利用NS3部署不同拓扑无线网络

实验题目

利用NS2/NS3部署一个星型无线网络（一个AP，不少于5个接入点）、一个多跳无线网络（不少于6个网络节点）。并测量两种网络拓扑下的网络链路吞吐量，用图表表示。

实验目的

理解不同无线网络拓扑对性能的影响。

实验环境

操作系统 Linux Ubuntu 7.5.0

网络仿真软件 NS3-3.29

可视化程序 NetAnim

绘图软件 gnuplot

程序运行方法

一、将两个主程序放至NS3主程序waf同目录（ns-3.29）的文件夹scratch下，这个目录是NS3默认的脚本存放目录

启动waf来进行编译:

./waf --run scratch/star
./war --run scratch/hoc

二、编译成功后进行代码可视化，进入ns-allinone-3.29/netanim-3.108目录，使用Qt5的编译器qmake进行编译，执行指令make生成可执行文件NetAnim，运行./NetAnim

qmake ./NetAnim.pro
./NetAnim

打开编译所生成的.xml查看仿真图像即可查看可视化效果。

三、利用.awk脚本求吞吐量，将之前生成的.tr文件用gawk编译：

gawk -f throughout.awk star.tr > star
gawk -f throughout.awk hoc.tr > hoc

使用gnuplot来画图查看吞吐量：

gnuplot
plot "star" with lines
plot "hoc" with lines

实验内容及步骤

星型拓扑网络

星型网络的拓扑结构图如下：

创建网络节点

它用一个节点作为中心节点，其他节点直接与中心节点相连。整个网络由中心节点进行集中式管理，各节点的通信都要经过中心节点。AP，也就是无线接入点，就是本实验中网络的中心节点。 STA站点，每一个连接到无线网络中的终端（如笔记本电脑、PDA及其它可以联网的用户设备）都可称为一个站点。这里设置了6个接入点：

uint32_t nSta = 6;
NodeContainer staNodes;
staNodes.Create(nSta);
NodeContainer apNodes;
apNodes.Create(1);

配置信道属性

设置通信信道和物理层，使用的是默认的信道和PHY模型：

YansWifiChannelHelper channel=YansWifiChannelHelper::Default();
YansWifiPhyHelper phy=YansWifiPhyHelper::Default();
phy.SetChannel(channel.Create());

利用WiFi中的远程基站管理WifiRemoteStationManager,该函数的第一个参数就是设置速率控制方法，可选的参数如下图：

这里选择了AarfWifiManager（AARF速率控制算法）：

WifiHelper wifi;
wifi.SetRemoteStationManager("ns3::AarfWifiManager");

之后配置Mac类型以及基础设置SSID，就是无线网的名字为ns-3-ssid，并且安装AP和STA：

WifiMacHelper mac;
Ssid ssid=Ssid("ns-3-ssid"); mac.SetType("ns3::StaWifiMac","Ssid",SsidValue(ssid),"ActiveProbing",BooleanValue(false));
NetDeviceContainer staDevices;
staDevices=wifi.Install(phy,mac,staNodes);
mac.SetType("ns3::ApWifiMac","Ssid",SsidValue(ssid));
NetDeviceContainer apDevices;
apDevices=wifi.Install(phy,mac,apNode);

然后加入移动模型，让STA可以移动，在xy轴正负50范围内随机移动，AP 固定：

MobilityHelper mobility;
mobility.SetPositionAllocator("ns3::GridPositionAllocator","MinX",DoubleValue(0.0),"MinY",DoubleValue(0.0),"DeltaX",DoubleValue(5.0),"DeltaY",DoubleValue(10.0),"GridWidth",UintegerValue(3),"LayoutType",StringValue("RowFirst"));
mobility.SetMobilityModel("ns3::RandomWalk2dMobilityModel","Bounds",RectangleValue(Rectangle(-50,50,-50,50)));
mobility.Install(staNodes);
mobility.SetMobilityModel("ns3::ConstantPositionMobilityModel");
mobility.Install(apNode);

安装TCP/IP协议族

设置IP地址。安装了TCP/IP协议栈的节点还不能直接通信，还需要为节点的网络设备分配IP地址：声明一个地址生成器对象，地址从10.1.1.0开始，并以255.255.255.0为子网掩码分配地址，地址分配默认是从1开始并单调递增。

InternetStackHelper stack;
stack.Install(staNodes);
stack.Install(apNode);Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase("10.1.1.0","255.255.255.0");
Ipv4InterfaceContainer wifiInterfaces;
wifiInterfaces=address.Assign(staDevices);
address.Assign(apDevices);

安装应用层

NS-3中的应用是对物理世界中应用程序内部网络通信功能的抽象，即模拟分组的发送和接收行为。常用Application的子类有：
1、UdpEcho
2、OnOffApplication
3、PacketSink

这里要安装UdpEcho的应用程序。创建一个服务器端echo服务应用echoSever，必须告知助手服务器和客户端所共知的一个端口号（此处为9号端口），否则这个助手不能起任何作用。echoSever在模拟自启动后1.0s时开始监听并接收9号端口的数据在接收到数据包后向echoClient返回一个相同大小的UDP数据包，并在10.0s停止。echo客户端应用的设置与回显服务器端类似，也有一个UdpEchoClientHelper来管理。

UdpEchoServerHelper echoServer(9);
ApplicationContainer serverApps=echoServer.Install(staNodes.Get(0));
serverApps.Start(Seconds(1.0));
serverApps.Stop(Seconds(15.0));
UdpEchoClientHelper echoClient(wifiInterfaces.GetAddress(0),9);
echoClient.SetAttribute("MaxPackets",UintegerValue(50));
echoClient.SetAttribute("Interval",TimeValue(Seconds(0.5)));
echoClient.SetAttribute("PacketSize",UintegerValue(1024));

应用对象需要一个时间参数来开始产生数据通信并且可能在一个可选的时间点停止。这些时间点是用ApplicationContainer的方法Start和Stop来设置的。

ApplicationContainer clientApps=echoClient.Install(staNodes.Get(nSta-1));
clientApps.Start(Seconds(1.0));
clientApps.Stop(Seconds(10.0));

数据生成

包括生成pcap用于查看具体数据包内容、生成用于netanim的xml文件、对数据包进行追踪得到.tr文件用于后续数据处理

phy.EnablePcap("star", apDevices.Get(0));
AnimationInterface anim("star-made-by-ls.xml");
AsciiTraceHelper asciiTraceHelper;
phy.EnableAsciiAll(asciiTraceHelper.CreateFileStream("star-made-by-ls.tr"));

启动与结束

最后所需要做的就是运行模拟器，这是用全局函数Simulator::Run来做到的：

Simulator::Run();
Simulator::Destroy();

多跳无线网络

多跳无线网络没有一个固定的ap，也没有固定的sta，每一个节点都可以成为ap和sta，所以需要建立一个hocwifi网络。 hoc网是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网。

整个网络没有固定的基础设施，每个节点都是移动的，并且都能以任意方式动态地保持与其它节点的联系。在这种网络中，由于终端无线覆盖取值范围的有限性，两个无法直接进行通信的用户终端可以借助其它节点进行分组转发。每一个节点同时是一个路由器，它们能完成发现以及维持到其它节点路由的功能。

除了应用层之外，代码与之前星型网络的编写区别不大，节点上的设置略有不同，直接创建adhoc节点：

uint32_t nAdHoc = 6;
NodeContainer adHocNodes;
adHocNodes.Create(nAdHoc);

应用层采用OnOffApplication，就是按照OnOff模式，向一个节点发送流量。该模块的源代码也在first.cc中可以找到。

在脚本中调用Application::StartApplication之后，On和Off各自定义的随机值交替切换。也就是在Off模式时，没有流量产生；在On状态下产生CBR流量，也就是恒定比特率 Constants Bit Rate，这就是仿真使用的CBR流量源。

设置的两个属性OnTime表示在On状态的随机值，OffTime表示在Off状态的随机值：

onoff.SetAttribute ("OnTime", RandomVariableValue (ConstantVariable (1)));
onoff.SetAttribute ("OffTime", RandomVariableValue (ConstantVariable (0)));

如上设置表示一直处于发送状态。

计算吞吐量

分析吞吐量时利用了gawk工具，利用了awk脚本。从网上找一个名为throughout.awk的脚本即可计算吞吐量，但要修改一下脚本文件中IP设置模块：

myScrIP = "10.1.3.5";#This is the link that we pay attention to
myDstIP = "10.1.3.1";

对于星型网络需要设置STA设备的首个和最后一个ip，AP为10.1.3.0，那么第一个STA为10.1.3.1,；

对于多跳无线网络可以设置为首个和其余任意一个ip，需要一个一个查看

之后用gawk命令对两个tr文件分别执行脚本：

gawk -f throughout.awk star.tr > star
gawk -f throughout.awk hoc.tr > hoc

打开gnuplot，绘制图表即可：

plot "star" with lines
plot "hoc" with lines

运行结果

星型网络：

（一）网络可视化图

（二）吞吐量曲线

（三）pcap包

多跳网络：

（一）网络可视化图

（二）吞吐量曲线

10.1.3.1到10.1.3.2：

10.1.3.1到10.3.1.3：

10.1.3.1到10.1.3.4：

10.1.3.1到10.1.3.5：

（三）pcap包

参考资料

NS3样例程序first.cc

https://blog.csdn.net/qq_31676673/article/details/87992757