Network Simulator 2 (NS2) یکی از پرکاربردترین شبیه‌سازهای شبکه‌های کامپیوتری است که به‌طور گسترده‌ای در تحقیقات و پایان‌نامه‌های دکتری در مهندسی کامپیوتر، به‌ویژه در زمینه شبکه‌های کامپیوتری، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نرم‌افزار متن‌باز به کاربران امکان می‌دهد تا پروتکل‌های شبکه، الگوریتم‌های مسیریابی، سیستم‌های بی‌سیم، و شبکه‌های حسگر بی‌سیم را شبیه‌سازی و تحلیل کنند.

ویژگی‌های اصلی NS2:

1. شبیه‌سازی پروتکل‌های شبکه:
   • NS2 قابلیت شبیه‌سازی و تحلیل پروتکل‌های شبکه‌های لایه‌های مختلف (مانند پروتکل‌های مسیریابی، انتقال و دسترسی به رسانه) را فراهم می‌کند. این شبیه‌ساز به‌ویژه در شبیه‌سازی پروتکل‌های اینترنتی (مانند TCP، UDP) و پروتکل‌های مسیریابی (مانند AODV و DSR) مفید است.
2. پشتیبانی از شبکه‌های بی‌سیم:
   • NS2 از شبکه‌های بی‌سیم و موبایل پشتیبانی می‌کند و به کاربران امکان می‌دهد تا شبکه‌های Ad-hoc، شبکه‌های سنسور بی‌سیم (WSN)، و شبکه‌های موبایل را شبیه‌سازی کنند.
3. پشتیبانی از شبکه‌های سیمی و بی‌سیم:
   • NS2 قابلیت شبیه‌سازی هر دو نوع شبکه‌های سیمی و بی‌سیم را دارد. این نرم‌افزار به کاربران امکان می‌دهد تا عملکرد پروتکل‌های مختلف در محیط‌های ترکیبی را نیز ارزیابی کنند.
4. مدل‌های ترافیک شبکه:
   • NS2 از مدل‌های مختلف ترافیک شبکه مانند CBR (Constant Bit Rate)، VBR (Variable Bit Rate) و مدل‌های کاربردهای شبکه‌ای (مانند FTP، Telnet و HTTP) پشتیبانی می‌کند.
5. شبیه‌سازی رویداد محور (Event-Driven):
   • NS2 یک شبیه‌ساز رویداد محور است که رویدادهای مختلف در شبکه مانند ارسال و دریافت بسته‌ها را شبیه‌سازی می‌کند. این ویژگی به کاربران امکان می‌دهد تا رفتار دقیق پروتکل‌ها و تعاملات شبکه را مشاهده و بررسی کنند.
6. پشتیبانی از سیستم‌های توزیع‌شده:
   • NS2 ابزارهایی برای شبیه‌سازی سیستم‌های توزیع‌شده و ارزیابی عملکرد پروتکل‌های مسیریابی توزیع‌شده و الگوریتم‌های همتا به همتا (P2P) ارائه می‌دهد.
7. قابلیت برنامه‌نویسی و توسعه:
   • NS2 یک پلتفرم متن‌باز است که امکان برنامه‌نویسی و توسعه پروتکل‌های جدید را به زبان‌های C++ و OTcl فراهم می‌کند. این ویژگی برای دانشجویان دکتری که به دنبال پیاده‌سازی و ارزیابی پروتکل‌های سفارشی هستند، بسیار مفید است.
8. ابزارهای تحلیل داده:
   • NS2 ابزارهای مختلفی برای تحلیل داده‌های شبیه‌سازی ارائه می‌دهد. کاربران می‌توانند داده‌های تولید شده را با استفاده از نرم‌افزارهای جانبی مانند AWK، Python و MATLAB تحلیل و نتایج را به صورت گرافیکی ارائه کنند.

مراحل انجام شبیه‌سازی پایان‌نامه با NS2:

1. تعریف سناریو و توپولوژی شبکه:
   • ابتدا باید سناریو شبکه را مشخص کنید. این شامل تعریف تعداد گره‌ها، نوع ارتباطات (سیمی یا بی‌سیم)، توپولوژی شبکه و پروتکل‌های مورد استفاده است.
2. ایجاد فایل اسکریپت OTcl:
   • در NS2، سناریوهای شبکه با استفاده از فایل‌های اسکریپت OTcl تعریف می‌شوند. در این فایل‌ها باید گره‌های شبکه، لینک‌ها، پروتکل‌ها و ترافیک شبکه تعریف شوند. اسکریپت OTcl به NS2 امکان می‌دهد تا سناریوهای شبیه‌سازی را اجرا کند.
3. اجرای شبیه‌سازی:
   • پس از آماده‌سازی فایل اسکریپت، شبیه‌سازی را اجرا کنید. NS2 با استفاده از موتور شبیه‌سازی رویداد محور، رفتار شبکه را در طول زمان شبیه‌سازی کرده و داده‌های مربوط به رویدادها را ذخیره می‌کند.
4. جمع‌آوری داده‌های شبیه‌سازی:
   • NS2 نتایج شبیه‌سازی را در فایل‌های ردیابی (trace files) ذخیره می‌کند. این فایل‌ها شامل اطلاعات مربوط به ارسال و دریافت بسته‌ها، تاخیر شبکه، تلفات بسته‌ها، استفاده از پهنای باند و سایر اطلاعات مرتبط با عملکرد شبکه هستند.
5. تحلیل نتایج:
   • داده‌های شبیه‌سازی جمع‌آوری‌شده باید تحلیل شوند. از ابزارهای مختلف مانند AWK، Gnuplot، MATLAB یا Excel برای تحلیل داده‌ها استفاده کنید. داده‌ها باید به صورت نمودارها و جداول برای مقایسه عملکرد پروتکل‌ها یا شبکه‌ها نمایش داده شوند.
6. مقایسه نتایج:
   • در مرحله آخر، نتایج به دست آمده را با نتایج شبیه‌سازی‌های دیگر یا داده‌های واقعی مقایسه کنید. این مقایسه به شما امکان می‌دهد تا عملکرد پروتکل‌ها یا سیستم‌های شبیه‌سازی‌شده را ارزیابی کرده و به نتیجه‌گیری علمی برسید.

کاربردهای NS2 در پایان‌نامه‌های دکتری:

1. تحلیل و شبیه‌سازی پروتکل‌های شبکه:
   • NS2 ابزار قدرتمندی برای تحلیل و شبیه‌سازی پروتکل‌های شبکه است. شما می‌توانید به تحلیل عملکرد پروتکل‌های مسیریابی در شبکه‌های Ad-hoc، شبکه‌های حسگر بی‌سیم و شبکه‌های مبتنی بر پروتکل‌های IP بپردازید.
2. شبیه‌سازی شبکه‌های بی‌سیم و حسگر:
   • NS2 به طور گسترده برای شبیه‌سازی شبکه‌های حسگر بی‌سیم و شبکه‌های بی‌سیم موبایل استفاده می‌شود. این نرم‌افزار به شما امکان می‌دهد تا الگوریتم‌های مسیریابی و مدیریت انرژی را در این نوع شبکه‌ها شبیه‌سازی و بهینه‌سازی کنید.
3. ارزیابی عملکرد شبکه‌های نرم‌افزار محور (SDN):
   • NS2 می‌تواند برای شبیه‌سازی و ارزیابی عملکرد شبکه‌های نرم‌افزار محور (SDN) استفاده شود. با استفاده از NS2 می‌توان به بررسی عملکرد پروتکل‌های کنترلی و تأثیر آن‌ها بر پهنای باند و تأخیر پرداخت.
4. تحلیل رفتار شبکه در محیط‌های بحرانی:
   • NS2 برای شبیه‌سازی و تحلیل رفتار شبکه در شرایط بحرانی مانند بارهای سنگین، ترافیک زیاد، یا خرابی‌های شبکه مناسب است. شما می‌توانید عملکرد شبکه را در شرایط مختلف بررسی و بهینه‌سازی کنید.
5. ارزیابی امنیت شبکه:
   • NS2 می‌تواند برای ارزیابی پروتکل‌های امنیتی در شبکه‌های کامپیوتری استفاده شود. شما می‌توانید به شبیه‌سازی حملات مختلف مانند DoS یا Man-in-the-Middle و ارزیابی تأثیر آن‌ها بر عملکرد شبکه بپردازید.

مزایا:

• متن‌باز و رایگان: NS2 یک ابزار متن‌باز است و می‌تواند بدون هزینه مورد استفاده قرار گیرد.
• پشتیبانی از طیف گسترده‌ای از پروتکل‌ها: NS2 بسیاری از پروتکل‌های شبکه‌ای را پشتیبانی می‌کند و به کاربران امکان شبیه‌سازی پروتکل‌های مختلف را می‌دهد.
• جامعه کاربری بزرگ: NS2 دارای یک جامعه کاربری بزرگ است که منابع، راهنماها و پروژه‌های آموزشی زیادی برای آن در دسترس است.

معایب:

• رابط کاربری غیرگرافیکی: NS2 فاقد رابط کاربری گرافیکی است و تمامی تنظیمات باید از طریق کدنویسی در OTcl انجام شود.
• پیچیدگی در توسعه پروتکل‌های جدید: اضافه کردن پروتکل‌های جدید یا ایجاد تغییرات در NS2 نیازمند دانش بالای برنامه‌نویسی به زبان‌های C++ و OTcl است.

نتیجه‌گیری:

NS2 یک ابزار شبیه‌سازی قدرتمند و رایگان برای تحقیقات و پایان‌نامه‌های دکتری در حوزه شبکه‌های کامپیوتری است. این نرم‌افزار به کاربران امکان می‌دهد تا شبکه‌های سیمی و بی‌سیم را شبیه‌سازی و تحلیل کنند و عملکرد پروتکل‌ها و سیستم‌ها را ارزیابی کنند. NS2 به دلیل قابلیت‌های گسترده و متن‌باز بودن، انتخابی عالی برای دانشجویان دکتری و محققان در زمینه مهندسی کامپیوتر است.