ricardo moreno c. departamento de ingeniería electrónica en telecomunicaciones sangolquÍ, 2012

RICARDO MORENO C.

Departamento de Ingeniería

Electrónica en Telecomunicaciones

SANGOLQUÍ, 2012

EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA HERRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3 EN AMBIENTES INALÁMBRICOS BAJO EL

ESTÁNDAR IEEE-802.11

AGENDA

• INTRODUCCIÓN

• MARCO TEÓRICO

• METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

• RESULTADOS

INTRODUCCIÓN (1/2)

• El Network Simulator ns-3 y su principales ventajas respecto a ns-2.

- Mayor cantidad de modelos a simular. (Wifi, Wimax, Ethernet, etc.) Simulación Simple y Robusta.

- Resultados más fiables y reales.

- No se utilizan secuencia de comandos oTcl para controlar la simulación (Combinación C++ oTcl) Las simulaciones de red ahora pueden ser implementadas en C++ puro y Python.

- ns-3 tiene modelos para todos los elementos que conforman una red. (Desde una tarjeta de red Ethernet hasta un complejo dispositivo

inalámbrico)

INTRODUCCIÓN (2/2)

• Network Simulator ns-3 y sus ventajas en redes inalámbricas.

- Es un estándar bastante estable a la hora de hacer pruebas.

- Mayor escalabilidad y menos uso de recursos.

- Modelos de canales más sofisticados soportando simulación de manera paralela y distribuida.

- Integración con nuevos módulos (Wifi, WiMax, GPRS, CDMA)

- Manejo de múltiples interfaces. (IPv4, Protocolos de Internet, sockets, devices y drivers)

- Alta flexibilidad y generación de archivos de rastreo. (Wireshark)

AGENDA

• INTRODUCCIÓN

• MARCO TEÓRICO

• METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

• RESULTADOS

MARCO TEÓRICO (1/3)

EL SIMULADOR NS-3

ANÁLISIS

AUXILIAR

ENRUTAMIENTO INTERNET-PILA DISPOSITIVOS APLICACIONES

NODO MOVILIDAD

GENERAL SIMULACIÓN

NÚCLEO

MARCO TEÓRICO (2/3)

EL ESTÁNDAR IEEE 802.11

• “Estándar internacional que define las características de una red de área local inalámbrica (WLAN)”.

Familia 802.11

IEEE 802.11 IEEE 802.11a IEEE 802.11b IEEE 802.11g IEEE 802.11n

MARCO TEÓRICO (3/3)

ESTRUCTURA DE LAS TOPOLOGÍAS IEEE 802.11

Ad-hoc Infraestructura

AGENDA

• INTRODUCCIÓN

• MARCO TEÓRICO

• METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

• RESULTADOS

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN (1/3)

DISEÑO DE LA RED

TIPO INFRAESTRUCTURA TIPO AD-HOC TIPO FIJO – MÓVIL

Estándar InalámbricoIEEE – 802.11b

Canal, Frecuencia y Tasas de Transmisión

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN (2/3)

MODELOS DE PROPAGACIÓN

FixedRssLossModel FriisPropagationLossModel LogDistancePropagationLossModel

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN (3/3)

TRÁFICO UDP

DIRECCIONAMIENTO IPV4

ENRUTAMIENTO

MOVILIDAD

AGENDA

• INTRODUCCIÓN

• MARCO TEÓRICO

• METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

• RESULTADOS

ANÁLISIS DE RESULTADOS (1/13)

Escenario Tipo Infraestructura Parámetros de Simulación

Topología de la RedCARACTERÍSTICAS VALORES

Número de Nodos Fijos 5

Tecnología de la Capa Física DSSS a 11 Mbps

Tasa de Transmisión 8 Mbps

Intensidad de Recepción de Señal -60 dBm

Tamaño de Paquetes Enviados 64000 B

Estándar Inalámbrico IEEE 802.11b

Frecuencia de Transmisión 2.4 GHz

Modelo de Propagación FixedRssLossModel

Distancia Promedio hacia el AP 30 m

Tráfico Generado UDP

Tiempo de Simulación 120 seg.

ANÁLISIS DE RESULTADOS (2/13)

Escenario Tipo Infraestructura

Throughput de la RedRESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED

Calculado Medido

6,896 Mbps 6,776 Mbps

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=1,7271%

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=61,6%

ANÁLISIS DE RESULTADOS (3/13)

Escenario Tipo Infraestructura

Delay de la Red

ms.

ANÁLISIS DE RESULTADOS (4/13)

Escenario Tipo Infraestructura

Análisis de Paquetes de Datos durante la

Simulación

Flujo Fuente Destino 1 10.1.1.3 10.1.1.255 2 10.1.1.4 10.1.1.255 3 10.1.1.1 10.1.1.255 4 10.1.1.5 10.1.1.255 5 10.1.1.2 10.1.1.255 6 10.1.1.1 10.1.1.2 7 10.1.1.3 10.1.1.1 8 10.1.1.4 10.1.1.1 9 10.1.1.5 10.1.1.1 10 10.1.1.1 10.1.1.3 11 10.1.1.2 10.1.1.1 12 10.1.1.4 10.1.1.1 13 10.1.1.5 10.1.1.1 14 10.1.1.1 10.1.1.4 15 10.1.1.2 10.1.1.1 16 10.1.1.3 10.1.1.1 17 10.1.1.5 10.1.1.1 18 10.1.1.1 10.1.1.5 19 10.1.1.2 10.1.1.1 20 10.1.1.3 10.1.1.1 21 10.1.1.4 10.1.1.1

ANÁLISIS DE RESULTADOS (5/13)

Escenario Tipo Ad-hoc Parámetros de Simulación

Topología de la RedCARACTERÍSTICAS VALORES

Número de Nodos Móviles 3

Tecnología de la Capa Física DSSS a 11 Mbps

Tasa de Transmisión 8 Mbps

Tamaño de Paquetes Enviados 5000 B

Estándar Inalámbrico IEEE 802.11b

Frecuencia de Transmisión 2.4 GHz

Modelo de Propagación FriisPropagationLossModel

Distancia Promedio entre nodos 10 m

Tráfico Generado UDP

Velocidad de los nodos 0,5 m/s

Tiempo de Simulación 120 seg.

ANÁLISIS DE RESULTADOS (6/13)

Escenario Tipo Ad-hoc

Throughput de la Red

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=2,195%

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=47,00%

RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED

Calculado Medido

5.220 Mbps 5.105 Mbps

ANÁLISIS DE RESULTADOS (7/13)

Escenario Tipo Ad-hoc

Delay de la Red

ms.

ANÁLISIS DE RESULTADOS (8/13)

Escenario Tipo Ad-hoc

Análisis de Paquetes de Datos durante la

Simulación

Flujo Fuente Destino 1 192.168.1.1 192.168.1.255 2 192.168.1.2 192.168.1.2553 192.168.1.3 192.168.1.2554 192.168.1.1 192.168.1.25 192.168.1.3 192.168.1.26 192.168.1.3 192.168.1.1

ANÁLISIS DE RESULTADOS (9/13)

Escenario Tipo Fijo – Móvil Parámetros de Simulación

Topología de la Red CARACTERÍSTICAS VALORES

Número de Nodos Fijos 1

Número de Nodos Móviles 1

Tecnología de la Capa Física DSSS a 11 Mbps

Tasa de Transmisión 8 Mbps

Tamaño de Paquetes Enviados 2250 B

Estándar Inalámbrico IEEE 802.11b

Frecuencia de Transmisión 2.4 GHz

Modelo de Propagación LogDistancePropagationLossModel

Velocidad de Nodo Móvil

Velocidad 1 1 m/s 3.6 km/hVelocidad 2 2.5 m/s 9 km/hVelocidad 3 5 m/s 18 km/h

Tráfico Generado UDP

Tiempo de Simulación 150 seg.

ANÁLISIS DE RESULTADOS (10/13)

Escenario Tipo Fijo – Móvil

Throughput de la RedRESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED

Velocidad Throughput Calculado Throughput Medido

1 m/s 7,1828 Mbps 6,7722 Mbps

2.5 m/s 7,0257 Mbps 6,7088 Mbps

5 m/s 7,0266 Mbps 6,4697 Mbps

CÁLCULO DEL ERROR

Velocidad (m/s) Error (%)

1 5,718

2,5 4,510

5 7,926

ANÁLISIS DE RESULTADOS (11/13)

Escenario Tipo Fijo – Móvil

Throughput de la Red respecto a la Distancia Parámetro RSSI (Received Signal Strenght Indication)

ANÁLISIS DE RESULTADOS (12/13)

Escenario Tipo Fijo – Móvil

Delay de la Red

ANÁLISIS DE RESULTADOS (13/13)

Escenario Tipo Fijo – Móvil

Análisis de Paquetes de Datos durante la

Simulación 1 m/s 2.5 m/s 5 m/sTransmi-tidos

4284333152.67288

2025946447.14378

1875650058.12165

Recibidos

3842722752.89613

1742460575.16709

1523492177.50233

Perdidos 441610399.776756

283485871.976693

352157880.619323

250000000750000000

1250000000175000000022500000002750000000325000000037500000004250000000

Transmi-tidos

Recibidos

Perdidos

Paquetes de Datos

Núm

ero

de P

aque

tes

COMPARATIVA DE RESULTADOS (1/6)

Escenario Tipo Ad-hoc en ns-2

Parámetros de SimulaciónTopología de la Red

CARACTERÍSTICAS VALORES

Número de Nodos Móviles 3

Tecnología de la Capa Física Channel/WirelessChannel

Tamaño de Paquetes Enviados 5000 B

Modelo de Propagación Propagation/TwoRayGround

Distancia Promedio entre nodos 10 m

Tráfico Generado UDP

Tiempo de Simulación 120 seg.

COMPARATIVA DE RESULTADOS (2/6)

Escenario Tipo Ad-hoc en ns-2 Escenario Tipo Ad-hoc en ns-3

Throughput de la Red Throughput de la Red

COMPARATIVA DE RESULTADOS (3/6)

Escenario Tipo Ad-hoc en ns-2 Escenario Tipo Ad-hoc en ns-3

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=4,58%

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=45,27%

RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED

Calculado Medido

5.220 Mbps 4.980 Mbps

𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=2,195%

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=47,00%

RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED

Calculado Medido

5.220 Mbps 5.105 Mbps

COMPARATIVA DE RESULTADOS (4/6)

PARÁMETROS QUE VARÍAN EN LA SIMULACIÓN AD-HOC.

Parámetro NS-2 NS-3

Canal Inalámbrico Fijo Variable

Modelo de Antenas Sí Autoconfigurable

Calidad de Servicio No Sí (nQoS)

Movilidad Por Coordenadas Modelos Predefinidos

Tráfico Generado para c/nodo

Aplicación implementada sobre

la Red

Resultados Generación de archivos .nam y .tr

Pyviz y Wireshark (.pcap)

COMPARATIVA DE RESULTADOS (5/6)DESEMPEÑO RESPECTO AL TIEMPO

E. Weingärtner, H. Lehn, and K. Wehrle,”A performance comparison of recent network simulators”,IEEE International Conference on Communications 2009.

COMPARATIVA DE RESULTADOS (6/6)DESEMPEÑO RESPECTO A LA MEMORIA

E. Weingärtner, H. Lehn, and K. Wehrle,”A performance comparison of recent network simulators”,IEEE International Conference on Communications 2009.

CONCLUSIONES

• El simulador ns-3, representa una mejor alternativa para realizar estudios de investigación en comunicaciones inalámbricas, demostrando una arquitectura altamente flexible, permitiendo contribución de terceros para el diseño de nuevos modelos y la posibilidad de incorporarlos en el código fuente de ns-3 obteniendo un ámbito de continuo crecimiento.

• La implementación de estándares como WiFI, modelos de movilidad y protocolos de enrutamiento hacen de ns-3 un simulador muy adecuado para simular redes de manera eficiente y precisa.

CONCLUSIONES

• El análisis de cada escenario de simulación ha permitido obtener resultados superiores a los que se puede obtener con otro simulador, interpretando resultados mediante la utilización de programas externos como Wireshark y Pyviz.

• Los resultados en base a los datos obtenidos ciertamente garantizan que éstos son cercanos a datos reales. Esto se demuestra en cálculos como el Throughput, en los cuales los valores se acercan a los del estándar IEEE 802.11

GRACIAS POR SU ATENCIÓN