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  • 以wifi-example-sim.cc为例说明NS3统计数据模型


    http://blog.csdn.net/yanerhao/article/details/53979539


    利用NS3已有的Trace系统或者Log机制收集记录和统计数据,例如MAC层收发帧数目,网络层以上收发包数目的跟踪与统计,这里选取example/stats/wifi-example-sim.cc为例来很好说明问题:

    这个仿真程序是一个简单的实验,包括两个节点,基于AdhocMAC信道模型,包含NS3仿真所需常见模型如节点/网络设备/协议栈和应用进程,这里的应用进程Sender   和Receiver,基于UDP的不可靠连接。

    1. #include <ctime>  
    2. #include <sstream>  
    3. #include "ns3/core-module.h"  
    4. #include "ns3/network-module.h"  
    5. #include "ns3/mobility-module.h"  
    6. #include "ns3/wifi-module.h"  
    7. #include "ns3/internet-module.h"  
    8. #include "ns3/stats-module.h"  
    9. #include "wifi-example-apps.h"  
    10. using namespace ns3;  
    11. using namespace std;  
    12. NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("WiFiDistanceExperiment");  
    13. void TxCallback (Ptr<CounterCalculator<uint32_t> > datac,  
    14.                  std::string path, Ptr<const Packet> packet) {  
    15.   NS_LOG_INFO ("Sent frame counted in " <<  
    16.                datac->GetKey ());  
    17.   datac->Update ();  
    18.   // end TxCallback  
    19. }  
    20. //----------------------------------------------------------------------  
    21. //-- main  
    22. //----------------------------------------------  
    23. int main (int argc, char *argv[]) {  
    24.   
    25.   double distance = 50.0;  
    26.   string format ("omnet");  
    27.   
    28.   string experiment ("wifi-distance-test");  
    29.   string strategy ("wifi-default");  
    30.   string input;  
    31.   string runID;  
    32.   
    33.   {  
    34.     stringstream sstr;  
    35.     sstr << "run-" << time (NULL);  
    36.     runID = sstr.str ();  
    37.   }  
    38.   
    39.   // Set up command line parameters used to control the experiment.  
    40.   CommandLine cmd;  
    41.   cmd.AddValue ("distance""Distance apart to place nodes (in meters).",  
    42.                 distance);  
    43.   cmd.AddValue ("format""Format to use for data output.",  
    44.                 format);  
    45.   cmd.AddValue ("experiment""Identifier for experiment.",  
    46.                 experiment);  
    47.   cmd.AddValue ("strategy""Identifier for strategy.",  
    48.                 strategy);  
    49.   cmd.AddValue ("run""Identifier for run.",  
    50.                 runID);  
    51.   cmd.Parse (argc, argv);  
    52.   
    53.   if (format != "omnet" && format != "db") {  
    54.       NS_LOG_ERROR ("Unknown output format '" << format << "'");  
    55.       return -1;  
    56.     }  
    57.   
    58.   #ifndef STATS_HAS_SQLITE3  
    59.   if (format == "db") {  
    60.       NS_LOG_ERROR ("sqlite support not compiled in.");  
    61.       return -1;  
    62.     }  
    63.   #endif  
    64.   
    65.   {  
    66.     stringstream sstr ("");  
    67.     sstr << distance;  
    68.     input = sstr.str ();  
    69.   }  
    70.   //------------------------------------------------------------  
    71.   //-- Create nodes and network stacks  
    72.   //--------------------------------------------  
    73.   NS_LOG_INFO ("Creating nodes.");  
    74.   NodeContainer nodes;  
    75.   nodes.Create (2);  
    76.   
    77.   NS_LOG_INFO ("Installing WiFi and Internet stack.");  
    78.   WifiHelper wifi;  
    79.   WifiMacHelper wifiMac;  
    80.   wifiMac.SetType ("ns3::AdhocWifiMac");  
    81.   YansWifiPhyHelper wifiPhy = YansWifiPhyHelper::Default ();  
    82.   YansWifiChannelHelper wifiChannel = YansWifiChannelHelper::Default ();  
    83.   wifiPhy.SetChannel (wifiChannel.Create ());  
    84.   NetDeviceContainer nodeDevices = wifi.Install (wifiPhy, wifiMac, nodes);  
    85.   
    86.   InternetStackHelper internet;  
    87.   internet.Install (nodes);  
    88.   Ipv4AddressHelper ipAddrs;  
    89.   ipAddrs.SetBase ("192.168.0.0""255.255.255.0");  
    90.   ipAddrs.Assign (nodeDevices);  
    91.   //------------------------------------------------------------  
    92.   //-- Setup physical layout  
    93.   //--------------------------------------------  
    94.   NS_LOG_INFO ("Installing static mobility; distance " << distance << " .");  
    95.   MobilityHelper mobility;  
    96.   Ptr<ListPositionAllocator> positionAlloc =  
    97.     CreateObject<ListPositionAllocator>();  
    98.   positionAlloc->Add (Vector (0.0, 0.0, 0.0));  
    99.   positionAlloc->Add (Vector (0.0, distance, 0.0));  
    100.   mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc);  
    101.   mobility.Install (nodes);  
    102.   //------------------------------------------------------------  
    103.   //-- Create a custom traffic source and sink  
    104.   //--------------------------------------------  
    105.   NS_LOG_INFO ("Create traffic source & sink.");  
    106.   Ptr<Node> appSource = NodeList::GetNode (0);  
    107.   Ptr<Sender> sender = CreateObject<Sender>();  
    108.   appSource->AddApplication (sender);  
    109.   sender->SetStartTime (Seconds (1));  
    110.   
    111.   Ptr<Node> appSink = NodeList::GetNode (1);  
    112.   Ptr<Receiver> receiver = CreateObject<Receiver>();  
    113.   appSink->AddApplication (receiver);  
    114.   receiver->SetStartTime (Seconds (0));  
    115.   
    116.   Config::Set ("/NodeList/*/ApplicationList/*/$Sender/Destination",  
    117.                Ipv4AddressValue ("192.168.0.2"));  
    118.   //------------------------------------------------------------  
    119.   //-- Setup stats and data collection  
    120.   //--------------------------------------------  
    121.   
    122.   // Create a DataCollector object to hold information about this run.  
    123.   DataCollector data;  
    124.   data.DescribeRun (experiment,//experiment 是对象  
    125.                     strategy,//strategy 是被检查的代码或者参数  
    126.                     input,//2个节点距离  
    127.                     runID);  
    128.   
    129.   // Add any information we wish to record about this run.  
    130.   data.AddMetadata ("author""tjkopena");  
    131.   
    132.   // Create a counter to track how many frames are generated.  Updates  
    133.   // are triggered by the trace signal generated by the WiFi MAC model  
    134.   // object.  Here we connect the counter to the signal via the simple  
    135.   // TxCallback() glue function defined above.  
    136.   Ptr<CounterCalculator<uint32_t> > totalTx =  
    137.     CreateObject<CounterCalculator<uint32_t> >();  
    138.   totalTx->SetKey ("wifi-tx-frames");  
    139.   totalTx->SetContext ("node[0]");  
    140.   Config::Connect ("/NodeList/0/DeviceList/*/$ns3::WifiNetDevice/Mac/MacTx",  
    141.                    MakeBoundCallback (&TxCallback, totalTx));  
    142.   data.AddDataCalculator (totalTx);  
    143.   
    144.   // This is similar, but creates a counter to track how many frames  
    145.   // are received.  Instead of our own glue function, this uses a  
    146.   // method of an adapter class to connect a counter directly to the  
    147.   // trace signal generated by the WiFi MAC.  
    148.   Ptr<PacketCounterCalculator> totalRx =  
    149.     CreateObject<PacketCounterCalculator>();  
    150.   totalRx->SetKey ("wifi-rx-frames");  
    151.   totalRx->SetContext ("node[1]");  
    152.   Config::Connect ("/NodeList/1/DeviceList/*/$ns3::WifiNetDevice/Mac/MacRx",  
    153.                    MakeCallback (&PacketCounterCalculator::PacketUpdate,  
    154.                                  totalRx));  
    155.   data.AddDataCalculator (totalRx);  
    156.   // This counter tracks how many packets---as opposed to frames---are  
    157.   // generated.  This is connected directly to a trace signal provided  
    158.   // by our Sender class.  
    159.   Ptr<PacketCounterCalculator> appTx =  
    160.     CreateObject<PacketCounterCalculator>();  
    161.   appTx->SetKey ("sender-tx-packets");  
    162.   appTx->SetContext ("node[0]");  
    163.   Config::Connect ("/NodeList/0/ApplicationList/*/$Sender/Tx",  
    164.                    MakeCallback (&PacketCounterCalculator::PacketUpdate,  
    165.                                  appTx));  
    166.   data.AddDataCalculator (appTx);  
    167.   
    168.   // Here a counter for received packets is directly manipulated by  
    169.   // one of the custom objects in our simulation, the Receiver  
    170.   // Application.  The Receiver object is given a pointer to the  
    171.   // counter and calls its Update() method whenever a packet arrives.  
    172.   Ptr<CounterCalculator<> > appRx =  
    173.     CreateObject<CounterCalculator<> >();  
    174.   appRx->SetKey ("receiver-rx-packets");  
    175.   appRx->SetContext ("node[1]");  
    176.   receiver->SetCounter (appRx);  
    177.   data.AddDataCalculator (appRx);  
    178.   /**  
    179.    * Just to show this is here...  
    180.    Ptr<MinMaxAvgTotalCalculator<uint32_t> > test =   
    181.    CreateObject<MinMaxAvgTotalCalculator<uint32_t> >();  
    182.    test->SetKey("test-dc");  
    183.    data.AddDataCalculator(test);  
    184.   
    185.    test->Update(4);  
    186.    test->Update(8);  
    187.    test->Update(24);  
    188.    test->Update(12);  
    189.   **/  
    190.   
    191.   // This DataCalculator connects directly to the transmit trace  
    192.   // provided by our Sender Application.  It records some basic  
    193.   // statistics about the sizes of the packets received (min, max,  
    194.   // avg, total # bytes), although in this scenaro they're fixed.  
    195.   Ptr<PacketSizeMinMaxAvgTotalCalculator> appTxPkts =  
    196.     CreateObject<PacketSizeMinMaxAvgTotalCalculator>();  
    197.   appTxPkts->SetKey ("tx-pkt-size");  
    198.   appTxPkts->SetContext ("node[0]");  
    199.   Config::Connect ("/NodeList/0/ApplicationList/*/$Sender/Tx",  
    200.                    MakeCallback  
    201.                      (&PacketSizeMinMaxAvgTotalCalculator::PacketUpdate,  
    202.                      appTxPkts));  
    203.   data.AddDataCalculator (appTxPkts);  
    204.   // Here we directly manipulate another DataCollector tracking min,  
    205.   // max, total, and average propagation delays.  Check out the Sender  
    206.   // and Receiver classes to see how packets are tagged with  
    207.   // timestamps to do this.  
    208.   Ptr<TimeMinMaxAvgTotalCalculator> delayStat =  
    209.     CreateObject<TimeMinMaxAvgTotalCalculator>();  
    210.   delayStat->SetKey ("delay");  
    211.   delayStat->SetContext (".");  
    212.   receiver->SetDelayTracker (delayStat);  
    213.   data.AddDataCalculator (delayStat);  
    214.   
    215.   
    216.   //------------------------------------------------------------  
    217.   //-- Run the simulation  
    218.   //--------------------------------------------  
    219.   NS_LOG_INFO ("Run Simulation.");  
    220.   Simulator::Run ();  
    221.   //------------------------------------------------------------  
    222.   //-- Generate statistics output.  
    223.   //--------------------------------------------  
    224.   
    225.   // Pick an output writer based in the requested format.  
    226.   Ptr<DataOutputInterface> output = 0;  
    227.   if (format == "omnet") {  
    228.       NS_LOG_INFO ("Creating omnet formatted data output.");  
    229.       output = CreateObject<OmnetDataOutput>();  
    230.     } else if (format == "db") {  
    231.     #ifdef STATS_HAS_SQLITE3  
    232.       NS_LOG_INFO ("Creating sqlite formatted data output.");  
    233.       output = CreateObject<SqliteDataOutput>();  
    234.     #endif  
    235.     } else {  
    236.       NS_LOG_ERROR ("Unknown output format " << format);  
    237.     }  
    238.   
    239.   // Finally, have that writer interrogate the DataCollector and save  
    240.   // the results.  
    241.   if (output != 0)  
    242.     output->Output (data);  
    243.   
    244.   // Free any memory here at the end of this example.  
    245.   Simulator::Destroy ();  
    246.   
    247.   // end main  
    248. }  
    一 给定本次仿真参数distance,format,experiment,strategy,runID在初始化的同时也可以通过命令行改变,这些参数用于从多次实验中快速区分和组合数据。

    二 创建节点和网络模型

    三 安装协议栈,并分配IP

    四 设置移动模型,这里为静止,并给定初始位置

    五 安装应用,这里安装Sender / Receiver,自定义的见examples/stats/wifi-example-apps.h|cc

    数据统计与收集,这是本文重点,下面具体分析。

    这里创建DataCollector对象来存储运行信息,并通过Trace机制记录收发端帧和分组传输情况。

    1 记录发端帧传输(基WIFI MAC对界)

    通过CounterCalculator(src/stats/model/basic-data-calculators.h )类实现计数,利用Trace机制,当节点0上wifiNetDevice/Mac/MacTx变化(source),通过Config::Connect关联,定义的TxCallback作为sink函数调用,导致CounterCalculator::update调用即m_count++从而起到计数功能;

    2 记录收端帧传输(基WIFI MAC对界)

    类似情况1,虽然这里的sink函数是PacketConterCalculator::PacketUpdate(src/network/utils/packet-data-calculators.cc),但是该函数仍然是通过CounterCalculator::update实现计数,即利用Trace机制,当节点1上wifiNetDevice/Mac/MacRx变化(source),通过Config::Connect关联;

    3 记录发端分组传输

     也是通过PacketConterCalculator::PacketUpdate实现计数,利用Trace机制,当节点0上/Application/*/$Sender/Tx变化(source),通过通过Config::Connect关联,定义的PacketConterCalculator::PacketUpdate作为sink函数调用;

    4 记录收端分组接收

    由于收端应用Receiver没有定义traced source,故这里没有采用Trace机制,而是直接利用Receiver:;SetCounter直接操作,通过SetCounter显示类型转换,j将appRx赋值给Receiver内部计数器,从而实现计数

    以上均是通过PacketConterCalculator(src/network/utils/packet-data-calculators.cc)或者CounterCalculator(src/stats/model/basic-data-calculators.h )实现传输单元的计数,下一个将通过引入PacketSizeMinMaxAvgTotalCalculator (src/network/utils/packet-data-calculators.h|cc)和MinMaxAvgTotalCalculator(src/stats/model/basic-data-calculators.h)实现单元内大小的记录。

    5 记录发端分组大小

    这里采用Trace机制,节点0上/Application/*/$Sender/Tx变化(source),通过通过Config::Connect关联,定义的PacketSizeMinMaxAvgTotalCalculator::PacketUpdate作为sink函数调用,从而MinMaxAvgTotalCalculator::Update实现大小的记录。

    6 记录端到端产生分组时的延迟

    类似情况4,不采用Trace机制,直接利用Receiver:;SetDelayTracker记录传世时延最值/平均值等

    七 运行程序命令

    八 统计结果输出

    对于输出要么OMNet++(纯文本输出格式)要么SQLite(数据库格式输出),这取决于程序头部定义的参数format,并最终DataCollector对象进行存储。

    九 控制脚本实现最后运行

    通过 一个简单的控制脚本实现该仿真程序在不同距离下大量重复(作为输入)实验后运行画图。可参考example/stats/wifi-example-db.sh(以后自己写多个不同输入下重复仿真项目时可参考这个)。该运行脚本每次都是基于一个不同的距离作为输入,收集每次仿真结果到SQLite数据库,其中对于每个距离输入,进行5次重复实验以减小波动。全部仿真完成只需几十秒,在完成存储到数据库后,可通过SQLite命令行进行SQL查询。并调用 wifi-example.gnuplot画图

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    1. cd /NS3/ns-allinone-3.25/ns-3.25/examples/stats  
    2. ./wifi-example-db.sh   

    产生data.db数据库,wifi-default.data和wifi-default.eps图

    图是对应距离下的丢包率以表征WiFi模型性能。
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