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