不同仿真参数下NS2的TCP吞吐量性能外文翻译资料

 2023-03-14 18:41:18

不同仿真参数下NS2的TCP吞吐量性能

原文作者 Dr. Neeraj Bhargava1, Dr. Ritu Bhargava2, Anchal Kumawat3, Bharat Kumar4

单位 1Associate Professor, Dept. of Computer Science , School of Engineering amp; Systems Science, MDS University,

Ajmer ,Rajasthan, India.

2 Lecture, Department of MCA, Govt. Women‟s Engineering College, Ajmer, Rajasthan, India.

3MCA Scholar, Dept. of Computer Science, School of Engineering amp; Systems Science, MDS University, Ajmer,

Rajasthan, India

4Research Scholar, Department of Computer Science, MJRP University, Jaipur, Rajasthan, India

摘要：NS2是一个用于网络研究的离散事件模拟器，它在数据包层面上工作。在这里，我们将使用NS2来模拟网络中TCP和UDP数据包的流量拥塞。NS2被广泛应用于模拟路由和组播协议，并被大量用于Ad-Hoc网络研究。NS2支持多种网络协议（TCP、UDP、HTTP、 路由算法、MAC等）。主要用于提供有线和无线网络的模拟结果。当使用TCP传输数据时，两个最重要的因素是TCP窗口大小和往返延迟。本文通过使用包延迟（sec）、带宽、文件大小（字节）等仿真参数，研究了流量控制窗口大小对TCP连接吞吐量的影响， 并实现了TCP流量和背景流量的网络馈送。本文的目的是为了观察TCP的性能。

关键词：NS2；TCP；Nam；gnuplot；XGraph；TCP吞吐量分析

1.简介

传输控制协议（TCP）是互联网协议套件的核心协议之一。TCP是该套件的两个原始组件之一，是对 Internet协议（IP协议）的补充，因此整个套件通常称为TCP/IP。TCP提供从一个程序到不同计算机上的另一个程序的可靠的、有序的八进制数据流的传输。TCP是一种被应用在大多数互联网应用中的协议，例如WWW（万维网）、电子邮件、远程管理和文件传输等。如果是不需要可靠的数据流服务的其他应用程序，可以使用用户数据报协议（UDP），其提供的数据报服务强调减少延迟而不是可靠性 [1]。

TCP是一种传输层协议，被使用于需要保证传输的应用程序。它是一种滑动窗口协议，提供对超时和重新传输的处理。TCP是TCP/IP网络中的主要协议之一，而IP协议只处理数据包。TCP使两台主机能够建立连接并交换数据流。TCP保证数据的传送，并且数据包将按照发送时的顺序传送。检验TCP性能的传统方法是模拟、实施和测量。然而，已经努力将TCP的吞吐量作为参数（如丢包率和往返时间）的函数进行分析[2][8]。 TCP代理TCP代理不产生任何应用数据。相反，模拟用户可以将任何流量生成模块连接到TCP代理以生成数据。TCP通常使用两种应用程序：FTP和Telnet。FTP代表大容量的批量数据传输，而Telnet则随机选择其传输大小[2]。有两种主要的TCP代理类型：单向代理和双向代理。 单向代理被进一步细分为一组TCP发送方（其遵循不同的拥塞和差错控制技术）和接收方（汇点）。 双向代理在表示发送者和接收者的意义上是对称的。TCP最初是为有线网络设计的，但当它被应用于ad-hoc场景时，将面临着性能下降的问题。

2.模拟

a.仿真模型

图 1仿真模型的数量结构。

如图1所示。它是一个由8个节点组成的模拟网络。以下是创建仿真的步骤。

节点2和节点5可以被假设为路由器。节点2和节点5链路被限制为20个包的队列大小，而所有其它链路被限制为50个数据包大小。 在节点1和节点6之间的TCP连接上创建FTP流量。该连接充当TCP Reno。这个TCP连接的最大拥塞窗口大小为40个数据包，数据包大小为280字节。将TCP的超时周期设置为0.2秒以上，否则不会创建模拟。本文对FTP的限制是从0.0秒开始，直到15秒结束。在0号节点和6号节点之间的UDP连接上添加CBR流量。该CBR服务以每秒100个数据包的速率生成和发送数据包。CBR源开始于2.0秒，持续7秒。

进一步在3号节点和6号节点之间之间添加速率为600KPBS的VBR视频流量。对指数流量使用切换，将开启周期设置为150ms，关闭周期设置为100ms。每个CBR和VBR数据包的大小为280字节。VBR开始于7.0秒，11秒结束。在整个模拟时间内，应监视并绘制CBR和VBR流量的拥塞窗口大小和带宽。TCP、CBR和VBR的平均吞吐量将从迭代中获得[9][15]。

b. 仿真参数

该网络模型将在网络动画工具的帮助下生成，在运行TCL脚本后，考虑以下模拟参数，如 表1所示。

表 1 仿真参数

信道

信道/无线

网络接口

无线

NS版本

ns-2

CBR 数据包大小

1280 字节

接口队列

Drop Tail（一种队列管理机制）

队列长度

50

节点数量

8

仿真区域大小

800*600

仿真时间

60 秒

VBR 数据包大小

1280 字节

数据包速率

1600k

突发时间

750毫秒

空闲时间

1100

3.方法论

图 2 数据流图

  1. 第一步

创建一个主文件，并将结果打印到 “out.Nam”文件。动态网络模型的结构，如图3（a） 所示。主文件的创建包括以下步骤：

bull; 开始创建模拟器对象。

bull; 为数据流定义不同的颜色。

bull; 打开输出文件和网络动画跟踪文件。

bull; 为了显示结果，启动Xgraph。

bull; 在跟踪文件上执行网络动画器。

bull; 创建八个节点和节点之间的链接节点，同时设置所有8个节点的方向节点。

bull; 监测不同节点之间的链接队列不同节点之间的链接。

bull; 创建一个UDP代理，并将其附加到节点0，创建一个CBR流量源，并将其附加到节点0的UDP上。

bull; 创建一个TCP代理并将其附加到节点1到节点6，然后设置TCP连接。

bull; 创建VBR流量源并将其附加到另一个节点，即节点3。

一个程序将会被创建，用于周期性地记录两个流量汇点0/1所收到的带宽，两个流量接收器接收0/1并把它写到三个文件f0/1。

bull; 为了再次调用该程序，将时间设置为0.05秒，然后找出有多少个字节被流量接收器接收进一步计算带宽（MBit/s），并将其写入所需的文件中。

bull; 重置流量接收器上的上述计算字节值。

bull; 重新安排程序，其时间被设定为0.05秒。创建两个损失监视器，例如流量监视器接收器和流量源，然后将它们连接到节点6。

bull; 使用收到的带宽开始日志记录。为CBR代理安排事件，并在5秒的模拟时间后调用finish过程。

图 3 (a)动态网络模型(b)'Nam'窗口

  1. 第二步

完成模拟后，我们将生成两个Xgraph窗口，如图4（a）和图4（b）所示。模拟窗口也被称为nam窗口，如图3(b)。

图 4 (a) Xgraph窗口显示TCP的跟踪文件。(b) Xgraph窗口显示CBR和VBR的跟踪文件

和VBR

  1. 第三步

上述两个Xgraph的数据将被显示在out.nam文件中，该文件可以表达如下-

-t 0 -s 1 -d 2 -p tcp -e 40 -c 2 -i 0 -a 2 -x {1.0 7.0 0 ------- null}

- -t 0 -s 1 -d 2 -p tcp -e 40 -c 2 -i 0 -a 2 -x {1.0 7.0 0 ------- null}

-t 0.001064 -s 2 -d 5 -p tcp -e 40 -c 2 -i 0 -a 2 -x {1.0 7.0 0 ------- null}

在这一部分中，只有传输控制协议和传输控制协议确认数据包，但真正的out.nam文件大约有12MB。一些字符被表示为– R：已接收， ：已排队，-：已出队，H： 已路由，D：已丢弃。第一行将被解释为 -t 0.001064 -s 2 -d 5 -p tcp -e 40 -c 2 -i 0 -a 2 -x {1.0 7.0 0 ------- null}。它以数据包排队的方式阐述了在时间0.00 1064从2号源节点，到5号目的节点，协议为TCP，包大小为 40字节，流ID（-C）为2（CBR和VBR没有流ID）， 包号为（-I）0。分配编号在编写awk脚本（如$1， $2，$3...，$15，其中行$1（R，T， ，-，D）中的第一个元素表示为状态，第二个元素$2不用于特定目的，行$3中的第三个元素表示为时间并且$15表示为流ID。

  1. 第四步

awk脚本在主文件中定义了瞬时延迟和吞吐量，在主文件中使用不同的参数进行计算，如数据包大小、 数据确认、CBR速率、数据的CBR速率和模拟时间、VBR速率、数据的VBR速率和模拟时间、TCP速率、 TCP数据和模拟时间以及数据包大小，以找到吞吐量和瞬时延迟。在定义所有参数之后，awk文件将显示awk文件的输出将存储在Nam文件中。结果如图5所示。TCP发送了1238个ACK，其中1201个被发送；CBR发送了34个数据包，其中33个被发送，吞 吐量为34.5546kbps；VBR发送了414个数据包，其中161个被发送，吞吐量为990.032kbps；系统吞吐量以kbps为单位。

图 5 输出窗口显示吞吐量结果

  1. 第五步

在以下如图6所示代码的帮助下创建即时延迟文件。使用gnuplot绘制一段时间内的即时延迟的图像。gnuplot是一个可视化工具，如下所示：

图 6 用于即时延迟代码的gnuplot

图形将在定义完数据集后生成，并且实验将通过gnuplot完成。绘制数据后，所得结果如图7所示。

图 7 瞬时延迟的gnuplot

  1. 第六步

为了找到即时吞吐量，将使用以下如图8所示代码。编写代码后，结果将如图9所示。

图 8 用于即时吞吐量代码的gnuplot

图 9 用于即时吞吐量的gnuplot

  1. 结论

本文总结了衡量TCP性能的方法，以及在ns2软件的帮助下生成的模拟结果。为了更好地理解这些参数，已经使用 Ns2 运行了几次模拟。结果表明，Ns2是一个完美实现这个目标的工具。

外文文献出处：International Journal of Advanced Computer Research (ISSN (print): 2249-7277 ISSN (online): 2277-7970) Volume-2 Number-4 Issue-6 December-2012

附外文

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