NS3整體介紹
目錄結構
src目錄是ns-3的源代碼目錄，其目錄結構基本和ns-3模塊相對應
這些模塊目錄的子目錄都是固定的。
bindings/ 綁定python語言的
doc/ 幫助文檔
examples/ 應用該模塊的示例代碼
helper/ 模塊對應的helper類源文件
model/ 模塊代碼的.cc和.h文件
test/ 模塊設計者編寫的模塊測試代碼
wscript
一些常用模塊
模塊 用途
core ns3內核模塊，實現了ns-3的基本機制，智能指針，屬性，回調，隨機變量，日志，追蹤，事件調度等
network 網絡數據分組模塊，一般仿真都會使用
Internet 實現了TCP/IP相關的協議族，IP, ARP, UDP, TCP等
applications 幾種常見的應用層協議
mobility 移動模型模塊，為節點添加移動屬性
status 統計框架模塊，方便對仿真數據的收集、分析和統計
tools 統計工具，作圖工具gunplot
netanim 動畫演示工具
visualizer 可視化界面工具
幾種典型的網絡模塊
模塊 用途
point-to-point 點對點網絡
CSMA 實現基於IEEE802.3的以太網網絡，包括MAC層，物理層和媒體信道
Wi-Fi 實現基於IEEE802.11a/b/g的無線網絡，也可以是有基礎設施的ad hoc網絡
mesh 實現基於IEEE802.11s的無線mesh網絡
wimax 實現基於IEEE802.16標准的無線城域網絡
幾種ad hoc網絡路由協議模塊 ：aodv， dsdv， olsr。
這些模塊當中，core，network，internet和status是ns-3的基礎模塊，學習和開發其它模塊首先要掌握這幾個基礎模塊。
ns3 關鍵概念
節點
ns-3中的基本計算設備被抽象為節點。此節點是一個可以添加各種功能的計算機。當然僅僅是個計算機，要想使它工作，還需要添加網卡，協議棧，應用程序。
在ns-3中節點用Node類來描述，下面兩行代碼會創建兩個節點對象，它們在仿真中代表計算機
NodeContainer nodes;
nodes.Create(2);
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應用
計算機軟件中通常分為系統軟件和應用軟件。應用軟件完成用戶工作，系統軟件管理計算機中的內存，CPU，硬盤，網絡等各種資源。在ns-3中並沒有正常的操作系統的概念，但是用應用程序的概念。在ns-3中，需要被仿真的用戶程序被抽象為應用。在C++中用Application類描述。
bulk-send-application
on-off-application
udp-client/server
udp-echo-client/server
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信道
通常把網絡中數據流過的媒介稱作為信道，在ns-3中，節點需要連接到信道上來進行數據交換，在C++中用Channel類來描述，一個信道實例可以模擬一條簡單的線纜，也可以是一個復雜的巨型以太網交換機，甚至是一個無線網絡中充滿障礙物的三維空間。
CsmaChannel
PointToPointChannel
Wi-FiChannel
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網絡設備
把計算機連接到網絡上，必須用網線連接到網卡上。現在計算機出廠的時候都已經配置了網卡，所以用戶一般看不到這些模塊。一張網卡只是個外圍設備，設備需要驅動軟件來控制，如果缺少軟件驅動它還是不能工作的。在ns-3中，網絡設備這一抽象概念相當硬件設備和軟件驅動的總和。網絡設備安裝在節點上，然后節點之間通過信道和其他節點通信。這個網絡和信道是相對應的，就像無線網卡不能連接網線，只能在在無線環境中使用。C++中用NetDevice類來描述網絡設備。
CsmaNetDevice
PointToPointNetDevice
Wi-FiNetNevice
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搭建網絡仿真場景和搭建真實網絡類似
首先要有網絡節點(Node),節點需要有網絡設備(NetDevice),網絡設備需要通過傳輸媒體(Channel)連接
仿真腳本的編寫
腳本編寫一般都是經過以下步驟
步驟 實例
1. 創建節點 NodeContainer
2. 創建鏈路類型 XxxDeviceHelper
3. 安裝鏈路類型，生成網卡 XxxDeviceContainer=XxxDeviceHelper.install(NodeContainer)
4. 安裝協議棧 XxxStack.install(NodeContainer)
5. 配置IP地址 XxxAddressHelper.setBase(“IP”,“NETMASK”)
6. 生成網絡接口 XxxInterfaceContainer = XxxAddressHelper.Assign(NetDeviceContainer )
7. 安裝應用 ApplicationContainer = XxxHelper.Install(NodeContainer);
8. 開始仿真
結合 tutroial/first.cc 例子講解，first.cc兩個P2P節點，client節點向server節點發送數據，server回顯數據。
示例中僅發送了一個數據包。MaxPacket屬性是數據包數量，Interval是發送間隔，PacketSize是數據包大小
main (int argc, char *argv[])
{
CommandLine cmd;
cmd.Parse (argc, argv);
Time::SetResolution (Time::NS);
LogComponentEnable ("UdpEchoClientApplication", LOG_LEVEL_INFO);
LogComponentEnable ("UdpEchoServerApplication", LOG_LEVEL_INFO);
//1. 創建節點
NodeContainer nodes;
nodes.Create (2);
//2.為節點創建P2P類型的鏈路，並配置鏈路屬性
PointToPointHelper pointToPoint;
pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));
//3.安裝鏈路，生成網卡
NetDeviceContainer devices;
devices = pointToPoint.Install (nodes);
//4.安裝協議棧
InternetStackHelper stack;
stack.Install (nodes);
//5.為網卡配置IP
Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
//6.生成網絡接口
Ipv4InterfaceContainer interfaces = address.Assign (devices);
UdpEchoServerHelper echoServer (9);
ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (nodes.Get (1));
serverApps.Start (Seconds (1.0));
serverApps.Stop (Seconds (10.0));
//7.配置應用
UdpEchoClientHelper echoClient (interfaces.GetAddress (1), 9);
echoClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (1));
echoClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1.0)));
echoClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));
ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install (nodes.Get (0));
clientApps.Start (Seconds (2.0));
clientApps.Stop (Seconds (10.0));
//8.開始仿真
Simulator::Run ();
Simulator::Destroy ();
return 0;
}
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ns3拓撲構造
構建拓撲一般是使用以下步驟
先構建節點，網絡類型。節點使用網絡連接起來生產網卡
給網卡綁定IP地址,生成網絡接口（之后可以在接口上做業務）
使用拓撲幫助
Device = Helper.Install(Node);
/* 生成網卡
Device是網卡
Helper是網絡類型，
Node是要來連接的節點
*/
Interface = Address.Assign(Device);
/*
綁定IP
Interface是網絡接口接口，供后續Application使用
Address是網絡地址，是一個網段
Device是網卡
*/
Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables ();
/*
用拓撲幫助類構建路由
*/
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點對點網絡示例
NodeContainer c;
c.create(2);
NodeContainer n0n1 = NodeContainer(c.Get(0), c.Get(1));
PointToPointHelper p2p;
p2p.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
p2p.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));
NetDeviceContainer d0d1 = p2p.Install (n0n1);
Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0");
xxx = address.Assign (d0d1);
// 為d0d1里的兩個節點分配ip, 10.1.1.1 -------10.1.1.2
Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables ();
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以太網總線網絡
NodeContainer c;
c.create(4);
CsmaHelper n0n1n2n3 = NodeContainer(c.Get(0), c.Get(1), c.Get(2), c.Get(3));
//CsmaHelper n0n1n2n3 = NodeContianer(c);
csma.SetChannelAttribute ("DataRate", StringValue ("100Mbps"));
csma.SetChannelAttribute ("Delay", TimeValue (NanoSeconds (6560)));
NetDeviceContainer d0d1d2d3 = csma.Install (n0n1n2n3);
Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.2.0", "255.255.255.0");
xxx = address.Assign (d0d1d2d3);
// 為d0d1d2d3中的節點分別分配ip
// 10.1.2.1----10.1.2.2----10.1.2.3----10.1.2.4
Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables ();
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無線網拓撲
NodeContainer c;
c.create(3);
// 讓第一個節點做AP節點，其他的連接這個AP
NodeContainer ApNode = c.Get(0);
// 其他的做無線設備，連接AP節點
NodeContainer StaNode = NodeContainer(c.Get(1), c.Get(2));
WifiHelper wifi;
wifi.SetRemoteStationManager ("ns3::AarfWifiManager");
WifiMacHelper mac;
Ssid ssid = Ssid ("ns-3-ssid");
//設置AP節點網絡
mac.SetType ("ns3::ApWifiMac",
"Ssid", SsidValue (ssid));
NetDeviceContainer apDevices = wifi.Install (phy, mac, wifiApNode);
//設置無線設備網絡
mac.SetType ("ns3::StaWifiMac",
"Ssid", SsidValue (ssid),
"ActiveProbing", BooleanValue (false));
NetDeviceContainer staDevices = wifi.Install (phy, mac, wifiStaNodes);
Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase ("10.1.2.0", "255.255.255.0");
address.Assign (staDevices);
address.Assign (apDevices);
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應用
所有應用程序要分別用apps.Start(), apps.Stop()設置應用的啟動停止時間，注意服務器程序要比客戶端早啟動
UdpClient，UdpServer
Udp應用，顧名思義，構建一個udp應用，客戶端往服務器端發數據。可以設置數據包的大小，數量，發送間隔
在一個節點上安裝udpserver
NodeContainer c;
c.create(2);
...
...
uint16_t port = 4000;
UdpServerHelper server (port);
ApplicationContainer apps = server.Install (c.Get (1));
apps.Start (Seconds (1.0));
apps.Stop (Seconds (10.0));
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在一個節點上安裝udpclient
UdpClientHelper client (serverAddress, port);//綁定服務器地址，地址用interface.GetAddress方法獲取
client.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (320));//發送多少個包
client.SetAttribute ("Interval", TimeValue (0.05));//發送間隔
client.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));//包大小
apps = client.Install (n.Get (0));//安裝到哪個節點
apps.Start (Seconds (2.0));
apps.Stop (Seconds (10.0));
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OnOffApplication
OnOff應用是個開關應用，開的時候產生流量，關的時候不產生流量。
BulkSendApplication
PacketSink
移動模型
MobilityHelper 類用來設置節點移動模型
SetPositionAllocator
MobilityHelper mobility
mobility.SetPositionAllocator()//設置節點初始位置
mobility.SetMobilityModel() //設置節點運動方式
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初始位置-網格布局
mobility.SetPositionAllocator ("ns3::GridPositionAllocator",
"MinX", DoubleValue (-100.0),
"MinY", DoubleValue (-100.0),
"DeltaX", DoubleValue (5.0),
"DeltaY", DoubleValue (20.0),
"GridWidth", UintegerValue (20),
"LayoutType", StringValue ("RowFirst"));
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GridPositionAllocator的屬性以及默認值
“GridWidth”, “一行最多有幾個節點”,UintegerValue (10),
“MinX”, “網格布局起始處在x軸上的坐標.”,DoubleValue (1.0)
“MinY”, “網格布局起始處在y軸上的坐標.”,DoubleValue (0.0)
“DeltaX”, “x軸上節點間的距離.”,DoubleValue (1.0)
“DeltaY”, “y軸上節點間的距離”, DoubleValue (1.0)
“LayoutType”, “布局類型.”,EnumValue (ROW_FIRST)
如果有100個節點，GirdWidth值為10,則一行10個，共10行，Girdwidth為20，則一行20個，共5行
初始位置-隨機布局
在一個圓內隨機布局
mobility.SetPositionAllocator ("ns3::RandomDiscPositionAllocator",
"X", StringValue ("100.0"),
"Y", StringValue ("100.0"),
"Rho", StringValue ("ns3::UniformRandomVariable[Min=0|Max=30]"));
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RandomDiscPositionAllocator屬性以及默認值
“Theta”,“隨機角度.”, StringValue (“ns3::UniformRandomVariable[Min=0.0|Max=6.2830]”),
“Rho”,“隨機半徑”, StringValue (“ns3::UniformRandomVariable[Min=0.0|Max=200.0]”),
“X”,“圓心x軸坐標”, DoubleValue (0.0),
“Y”,“圓心y軸坐標”, DoubleValue (0.0)
ns3::UniformRandomVariable[Min=0.0|Max=6.2830] 一個隨機的值，0.0~6.2830
運動模型-固定不動
mobility.SetMobilityModel ("ns3::ConstantPositionMobilityModel");
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運動模型-隨機運動
在一個2d場景隨機運動，方向和速度都是隨機的
mobility.SetMobilityModel ("ns3::RandomWalk2dMobilityModel",
"Mode", StringValue ("Time"),
"Time", StringValue ("2s"),
"Speed", StringValue ("ns3::ConstantRandomVariable[Constant=1.0]"),
"Bounds", StringValue ("0|200|0|200"));
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RandomWalk2dMobilityModel模型的屬性以及默認值
“Bounds”,“運動的范圍”, RectangleValue (Rectangle (0.0, 100.0, 0.0, 100.0))
“Time”,“走多久換一次方向”,TimeValue (Seconds (1.0))
“Distance”,"走多遠換一次方向"DoubleValue (1.0),
“Mode”,“Time or Distance”,EnumValue (RandomWalk2dMobilityModel::MODE_DISTANCE)
“Direction”,"隨機方向 (radians)."StringValue (“ns3::UniformRandomVariable[Min=0.0|Max=6.283184]”)
“Speed”“隨機速度 (m/s).”,StringValue (“ns3::UniformRandomVariable[Min=2.0|Max=4.0]”)
Mode 是選擇根據運動時間來變方向還是根據運動距離來變方向
自定義運動
MobilityModel::SetPosition 方法用來控制模型的移動,
//在5秒后node節點會沿x軸，y軸，z軸方向分別移動1米，
Ptr<MobilityModel> mob = node->GetObject<MobilityModel> ();
Simulator::Schedule (Seconds (5.0), &MobilityModel::SetPosition, mob, Vector (1, 1, 1));
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