Microsoft PowerPoint - NS-2無線網路模擬

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冠宛廉
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1 NS-2 無線網路模擬 Speaker : Rung Shiang Cheng ( 程榮祥 ) Department of Computer and Communication Kun Shan University 1

2 Outline 2

3 Linux 下的 NS-2 安裝與設定 3

4 NS-2 是什麼? Network Simulator, version 2 物件導向網路模擬器 Router, Link, End point, TCP/IP protocols C++, OTCL NS-2 的執行流程 4

5 NS-2 的下載與安裝下載 NS-2 NS-2 網址 Download and Build ns Getting everything at once Ns-allinone 安裝 NS-2 解壓縮安裝 5

6 NS-2 的下載與安裝 6

7 NS-2 的下載與安裝安裝完成訊息 7

8 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 8

9 個別套件的安裝以 NAM 為例 Download and Build ns Getting the Pieces 將下載的檔案移至 NS-allinone 的目錄下 9

10 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 10

11 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 11

12 Getting Older Versions of Ns 12

13 TCL 簡介 13

14 TCL 語法簡介 Hello world! 設定變數 ( 例 1) 數學運算設定變數 ( 例 2) 14

15 流程控制 if 條件敘述 for 迴圈 ( 例 1) for 迴圈 ( 例 2) 15

16 流程控制 while 迴圈 16

17 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 17

18 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這樣的編號 18

19 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 19

20 TCP 與 UDP 模擬實驗 20

21 模擬程式 (TCL Script) 的基本架構 21

22 網路架構圖 22

23 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 23

24 TCL Script TCP 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 Agent UDP 的 maximum segment size (MSS) 預設值為 1000 byte Agent/UDP set packetsize_

25 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 25

26 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 26

27 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 language Linux 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 27

28 AWK Script: 計算 End-to-End Delay 的範例

29 AWK Script: 計算 End-to-End Delay 的範例

30 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

31 AWK Script: 統計傳送以及遺失封包的個數

32 AWK Script: 統計傳送以及遺失封包的個數

33 亂數產生器 Random Number Generator 33

34 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 ) 34

35 Pareto Distribution 參數 expectation (avg_) shaper parameter (shape_) 範例執行結果 35

36 Uniform distribution 參數最小值 (min_) 最大值 (max_) 範例執行結果 36

37 Exponential distribution 參數平均值 (avg_) 範例執行結果 37

38 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 38

39 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 ) 39

40 亂數產生器使用範例 - 設定應用程式的啟動時間執行結果 40

41 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 41 R: receive (at to_node)

42 分析 Throughput 的 awk 程式碼執行結果 42

43 亂數產生器使用範例 - 設定節點的初始位置 43

44 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 44

45 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 45

46 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 46

47 亂數產生器使用範例 - 設定節點的初始位置 (TCL 程式碼 ) 47

48 亂數產生器使用範例 - 設定節點的初始位置執行結果 48

49 乙太網路模擬 49

50 TCL 程式碼指令格式 : Simulator instproc make-lan {nodes bw delay lltype ifqtype mactype chantype} 50

51 TCL 程式碼 51

52 模擬結果 BEB: Binary Exponential Backoff 52

53 NS-2 下的 IEEE Ad Hoc 無線網路模擬

54 IEEE 的網路架構 Infrastructure Ad Hoc MAC DCF (contention-based Distributed Coordination Function Basic access Virtual carrier sensing (RTS/CTS) PCF (contention-free Point Coordination Function) 54

55 Media Access Mechanisms in IEEE DCF 55

56 The Frame Ns-2 中的 implement 56 mac-802_11.h

57 RTS CTS and ACK Frame 57

58 MAC 層和實體層使用的預設參數 ns-2.xx/tcl/lib/ns-default.tcl 58

59 TCP 在網路上的預估效能 59

60 Ad Hoc 網路架構圖 60

61 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_ = e-08), 接收距離是 90 公尺 61

62 無線節點的傳送範圍設定計算結果 P r = PG G t t r 2 2 t hr 4 h d = ( ) ( ) / (250 4 ) = 3.652e-10 62

63 TCL 程式碼 63

64 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 byte ( 不含 PHYhdr,PHYhdr = PLCP preamble + PLCP header) 64

65 TCL 程式碼設定 Node 的參數產生 Node 並設定 Node 的位置無線網路不需要去設定 Node 與 Node 之間的 Link 連線 65

66 TCL 程式碼使用 FTP 來產生資料 ( 在第 0 秒時開始傳送 ) 66

67 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 67

68 模擬結果 68

69 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 69

70 記錄檔的部份內容 70

71 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 71

72 Movement Mobie-node 的移動設定 $node 會在時間 $time 時, 以指定的速度 <speed> (m/s) 由 <x1, y1> 向 <x2, y2> 移動 Example 72

73 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 : 設定傳送 / 接收所消耗的能源, 以及一開始所擁有的能源 Energy-aware node 的設定範例 73 ns-2.31/mobile/energy-model[.cc and.h]

Energy Model 的參考設定值 Wireless transceiver power consumption [1] Lucent IEEE 802.11 WaveLan PC card characteristics [2] [1] B. Bougard, S. Pollin, G. Lenoir, L. Van der Perre, F. Catthoor, W.

74 Energy Model 的參考設定值 Wireless transceiver power consumption [1] Lucent IEEE WaveLan PC card characteristics [2] [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 [2] L. M. Feeney and M. Nilsson, "Investigating the Energy Consumption of a Wireless Network Interface in an Ad-hoc Networking Environment", IEEE INFOCOM

75 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 : 75

76 NS-2 下的 TCP over IEEE WLAN 模擬 76

77 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 WLAN 模擬架構圖 77

78 TCL 程式碼 78

79 79

80 80

81 81

82 82

83 83

84 84

85 85

86 86

87 87

88 88

89 Unix Shell Script 假設儲存的檔案名稱為 : run_tcp 89

90 Unix Shell Script 的執行結果 90

91 計算 Goodput 的 AWK 程式假設儲存的檔案名稱為 : goodput.sh 91

92 執行結果 92

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