NS3网络仿真项目（三）—— Events & Simulator
NS3是一种离散事件网络仿真器。从概念上讲，该仿真器会持续追踪一系列事件的发生，通过事件的调度使其在特定的仿真时间被执行。仿真器的工作就是按仿真时间顺序执行离散事件。举个具体例子来说，如果一个事件在仿真时间100s时被执行，而下一个事件发生在仿真时间200s时，仿真器的仿真时间会立刻从100s变为200s去执行下一个事件。这就是所谓的“离散事件“仿真器。
本文主要介绍：事件Event的建立和取消，仿真器的调度和仿真时间的提取。
1. Event
EventId类 可以用来作为一个事件的标识，进而可以对指定的事件进行取消和移除等操作，下面结合Simulator进行说明。
2. Simulator
Simulator类是访问事件调度工具的公共入口点。在开始仿真时，会调度一些事件至事件列表中，通过进入仿真器主循环（即Simulator::Run）按仿真时间顺序执行他们。仿真器执行事件期间，调度器（Scheduler）会插入或移除某些事件至事件列表中。直到事件列表中没有事件需要被执行或强制调用了Simultor::Stop函数，此时仿真结束。
关于调度器的使用，这里给出几个例子
例1：客户端Client按照某一指定的时间间隔m_interval不断发送数据包
class UdpClient : pubic Application
{
public:
...
private:
virtual void StartApplication(void);
virtual void StopApplication(void);
void Send(void);
...
Time m_interval;
EventId m_sendEvent;
...
}
UdpClient::StartApplication执行客户端的启动过程，在进行一系列启动操作（套接字绑定）后，将“数据发送事件”插入事件列表，从仿真时间来看启动UdpClient后立即进入数据发包流程，此时有
m_sendEvent = Simulator::ScheduleNow(&UdpClient::Send, this);
第一个变量指定需要执行的一个类中的函数；第二个变量指定该类的一个对象，如果是当前对象本身用this。
然后进入周期性发包过程，发包间隔事先需要配置或写到默认参数中。
在UdpClient::Send函数中，插入如下事件，就可以实现周期性发包。
m_sendEvent = Simulator::Schedule(m_interval, &UdpClient::Send, this);
当StopApplication事件被执行时，需要取消周期性发包的自调用过程，因此有
Simulator::Cancel(m_sendEvent);
这里调度的函数是无参函数，当调度的函数时有参函数时，需要连同参数一起写入。例2给出调用有参函数的Simulator::Schedule用法。
例2：数据包进入交换机后，经历一个仿真延迟时间m_delay，再转发至出端口。
class SwitchNetDevice : public NetDevice
{
public:
...
//交换机转发数据包函数
void ForwardUp(Ptr incomingPort, Ptr packet, uint16_t protocol, Mac48Address src, Mac48Address dst);
...
protected:
...
//交换机从网卡接收到数据包函数
void ReceiveFromDevice(Ptr device, Ptr packet, uint16_t protocol, Mac48Address src, Mac48Address dst);
private:
...
Time m_delay;//交换机内部仿真延迟时间
...
} 数据包被交换机网卡接收，此时执行SwitchNetDevice::ReceiveFromDevice函数，经过仿真延迟时间m_delay后执行交换机的转发功能。因此在SwitchNetDevice::ReceiveFromDevice函数最后执行以下命令
Simulator::Schedule(m_delay,&NutsSwitchNetDevice::ForwardUp,this,incomingPort, packet, protocol, src48, dst48);
Simulator::Schedule参数中给出SwitchNetDevice::ForwardUp函数所需要的仿真参数。
关于交换机的程序设计思路之后的文章会做进一步介绍。
例3：（Simulator调度的对象不是当前对象时的使用）寻找匹配目的地址的网卡设备，并由匹配成功的网卡执行数据包处理操作。
for(int i = 1 ; iGetNDevices ();++i) // 此处i从1开始与GetNDevices()的返回值有关
{
Ptr device = m_node->GetDevice(i);
Ptr pppdevice = device->GetObject();
Mac48Address addr48 = Mac48Address::ConvertFrom(device->GetAddress());
if(addr48 == dst48)
{
CNMHeader cnmHeader;
packet->PeekHeader(cnmHeader);
uint32_t triggeredPriority = cnmHeader.GetEncapPriority();
Simulator::ScheduleNow(&PointToPointNetDevice::ProcessCnm,pppdevice,packet,triggeredPriority);
}
} 此处事件的调用对象是pppdevice，该对象从以下命令中提取
Ptr
Simulator::ScheduleNow中的packet和triggeredPriority为PointToPointNetDevice::ProcessCnm函数的参数。具体的函数功能暂时不用管，掌握Simulator函数对事件的调度和执行方式是本文的重点。
3. Time
NS3的Time类可以用来标识仿真时间，也可以对仿真的时间精度进行修改。默认时间精度是“纳秒ns”。如果程序中需要使用更高的时间精度（如皮秒）时，一定要记得在程序开始时调整时间精度，否则将会出现以下问题：
当执行PicoSecond(1).GetPicoSeconds()，会返回0，因为此时的时间精度不够。
要想使用皮秒级时间精度，可以用以下命令进行调整：
Time::SetResolution (Time::PS);
值得注意的是，提高时间精度意味着减小了仿真的时间范围。因为全局仿真时间变量为64bits整数型数据，数据最大值为2^64。当时间精度为皮秒时，最大仿真时间为2^64ps。
最后，需要提醒一下，不要在创建时间对象之后修改仿真时间精度！如果在调用Time::SetResolution之前创建了时间对象，这些对象都始终为更新精度之前的数值，在数值不变，时间精度发生改变的情况下就会引起错误。
下面给出几个提取仿真时间的例子
例1：提取当前仿真时间（使用默认时间精度ns）
uint64_t now = Simulator::Now().GetNanoSeconds();例2：仿真时间可以进行算术运算和对比等操作。此处为仿真时间对比示例，定义一个结束时间，判断当前仿真时间是否到达结束时间，如果当前仿真时间小于结束时间则进一步执行相关操作。
Time m_endtime = MicroSeconds(2);
...
if( m_endtime.Compare(Simulator::Now()) == 1 )
{
...
}Time::Compare函数功能是判断m_endtime与Simulator::Now()大小，该函数在NS3的nstime.h文件中
inline int Compare (const Time &o) const
{
return (m_data < o.m_data) ? -1 : (m_data == o.m_data) ? 0 : 1;
}此时m_data为m_endtime时间，o.m_data为Simulator::Now()时间。
当m_endtime < Simulator::Now()时 返回 -1；
当m_endtime = Simulator::Now()时 返回 0；
当m_endtime > Simulator::Now()时 返回 1；
因此，如果当前仿真时间未达到结束时间时，即m_endtime.Compare(Simulator::Now()) == 1，则继续执行if语句中的操作。
参考链接：https://www.nsnam.org/docs/release/3.29/manual/html/events.html