OMNeT++ tictoc 示例

学习笔记 / OMNeT++
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概述

​ tictoc 是 OMNeT++ 官方给出的入门示例。示例模拟了一个 2 结点网络，数据包在这两个节点之间（tic 结点和 toc 结点之间来回传输。tictoc 示例下总共有 18 个小实验。

实验步骤

以 tictoc 1 为例。首先，需要激活 omnet 环境。通过在 omnetpp-5.6.1/ 目录下使用命令：

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. setenv

随后，输入命令进入 tictoc 示例：

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cd sample/tictoc/

进入之后，需要创建 tictoc1.ned、txc1.cc和 omnetpp.ini 文件：

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// tictoc1.ned

//定义节点 Txc1
simple Txc1
{
    gates:
        input in;
        output out;
}

//定义网络 Tictoc1
network Tictoc1
{
    submodules:
        tic: Txc1;
        toc: Txc1;
    connections:
        tic.out --> {  delay = 100ms; } --> toc.in;
        tic.in <-- {  delay = 100ms; } <-- toc.out;
}
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// txc1.cc

#include <string.h>
#include <omnetpp.h>

using namespace omnetpp;

/**
 * Derive the Txc1 class from cSimpleModule. In the Tictoc1 network,
 * both the `tic' and `toc' modules are Txc1 objects, created by OMNeT++
 * at the beginning of the simulation.
 */
class Txc1 : public cSimpleModule
{
  protected:
    // The following redefined virtual function holds the algorithm.
    virtual void initialize() override;
    virtual void handleMessage(cMessage *msg) override;
};

// The module class needs to be registered with OMNeT++
Define_Module(Txc1);

void Txc1::initialize()
{
    // Initialize is called at the beginning of the simulation.
    // To bootstrap the tic-toc-tic-toc process, one of the modules needs
    // to send the first message. Let this be `tic'.

    // Am I Tic or Toc?
    if (strcmp("tic", getName()) == 0) {
        // create and send first message on gate "out". "tictocMsg" is an
        // arbitrary string which will be the name of the message object.
        cMessage *msg = new cMessage("tictocMsg");
        send(msg, "out");
    }
}

void Txc1::handleMessage(cMessage *msg)
{
    send(msg, "out"); // send out the message
}
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# omnetpp.ini
[General]
network = Tictoc1

创建好需要的文件后，先输入命令创建 Makefile 文件：

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opp_makemake

接下来，再输入 make 命令产生可执行文件 tictoc。最后开始仿真：

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./tictoc -u Cmdenv

得到的结果如下图所示：

tictoc1

此时表示仿真已经正常运行。

示例笔记

tictoc 1

展示了网络、信道和结点的实例化方式以及两个结点相互通信的方式，具体方式如实验步骤章节所示。

tictoc 2

展示新命令：EV，相当于 C++ 中的 cout 命令。但该命令在命令行仿真环境中无法实现预期功能。

使用了 @display 命令对图形化窗口进行美化，但在命令行中没有太大意义。

tictoc 3

展示命令 watch，可以在图形化窗口中看到实时值，但在命令行中没有太大意义。

展示了一种停止仿真的方式：

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delete msg;

tictoc 4

展示从 NED 文件中读取参数的方式：par()。例如 par("sendMsgOnInit").boolValue() 就是读取这个布尔型参数的值。

给参数赋初值可以在 NED 文件中完成，也可以在 omnetpp.ini 文件中完成。以给 limit 参数赋初值为例：

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// omnetpp.ini
[Config Tictoc4]
network = Tictoc4
Tictoc4.toc.limit = 5
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// tictoc4.ned
simple Txc4
{
    parameters:
        bool sendMsgOnInit = default(false);
        int limit = default(2);
    gates:
        input in;
        output out;
}

tictoc 5

在 tictoc 4 的基础上将 tic 和 toc 分为两个不同的对象。

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展示了利用 scheduleAt() 函数实现的定时功能，初始5秒后开始发送，之后每次接收到间隔1秒自发送：

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// txc6.cc
void Txc6::initialize() {
    event = new cMessage("event");
    tictocMsg = nullptr;
    if (strcmp("tic", getName()) == 0) {
        tictocMsg = new cMessage("tictocMsg");
        scheduleAt(5.0, event);
    }
}

void Txc6::handleMessage(cMessage *msg) {
    if (msg == event) {
        send(tictocMsg, "out");
        tictocMsg = nullptr;
    }
    else {
        tictocMsg = msg;
        scheduleAt(simTime()+1.0, event);	// simTime() 为当前仿真时间
    }
}

tictoc 7

在 tictoc7.ned 文件内新增语句：

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volatile double delayTime @unit(s);

定义了 delayTime，并且指明了单位为秒。此外，在 omnetpp.ini 文件中对 tic 和 toc 的值进行了初始化：

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[Config Tictoc7]
network = Tictoc7
Tictoc7.tic.delayTime = exponential(3s)
Tictoc7.toc.delayTime = truncnormal(3s,1s)

其中的时延都是随机值，第一个是均值为3s，第二个是正态分布。

该示例中还展示了概率丢包的设计方式，即在 txc7.cc 文件中的 handleMessage(cMessage *msg) 中设计：

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if (uniform(0, 1) < 0.1) {
            EV << "\"Losing\" message\n";
            delete msg;
        }
        else {
            simtime_t delay = par("delayTime");
            tictocMsg = msg;
            scheduleAt(simTime()+delay, event);
        }

整个过程就是，首先延迟5秒发，收到后延迟随机时间回发，再收到后延迟随机时间发，并且期间还有一定概率数据丢失。

tictoc 8

首先该示例将 tic 和 toc 定义成了两个类，使得这两个模块可以实现不同的功能或者不同的输入输出。

此外，该示例展示了丢包重传的方式，即在 txc8.cc 文件中使用：

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if (msg == timeoutEvent) {
        EV << "Timeout expired, resending message and restarting timer\n";
        cMessage *newMsg = new cMessage("tictocMsg");
        send(newMsg, "out");
        scheduleAt(simTime()+timeout, timeoutEvent);
    }

整体流程为 tic 先发出信息，并且等待1秒钟。如果1秒钟后收到了表示超时的自信息，则新建一个消息再发送一次。如果一秒内收到了非自信息，就说明成功发送，此时取消定时并且新建一个信息发送过去。toc 有0.1的概率丢失信息。

tictoc 9

对示例 8 的优化，即重传的时候传送消息的拷贝：

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if (msg == timeoutEvent) {
    sendCopyOf(message);
    scheduleAt(simTime()+timeout, timeoutEvent);
}

tictoc 10

展示了每个模块具有多个输入输出时的操作方式，即在 NED 文件中：

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simple Txc10
{
    parameters:
        @display("i=block/routing");
    gates:
        input in[];  // declare in[] and out[] to be vector gates
        output out[];
}

network Tictoc10
{
    submodules:
        tic[6]: Txc10;
    connections:
        tic[0].out++ --> {  delay = 100ms; } --> tic[1].in++;
        tic[0].in++ <-- {  delay = 100ms; } <-- tic[1].out++;

        tic[1].out++ --> {  delay = 100ms; } --> tic[2].in++;
        tic[1].in++ <-- {  delay = 100ms; } <-- tic[2].out++;

        tic[1].out++ --> {  delay = 100ms; } --> tic[4].in++;
        tic[1].in++ <-- {  delay = 100ms; } <-- tic[4].out++;

        tic[3].out++ --> {  delay = 100ms; } --> tic[4].in++;
        tic[3].in++ <-- {  delay = 100ms; } <-- tic[4].out++;

        tic[4].out++ --> {  delay = 100ms; } --> tic[5].in++;
        tic[4].in++ <-- {  delay = 100ms; } <-- tic[5].out++;
}

in 和 out 后面的 ++ 是因为目前不知道要用多少个 in 和 out，就让他们每次执行完自加 1。

txc10.cc 中随机选择输出口进行输出的代码：

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void Txc10::forwardMessage(cMessage *msg)
{
    // In this example, we just pick a random gate to send it on.
    // We draw a random number between 0 and the size of gate `out[]'.
    int n = gateSize("out");
    int k = intuniform(0, n-1);
    send(msg, "out", k);
}

tictoc 11

定义了信道 Channel，其他与示例 10 一致：

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network Tictoc11
{
    types:
        channel Channel extends ned.DelayChannel {
            delay = 100ms;
        }
    submodules:
        tic[6]: Txc11;
    connections:
        tic[0].out++ --> Channel --> tic[1].in++;
        tic[0].in++ <-- Channel <-- tic[1].out++;

        tic[1].out++ --> Channel --> tic[2].in++;
        tic[1].in++ <-- Channel <-- tic[2].out++;

        tic[1].out++ --> Channel --> tic[4].in++;
        tic[1].in++ <-- Channel <-- tic[4].out++;

        tic[3].out++ --> Channel --> tic[4].in++;
        tic[3].in++ <-- Channel <-- tic[4].out++;

        tic[4].out++ --> Channel --> tic[5].in++;
        tic[4].in++ <-- Channel <-- tic[5].out++;
}

这里使用的是延迟信道 ned.DelayChannel ，还有理想信道 ned.IdealChannel、数据率信道 ned.DatarateChannel。

tictoc 12

在 NED 文件中引入 gate 以代替 in 和 out，减少代码量：

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simple Txc12
{
    parameters:
        @display("i=block/routing");
    gates:
        inout gate[];  // declare two way connections
}

// using two way connections to further simplify the network definition
network Tictoc12
{
    types:
        channel Channel extends ned.DelayChannel {
            delay = 100ms;
        }
    submodules:
        tic[6]: Txc12;
    connections:
        tic[0].gate++ <--> Channel <--> tic[1].gate++;
        tic[1].gate++ <--> Channel <--> tic[2].gate++;
        tic[1].gate++ <--> Channel <--> tic[4].gate++;
        tic[3].gate++ <--> Channel <--> tic[4].gate++;
        tic[4].gate++ <--> Channel <--> tic[5].gate++;
}

但是在使用 gate 代替 in 和 out 后，发送数据也要改变格式，即 send(msg, "gate$o", k); 其中，gate$o这个 o 代表 out，如果是 i 则代表 in。

tictoc 13

使用 .msg 文件直接通过 build 生成 .h 文件和 .cc 文件，与命令行仿真关系不大。

tictoc 14

介绍了强制类型转换方式：

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TicTocMsg13 *ttmsg = check_and_cast<TicTocMsg13 *>(msg);

此外，消息经过传输后不仅包含了消息名，还包含源节点、目的节点和跳数信息。例如，可以通过函数 msg->gerDestination() 获取目的地信息。

tictoc 15

介绍了自动记录一个有关消息交换历史的详细日志方法，在 omnetpp.ini 文件中设置：

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record-eventlog = true

首先在类 txc15 的私有属性中写入变量：

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cLongHistogram hopCountStats;
cOutVector hopCountVector;

然后在初始化中：

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hopCountStats.setName("hopCountStats");
hopCountVector.setName("HopCount");

接着当消息到达目标节点时，更新统计信息：

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hopCountVector.record(hopcount);
hopCountStats.collect(hopcount);

最后标量信息需要调用finish()函数手动记录：

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recordScalar("#sent", numSent);
recordScalar("#received", numReceived);

hopCountStats.recordAs("hop count");

把跳数记录在一个输出向量里（横坐标是仿真时间，纵坐标是跳数）

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介绍了使用 @signal 进行数据统计的方式：

@signal [arrival](type = “long”)：定义一个名为 arrival 的 long 类型信号。

@statistic[hopCount](title="hop count"; source="arrival"; record=vector,stats; interpolationmode=none);：定义一个统计量，名字叫 hopCount，统计量标题名为 hop count，数据源是信号 arrival，记录形式为向量，stats 代表记录了平均值，方差等，是固定的。

在 txc16.cc 文件中，首先定义一个 simsignal_t arrivalSignal; 变量，并且对信号进行注册 arrivalSignal = registerSignal("arrival");。需要注意的是，每个统计信号都要注册。然后使用 int hopcount = ttmsg->getHopCount(); 得出跳数，最后通过 emit(arrivalSignal, hopcount);函数来对信号进行统计量的输出。

其中，代码 msg->setHopCount(msg->getHopCount()+1); 实现了跳数的增加。

tictoc 17

在示例 16 的基础上增加了一些 GUI 的美化方式，与命令行关系不大。

tictoc 18

更改网络结构，在 NED 文件中引入了 for 循环。

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simple Txc18 extends Txc16
{
}

network TicToc18
{
    parameters:
        int numCentralNodes = default(2);
    types:
        channel Channel extends ned.DelayChannel {
            delay = 100ms;
        }
    submodules:
        tic[numCentralNodes+4]: Txc18;
    connections:
        // connect the 2 nodes in one side to the central nodes
        tic[0].gate++ <--> Channel <--> tic[2].gate++;
        tic[1].gate++ <--> Channel <--> tic[2].gate++;
        // connect the central nodes together
        for i=2..numCentralNodes+1 {
            tic[i].gate++ <--> Channel <--> tic[i+1].gate++;
        }
        // connect the 2 nodes on the other side to the central nodes
        tic[numCentralNodes+2].gate++ <--> Channel <--> tic[numCentralNodes+1].gate++;
        tic[numCentralNodes+3].gate++ <--> Channel <--> tic[numCentralNodes+1].gate++;
}
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