ns3-gym入门(三)：在opengym基础上实现一个小小的demo_业界新闻

发布时间:2024-07-17 18:40

阅读量:2

因为官方给的"opengym""opengym-2"这两个例子都很简单，所以自己改了一个demo，把reward-action-state相互影响的关系表现出来

一、准备工作

在ns3.35/scratch目录下创建一个文件夹：
（后续的运行指令后面都需要转移到这个文件夹路径下）

二、主要思路

Action:离散空间[0,1,2,3]，使用ε-贪心策略选择
ExecuteActions：赋值x=action
Obs\State：基于action定义一组数，关于x的线性函数
Reward：对state中的所有数据进行处理，取平均数得到r

PS.发现一个问题，这个框架如果脱离了具体的网络环境其实并不好定义，因为这些要素相互依赖的关系非常抽象，尤其是state是通过全网状态搜集得到的，在这里没有定义具体的网络环境，所以暂时用全局变量来表示一下这种隐性关系

三、关键实现步骤

mygym.cc(定义了存储决策和状态的全局变量，增加了收集状态、执行动作、计算奖励的函数)
①全局变量

static float deci = 0.0; // 全局变量，用于存储决策 std::vector<float> state;// 全局变量，用于存储状态

②创建状态空间（只是初始化一个容器，定义好维度就行）

//初始化一般不用大改，建立一个存储空间就行 Ptr<OpenGymSpace> MyGymEnv::GetObservationSpace() {   uint32_t nodeNum = 8;   float low = 0.0;   float high = 100.0;   std::vector<uint32_t> shape = {nodeNum,};   std::string dtype = TypeNameGet<uint32_t> ();   Ptr<OpenGymBoxSpace> space = CreateObject<OpenGymBoxSpace>(low, high, shape, dtype);   NS_LOG_UNCOND ("MyGetObservationSpace: " << space);   return space; }

③创建动作空间（离散）

// 离散空间[0,1,2,3] Ptr<OpenGymSpace> MyGymEnv::GetActionSpace() {    uint32_t nodeNum = 4;   Ptr<OpenGymDiscreteSpace> space = CreateObject<OpenGymDiscreteSpace> (nodeNum);   NS_LOG_UNCOND ("MyGetActionSpace: " << space);   return space; }

④执行选定的动作

// action存储到全局变量deci bool MyGymEnv::ExecuteActions(Ptr<OpenGymDataContainer> action) {   Ptr<OpenGymDiscreteContainer> discrete = DynamicCast<OpenGymDiscreteContainer>(action);   NS_LOG_UNCOND ("MyExecuteActions: " << action);   deci = discrete->GetValue();   return true; }

⑤收集网络状态

Ptr<OpenGymDataContainer> MyGymEnv::GetObservation() {    uint32_t nodeNum =  8;   std::vector<uint32_t> shape = {nodeNum,};   Ptr<OpenGymBoxContainer<uint32_t> > box = CreateObject<OpenGymBoxContainer<uint32_t> >(shape);      for (uint32_t i=0;i<nodeNum;i++){     uint32_t value = GetValue(i);     box->AddValue(value);   }  }    // 将 box 的值放入全局变量 state   state.clear();   for (uint32_t i = 0; i < nodeNum; i++) {     state.push_back(box->GetValue(i)); // 获取 box 中的值并添加到 state 中   }    NS_LOG_UNCOND ("MyGetObservation: " << box);   return box; }

// 搜集网络状态的函数 float  MyGymEnv::GetValue(uint32_t index) {   float value = deci*index;   return value; }

⑥根据状态计算奖励

// 对state进行处理 float MyGymEnv::GetAverage( std::vector<float> state) {   uint32_t sum = 0;   for (uint32_t value : state) {     sum += value;   }   return static_cast<double>(sum) / state.size(); } /* Define reward function */ float MyGymEnv::GetReward() {   float reward = GetAverage(state);   NS_LOG_UNCOND ("MyGetReward: " << reward);   return reward; }

mygym.h(声明全局变量，添加自定义函数到private类)

extern std::vector<float> state;// 全局变量，用于存储状态

private:   void ScheduleNextStateRead();   float GetValue(uint32_t index);   float GetAverage( std::vector<float> state);

sim.cc（这一块没有什么要改的，注意总仿真时间和仿真次数的关系，相当于实际的step受到两个地方的参数影响，另一个在创建环境时定义的isGameOver函数中）

  double simulationTime = 3; //seconds, 控制仿真次数的位置2   double envStepTime = 0.1; //seconds, ns3gym env step time interval

test.py(这里主要的改动是使用了ε-贪心策略)

# Choose action             if np.random.rand( ) < epsilon:                  action = env.action_space.sample()                  print("random")             else:                 for action in range(env.action_space.n):#离散动作空间的定义                     Q_value = estimate(action,ob_space)                     if Q_value > best_value:                         best_value = Q_value                         best_action = action                     action = best_action                 print("maximum Q")

简单模拟了一下Q值的估计(基于action估计reward)

def estimate(action,ob_space):     state = []     for i in range(ob_space.shape[0]):{         state.append(action * i)      }     reward = np.mean(state)     Q_value =reward     return Q_value

简单运行了一下：
ns3端: