使用Tcl语言配置一个简单网络环境

Posted 2020-12-18 Sno_W_olF

熟练掌握Tcl脚本语言。设置仿真场景、节点参数等。练习通过gawk工具来对生成的trace文件进行分析。 创建一个网络环境，由n个节点围成一个圆，n由用户输入。使用DSR协议，从圆一端的节点向另一端的节点建立一个连接，产生CBR应用的流量发送，观察发送情况并分析trace文件。

1. Tcl脚本文件circle.tcl代码注释

#设定模拟需要的一些属性
set val(chan) Channel/WirelessChannel
set val(prop) Propagation/TwoRayGround
set val(netif) Phy/WirelessPhy
set val(mac) Mac/802_11
#将协议设置为 DSR 后，同时将队列设置为 CMUPriQueue
set val(ifq) CMUPriQueue
set val(ll) LL
set val(ant) Antenna/OmniAntenna
set val(ifqlen) 50
#将节点个数预设为 0，待用户输入。此项要求用户一定输入，否则不执行模拟。
set val(nn) 0
set val(rp) DSR
#场景大小默认值为 1000*1000
set val(x) 1000
set val(y) 1000
#圆的半径缺省值为 400
set val(r) 400
#该过程用于在屏幕上打印在终端输入 ns circle.tcl 后添加参数的格式
proc usage {} {
    global argv0
    puts "\\nusage: $argv0 \\[-nn nodes\\] \\[-r r\\] \\[-x x\\] \\[-y y\\]\\n"
    puts "note: \\[-nn nodes\\] is essential, and the others are optional.\\n"
}
#该过程用来根据用户的输入更改一些预设参数的值
proc getval {argc argv} {
    global val
    lappend vallist nn r x y z
    #argc 为参数的个数，argv 为整条参数构成的字符串
    for {set i 0} {$i < $argc} {incr i} {
        #变量 arg 为 argv 的第 i 部分，以空格为分界
        set arg [lindex $argv $i]
        #略过无字符“-”的字符串，一般是用户键入的数字
        #string range $arg m n 表示取字符串$arg 的第 m 个字符到第 n 个字符
        	if {[string range $arg 0 0] != "-"} continue
        set name [string range $arg 1 end]
        #更改预设变量（节点个数，半径，场景大小）
        set val($name) [lindex $argv [expr $i+1]]
    }
}
#调用 getval 过程
getval $argc $argv
#用户没有输入参数，只键入了 ns circle.Tcl，则节点个数认为0
if { $val(nn) == 0  } {
    #打印用法
    usage
    exit
}

#创建模拟实例
set ns [new Simulator]

#设置记录文件
set tracefd [open circle.tr w]
$ns trace-all $tracefd
set namtracefd [open circle.nam w]
$ns namtrace-all-wireless $namtracefd $val(x) $val(y)

#关闭trace文件并调用nam程序演示动画
proc finish { } {
	global ns tracefd namtracefd
	$ns flush-trace
	close $tracefd
	close $namtracefd
	exec nam circle.nam &
	exit 0
}

set topo [new Topography]
$topo load_flatgrid $val(x) $val(y)

create-god $val(nn)
#节点配置。由于版本原因，addressType设为def
$ns node-config -addressType def\\
-adhocRouting $val(rp) \\
        -llType $val(ll) \\
        -macType $val(mac)\\
        -ifqType $val(ifq) \\
        -ifqLen $val(ifqlen) \\
        -antType $val(ant) \\
        -propType $val(prop) \\
        -phyType $val(netif) \\
        -channelType $val(chan) \\
        -topoInstance $topo \\
        -agenttrace ON \\
        -routertrace ON \\
        -mactrace OFF \\
        -movementtrace OFF

#初始化节点
for {set i 0} {$i < $val(nn)} {incr i} {
#创建节点
set node_($i) [$ns node]
$node_($i) random-motion 0
#计算节点位置并设置，使用三角函数进行计算
	$node_($i) set X_ [expr $val(r) * cos($i * 2 * 3.14159 / $val(nn))]
    $node_($i) set Y_ [expr $val(r) * sin($i * 2 * 3.14159 / $val(nn))]
$node_($i) set Z_ 0
#设置在nam中移动节点显示大小，否则，nam中无法显示节点
	$ns initial_node_pos $node_($i) [expr $val(x) / 10]
}

#在node_(0)节点上建立一个UDP代理
set tcp [new Agent/UDP]
$ns attach-agent $node_(0) $tcp
#在node(0)节点沿直径对面的节点上建立一个数据接收器
set null [new Agent/Null]
$ns attach-agent $node_([expr $val(nn)/2]) $null
#新建CBR流量发生器，分组大小500B，间隔0.05s
set cbr [new Application/Traffic/CBR]
$cbr set packetSize_ 5000
$cbr set interval_ 0.05
#连接UDP和Null
$cbr attach-agent $tcp
$ns connect $tcp $null
#在0.1s时发送数据，3.0s时停止发送数据，5.0s时调用finish过程
$ns at 0.1 "$cbr start"
$ns at 3.0 "$cbr stop"
$ns at 5.0 "finish"
$ns run

2. gawk脚本代码analysis.awk注释

BEGIN {
#设置初始变量
num_D = 0;	#丢包数
num_s = 0;	#发送包数
num_r = 0	;	#收到包数

rate_drop = 0;	#丢包率
sum_delay = 0;	#总延迟时间
average_delay = 0;	#平均延迟时间

}
{
	#读取trace文件记录
	event = $1;	#第一列为包的操作(s为发送包，r为接收包)
	time = $2;	#第二列为操作时间
	node = $3;	#第三列为节点号
	trace_type = $4;	#第四列为操作层
	flag = $5;	#第五列为标志位
	uid = $6;	#第六列为节点标识
	pkt_type = $7;	#第七列为包类型
	pkt_size = $8;	#第八列为包的大小

#操作
	if (event == "s" && trace_type == "AGT" && pkt_type == "cbr")
	{	send_time[uid] = time;	#创建数组记录发包时间
		num_s++;		#记录发送包总数
	}
	if (event == "r" && trace_type == "AGT" && pkt_type =="cbr")
	{	delay[uid] = time - send_time[uid];	#创建数组记录延迟时间
		num_r++;		#记录收到包总数
	}
	if (event == "D" && pkt_type == "cbr")
		delay[uid] = -1;	#-1表示包丢失，该包不会记入延迟时间
}

END {
	#计算丢包数和丢包率
	num_D =num_s-num_r;	#丢包总数
	rate_drop = num_D / num_s * 100.0;	#计算丢包率
	
	#计算延迟
	for ( i = 0; i < num_s; i++)
		{if (delay[i] >= 0)
			sum_delay += delay[i];
		}#总延迟时间
	average_delay = sum_delay / num_r;	#平均延迟时间

	#打印结果
	printf("number of packets droped: %d \\n",num_D);
	printf("number of packets sent: %d \\n",num_s);
	printf("drop rate: %.3f%% \\n",rate_drop);
	printf("average delay time: %.9f \\n",average_delay);
}

3. 实验结果

(1)
　　将网络节点数设置为12，运行结果如下，生成了两个记录文件nam文件和trace文件。



　　此时的trace文件大小为91.8kb，nam文件大小为76.0kb。




　　接下来通过gawk工具对生成的trace文件进行分析。如果没有安装gawk工具，使用命令sudo apt-get install gawk进行安装。
　　结果得到网络模拟过程的丢包数、发包数、丢包率和平均延时。



(2)
　　重新修改节点数为8，运行结果如下，但此时文件夹中并没有新增额外的circle.nam和circle.tr文件。



　　查看两文件的属性，发现大小发生了改变，说明应该是新建的网络模拟环境的记录文件发生了覆盖。




　　同样适用gawk对生成的trace文件进行分析。发现随着网络节点数的增加，导致丢包率和平均延时都增加了。