11 WaveLan PC card characteristics [2]

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有關Mobile-node的原始程式碼以及實作細節，請參考mobilenode.{cc.h}這兩個檔案。下面列出在ns-allinone-

2.31/ns-2.31/mobile/目錄下的相關檔案：

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NS-2下的TCP over IEEE 802.11WLAN模擬

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模擬架構圖

WLAN模擬架構圖

TCP Source (W0)和TCP Sink (Ni)之間有一個TCP 的Connection，其中W0和W1代表網路上的Wired Node，AP代表Access Point，Ni (i = 1~ n)

則是WLAN裡面的Wireless Station。

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TCL程式碼

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Unix Shell Script

假設儲存的檔案名稱為: run_tcp…

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Unix Shell Script的執行結果

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計算Goodput的AWK程式

假設儲存的檔案名稱為: goodput.sh …

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執行結果