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NS2仿真模拟研究与分析

作者:李慧
来源:本站原创
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加入时间:2008-06-29
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4.2  用网络仿真软件NS2进行IP网络的仿真
利用仿真软件NS2进行IP网络的仿真,首先必须借助 nam动画工具。
4.2.1  NAM
NAM是NS2中的一个动画显示工具,经常和NS模拟器配合使用,通过动画演示来向人们展示网络运行情况,所以也需要对它有深刻的理解。在NS中,仿真的全部宏观过程都可以通过NAM这个用户图形界面得到,它可以显示从仿真开始到结束过程中的拓扑结构和各个代理的行为以及链路的状态。在NS中运行NAM只需在仿真开始前定义跟踪NAM所需的数据,生成一个扩展名为nam的数据文件,并在仿真之后用NAM命令调用。代码如下:
set fnam[open out.nam w]
$ns namtrace—all $fnam
exec nam out.nam&
然后就可在NS中运用XGRAPH 和AWK脚本
NAM只是生成一个对仿真过程的宏观描述,当要对网络的微观特征进行跟踪记录并生成评价时,就需要采用其它的方法。一般来说,当需要得到网络某一方面的指标,并生成图形时,可以通过NS中的跟踪命令Trace并结合绘图工具XGRAPH来实现。通过跟踪TCP连接的窗口值,可以画出其随时间变化的曲线,(图4.1)是进行简单的网络仿真的拓扑结构图。
 
1.3 FTP  over TCP Agents
2,4 Pareto over udp Agents


5,6 Bottle-neck nodes
图4.1  进行简单的网络仿真
用NS2进行IP网络的仿真需要经过以下步骤才能实现:
(1)创建和配置节点。
(2)建立连接;
(3)建立UDP流;
(4)在UDP上建立Pareto分布的应用层业务的代理;
(5)建立TCP连接;
(6)在TCP上建立FTP业务的代理。
用NS2建立网络是通过调用三个现有的原始功能块:节点、链路和代理来实现的,NS通过调用node类来创建节点并且自动的为每一个节点分配唯一的地址;对于网络拓扑结构节点之间的连接关系,可以运用duplex—link的方法来建立双向的连接;代理是仿真过程的重要对象,对于末端主机来说它是必须的。通信业务源和接收端、动态路由模块、以及很多其它协议的模块都是代理中的实例。
4.3  NS2下仿真研究
Nam是一个基于Tcl/Tk语言的演示工具,它用来图形化显示NS模拟器和真实网络数据包跟踪数据。要运用Nam的话,首先要产生一个Nam跟踪文件(.nam文件)。Nam跟踪文件应该包含节点、链接、队列和节点连通性等网络拓扑信息,还应该包括数据包跟踪信息。
下图(4.2)是一个Nam跟踪文件的一部分。
 

图4.2   一个Nam跟踪文件的一部分

通过仿真,可以得到三个可供分析网络的结果。一个是NAM动画演示界面和它的.nam文件;一个是X-graph图形;另一个是记录数据的.tr追踪文件,.tr追踪文件可以根据需要定制。前面两个结果比较形象的反映了数据的传输情况。
4.3.1  真实流量
图4.3显示了进行仿真实验的网络拓扑结构以及流量的传输。真实网络的流量经过代理的处理转换成NS模拟报文作为业务源连接到2号节点,NS模拟报文从2号节点发出,经过0号节点和1号节点之间的瓶颈链路(1.5Mb)传到1号节点。
 

图4.3  NAM动画演示显示
图4.4中,横坐标表示时间,纵坐标表示节点号,整个图形界面说明了业务源是什么时刻发出的数据包。图中显示了2号节点发出每一个数据包的时刻。


图4.4  XGRAPH显示数据特性
4.3.2  trace file文件
同样,图4.5显示了进行仿真实验的网络拓扑结构以及流量的传输。真实网络流量经过代理的处理转换成NS模拟报文作为业务源连接到2号节点,NS模拟报文从2号节点发出,经过0号节点和1号节点之间的瓶颈链路(1.5Mb)传到1号节点。
 

图4.5   NAM动画演示显示
图4.6中,横坐标表示时间,纵坐标表示节点号,整个图形界面说明了业务源是什么时刻发出的数据包。图中显示了2号节点发出每一个数据包的时刻。
         

图4.6   XGRAPH显示数据特性
经过仿真,每次仿真都有相应的追踪文件(.tr文件),它记录了所有的追踪数据。追踪文件的一般格式如(图4.7)所示,同时可以对.tr追踪文件进行编程定制,提取有用的信息。
 

图4.7  追踪文件的格式
然后对追踪文件进行分析、统计,采用适当的方法,对跟踪数据编程显示它的统计信息。横坐标表示某个时刻,纵坐标表示数据包的个数。整个图的意思是任一时刻发送的数据包的个数。得到的一些图形如下:


图4.8  时间单位为10ms时的流量图

 

图4.9  时间单位为100ms时的流量图
 
采用方差-时间曲线和R/S图方法对以上的数据包分组到达过程来估算Hurs
参数,得到如下的(表4.1):

表4.1  Hurst参数
时间间隔(毫秒) 基于R/S的统计分析
500 0.8236219
600 0.7994382
800 0.7584390
1000 0.8103495

根据自相似的数学定义:当Hurst参数的值在0.5到1.00之间时,可以说明具有自相似性。从上表可以说明我们实验的网络流量具有自相似性。
4.4  用MPLS进行仿真器的设计
4.4.1  对NS2类的扩展
(1)对类AddressClassifier进行扩展,派生出类MPLS-AddressClassifier

 

图4. 10  NS2节点结构
它对数据包的处理方式做了一些改动。当数据包带有合法标记时,直接进行二层标记交换,否则分为两种情况:如果它所属FEC的标记交换路径(Label Switching Path,LSP)已存在,就当作标记数据包进行处理,否则就交给AddressClassifier进行第三层转发。
(2)对类Agent进行扩展,派生出类LDPAgent,Agent用来仿真各层的协议实现,是包创建和使用的端点。经过扩展,LDPAgent除继承了Agent的基本功能外,基本实现了CR—LDP协议所要求的功能,可以实现对等实体、会话管理、标记分发和差错通告等操作。
(3)扩展RoutingModule,派生出类MPLSModule除了和其他节点交换路由信息,完成路由功能外,MPLSModule还同节点的LDPAgent、MPLSAddressClassifier等一起完成标记交换功能,定义标记分发机制,维护标记信息,触发标记分发等。
4.4.2  完成标记交换转贴于 酷文网-论文下载中心 http://www.coolwen.net


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