跨层访问实现(for NS2)

本文介绍了使用NS2进行跨层通信的三种方法:通过Tcl.eval获取简单值、利用uptarget_/downtarget_访问相邻层及使用TclObject::lookup获取非相邻层指针。文中还提供了具体示例,帮助读者理解如何实现跨层访问。

Till now I know 3 ways:

1. If you only need to get several values, a simple way is to use tcl.eval(char* s).

1) Write a command that you will call in your sensor-agent.cc  (can be others such as aodv.cc)

.....
if (0 == strcasecmp(argv[1], "access-sinkTable")) {
               char s[210];
               sprintf(s,"%d,%f,%d,%d,%d,%d,%c,",property_.sinkTable.ldID, property_.sinkTable.ldDistSum, property_.sinkTable.ldHopnum, property_.sinkTable.lhHopnum, property_.sinkTable.seqnum, property_.sinkTable.ldNext, property_.sinkTable.isValid ? 'T' : 'F');
              tcl.result(s);
             return TCL_OK;
}
.....

2) Then you can call it from the Mac layer and get these values

.....

int id = (u_int32_t)addr();

Tcl&tcl = Tcl::instance();
tcl.evalf("$sensoragent_(%d) access-sinkTable",id);

        const char* sp = tcl.result();
        char a[7][30];
        int k = -1;
        for(int i = 0; i < 7; i++) {
                k++;
                int j = 0;
                while(sp[k] != ',') {
                    a[i][j] = sp[k];
                    j++;
                    k++;
                }
                a[i][j] = '\n';
        }

......

or

       const char* sp = tcl.result();

       int i=0;
       char *tokenPtr, *a[7];
       char stl_current[strlen(sp)+1];
       strcpy(stl_current, sp);
       tokenPtr = strtok(stl_current, ",");
       while(tokenPtr != NULL) {
               a[i++] = tokenPtr;
               tokenPtr = strtok(NULL, ",");
       }

 

If you require more features, you may need to acquire the pointer of that layer.

2.  If the two layers you want to cross-access are adjacent, you can use uptarget_/downtarget_. The structure is shown in Chapter 16 of ns manual.

3.  If they are not, it might be a little difficult to make the pointer clear by using several uptarget_. A method is to use tcl to get the pointer. You must have seen the usage of TclObject::lookup() many times in ns codes.

As an example, in my case,  I need my SensorAgent to access Mac802_11, thus

in my sensor-agent.cc  (can be others such as aodv.cc)

implement a command
if (strcmp(argv[1], "access-mac") == 0) {
                        mac_pt_ = (Mac802_11*)TclObject::lookup(argv[2]);
                        if (mac_pt_ == 0)
                                return TCL_ERROR;
                        return TCL_OK;
}

here mac_pt_ is defined in sensor-agent.h

Mac802_11  *mac_pt_

you may also need to declare Mac802_11 as a friend class.

After done this, once you execute the following command in your tcl file, mac_pt_ will get the right pointer and then you can use it.

$sensoragent_($i) access-mac [$node_($i) set mac_(0)]

vice versa

set mac_ [$node_($i) set mac_(0)]

$mac_ access-agent [$node_($i) agent 255]

here, you need to implement an "access-agent" command in the mac layer.

So the point is that you know how to get the expression of the layer you want to access.

some examples from www.baisi.net:

set ragent [$node_($i) agent 255]

$ragent if-queue [$node_($i) set ifq_(0)]

aodv、tora ——> agent 255
dsr ——> dsr_agent_($i)
ll ——>ll_($i)
interface ——> netif_($i)
interface queue ——> ifq_($i)
mac ——> mac_($i)
arp ——> arptable_($i)
use 0 instead of $i if single channel

<think>好的,我现在需要帮助用户解决在NS-3中构建一个包含空中WiFi设备、水下通信设备和浮标节点的网络的问题。用户的具体要求是用C++编写代码,实现这三种节点的通信,特别是浮标节点需要同时支持两种设备,并打通介质通信。 首先,我需要回顾NS-3的基本结构和相关模块。用户提到了WiFi和水下通信(UAN),因此我需要确认NS-3中是否有对应的模块支持。WiFi模块是NS-3的标准部分,而水下通信可能涉及UAN模块,这个模块在NS-3中是否存在?根据之前的知识,NS-3确实有一个UAN模块,用于模拟水下声学网络。所以,我需要确保代码中正确引用了这两个模块的头文件,并正确配置了相关的设备和信道。 接下来,用户要求五个空中设备搭载WiFi,五个水下设备搭载UAN,三个浮标节点同时搭载两种设备。这意味着浮标节点需要同时安装WiFi和UAN的NetDevice。在NS-3中,一个节点可以安装多个网络设备,因此需要分别为浮标节点安装两种设备。同时,要确保它们能够正确路由,可能需要设置适当的网络协议栈,比如使用InternetStackHelper来安装协议栈,并配置路由,如使用Ipv4GlobalRoutingHelper。 然后,介质通信的实现是关键。浮标节点需要能够在WiFi和UAN之间转发数据包。这可能需要自定义应用网关,监听两个网络接口的数据包,并根据来源接口进行转发。在NS-3中,可以通过创建自定义的Application类来实现,重写接收数据包的方法,判断数据来源是WiFi还是UAN,然后转发到另一个网络。 接下来是具体代码的编写步骤。首先,创建节点:空中节点(5个)、水下节点(5个)、浮标节点(3个)。然后分别为空中节点安装WiFi设备,水下节点安装UAN设备,浮标节点同时安装两种设备。配置WiFi和UAN的信道参数,尤其是UAN的信道可能需要特定的传播模型,如Thorpe模型,并设置适当的频率和传输损耗参数。 在协议栈安装方面,所有节点都需要安装Internet协议栈,浮标节点因为有两个接口,需要正确分配IP地址。可能需要为WiFi和UAN分别设置不同的子网,例如WiFi使用192.168.1.0/24,UAN使用10.0.0.0/8,然后配置路由表,使得浮标节点能够转发不同子网之间的流量。可能需要启用IP转发功能,这在NS-3中可能需要通过设置节点的属性来实现转发应用是实现通信的关键部分。需要为每个浮标节点安装一个自定义应用,该应用能够接收来自WiFi和UAN接口的数据包,并进行转发。例如,当浮标的WiFi接口接收到数据包时,应用将其转发到UAN接口,反之亦然。这需要获取两个接口的NetDevice,并在接收到数据包时,通过另一个接口发送出去。需要注意数据包的地址转换和路由问题,可能需要修改数据包的目标地址,或者使用网关的IP作为中转。 在测试和验证部分,需要确保不同网络中的节点能够互相通信。例如,从空中节点发送数据到浮标节点,再转发到水下节点,或者反之。可以使用NS-3的Application如UdpEchoClient和UdpEchoServer来测试端到端的连通性。同时,可能需要使用FlowMonitor来分析网络流量,确保数据正确转发,并测量时延、吞吐量等指标。 在编写代码时,需要注意NS-3的API调用顺序,例如创建节点、安装设备、配置IP地址、安装应用等步骤的顺序。同时,需要处理可能出现的编译错误,比如头文件缺失或命名空间错误。另外,浮标节点的移动性模型是否需要设置?例如,浮标可能在水面有一定的移动,但用户没有特别提到,可能暂时设置为固定位置,或者添加简单的移动模型。 最后,用户可能希望代码结构清晰,注释详细,以便于理解和修改。因此,在代码中需要添加必要的注释,说明各部分的功能,特别是转发应用的实现部分,以及网络配置的步骤。同时,需要考虑代码的可扩展性,方便用户后续添加更多功能,比如QoS机制或能量模型。 在完成代码后,还需要进行测试,确保所有节点能够正确通信。可能需要通过NS-3的日志输出或调试工具来查看数据包的传输情况,确认浮标节点确实在转发数据包。如果出现无法通信的情况,需要检查IP地址配置、路由表是否正确,以及自定义应用是否正确处理数据包的转发。 总结来说,解决这个问题需要综合运用NS-3的WiFi和UAN模块,正确配置多接口节点,设置适当的网络协议和路由,并实现自定义应用来处理介质的通信。通过逐步构建网络组件,并验证每个部分的正确性,最终实现用户的需求。</think>以下是基于NS-3实现介质通信网络的详细C++代码实现,包含关键注释和技术说明: ```cpp #include "ns3/core-module.h" #include "ns3/network-module.h" #include "ns3/internet-module.h" #include "ns3/mobility-module.h" #include "ns3/wifi-module.h" #include "ns3/uan-module.h" using namespace ns3; // 自定义转发应用 class BuoyGateway : public Application { public: BuoyGateway() : m_wifiDev(0), m_uanDev(0) {} void Setup(Ptr<NetDevice> wifiDev, Ptr<NetDevice> uanDev) { m_wifiDev = wifiDev; m_uanDev = uanDev; } private: virtual void StartApplication() { // 注册数据接收回调 m_wifiDev->SetReceiveCallback(MakeCallback(&BuoyGateway::ReceivePacket, this)); m_uanDev->SetReceiveCallback(MakeCallback(&BuoyGateway::ReceivePacket, this)); } bool ReceivePacket(Ptr<NetDevice> dev, Ptr<const Packet> pkt, uint16_t mode, const Address &sender) { // 数据包转发逻辑 if (dev == m_wifiDev) { ForwardToUan(pkt); } else { ForwardToWifi(pkt); } return true; } void ForwardToUan(Ptr<const Packet> pkt) { m_uanDev->Send(Create<Packet>(*pkt), m_uanDev->GetBroadcast(), 0); } void ForwardToWifi(Ptr<const Packet> pkt) { m_wifiDev->Send(Create<Packet>(*pkt), m_wifiDev->GetBroadcast(), 0); } Ptr<NetDevice> m_wifiDev; Ptr<NetDevice> m_uanDev; }; int main(int argc, char *argv[]) { //================ 基础配置 ================ LogComponentEnable("UanPhyGen", LOG_LEVEL_INFO); GlobalValue::Bind("SimulatorImplementationType", StringValue("ns3::RealtimeSimulatorImpl")); //================ 创建节点 ================ NodeContainer airNodes; // 空中节点(5个) airNodes.Create(5); NodeContainer uanNodes; // 水下节点(5个) uanNodes.Create(5); NodeContainer buoyNodes; // 浮标节点(3个) buoyNodes.Create(3); //================ 移动性模型 ================ // 空中节点随机分布 MobilityHelper airMobility; airMobility.SetPositionAllocator("ns3::RandomRectanglePositionAllocator", "X", StringValue("ns3::UniformRandomVariable[Min=0|Max=100]"), "Y", StringValue("ns3::UniformRandomVariable[Min=0|Max=100]")); airMobility.SetMobilityModel("ns3::ConstantPositionMobilityModel"); airMobility.Install(airNodes); // 浮标节点固定位置(水面) MobilityHelper buoyMobility; Ptr<ListPositionAllocator> buoyPos = CreateObject<ListPositionAllocator>(); buoyPos->Add(Vector(50.0, 50.0, 0.0)); // 浮标1坐标 buoyPos->Add(Vector(150.0, 50.0, 0.0)); // 浮标2坐标 buoyPos->Add(Vector(250.0, 50.0, 0.0)); // 浮标3坐标 buoyMobility.SetPositionAllocator(buoyPos); buoyMobility.SetMobilityModel("ns3::ConstantPositionMobilityModel"); buoyMobility.Install(buoyNodes); //================ 通信设备配置 ================ //----------- WiFi配置(2.4GHz频段)----------- WifiHelper wifi; wifi.SetStandard(WIFI_STANDARD_80211n_2_4GHZ); YansWifiPhyHelper wifiPhy; YansWifiChannelHelper wifiChannel = YansWifiChannelHelper::Default(); wifiPhy.SetChannel(wifiChannel.Create()); WifiMacHelper wifiMac; wifiMac.SetType("ns3::AdhocWifiMac"); NetDeviceContainer airDevices = wifi.Install(wifiPhy, wifiMac, airNodes); NetDeviceContainer buoyWifiDevices = wifi.Install(wifiPhy, wifiMac, buoyNodes); //----------- UAN配置(20kHz中心频率)----------- UanHelper uan; uan.SetMac("ns3::UanMacAloha"); uan.SetPhy("ns3::UanPhyGen", "Frequency", DoubleValue(20000), // 20kHz "TxPower", DoubleValue(180)); // 180dB re uPa Ptr<UanPropModelThorp> propModel = CreateObject<UanPropModelThorp>(); Ptr<UanNoiseModelDefault> noiseModel = CreateObject<UanNoiseModelDefault>(); UanChannelHelper uanChannel; uanChannel.SetPropagationModel(propModel); uanChannel.SetNoiseModel(noiseModel); NetDeviceContainer uanDevices = uan.Install(uanNodes, uanChannel.Create()); NetDeviceContainer buoyUanDevices = uan.Install(buoyNodes, uanChannel.Create()); //================ 协议栈配置 ================ InternetStackHelper stack; stack.Install(airNodes); stack.Install(uanNodes); stack.Install(buoyNodes); // 浮标节点支持双协议栈 // 地址分配(不同网络隔离) Ipv4AddressHelper wifiIp; wifiIp.SetBase("192.168.1.0", "255.255.255.0"); wifiIp.Assign(airDevices); wifiIp.Assign(buoyWifiDevices); Ipv4AddressHelper uanIp; uanIp.SetBase("10.0.0.0", "255.0.0.0"); uanIp.Assign(uanDevices); uanIp.Assign(buoyUanDevices); //================ 网关安装 ================ for (uint32_t i = 0; i < buoyNodes.GetN(); ++i) { Ptr<Node> buoy = buoyNodes.Get(i); Ptr<BuoyGateway> app = CreateObject<BuoyGateway>(); app->Setup(buoy->GetDevice(0), buoy->GetDevice(1)); // 设备0是WiFi,1是UAN buoy->AddApplication(app); app->SetStartTime(Seconds(0.5)); } //================ 路由配置 ================ Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables(); //================ 仿真运行 ================ Simulator::Stop(Seconds(100)); Simulator::Run(); Simulator::Destroy(); return 0; } ``` ### 关键技术解析: 1. **多接口节点实现**: - 浮标节点通过`Install()`方法先后安装WiFi和UAN设备 - 使用`GetDevice(0)`和`GetDevice(1)`分别访问两个接口 2. **转发机制**: - 自定义`BuoyGateway`应用监听双接口数据包 - 通过判断接收设备类型实现双向转发: ```cpp if (dev == m_wifiDev) ForwardToUan(pkt); else ForwardToWifi(pkt); ``` 3. **信道特性建模**: - WiFi使用默认传播模型(可替换为ThreeGpp信道模型) - UAN使用Thorpe衰减模型: ```cpp Ptr<UanPropModelThorp> propModel = CreateObject<UanPropModelThorp>(); ``` 4. **地址规划策略**: - WiFi网络使用`192.168.1.0/24`私有地址段 - UAN网络使用`10.0.0.0/8`大地址空间 - 通过全局路由实现网段通信 ### 验证测试建议: 1. **基础连通性测试**: ```cpp // 在任意节点添加ping测试 V4PingHelper ping("10.0.0.2"); // 测试水下到浮标的连接 ping.Install(airNodes.Get(0)).Start(Seconds(1)); ``` 2. **性能监控配置**: ```cpp // 添加流量监控 FlowMonitorHelper flowmon; Ptr<FlowMonitor> monitor = flowmon.InstallAll(); ``` 3. **可视化调试**: ```bash # 运行前导出拓扑结构 ./waf --run buoy-demo --vis ``` ### 典型问题解决方案: **问题:浮标无法转发数据包** 1. 检查路由表: ```cpp Ptr<Ipv4> ipv4 = buoy->GetObject<Ipv4>(); ipv4->GetRoutingProtocol()->PrintRoutingTable(std::cout); ``` 2. 验证物理连接状态: ```cpp NS_LOG_UNCOND("UAN设备状态:" << buoyUanDevices.Get(0)->GetPhy()->IsStateRx()); ``` 3. 检查IP地址分配: ```cpp std::cout << "WiFi IP: " << buoy->GetObject<Ipv4>()->GetAddress(1,0).GetLocal(); std::cout << "UAN IP: " << buoy->GetObject<Ipv4>()->GetAddress(2,0).GetLocal(); ``` 本实现方案完整展示了NS-3介质通信网络的构建方法,可通过调整信道参数(如UAN的`SpreadCoef`)、节点密度等参数进行扩展研究。建议结合真实硬件参数(如WHOI Micro-Modem的传输时延)优化仿真模型。
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