Network Simulator 3 (NS3) یک شبیه‌ساز شبکه‌های کامپیوتری متن‌باز است که برای تحلیل و شبیه‌سازی شبکه‌های پیچیده، توسعه و ارزیابی پروتکل‌های شبکه و سیستم‌های توزیع‌شده طراحی شده است. NS3 نسبت به نسخه قبلی خود (NS2) دارای بهبودهای زیادی است و قابلیت‌های بیشتری برای شبیه‌سازی شبکه‌های مدرن مانند شبکه‌های بی‌سیم، شبکه‌های حسگر، شبکه‌های نرم‌افزارمحور (SDN) و شبکه‌های اینترنت اشیا (IoT) دارد. NS3 به دلیل معماری ماژولار و انعطاف‌پذیری بالا، یکی از محبوب‌ترین ابزارها برای انجام تحقیقات و پایان‌نامه‌های دکتری در مهندسی کامپیوتر است.

ویژگی‌های اصلی NS3:

1. پشتیبانی از شبکه‌های سیمی و بی‌سیم:
   • NS3 از شبکه‌های سیمی و بی‌سیم پشتیبانی می‌کند و کاربران می‌توانند انواع شبکه‌های محلی (LAN)، شبکه‌های بی‌سیم (Wi-Fi، WiMAX) و شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) را شبیه‌سازی کنند.
2. مدل‌سازی پروتکل‌های شبکه:
   • NS3 از انواع پروتکل‌های شبکه مانند TCP، UDP، HTTP، پروتکل‌های مسیریابی (مانند OSPF، AODV، DSR) و پروتکل‌های شبکه‌های بی‌سیم (مانند IEEE 802.11) پشتیبانی می‌کند.
3. مدل‌سازی دقیق لایه‌های شبکه:
   • NS3 لایه‌های مختلف شبکه (از لایه فیزیکی تا لایه کاربرد) را مدل‌سازی می‌کند و به کاربران امکان می‌دهد تا عملکرد پروتکل‌های شبکه در هر لایه را به‌دقت بررسی کنند.
4. پشتیبانی از شبیه‌سازی شبکه‌های نرم‌افزارمحور (SDN):
   • NS3 از شبیه‌سازی شبکه‌های نرم‌افزارمحور (SDN) و پروتکل OpenFlow برای ارزیابی و تحلیل شبکه‌های SDN پشتیبانی می‌کند. این ویژگی برای تحقیقات مرتبط با کنترل و مدیریت شبکه‌های مدرن بسیار مفید است.
5. مدل‌سازی انرژی و تحلیل مصرف انرژی:
   • NS3 قابلیت شبیه‌سازی مصرف انرژی در شبکه‌های بی‌سیم و حسگرها را دارد و می‌توان با استفاده از آن کارایی انرژی و عمر باتری دستگاه‌ها را بررسی و بهینه‌سازی کرد.
6. شبیه‌سازی چندفیزیکی و جریان چندرسانه‌ای:
   • NS3 از شبیه‌سازی جریان‌های چندرسانه‌ای (صوت، ویدئو) و پروتکل‌های کیفیت خدمات (QoS) برای تحلیل و ارزیابی جریان‌های داده‌ای پیچیده در شبکه‌های واقعی پشتیبانی می‌کند.
7. مدل‌های رادیویی و فیزیکی پیشرفته:
   • NS3 مدل‌های رادیویی پیشرفته‌ای برای شبیه‌سازی دقیق رفتار امواج رادیویی و انتقال سیگنال‌ها در محیط‌های پیچیده دارد. این ویژگی برای شبیه‌سازی شبکه‌های بی‌سیم و موبایل بسیار مفید است.
   • شبیه سازی پایان نامه با Network Simulator 3
8. معماری ماژولار و قابل توسعه:
   • NS3 دارای معماری ماژولار است که به کاربران امکان توسعه و افزودن ماژول‌های جدید برای پروتکل‌ها و فناوری‌های شبکه‌ای مختلف را می‌دهد. این ویژگی به ویژه برای تحقیقات و توسعه پروتکل‌های سفارشی کاربرد دارد.
9. قابلیت اتصال به شبکه‌های واقعی:
   • NS3 از قابلیت‌های شبیه‌سازی پیوندی (Emulation) پشتیبانی می‌کند که به کاربران امکان می‌دهد تا شبکه‌های شبیه‌سازی‌شده را به شبکه‌های واقعی متصل کرده و عملکرد آن‌ها را در شرایط واقعی ارزیابی کنند.
10. پشتیبانی از زبان برنامه‌نویسی C++ و Python:
    • NS3 از زبان‌های C++ و Python برای برنامه‌نویسی و شبیه‌سازی سناریوها پشتیبانی می‌کند. این ویژگی به کاربران امکان می‌دهد تا سناریوهای شبیه‌سازی را به‌صورت کارآمد پیاده‌سازی و اجرا کنند.

مراحل انجام شبیه‌سازی پایان‌نامه با NS3:

1. تعریف سناریو و توپولوژی شبکه:
   • ابتدا باید توپولوژی شبکه موردنظر برای شبیه‌سازی را تعریف کنید. این شامل تعداد گره‌ها، نوع شبکه (سیمی یا بی‌سیم)، مدل‌های ارتباطی و پروتکل‌های مورد استفاده است.
2. ایجاد اسکریپت شبیه‌سازی:
   • برای اجرای شبیه‌سازی در NS3، باید یک اسکریپت شبیه‌سازی به زبان C++ یا Python ایجاد کنید. این اسکریپت شامل تعریف توپولوژی، تخصیص آدرس‌های IP، تنظیم پروتکل‌های مسیریابی، ایجاد ترافیک شبکه و تعریف پارامترهای شبیه‌سازی است.
3. اجرای شبیه‌سازی:
   • پس از نوشتن اسکریپت، شبیه‌سازی را اجرا کنید. NS3 شبکه موردنظر را شبیه‌سازی کرده و داده‌های مربوط به رویدادها مانند ارسال و دریافت بسته‌ها، تأخیرها و تلفات را ثبت می‌کند.
4. جمع‌آوری و تحلیل داده‌ها:
   • NS3 داده‌های شبیه‌سازی را در فایل‌های ردیابی (trace files) ذخیره می‌کند. شما می‌توانید از ابزارهای تحلیل داده مانند Python یا Gnuplot برای تجزیه و تحلیل نتایج استفاده کرده و معیارهایی مانند تاخیر، پهنای باند، و تلفات بسته‌ها را بررسی کنید.
5. مقایسه عملکرد پروتکل‌ها:
   • در مرحله تحلیل، می‌توانید عملکرد پروتکل‌های مختلف را مقایسه کرده و نتایج شبیه‌سازی را با داده‌های واقعی یا شبیه‌سازی‌های دیگر مقایسه کنید. این مرحله به شما کمک می‌کند تا به نتیجه‌گیری علمی برسید.
6. مستندسازی و نگارش نتایج:
   • پس از تکمیل شبیه‌سازی و تحلیل داده‌ها، نتایج به دست آمده را در قالب جداول، نمودارها و تحلیل‌های متنی مستند کنید و در رساله دکتری خود ارائه دهید.
   • شبیه سازی پایان نامه با Network Simulator 3

کاربردهای NS3 در پایان‌نامه‌های دکتری:

1. تحلیل و بهینه‌سازی پروتکل‌های مسیریابی:
   • NS3 برای شبیه‌سازی و تحلیل پروتکل‌های مسیریابی در شبکه‌های سیمی، بی‌سیم، و شبکه‌های Ad-hoc استفاده می‌شود. شما می‌توانید پروتکل‌های موجود را بهبود دهید یا پروتکل‌های جدیدی را طراحی و ارزیابی کنید.
2. شبیه‌سازی شبکه‌های بی‌سیم و حسگر:
   • NS3 ابزار مناسبی برای شبیه‌سازی شبکه‌های بی‌سیم، شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) و شبکه‌های موبایل است. دانشجویان دکتری می‌توانند الگوریتم‌های جدید مسیریابی و مدیریت انرژی را در این نوع شبکه‌ها بررسی و شبیه‌سازی کنند.
3. تحلیل کیفیت خدمات (QoS) در شبکه‌های چندرسانه‌ای:
   • با استفاده از NS3، می‌توان جریان‌های چندرسانه‌ای مانند صوت و ویدئو را شبیه‌سازی کرده و کیفیت خدمات آن‌ها را ارزیابی کرد. این شبیه‌سازی برای تحقیق در زمینه شبکه‌های IPTV، VoIP و ویدئو کنفرانس مفید است.
4. شبیه‌سازی شبکه‌های نرم‌افزارمحور (SDN):
   • NS3 قابلیت شبیه‌سازی شبکه‌های SDN و ارزیابی عملکرد پروتکل‌های کنترل و مدیریت شبکه را دارد. دانشجویان می‌توانند الگوریتم‌های کنترل و مسیریابی در SDN را شبیه‌سازی و بهینه‌سازی کنند.
5. شبیه‌سازی امنیت در شبکه‌های کامپیوتری:
   • NS3 به دانشجویان امکان می‌دهد تا حملات مختلف شبکه‌ای مانند حملات DDoS یا Man-in-the-Middle را شبیه‌سازی کنند و راه‌حل‌های امنیتی را برای مقابله با آن‌ها توسعه دهند.
6. تحلیل شبکه‌های اینترنت اشیا (IoT):
   • NS3 برای شبیه‌سازی شبکه‌های IoT و ارزیابی کارایی پروتکل‌های ارتباطی و امنیتی در این شبکه‌ها مناسب است. این ویژگی برای تحقیقات در حوزه شهرهای هوشمند و شبکه‌های حسگر مفید است.

مزایا:

• معماری ماژولار: NS3 به دلیل داشتن معماری ماژولار و انعطاف‌پذیری بالا، به کاربران امکان می‌دهد ماژول‌های جدیدی برای پروتکل‌ها و فناوری‌های نوظهور ایجاد کنند.
• پشتیبانی از زبان‌های C++ و Python: پشتیبانی از دو زبان محبوب C++ و Python به کاربران امکان می‌دهد به‌راحتی سناریوهای شبیه‌سازی را ایجاد و توسعه دهند.
• شبیه‌سازی دقیق: NS3 از مدل‌های دقیق‌تری نسبت به NS2 استفاده می‌کند و برای شبیه‌سازی شبکه‌های مدرن با فناوری‌های جدید مناسب است.

معایب:

• پیچیدگی: NS3 به دلیل پیشرفته بودن و ویژگی‌های زیاد، ممکن است برای کاربران مبتدی پیچیده باشد و نیاز به زمان برای یادگیری و تجربه کار با آن دارد.
• رابط کاربری غیرگرافیکی: مانند NS2، NS3 نیز فاقد رابط کاربری گرافیکی است و تمامی تنظیمات باید از طریق کدنویسی انجام شوند.

نتیجه‌گیری:

NS3 یکی از بهترین ابزارهای شبیه‌سازی شبکه‌های کامپیوتری برای انجام تحقیقات و پایان‌نامه‌های دکتری در مهندسی کامپیوتر است. این نرم‌افزار با قابلیت‌های گسترده در شبیه‌سازی شبکه‌های سیمی و بی‌سیم، پروتکل‌های مسیریابی، و شبکه‌های نرم‌افزارمحور، به دانشجویان امکان می‌دهد تا پروژه‌های تحقیقاتی پیچیده خود را با دقت بالا شبیه‌سازی و تحلیل کنند.