GPSR协议的NS2仿真全过程(环境+实验)

前些日子帮老师做了个NS2仿真的小项目，现在项目做完了，写篇博客把流程记录下来。做项目时，NS2和GPSR相关的东西找了好久，总会遇到问题，希望我这篇博客能给广大同学们带来点帮助吧。

NS2环境搭建
- 软硬件环境概述
- 环境搭建过程
  - NS2安装
  - NAM安装
开始实验
- 添加GPSR协议
- 修改协议源码
- 修改底层协议为80211p
- 修改无线传输范围
- setdest生成随机场景
- cbrgen生成数据流
- 重新编写tcl脚本
- trace文件分析
参考文章

NS2环境搭建

软硬件环境概述

Windows10(x64)
VMware Workstation Pro 12.5
LinuxMint 18.1
ns-allinone-2.35

环境搭建过程

首先，在官网下载ns-allinone-2.35.tar.gz压缩包(http://sourceforge.net/projects/nsnam/files/allinone/ns-allinone-2.35/ns-allinone-2.35.tar.gz/download)，再下载GPSR源码，我选择的是CSDN上的KeLiu版(http://download.csdn.net/download/joanna_yan/8474651)。

NS2安装

按Ctrl+Alt+T，打开终端

依次输入

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

sudo apt-get install build-essential

sudo apt-get install tcl8.5 tcl8.5-dev tk8.5 tk8.5-dev

sudo apt-get install libxmu-dev libxmu-headers

tar xvfz ns-allinone-2.35.tar.gz

cd ns-allinone-2.35

sudo ./install

在安装的时候会报个错，这是由于源码gcc版本比较老

修改只要在linkstate/ls.h文件137行

修改成

然后重新安装

如上图所示，这样就安装成功了。

然后我们需要配置环境变量，否则无法启动。

sudo gedit /home/(用户名)/.bashrc

在最后加上下面语句，用户名换成自己的即可

export PATH="$PATH:/home/(用户名)/ns-allinone-2.35/bin:/home/(用户名)/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/unix:/home/(用户名)/ns-allinone-2.35/tk8.5.10/unix"export LD_LIBRARY_PATH="$LD_LIBRARY_PATH:/home/(用户名)/ns-allinone-2.35/otcl-1.14:/home/(用户名)/ns-allinone-2.35/lib"export TCL_LIBRARY="$TCL_LIBRARY:/home/(用户名)/ns-allinone-2.35/tcl8.5.10/library"

修改完毕，保存，关闭当前终端，再打开一个新的终端，输入ns，回车，如果显示一个%，就证明ns2安装成功了。

NAM安装

终端输入nam，如果能够出现nam的窗口则nam可以正常使用，如果提示nam没有安装或者是不能识别的命令，cd /home/ns-allinone-2.35/nam.1.15，ls看看是否有nam文件，如果有的话cp nam ../bin，把nam命令复制到bin中。如果没有的话，sudo ./configure，再sudo make，现在得到了nam，再把nam命令复制到bin中。接着在终端输入nam检验是否可以运行。

开始实验

添加GPSR协议

我们搭建好了NS2仿真平台，现在就可以把我们准备好的协议源码解压，放到ns-2.35目录下，然后对ns2的代码进行修改，使我们的协议可以正常运行。

1. 进入$HOME/ns-allinone-2.30/ns-2.30/common,修改packet.henum packet_t{//增加 PT_GPSR  }class p_info {//增加 name_[PT_GPSR]= “gpsr”}2. 进入$HOME/ns-allinone-2.30/ns-2.30/trace,修改 cmu-trace.ccvoid CMUTrace::format(Packet* p, const char *why)
{//增加 case PT_GPSR;break;
}3. 进入$HOME/ns-allinone-2.30/ns-2.30/queue，修改priqueue.ccvoid  PriQueue::recv(Packet *p, Handler *h)
{//增加  case PT_GPSR:}

4. 进入$HOME/ns-allinone-2.30/ns-2.30/tcl/lib,修改ns-packet.tclforeach prot{#增加GPSR}

5. 进入$HOME/ns-allinone-2.30/ns-2.30/ ，修改MakefileOBJ_STL = #最后按照格式加入（ gpsr前为TAB键而不是空格）gpsr/gpsr_neighbor.o\gpsr/gpsr_sinklist.o\gpsr/gpsr.o#如果需要加入调试信息，则在CCOPT =  -Wall 加上 -g,  如下：CCOPT =  -g  -Wall

6.重新编译，执行如下命令

cd $HOME/ns-allinone-2.30/ns-2.30/common

touch packet.cc

cd ..

sudo make clean

sudo make

修改协议源码

在仿真过程中，发现KeLiu版GPSR协议在移动场景下存在一些问题，我们进行如下修改：

1、gpsr.h文件：90行左右：class GPSRUpdateSinkLocTimer : publicTimerHandler {public:GPSRUpdateSinkLocTimer(GPSRAgent *a) : TimerHandler() {a_=a;} <---这7行protected:virtual void expire(Event *e);GPSRAgent *a_;};class GPSRQueryTimer : public TimerHandler{public:GPSRQueryTimer(GPSRAgent *a) : TimerHandler() {a_=a;}protected:virtual void expire(Event *e);GPSRAgent *a_;};106行左右：friend class GPSRHelloTimer;friend class GPSRQueryTimer;friend class GPSRUpdateSinkLocTimer;MobileNode *node_;            //the attached mobile nodePortClassifier *port_dmux_;   //for the higher layer app de-multiplexing125行左右：GPSRHelloTimer hello_timer_;GPSRQueryTimer query_timer_;GPSRUpdateSinkLocTimer update_sink_loc_timer_; <---这行intplanar_type_; //1=GG planarize, 0=RNG planarizedouble hello_period_;double query_period_;double start_update_time_; <---double update_sink_loc_period_; <---这2行void turnon();              //setto be alivevoid turnoff();             //setto be deadvoid startSink();          voidstartSink(double);165行左右：void hellotout();                //called bytimer::expire(Event*)void querytout();void updatesinkloctout(); <---这行public:GPSRAgent();2、gpsr.cc文件：70行左右：voidGPSRQueryTimer::expire(Event *e){a_->querytout();}voidGPSRUpdateSinkLocTimer::expire(Event *e){a_->updatesinkloctout();}voidGPSRAgent::hellotout(){getLoc();nblist->myinfo(my_id,my_x,my_y);//sink_list->update_sink_loc(my_id,my_x,my_y);//printf("%f\n",node_->speed());hellomsg();hello_timer.resched(hello_period);}void GPSRAgent::updatesinkloctout(){getLoc();sink_list->update_sink_loc(my_id,my_x,my_y);//printf("__\n");update_sink_loc_timer.resched(update_sink_loc_period);}voidGPSRAgent::startSink(){if(sink_list->new_sink(my_id, my_x, my_y, my_id, 0, query_counter))querytout();}119行左右：GPSRAgent::GPSRAgent() : Agent(PT_GPSR), hello_timer(this), query_timer(this),update_sink_loc_timer_(this),my_id(-1), my_x(0.0), my_y_(0.0),recv_counter(0), query_counter(0),query_period_(INFINITE_DELAY){bind("planar_type", &planar_type);  bind("hello_period", &hello_period);bind("update_sink_loc_period", &update_sink_loc_period);sink_list_ = new Sinks();nblist_ = new GPSRNeighbors();for(int i=0; i<5; i++)randSend_.reset_next_substream();
}voidGPSRAgent::turnon(){getLoc();nblist->myinfo(my_id, my_x, my_y);hello_timer.resched(randSend.uniform(0.0, 0.5));update_sink_loc_timer.resched(start_update_time);}voidGPSRAgent::turnoff(){hello_timer_.resched(INFINITE_DELAY);query_timer_.resched(INFINITE_DELAY);update_sink_loc_timer_.resched(INFINITE_DELAY);}3、gpsr_sinklist.h文件中：55行：class Sinks {struct sink_entry *sinklist_;public:Sinks();bool new_sink(nsaddr_t, double, double, nsaddr_t, int, int);bool update_sink_loc(nsaddr_t, double, double);bool remove_sink(nsaddr_t);void getLocbyID(nsaddr_t, double&, double&, int&);void dump();};4、gpsr_sinklist.cc中：74行：temp->next_ = sinklist_;sinklist_ = temp;return true;}boolSinks::update_sink_loc(nsaddr_t id,doublex,double y){struct sink_entry *temp = sinklist_;while(temp){if(temp->id_ == id){temp->x_ = x;temp->y_ = y;return true;}temp = temp->next_;}return false;}boolSinks::remove_sink(nsaddr_t id){struct sink_entry *temp;struct sink_entry *p, *q;

修改完成后重新编译NS2。

但是NAM还是有问题，这里是自带的TCL文件的问题，做如下修改就可以了：

61行左右：set opt(tr) trace.tr ;# trace fileset opt(nam)            gpsr.nam <---这里set opt(rp)             gpsr ;# routing protocol script(dsr or dsdv)set opt(lm)             "off" ;# log movement117行左右：（修改比较多，行数不准）# ======================================================================# Agent/GPSR settingAgent/GPSR set planar_type_  1  ;#1=GG planarize, 0=RNG planarizeAgent/GPSR set hello_period_   1.5 ;#Hello message periodAgent/GPSR set update_sink_loc_period_ 0.5Agent/GPSR set start_update_time_ 0.001#======================================================================159行左右：set tracefd [open $opt(tr) w]ns_ trace-all  tracefdset namfile [open $opt(nam) w]ns_ namtrace-all-wireless namfile opt(x)opt(y)topo load_flatgrid opt(x) $opt(y)prop topography topo197行左右：source ./gpsr.tclfor {set i 0} {i < opt(nn) } {incr i}{gpsr-create-mobile-node $ins_ initial_node_pos node_($i) 20node_(i) namattach $namfile}## Source the Connection and Movementscripts#下面是CBR和场景文件的问题：给个简单的3个节点的例子，在trace文件中可以看到数据包的转发和接收cbr文件：# GPSR routing agent settingsfor {set i 0} {i < opt(nn)} {incr i} {ns_ at 0.00002 "ragent_($i) turnon"ns_ at 2.0 "ragent_($i) neighborlist"#   ns_ at 30.0 "ragent_($i) turnoff"}ns_ at 11.2 "ragent_(2) startSink10.0"   #<---这里只要让目标节点startSink就可以，例子是0向2发set null_(1) [new Agent/Null]ns_ attach-agent node(2) $null(1)set udp_(1) [new Agent/UDP]ns_ attach-agent node(0) $udp(1)set cbr_(1) [new Application/Traffic/CBR]$cbr(1) set packetSize 32$cbr(1) set interval 2.0$cbr(1) set random 1#   $cbr(1) set maxpkts 100cbr_(1) attach-agent udp_(1)ns_ connect udp(1) $null(1)ns_ at 66.0 "cbr_(1) start"ns_ at 150.0 "cbr_(1) stop"

修改底层协议为802.11p

GPSR是路由协议，也就是工作在网络层的，底层的协议默认应该是IEEE802.11。应该用IEEE802.11p，这个才是针在ns-allinone-2.35/ns-2.35/tcl/ex/802.11目录下找到了IEEE802-11p.tcl文件，里面的设置都是符合IEEE802.11p协议的参数对车载自组网的协议。

所以在wireless-gpsr.tcl中把其他的MAC层和物理层的设置都注释掉，换上IEEE802.11p的设置：

94行左右：
#Phy/WirelessPhy set CPThresh_ 10.0#Phy/WirelessPhy set CSThresh_ 1.559e-11#Phy/WirelessPhy set RXThresh_ 3.652e-10#Phy/WirelessPhy set Rb_ 2*1e6#Phy/WirelessPhy set freq_ 914e+6 #Phy/WirelessPhy set L_ 1.0# The transimssion radio range #Phy/WirelessPhy set Pt_ 6.9872e-4    ;# ?m#Phy/WirelessPhy set Pt_ 8.5872e-4    ;# 40m#Phy/WirelessPhy set Pt_ 1.33826e-3   ;# 50m#Phy/WirelessPhy set Pt_ 7.214e-3     ;# 100m#Phy/WirelessPhy set Pt_ 0.2818       ;# 250m#802.11pputs "Loading IEEE802.11pconfiguration..."source ../tcl/ex/802.11/IEEE802-11p.tclputs "Load complete..."

修改无线传输范围

ns-2.35/indep-utils/propagation/下有个threshold工具，可以通过距离、功率等等条件算出这些参数。

我们要先对threshold.cc文件进行修改

#include “iostream.h” 修改为#include “iostream”，同时加上using namespace std;

再添加头文件：#include “cstring”

在当前目录终端输入命令，进行编译：

cd ns/indep-utils/propagation/
g++ -lm threshold.cc -o threshold

编译成功生成threshold文件

这时我们利用threshold工具就可以得到我们需要的RXThresh的值了。

./threshold -m TwoRayGround -r 1 550

这就是我们需要的RXThresh数值，将我们新得到的数值替换之前的数值，即可改变我们无线传输的范围了。

参数设置好后，我们就可以开始仿真实验了。（中途我还修改了协议其他地方的代码，涉及到项目内容，在此不过多赘述，所以后面的数据跟GPSR协议本身跑出来的数据不大一样）

setdest生成随机场景

setdest可以随机产生无线网络仿真所需要的移动场景。

setdest程序放在 ns-2.35/indep-utils/cmu-scen-gen/setdest/目录下

usage：setdest [-nnodes][-p pause][-M maxrate][-t time][-x x][-y y]

我们需要50个节点，最大速度10m/s，持续时间20s，场景长250，宽200

./setdest -n 50-p 0.0 -M 10.0 -t 20 -x 250 -y 200 >scen_50_0_10_20_25_20

cbrgen生成数据流

cbrgen工具在ns-2.35/indep-utils/cmu-scen-gen/目录下

usage：cbrgen.tcl [-type cbr][-nn nodes][-seed seed][-mcconnections][-rate rate]

我们此时有50个节点，需要一组数据流所以，输入：

ns cbrgen.tcl -type cbr -nn 50 -seed 1 -mc 1-rate 1.0 > cbr_n50_m1_r1

重新编写tcl脚本

现在，我们把仿真需要的场景，数据流都准备好了，我们把生成的场景文件移动到gpsr协议的文件夹中，再次修改tcl脚本

添加：

source scen_50_0_10_20_25_20source cbr_n50_m1_r1

修改完的脚本是这个样子的(这里我另存为gpsr-wireless.tcl文件)：

set opt(chan) Channel/WirelessChannelset opt(prop) Propagation/TwoRayGroundset opt(netif) Phy/WirelessPhyset opt(mac) Mac/802_11set opt(ifq) Queue/DropTail/PriQueueset opt(ll) LL set opt(ant) Antenna/OmniAntennaset opt(x) 250set opt(y) 200set opt(ifqlen) 50set opt(nn) 50set opt(seed) 0.0set opt(stop) 20.0set opt(tr) trace.trset opt(nam) out.namset opt(rp) gpsrset opt(lm) "off"LL set mindelay_          50usLL set delay_                25usLL set bandwidth_       0     ;# not usedAgent/Null set sport_          0Agent/Null set dport_         0Agent/CBR set sport_          0Agent/CBR set dport_         0Agent/UDP set sport_         0Agent/UDP set dport_         0Agent/UDP set packetSize_ 1460Queue/DropTail/PriQueue setPrefer_Routing_Protocols    1Antenna/OmniAntenna set X_ 200Antenna/OmniAntenna set Y_ 200Antenna/OmniAntenna set Z_ 1.5Antenna/OmniAntenna set Gt_ 1.0Antenna/OmniAntenna set Gr_ 1.0#802.11pputs "Loading IEEE802.11pconfiguration..."source ../tcl/ex/802.11/IEEE802-11p.tclputs "Load complete..."# Agent/GPSR settingAgent/GPSR set planar_type_  1  ;#1=GG planarize, 0=RNG planarizeAgent/GPSR set hello_period_   5.0 ;#Hello message periodAgent/GPSR set update_sink_loc_period_ 0.5Agent/GPSR set start_update_time_ 0.001source ../tcl/lib/ns-bsnode.tclsource ../tcl/mobility/com.tclset ns_ [new Simulator]set chan [new $opt(chan)]set prop [new $opt(prop)]set topo [new Topography]set tracefd [open $opt(tr) w]ns_ trace-all tracefdset namfile [open $opt(nam) w]ns_ namtrace-all-wireless namfile opt(x)opt(y)topo load_flatgrid opt(x) $opt(y)prop topography toposet god_ [create-god $opt(nn)]$ns_ node-config -adhocRouting gpsr \-llType $opt(ll) \-macType $opt(mac) \-ifqType $opt(ifq) \-ifqLen $opt(ifqlen) \-antType $opt(ant) \-propType $opt(prop) \-phyType $opt(netif) \-channelType $opt(chan) \-topoInstance $topo \-agentTrace ON \-routerTrace ON \-macTrace OFF \-movementTrace OFF source ./gpsr.tclfor {set i 0} {i < opt(nn)} {incr i} {gpsr-create-mobile-node$i;node_(i)namattach $namfile;}source scen_50_0_10_20_25_20source cbr_n50_m1_r1for {set i 0} {i < opt(nn) } {incr i}{node_(i) namattach $namfile}for {set i 0} {i < opt(nn)} {incr i} {ns_ initial_node_pos node_($i) 20}for {set i 0} {i < opt(nn)} {incr i} {ns_at opt(stop).0 "node_(i) reset"}ns_ at opt(stop) "stop"ns_ at opt(stop).01 "puts\"NSEXITING...\" ; $ns_ halt"proc stop {} {globalns_ tracefd namfile$ns_flush-traceclose$tracefdclose$namfileexit0}puts tracefd "M 0.0 nn opt(nn) xopt(x) y opt(y) rp $opt(rp)"puts tracefd "M 0.0 prop opt(prop)ant $opt(ant)"puts "Starting Simulation..."$ns_ run

我们在此目录中打开终端，输入

ns gpsr-wireless.tcl

如图所示

运行nam查看仿真状况

如图我们可以看到节点移动情况

trace文件分析

下面是整个仿真过程最重要的部分，trace文件分析

投递率我使用的是grep工具

grep “r.*AGT” trace.tr > g_r

grep “s.*AGT” trace.tr > g_s

wc g_?

即可得到数据包的发送和接收情况：

然后，我们通过awk脚本来获取协议中的时延情况：

脚本代码如下：

#BEGIN表明这是程序开头执行的一段语句，且只执行一次。BEGIN {#程序初始化，设定一变量以记录目前处理的封包的最大ID号码。在awk环境下变量的使用不需要声明，直接赋值。highest_uid = 0;}#下面大括号里面的内容会针对要进行处理的记录（也就是我们的trace文件）的每一行都重复执行一次{event = 1; #1表示一行的第一栏，是事件的动作。每一栏默认是以空格分隔的。下同。time = $2; #事件发生的时间node_nb = $3; #发生事件的节点号（但是两边夹着“”，下面一句代码将“”处理掉）node_nb=substr(node_nb,2,1); #第三栏的内容是形如0的节点号码，我只要得出中间的节点号码0，所以要对字符串0进行处理。trace_type = $4; #trace文件跟踪事件的层次（指在路由层或mac层等等） flag = $5; #uid = $6; #包的uid号码（普通包头的uid）pkt_type = $7; #包的类型（是信令或是数据）pkt_size = $8; #包的大小（byte）#下面的代码记录目前最高的CBR流的packet ID，本来的延迟分析是针对所有的包的（包括信令），这里作了简化，只针对CBR封包，以后大家做延时分析可以做相应的改动即可。if ( event=="s" &&node_nb==0 && pkt_type=="cbr" && uid > highest_uid){#if判断句的前三个判断条件就不说了，第四个是说每个包的记录次数不超过1highest_uid = uid;}#记录封包的传送时间if ( event=="s" &&node_nb==0 && pkt_type=="cbr" && uid==highest_uid )start_time[uid] = time; # start_time[]表明这是一个数组#记录封包的接收时间if ( event=="r" &&node_nb ==2 && pkt_type=="cbr" && uid==highest_uid )end_time[uid] = time;}#END表明这是程序结束前执行的语句，也只执行一次END {#当每行资料都读取完毕后，开始计算有效封包的端到端延迟时间。for ( packet_id = 0; packet_id <=highest_uid; packet_id++ )
{start = start_time[packet_id];end = end_time[packet_id];packet_duration = end - start;#只把接收时间大于传送时间的记录打印出来if ( start < end ) printf("%d%f\n", packet_id, packet_duration);}}

我们在终端输入命令：

gawk -f delay.awk trace.tr > delay.csv

因为我本人熟悉Python语言，所以绘图我就用Python和matplotlib库来做了：

import pandas as pdimport numpy as npimport matplotlib.pyplot as pltcol = ['x','y']data = pd.read_csv("delay.csv",names=col)x = data['x']y = data['y']plt.xlabel('Time(s)')plt.ylabel('Transmission Speed(KB/s)')plt.title('GPSR Analysis')plt.xlim(50,150)plt.ylim(0.0015,0.0055)plt.plot(x0,y0,color='blue',linewidth=1.5,linestyle="-",label='GPSR')plt.plot(x,y,color='red',linewidth=1.5,linestyle="-",label='NNGPSR')plt.show()

得到时延的图

至此，本次ns2实验就结束了。

这篇博客写的比较匆忙，如有错误，可评论区加以说明。
个人博客：Quanfita的博客

参考文章

NS2笔记八gpsr移植
关于802.11p和场景文件
NS2中cbrgen和setdest的使用
GPSR源码修改
ubuntu14.04LTS下搭建NS2实验环境