ns (シミュレータ)

ns-3 Network Simulator
開発元かいはつもと	ns-3 Project (Tom Henderson, Mathieu Lacage, George Riley, Mitch Watrous, Gustavo Carneiro, Tommaso Pecorella and others)
初版しょはん	2008年ねん6月がつ30日にち
最新さいしん版ばん	3.31 / 2020年ねん6月がつ27日にち (3年ねん前まえ)
最新さいしん評価ひょうか版ばん	Mercurial Repository
リポジトリ	gitlab.com/nsnam/ns-3-dev.git;
プログラミング; 言語げんご	C++ (コア); Python (バインディング)
対応たいおうOS	Linux, FreeBSD, macOS,Cygwin
プラットフォーム	IA-32, x86-64
サポート状じょう況きょう	開発かいはつ中ちゅう
種別しゅべつ	Discrete Event Network Simulator
ライセンス	GPLv2
公式こうしきサイト	www.nsnam.org
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ns (network simulatorの略称りゃくしょうに由来ゆらい)とは、オープンソースで開発かいはつが進すすめられている、インターネットを主おもな対象たいしょうとした離散りさん事象じしょうネットワークシミュレータの系列けいれつ(ns-1,ns-2,ns-3)の名称めいしょうである。

概要がいよう[編集へんしゅう]

この離散りさん事象じしょうネットワークシミュレータの系列けいれつは、全すべて研究けんきゅうと教育きょういくのために用もちいられる。ns-3プロジェクトの最終さいしゅう的てきな目標もくひょうは、コンピュータネットワークに関かんする研究けんきゅうのコミュニティ内ないにおいて好このんで利用りようされるオープンなシミュレーション環境かんきょうの構築こうちくである。この目標もくひょうに関かんしては、実際じっさいにコンピュータネットワーク分野ぶんやのトップカンファレンスであるACM SIGCOMMへの論文ろんぶん投稿とうこうで頻繁ひんぱんに使用しようされていることが確認かくにんされているため、ns-3プロジェクトの目標もくひょうは概おおむね達成たっせいされていると言いえる。ns-2はアメリカの学術がくじゅつ研究けんきゅう機関きかんを中心ちゅうしんに開発かいはつが進すすめられていたが、ns-3はフランスの学術がくじゅつ研究けんきゅう機関きかんを中心ちゅうしんに開発かいはつが進すすめられている。また、ns-3ではAnnual Meetingと称しょうしたns-3の利用りよう者しゃ・開発かいはつ者しゃの会議かいぎが毎年まいとし行おこなわれており、ワークショップ等とうも行おこなわれている。ns-3はGNU GPLv2 ライセンスの下もとで、無償むしょうでの研究けんきゅう・開発かいはつ・使用しようが認みとめられている。コンピュータネットワークシミュレータとしての世界せかいシェアはトップであるが、コンピュータネットワーク関係かんけい者しゃ全体ぜんたいを見みれば、ns-3ユーザーは少すくなく、ns-3ユーザーからのソースコードのコミットもあまり芳かんばしくないという状況じょうきょうがある。

ns-3の仕様しよう概要がいよう[編集へんしゅう]

インターネット・プロトコル・スイートのシミュレータとしての実装じっそうを主体しゅたいとする。ns-3はシミュレータであるため、実機じっき実装じっそう時じの動作どうさに関かんする保証ほしょうは不可能ふかのうである。従したがって、ns-3が適てきする用途ようとは、実機じっきと無関係むかんけいな抽象ちゅうしょう的てきな理論りろん検証けんしょうである。
ns-3のシステムは大おおきく分わけて、シミュレーションの実行じっこうを行おこなうns-3 coreと、実験じっけんの定義ていぎを行おこなうsimulation scenarioに分わかれている。ns-3ユーザーは自身じしんのシミュレーションの要求ようきゅうに対たいする空白くうはく部分ぶぶんを埋うめる形かたちでコーディングし、Wafビルドシステム経由けいゆで単一たんいつのアプリケーションとしてシミュレータをビルドし、シミュレーションを実行じっこうする。ビルド時じに出力しゅつりょくされるバイナリは、実行じっこう環境かんきょうのCPUに合あわせて最適さいてき化かされ、スワップアウト,スワップインが発生はっせいしない限かぎりは効率こうりつ的てきに動作どうさする。主おもにC++のソフトウェアフレームワークの形式けいしきで構築こうちくされており、simulation scenarioの記述きじゅつ時じのみPythonを選択せんたくすることが可能かのうである。Pythonのみではns-3 coreの改変かいへんが行おこなえないため、独自どくじプロトコルの実装じっそう等とうは不可能ふかのうとなり、十分じゅうぶんにns-3の機能きのうを活用かつようできない。ns-3 coreはC++の演算えんざん子このオーバーロード,テンプレートメタプログラミング,Standard Template Library (STL)等ひとしの言語げんご仕様しようを活用かつようして稠密ちゅうみつに構築こうちくされており、機能きのうの数かずと比較ひかくしてソースコードはコンパクトにまとめられている。その反面はんめん、文法ぶんぽうが独特どくとくになり、ソースコードもビルドエラーの出力しゅつりょくも長大ちょうだいかつ複雑ふくざつになり、問題もんだいの発生はっせい原因げんいんの特定とくていが難むずかしくなるため、ソフトウェア開発かいはつ初心者しょしんしゃにとっては開発かいはつのハードルが高たかくなるという欠点けってんが生しょうじてしまっている。また、アルゴリズム,プロトコルの大おおまかな動作どうさのみに焦点しょうてんを当あてているため、現実げんじつのネットワーク機材きざいと比較ひかくして実装じっそうされていない処理しょりが多おおい。さらに、クラスや関数かんすうの命名めいめいには、実装じっそうされている機能きのうと全まったく無関係むかんけいな命名めいめいが行おこなわれている場合ばあいがあり、その不明ふめいな点てんを理解りかいするために、膨大ぼうだいな調査ちょうさが要求ようきゅうされる点てんも問題もんだいである。
C++の言語げんご仕様しようの制約せいやく下かで、イベントキューの長ながさが許ゆるされる限かぎり、シミュレーション上じょうのネットワークを構成こうせいするノード数すうを増加ぞうかさせることが可能かのうである。
実機じっきとシミュレータの組くみ合あわせで実験じっけんネットワークを構成こうせいする事ことも可能かのうである。
ns-3 coreはユーザー空間くうかんとカーネル空間くうかんに区別くべつされている。サーバやクライアント等とうのクラスはユーザー空間くうかんで利用りようする。ルーティングやNIC等とうのクラスはカーネル空間くうかんで利用りようする。
Linuxで動作どうさするプロトコル・スタックのコードを、ns-3上じょうで利用りよう可能かのうにする機能きのうも提供ていきょうされている。この機能きのうは、日本人にっぽんじんの研究けんきゅう者しゃである田崎たさき創はじめ氏しが開発かいはつしてコミットを行おこなっており、Direct Code Execution (DCE)という名称めいしょうで提供ていきょうされている。
MPIによるマルチプロセスとしての明示めいじ的てきな並列へいれつ化かも対応たいおう済ずみである。MPIを利用りようする場合ばあい、ns-3ユーザー自身じしんが、ネットワークトポロジを考慮こうりょして各かくプロセスが担当たんとうするノードを割わり当あてなければならない。
シミュレーション結果けっかをアニメーションで可視かし化かする補助ほじょソフトウェアとして、オンラインビジュアライザ(シミュレーション実行じっこう中ちゅうに可視かし化か)であるPyVizと、オフラインビジュアライザ(シミュレーション実行じっこう終了しゅうりょう後ごに可視かし化か)であるNetAnimが用意よういされている。ソフトウェアアーキテクチャにおけるns-2からの根本こんぽん的てきな変更へんこうに伴ともない、ns-2に存在そんざいしたビジュアライザであるNamは互換ごかん性せいが無なくなり完全かんぜんに廃止はいしされた。

Annual Meeting[編集へんしゅう]

毎年まいとし、アメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくにおいて、ns-3コンソーシアムが主催しゅさいする、ns-3の利用りよう者しゃと開発かいはつ者しゃを対象たいしょうとしたAnnual Meetingが開催かいさいされている。主おもに、ns-3コンソーシアムの運営うんえい方針ほうしんに関かんする対面たいめんによる会議かいぎや、ns-3初心者しょしんしゃを対象たいしょうとしたワークショップが行おこなわれている。

2016年ねん6月13日にち - 2016年ねん6月17日にちのAnnual Meetingはアメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくワシントン州しゅうシアトルに設置せっちされているワシントン大学だいがくにおいて開催かいさいされており、会期かいき中ちゅうの催もよおしは下記かきのようになっている^[1]。

ns-3 Training
Workshop on ns-3
Consortium Annual Plenary Meeting
Workshop on Wireless Network Performance Evaluation

歴史れきし[編集へんしゅう]

1988年ねん (前史ぜんし:REALの基礎きそ開発かいはつ)[編集へんしゅう]

1988年ねんに、nsの派生はせい元もとに当あたるREALの最初さいしょのバージョンが開発かいはつされた。

カリフォルニア大学だいがくバークレー(UCB)校こうにおいて、Srinivasan Keshavにより、fair queueing Gateway Algorithm [Nag87][DKS88],first-come-first-served scheduling Gateway Algorithm,DEC Gateway Algorithm [RCJ87,RaJ87]の各々おのおのの性能せいのうを比較ひかくする学術がくじゅつ研究けんきゅうの一環いっかんとして、離散りさん事象じしょうネットワークシミュレーションに関かんする明確めいかくかつ実用じつよう的てきな枠組わくぐみが構築こうちくされた。このシミュレータの詳細しょうさいはREAL: A Network Simulatorという論文ろんぶんに纏まとめられて発表はっぴょうされた^[2]。

REALはREalistic And Largeの略称りゃくしょうであり、コロンビア大学ころんびあだいがくが開発かいはつを進すすめていたNEST simulation toolkitを用もちいて構築こうちくされた。REALは最初さいしょ期きの実用じつよう的てきなネットワークシミュレータとなった。REALの開発かいはつは1997年ねんのVer.5.0まで継続けいぞくされ^[3]、ソフトウェアアーキテクチャはnsの基盤きばんにもなった。

1995年ねん - 1997年ねん (ns-1の基礎きそ開発かいはつ)[編集へんしゅう]

ローレンス・バークレー国立こくりつ研究所けんきゅうじょ (LBNL) において、Steve McCanne, Sally Floyd, Kevin Fall等とうが参加さんかするNetwork Research Groupにより、REALで定義ていぎされたソフトウェアアーキテクチャを元もとにしてnsの最初さいしょのバージョンである ns version 1 (LBNL Network Simulator) が開発かいはつされた^[4]。このバージョンは後のちにns-1と呼よばれるようになった。

REALと同様どうように、拡張かくちょう可能かのうで、容易よういに設定せってい・プログラム可能かのうなイベントドリブン型がたのシミュレーションエンジンとして設計せっけいが行おこなわれた。また、TCPの輻輳ふくそう制御せいぎょアルゴリズムとルータスケージュールアルゴリズムを複数ふくすう搭載とうさいした。シミュレーションで取とり扱あつかうネットワークを定義ていぎするシナリオの記述きじゅつ言語げんごがTcl,通信つうしんプロトコルを駆動くどうするコアの記述きじゅつ言語げんごがC++に定さだめられた。

1996年ねん - 1997年ねん (ns-2の基礎きそ開発かいはつ)[編集へんしゅう]

Steve McCanneがns-1のリファクタリングを行おこなった結果けっかのソースコードを元もとにns-2の開発かいはつが行おこなわれた。シナリオの記述きじゅつ言語げんごがOTcl (Object Tcl),コアの記述きじゅつ言語げんごがC++に変更へんこうされた。シナリオ言語げんごがオブジェクト指向しこう言語げんごに改あらためられたため、OTclとC++のオブジェクト間あいだで関連かんれん性せいを持もたせることが出来できるようになった。しかし、ns-1とns-2の間あいだでクラスやモジュールの互換ごかん性せいは保たもたれている。また、ns-2でGPLv2に準拠じゅんきょするようになった。

2006年ねん (ns-3の基礎きそ開発かいはつ)[編集へんしゅう]

ns-2の開発かいはつ開始かいしから10年ねん経過けいかする過程かていで、CPUの進化しんかにおいて高こうクロック化かからマルチコア化かへのパラダイムシフトが起おき、無線むせんネットワークの普及ふきゅうも急速きゅうそくに進すすみ始はじめた。それに伴ともなって、ns-2のソフトウェアアーキテクチャでは、開発かいはつ当初とうしょ想定そうていしていなかった並列へいれつ化かによるシミュレーション処理しょりのスケールと無線むせんネットワークへの対応たいおうが難むずかしいという問題もんだいが現あらわれ始はじめてきた。その2つの問題もんだいに対処たいしょするために、アメリカ国立こくりつ科学かがく財団ざいだん (NSF)の支援しえんの下もとで、Tom Henderson, George Riley, Sally Floyd, and Sumit Roy等とうが先導せんどうするチームにより、ソフトウェアアーキテクチャを全面ぜんめん的てきに刷新さっしんしたns-3が開発かいはつされた。ns-3では、開発かいはつ者しゃがOTclとC++という異ことなるプログラミング言語げんごのオブジェクト間あいだの関連かんれん性せいを意識いしきしなくて済すむように、シナリオ,コア共どもに記述きじゅつ言語げんごがC++に統一とういつされた。この変更へんこうにより、ns-2とns-3の間あいだのクラスやモジュールの互換ごかん性せいは無なくなった。また、Gustavo CarneiroによりPythonバインディングとWafビルドシステムが開発かいはつされて新あらたに導入どうにゅうされた。さらに、無線むせんネットワークのシミュレーションコードの充実じゅうじつ,MPIによる並列へいれつ化か対応たいおうが行おこなわれた。ソフトウェアアーキテクチャの刷新さっしんに伴ともない、ns-2まで存在そんざいしたビジュアライザであるNamは廃止はいしされた。その代かわりに、シミュレーション実行じっこう終了しゅうりょう時じに出力しゅつりょくされるトレースファイルを読よみ込こんでトポロジ上じょうにパケットフローを表示ひょうじするオフラインビジュアライザとしてNetAnimが、シミュレーション実行じっこう中ちゅうにシミュレータの内部ないぶにアタッチし、パケットの流ながれをトレースしてトポロジ上じょうにパケットフローを表示ひょうじするオンラインビジュアライザとしてPyVizが用意よういされた。ns-2の時代じだいのドキュメントの不足ふそくを反省はんせいし、各種かくしゅドキュメントが拡充かくじゅうされ、Doxygenによりソースコードから生成せいせいされたAPI リファレンスも用意よういされるようになった。

以前いぜんのメジャーバージョンであるns-2では過去かこに開発かいはつされた有線ゆうせんネットワークのプロトコルのシミュレーションコードが充実じゅうじつしていた。しかし、最新さいしんのns-3では、ns-2とのクラスやモジュールの互換ごかん性せいを捨すてて無線むせんネットワークへの対応たいおうを強化きょうかしたため、有線ゆうせんネットワークのプロトコルのns-3ネイティブなシミュレーションコードが不足ふそくしている状態じょうたいである。そのため、学術がくじゅつ界かい全体ぜんたいとしてns-2からns-3への移行いこうは難航なんこうしており、ns-2の開発かいはつ停止ていし後ごも長ながらくの間あいだ、有線ゆうせんネットワークの分野ぶんやではns-2、無線むせんネットワークの分野ぶんやではns-3という住じゅうみ分わけが続つづいている。

依然いぜんとしてns-3の開発かいはつは継続けいぞくされているが、未いまだにns-2と比較ひかくして実装じっそうされていないアルゴリズムが多おおく、ネットワークの基本きほん的てきな動作どうさにもバグが多おおい(マルチキャスト転送てんそうで、ノードに接続せつぞくされたNICの枚まい数すう倍ばいだけ不ふ必要ひつようにパケットを複製ふくせいして送信そうしんするバグが、2016年ねん3月がつ24日にちリリースのns-3.25まで修正しゅうせいされていなかった)。従したがって、ns-2と比較ひかくしてシミュレータとしての信頼しんらい性せいが低ひくい模様もようである。

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

^ https://www.nsnam.org/wp-content/uploads/2016/02/ns-3-2016-save-the-date.pdf, Annual Meeting - ns-3, NS-3 Consortium, 2016年ねん02月がつ14日にち.
^ Srinivasan Keshav (1988年ねん12月がつ). “REAL: A Network Simulator”. University of California, Berkeley. 2015年ねん12月15日にち閲覧えつらん。
^ Srinivasan Keshav (1997年ねん8月がつ13日にち). “REAL 5.0 Overview”. 2015年ねん12月15日にち閲覧えつらん。
^ Steven McCanne, Sally Floyd, Kevin Fall (1997年ねん10月がつ27日にち). “ns version 1 - LBNL Network Simulator”. 2015年ねん12月15日にち閲覧えつらん。