简单的多对一传输ns2仿真

实验名称：简单的多对一传输仿真

实验目的：
1。研究怎么实现多对一传输。

实验步骤：

1。写c++代码并注册报文头。

先说一下多对一传输的方式。最开始，接收端发送控制报文给所有的发送端，告诉他们要发送多少报文。

发送端按要求的数量发送完报文后，给接收端一个ack信息。

接收端收到所有发送端的ack报文后，则重新发送控制报文给所有的发送端。这样周而复始。

接收端为了和多个发送端通信，需要有多个agent，而每个app只能连接到一个agent上。如此，接收端上就有多个app，那么这多个app怎么通信呢？怎么知道彼此的状态？直觉上，接收端应该只有一个app在运行，多个app也让我们心理上不爽。这里我想到一个小技巧，也是在开发p2p点播时受到的提示。那就是，每个结点上除了一个总控的app，还要维持很多connection。connection负责和别的结点的连接。这些connection其实也是特殊的app，控制底层进行数据传输的agent。它们同时又向总控的app报告自己的情况，由总控的app对他们进行调度。说到这，你可能已经明白了，在这次仿真中，我要用两层app，顶层是一个总控的app,下层的app控制它们连接的agent。
为此，我定义了两个继承自application的类：SimpleApp和SimpleConnection。SimpleConnection就是底层控制agent的类，定义如下：

class SimpleConnection : public Application
{
public:
SimpleConnection();

//从agent接收报文，并进行处理。如果是控制报文，则按要求的数量发送报文。
//如果是ack报文，则向顶层的app报告。
//这个接口原来是Application没有的，为此要修改app.h，加上这个接口。
virtual void recv_msg(int nbytes, const char *msg = 0)end_ctrl(); R/> //发送控制报文，参数表示要求对方发送的报文数。
void send_ctrl(int);

//发送数据报文，每发送一个，需要发送的报文数减1，减到0时，向对方发送ack信息。
void send_data_pkt( );
//是否已经完成发送报文的任务
inline int done();

//设置指向上层app的指针
inline void App( SimpleApp *);
protected:
double next_send_time(); //计算发送下一个数据报文的时间
void send_ack(); //向对方发送ack信息
SimpleApp * app_; //指向上层app的指针
int done_; //是否已经完成任务
int tosend_; //要发送的报文数
SendTimer timer_; //一个计时器，用于发送报文的调度
int pktsize_; //数据报文的大小
double rate_; //连接速度，即每秒多少bit
};

SimpleApp是上层进行调度的类，是真正的应用，定义如下：

//=====================================================
// app: control multi connections
//=====================================================
class SimpleApp : public Application
{
public:
SimpleApp();

//检查是否所有的发送端都已经完成了任务，
//如果是，向他们发送新的控制报文。
void is_all_done();

protected:
void start(); //开始运转，置running_为真，并向所有的发送端发送控制报文
void stop(); //置running_为false

//把一个新的connection加入连接链表中
void add_connection(SimpleConnection *);

void send_ctrl(); //向所有发送端发送控制报文

//定义在tcl中能够调用的命令，这里实现了add-connection命令
virtual int command(int argc, const char*const* argv);
private:
vector cons_; //存放所有connection指针的链表
bool running_; //运行状态
};

　　

另外，为了方便对agent进行控制，我们也定义了自己的agent。主要是重新实现了sendmsg和recv两个函数，方便我们对报文进行处理。
最初，我也想用原来的UdpAgent。却发现它的sendmsg和recv都是对报文中的AppData进行处理，让我没办法处理自己定义的消息头。
通过读ns-process.h中AppData的定义代码，发现AppData只有一个数据成员，就是数据类型，不可能含有报文头等信息。而实际上，报文头信息在Packet的数据成员bits_中。
“一怒之下”，我重写了自己的agent。

下面是我自己定义的报文头的定义：

//=============================================
// new packet header
//=============================================
struct hdr_simple
{
int type; //0-normal,1-ctrl,2-ack
int pkt_num; //the number of packets to send

static int offset_;
inline static int& offset() { return offset_; }
inline static hdr_simple* access(const Packet* p) {
return (hdr_simple*) p->access(offset_);
}
};

定义了自己的报文头，别忘了在packet.h和ns-packet.tcl中注册一下自己的报文头，当然，也不要忘了在.cc文件中定义一个linkage。具体怎么做，请参考《ns by example》吧，那讲的很详细。

2。重新编译ns。
上面的工作做完后，把代码文件放在一个目录中，然后改一下makefile。例如：我所有类的定义和实现都写在simple.h和simple.cc中，并且我把它们放在了apps目录下，我这样改makefile：

...
common/ivs.o \
common/messpass.o common/tp.o common/tpm.o apps/worm.o apps/simple.o \
tcp/tcp.o tcp/tcp-sink.o tcp/tcp-reno.o \
...

只有红色的部分是我加的，很简单吧。保存makefile，重新编译吧，如果没报错，就是编译成功了。

3。写tcl脚本。
其实，我不是在扩充完ns2之后才写的tcl脚本，而是之前写的。这样，我在写脚本的时候，我就知道我需要哪些功能，需要定义哪些tcl能够调用的命令了，相当于是个分析用户需求的部分。我的tcl代码如下：

 # by jiqing 2007-6-6
 set ns [new Simulator]
 #color
 $ns color 1 Blue
 $ns color 2 Red
 $ns color 3 Green

 #open a nam trace file
 set nf [open out.nam w]
 $ns namtrace-all $nf 

 #open a trace file
 set tf [open out.tr w]
 $ns trace-all $tf

 #finish procedure

 proc finish {} {
 global ns nf tf
 $ns flush-trace
 close $nf
 close $tf
 exec ./nam out.nam & exit 0
 } 

 #create nodes
 set node_(s1) [$ns node]
 set node_(s2) [$ns node]
 set node_(s3) [$ns node]
 set node_(r) [$ns node]

 #create links
 $ns duplex-link $node_(s1) $node_(r) 1Mb 10ms DropTail
 $ns duplex-link $node_(s2) $node_(r) 1.5Mb 10ms DropTail
 $ns duplex-link $node_(s3) $node_(r) 1Mb 10ms DropTail

 #relayout
 $ns duplex-link-op $node_(s1) $node_(r) orient right-down
 $ns duplex-link-op $node_(s2) $node_(r) orient right
 $ns duplex-link-op $node_(s3) $node_(r) orient right-up 

 #add udp agents
 set udp_(s1) [new Agent/JiqingUDP]
 $ns attach-agent $node_(s1) $udp_(s1)
 set udp_(r1) [new Agent/JiqingUDP]
 $ns attach-agent $node_(r) $udp_(r1)
 $ns connect $udp_(s1) $udp_(r1) $udp_(s1) set fid_ 1 $udp_(r1) set fid_ 1
 set udp_(s2) [new Agent/JiqingUDP]
 $ns attach-agent $node_(s2) $udp_(s2) set udp_(r2) [new Agent/JiqingUDP] $ns attach-agent $node_(r) $udp_(r2) $ns connect $udp_(s2) $udp_(r2) $udp_(s2) set fid_ 2 $udp_(r2) set fid_ 2 set udp_(s3) [new Agent/JiqingUDP] $ns attach-agent $node_(s3) $udp_(s3) set udp_(r3) [new Agent/JiqingUDP] $ns attach-agent $node_(r) $udp_(r3) $ns connect $udp_(s3) $udp_(r3) $udp_(s3) set fid_ 3 $udp_(r3) set fid_ 3 #add simpleconnections set app_(s1) [new Application/SimpleCon] $app_(s1) attach-agent $udp_(s1) set app_(s2) [new Application/SimpleCon] $app_(s2) attach-agent $udp_(s2) set app_(s3) [new Application/SimpleCon] $app_(s3) attach-agent $udp_(s3) set app_(r1) [new Application/SimpleCon] $app_(r1) attach-agent $udp_(r1) set app_(r2) [new Application/SimpleCon] $app_(r2) attach-agent $udp_(r2) set app_(r3) [new Application/SimpleCon] $app_(r3) attach-agent $udp_(r3) set app_(global1) [new SIMPLE_APP] $app_(global1) add-connection $app_(s1) set app_(global2) [new SIMPLE_APP] $app_(global2) add-connection $app_(s2) set app_(global3) [new SIMPLE_APP] $app_(global3) add-connection $app_(s3) set app_(global4) [new SIMPLE_APP] $app_(global4) add-connection $app_(r1) $app_(global4) add-connection $app_(r2) $app_(global4) add-connection $app_(r3) 

#schedule... 
$ns at 0.1 "$app_(global4) start" 
$ns at 4.0 "$app_(global4) stop" 
$ns at 4.5 "finish"
 $ns run

这个脚本定义了三个发送端，一个接收端，每个peer上都运行了一个SimpleApp，而每个agent上都连接有一个SimpleConnection，然后通过add-connection把app和connection连接起来。

4。仿真。
这一步没什么说的，./ns XXX.tcl就行了。

5。用awk处理数据。
这就看你想算什么了。我很无聊，只是想算每个时间各个发送端发送的报文数。

 BEGIN{
 sended1 = 0;
 sended2 = 0;
 sended3 = 0;
 i = 0;
}

{
 action = $1;
 time = $2;
 sender = $3;

 #you may use digital or character
 if(action=="r" &&( sender==0 ||sender==1 || sender==2) )
 {
  if(sender == 0)
   sended1++;
  else if( sender == 1)
   sended2++;
  else
   sended3++;

  #don't begin with digital
  _1send[i] = sended1;
  _2send[i] = sended2;
  _3send[i] = sended3;
  time_point[i] = time;

  i++;
 }
}

END{
 printf("%.2f\t%.2f\t%.2f\t%.2f\n",0,0,0,0);
 for(j=0;j
  printf("%.2f\t%.2f\t%.2f\t%.2f\n",time_point[j],_1send[j],_2send[j],_3send[j]);
 }
}

写好代码，保存为measure_pkts.awk。
在命令行下执行：
awk -f measure_pkts.awk > results.txt
就会把分析的结果写入results.txt。


6。用gnuplot画图。
最后，就是看见结果的时候了。进入gnuplot：
plot "results.txt" using 2, "results.txt" using 3, "results.txt" using 4
就可以看见结果了。

实验结果：

没什么好讲的了，目的已经达到。

参考文献：
1。Jae Chung,Mark Claypool. Ns by Example.
2。柯志亨博士的"增加和修改模块.htm"。
3。bittorrent仿真的源码。
4。ns2的源代码。