1. NS-3 Tutorial
Hojin Lee
한글로 만들자

2. 내용 NS-3 현황 / 설치 핵심 클래스 보조 클래스 간단 예제 로그 트레이스 그 외.. 기존 발표 자료 활용
1 시간 – 시간 안배
너무 많이 담으려고 하지 말자
15분 발표 5분 휴식 (질의 응답)

3. 시작하기 전에… 이 슬라이드는 제가 만든 부분도 있지만, 인터넷에서 검색되는 다른 분이 만든 슬라이드도 많이 이용했습니다.
그 분들께 심심한 감사를…

4. NS-3
Ns-3 is targeted at networking research.

5. NS-3 status Periodic update Supporting platform
Latest version is ns-3.17 (May 2013)
Supporting platform
FreeBSD, Linux, SunOS, Solaris, Windows (cygwin), OS X
Free, open source software project
Website
Can find the doxygen, reference manual, and tutorial

6. NS-3 components Ns-3 simulator Pre-processing Post-processing
Traffic / topology generation
Alignment with real systems (sockets, device driver interfaces)
Post-processing
Ns-3 output file (trace file) analysis
Throughput, delay, jitter, drop
Various tracing system
Graph
xgraph, gnuplot

7. NS-3 all-in-one package Directory Structure
Example simulation scripts

8. How to Install NS-3 ns-allinone-3.12.1.tar.bz2 Building
Ns-3 download:
ns-allinone tar.bz2
~]# tar xvf ns-allinone tar.bz2
~]# cd ns-allinone
Building
~/ns-allinone ]# ./build.py
Setting environment
~/ns-allinone /ns ]# ./waf –d optimized configure
~/ns-allinone /ns ]# ./waf –d debug configure
~/ns-allinone /ns ]# ./waf
~/ns-allinone /ns ]# ./test.py –c core

9. Simple Example cd ns-allinone-3.12.1/ns-3.12.1
/ns $ ./waf --run scratch/scratch-simulator
Output

10. Workspace /ns-allinone-3.12.1/ns-3.12.1/scratch
Run program only in the scratch folder
Run program by the commands below
./waf --run scratch/example
(or) ./waf --run example

11. 핵심 클래스 Node NetDevice Channel Application 패킷을 주고 받는 노드
이 자체는 특별한 기능이 없음
여기에 네트워크 장치, 네트워크 프로토콜 스택 등을 설치해야 함
NetDevice
네트워크 장치
PointToPointNetDevice, CsmaNetDevice, WifiNetDevice, …
Channel
네트워크 채널: 정보가 흘러가는 논리적 경로
일반적으로 NetDevice와 1:1 대응
PointToPointChannel, CsmaChannel, WifiChannel, …
Application 응용
UdpEchoSever, UdpEchoClient, OnOffApplication, BulkSendApplication, …
객체지향

12. NS-3 기본 모델 Application Sockets-like API Protocol stack Packet(s)‏ Node
NetDevice
Sockets-like
API
Channel
Packet(s)‏

13. 보조 클래스 핵심클래스 + @로부터 시뮬레이션 시나리오 작성을 도와주는 클래스 XXXContainer XXXHelper
그릇: 벡터를 품고 있음  일괄작업 용이
std::vector<Ptr<XXX> >
주요 멤버함수
Ptr<XXX> Get (uint32_t)
uint32_t GetN ()
NodeContainer, NetDeviceContainer, Ipv4InterfaceContainer, ApplicationContainer
XXXHelper
생성 및 설치를 도움
생성: 공장(ObjectFactory)을 품고 있음
SetYYY (…): 찍어낼 객체의 속성을 정함
Install (…): 객체를 생성해서 설치 (생성된 객체를 담아서 XXXContainer로 리턴)
시나리오 작성 로그
트레이스
그래프

14. 간단 예제 (1/3) 노드 2개 사이에 point-to-point 링크, 패킷 한 개 echo
#include "ns3/core-module.h"
#include "ns3/network-module.h"
#include "ns3/internet-module.h"
#include "ns3/point-to-point-module.h"
#include "ns3/applications-module.h"
using namespace ns3;
NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("FirstScriptExample");
int main (int argc, char *argv[]) {
LogComponentEnable("UdpEchoClientApplication", LOG_LEVEL_INFO);
LogComponentEnable("UdpEchoServerApplication", LOG_LEVEL_INFO);
NodeContainer nodes;
nodes.Create (2);
PointToPointHelper pointToPoint;
pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));
pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));
NetDeviceContainer devices;
devices = pointToPoint.Install (nodes);

15. 간단 예제 (2/3) InternetStackHelper stack; stack.Install (nodes);
Ipv4AddressHelper address;
address.SetBase (" ", " ");
Ipv4InterfaceContainer interfaces = address.Assign (devices);
UdpEchoServerHelper echoServer (9);
ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (nodes.Get (1));
serverApps.Start (Seconds (1.0));
serverApps.Stop (Seconds (10.0));
UdpEchoClientHelper echoClient (interfaces.GetAddress (1), 9);
echoClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (1));
echoClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1.)));
echoClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));
ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install (nodes.Get (0));
clientApps.Start (Seconds (2.0));
clientApps.Stop (Seconds (10.0));
Simulator::Run ();
Simulator::Destroy ();
return 0; }

16. 간단 예제 (2/3) ../ns-3.12.1] ./waf –-run scratch/example1 Output
Sent 1024 bytes to
Received 1024 bytes from
Received 1024 bytes from

17. 로그 (1/2) 맞게 잘 짰나? 어, 왜 안되지……? 컴포넌트별로, 수준별로 로그를 on/off
gdb
printf
컴포넌트별로, 수준별로 로그를 on/off
src/applications/model/udp-echo-client.cc
NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("UdpEchoClientApplication"); …
void UdpEchoClient::Send (void) {
NS_LOG_FUNCTION (this);
if (Ipv4Address::IsMatchingType (m_peerAddress)) {
NS_LOG_INFO ("At time " << Simulator::Now ().GetSeconds () << "s client sent " << m_size << " bytes to " << Ipv4Address::ConvertFrom (m_peerAddress) << " port " << m_peerPort); }
로그와 트레이스

18. 로그 (2/2) 로그 매크로 로그 켜기 NS_LOG_ERROR NS_LOG_WARN NS_LOG_DEBUG
NS_LOG_INFO
NS_LOG_FUNCTION
NS_LOG_LOGIC
NS_LOG_ALL
NS_LOG_UNCOND
로그 켜기
시나리오 스크립트 수정: LogComponent (“컴포넌트명”, 로그수준)
로그 수준: NS_ 제외, LOG_LEVEL_XXX로 하면 누적
환경변수: export 컴포넌트명=로그수준
로그수준: 소문자, NS_LOG_ 제외, level_xxx로 하면 누적

19. 트레이스 시뮬레이션의 목적 – 성능 평가 High level Low level Mid level 트레이스로부터…
시뮬레이터에서 제공하는 종합적인 트레이스 이용
트레이스 파일을 나의 목적에 맞게 parsing해야 함
Low level
내가 원하는 자료만 출력이 되도록 매번 직접 소스 코드를 수정
Mid level
???

20. High Level (1/3) IP 이상 계층 Mac 이상 계층
void InternetStackHelper::EnableAsciiIpv4All (std::string prefix)
void InternetStackHelper::EnablePcapIpv4All (std::string prefix)
Mac 이상 계층
void AsciiTraceHelperForDevice::EnableAscii (std::string prefix)
void PcapHelperForDevice::EnableAscii (std::string prefix)
+ 2 /NodeList/0/DeviceList/0/$ns3::PointToPointNetDevice/TxQueue/Enqueue ns3::PppHeader (Point-to-Point Protocol: IP (0x0021)) ns3::Ipv4Header (tos 0x0 ttl 64 id 0 protocol 17 offset 0 flags [none] length: > ) ns3::UdpHeader (length: > 9) Payload (size=1024)
- 2 /NodeList/0/DeviceList/0/$ns3::PointToPointNetDevice/TxQueue/Dequeue ns3::PppHeader (Point-to-Point Protocol: IP (0x0021)) ns3::Ipv4Header (tos 0x0 ttl 64 id 0 protocol 17 offset 0 flags [none] length: > ) ns3::UdpHeader (length: > 9) Payload (size=1024) 상속

21. High Level (2/3) PCAP Tracing .pcap file format Traffic trace analyze
pointToPoint.EnablePcapAll (“myfirst”);
Reading output with tcpdump
$ tcpdump -nn -tt -r myfirst-0-0.pcap
reading from file myfirst-0-0.pcap, link-type PPP (PPP)
IP > : UDP, length 1024
IP > : UDP, length 1024
$ tcpdump -nn -tt -r myfirst-1-0.pcap
reading from file myfirst-1-0.pcap, link-type PPP (PPP)
IP > : UDP, length 1024
IP > : UDP, length 1024

22. High Level (3/3) Reading output with Wireshark

23. Mid Level Trace source와 trace sink의 분리 Trace source Trace sink 원천,
관심이 있는 상태의 변화가 발생하거나, 관심 있는 데이터 변경 시 그 이벤트를 생성
평소에는 비활성화, trace sink와 연결(connect)해야 활성화 됨
미리 프로그램되어 있음
Trace sink
이벤트 및 관련 정보를 소비
사용자가 추가

24. Mid Level Callback Relation between tracing system and callback
The object is to allow a piece of code to call a function without any specific inter-module dependency
Treat the address of the called function as a variable, i.e. a pointer-to-function variable
Decouple the calling function from the called class completely
Relation between tracing system and callback
A trace source is a callback
When a trace sink wants to know information given by a trace source, it add its own function to the callback list.
It is good for students who want to know callbacks further to refer callback part in ns-3 manual pp

25. 간단 예제 (1/2)
#include "ns3/object.h"
#include "ns3/uinteger.h"
#include "ns3/traced-value.h"
#include "ns3/trace-source-accessor.h"
#include <iostream>
using namespace ns3;
class MyObject : public Object {
public:
static TypeId GetTypeId (void)
static TypeId tid = TypeId ("MyObject")
.SetParent (Object::GetTypeId ())
.AddConstructor<MyObject> ()
.AddTraceSource ("MyInteger",
"An integer value to trace.",
MakeTraceSourceAccessor (&MyObject::m_myInt)) ;
return tid; }
MyObject () {}
TracedValue<int32_t> m_myInt; };
Provides the “hooks” used for connecting the trace source to the outside the config system
Provides the infrastructure that overloads the operators and drives callback process

26. 간단 예제 (2/2) Connect between trace source and trace sink
void
IntTrace (int32_t oldValue, int32_t newValue) {
std::cout << "Traced " << oldValue << " to " << newValue << std::endl; }
int
main (int argc, char *argv[])
Ptr<MyObject> myObject = CreateObject<MyObject> ();
myObject->TraceConnectWithoutContext ("MyInteger", MakeCallback(&IntTrace));
myObject->m_myInt = 1234;
Trace sink; callback function: this function will be called whenever the overloaded operators of the TracedValue is excuted
Connect between trace source and trace sink
Operator”=” invoke the Callback

27. Mid Level TracedValue <xxx> TracedCallback <…>
연산자 overloading
Callback 함수의 인자가 고정
TracedCallback <…>
TracedValue보다 flexible
실용적인 예: congestion window trace

28. TracedCallback 간단 예제 //Trace Sink //Config Path
void
CourseChange (std::string context, Ptr<const MobilityModel> model) {
Vector position = model->GetPosition ();
NS_LOG_UNCOND (context <<
" x = " << position.x << ", y = " << position.y); }
//Trace Sink
std::ostringstream oss;
oss <<
"/NodeList/" << wifiStaNodes.Get (nWifi - 1)->GetId () <<
"/$ns3::MobilityModel/CourseChange";
//Config Path
Config::Connect (oss.str (), MakeCallback (&CourseChange));
//Connection between Trace Source and Sink
Output Result: /NodeList/7/$ns3::MobilityModel/CourseChange x = , y = …

29. Mid Level
bool ObjectBase::TraceConnectWithoutContext (std::string name, const CallbackBase& cb)
void Config::ConnectWithoutContext (std::string path, const Callback& cb)
멤버 함수 아님 (Config – namespace)
path
Trace sources

30. Config name, full name  attribute system
void Config::SetDefault (std::string name, const AttributeValue& value)
void Config::Set (std::string path, const AttributeValue& value)
AttributeValue
IntegerValue, UintegerValue, DoubleValue, StringValue, …

31. NS-3 Type System
The aggregation mechanism needs information about the type of objects at runtime
The attribute mechanism needs information about the attributes supported by a specific object
The tracing mechanism needs information about the trace sources supported by a specific object
All this information is stored in NS-3::TypeId;
The parent type
The name of the type
The list of attributes (their name, their type, etc.)
The list of trace sources (their name, their type, etc.)
NS-3

32. 시뮬레이션 파라미터 설정 (1/2) 명령행 인자로 시뮬레이션 파라미터를 바꿀 수 있음 main 함수 내에 아래 두 줄 추가
CommandLine cmd;
cmd.Parse (argc, argv); 예제
./waf --run "scratch/example1 --PrintHelp”
./waf –-run “scratch/example1 --PrintAttributes=ns3::PointToPointNetDevice”
./waf --run “scratch/example1 --ns3::PointToPointNetDevice::DataRate=5Mbps –ns3::PointToPointChannel::Delay=2ms”

33. 시뮬레이션 파라미터 설정 (2/2) 명령행 인자 변수를 추가할 수 있음 예제
cmd.AddValue (…) 이용 예제
int
main (int argc, char *argv[]) {
uint32_t nPackets =1;
CommandLine cmd;
cmd.AddValue("nPackets", "Number of packets to echo", nPackets);
Cmd.Parse (argc, argv); …
echoClient.SetAttribute (“MaxPackets”, UintegerValue (nPackets));
./waf --run “scratch/example1 --nPackets=2”

34. TIPs
작은 걸음
Refactoring
중복제거, 가독성 부채
사람의 실수가 개입할 여지가 없게
구체화와 추상화

35. 추천 도서 실용주의 프로그래머 리팩터링: 코드 품질을 개선하는 객체지향 사고법 임베디드 C를 위한 TDD 테스트 주도 개발
익스트림 프로그래밍