Tema 3.- Redes inalámbricas Ad Hoc. Tema 3.- Redes inalámbricas Ad Hoc. Simulación de Redes inalámbricas con NS-2Simulación de Redes inalámbricas con NS-2

agradecimientos/acknowledgments

Jae Chung, Mark ClaypoolWorcester Polytechnic Institute

Ya Xu y Haobo Yu USC/ISI

Polly HuangAT&T Labs Research

Hao-Li WangDepartment of Electrical and Computer Engineering, Iowa State University

Sung ParkNetwork and Embedded Systems Lab (NESL) - Electrical Engineering, UCLA

K. Sridharan Iyer, Texas A&M University

Redes Inalámbricas Ad Hoc Máster Ingeniería de Telecomunicación, Universidad de Málaga 2008/2009Redes Inalámbricas Ad Hoc Máster Ingeniería de Telecomunicación, Universidad de Málaga 2008/2009

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El simulador ns-2M

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El ns-2 es una herramienta software gratis disponible

M para Linux y Windows (no recomendado)

Funcionamiento en modo consola

Orientado a eventos, tiempo simulado (no real)

Combina C++ con TCL

C++ para el nucleo → ejecución rapidaC para el nucleo ejecución rapida

TCL para la configuración del simulador y para lanzar las simulaciones

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oc

simulaciones

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In

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3NS input & output

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Ms

Ad

Hoc

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4What is NS

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Discrete event simulatorThe VINT project : Virtual InterNet TestbedM The VINT project : Virtual InterNet TestbedUC Berkeley, Lawrence Berkeley National Lab, USC/ISI, Xerox PARC, AT&T Research Packet-levelLink layer and upWired and wirelessWired and wireless

Object-oriented Mixed C++ and Otcl

Most UNIX and UNIX-like systemsFreeBSD

htt // i i d / / /

s A

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oc SolarisLinux

Windo 95/98/NT/2K

http://www.isi.edu/nsnam/ns/

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as Window 95/98/NT/2KWorks, but with an effort

Download source: current release 2.31 (released Mar 10, 2007)

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El simulador ns-2M

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Es el simulador más utilizado en el mundo científicoM Es el simulador más utilizado en el mundo científico (MANETs)

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oc

dó d bt l htt // i i d / / /

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as dónde obtenerlo: http://www.isi.edu/nsnam/ns/

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El simulador ns-2: limitaciones / problemasM

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La configuración de cada simulación se hace de f lM forma manualLas simulaciones son algo lentas – especialmente

l i lá b ipara la parte inalámbricaLas trazas de salida puden llegar a ser muy grandesNo ofrece herramientas para el tratamiento y visualización de resultados

Herramientas del grupo (modo consola)Herramientas externas: http://www.tracegraph.com/

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Simulación de redes inalámbricas en ns-2M

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Modelos sencillos de canal inalámbrico:

M

TwoRayGround, Shadowed...

Algunas tecnologías inalámbricas:Algunas tecnologías inalámbricas: TDMA, 802.11 (DCF)Existen ampliaciones para:Existen ampliaciones para:

PCF, 802.11e HCF (EDCA / HCCA)

Diferentes procolos de encaminamiento: e e es p oco os de e ca a e oDSR, AODV, TORA, DSDV, (ninguno)Existen implementaciones externas de otros protocolos:

s A

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oc

p a o a d o o p o o o oOLSR, MDSR, AODV-UU, DSR-UU, DYMO y otros

Movilidad de los nodos:

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as

Random waypoint (setdest), otras herramientas (grcmob, ...)

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Simulación de redes inalámbricas en ns-2M

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Tecnologías IEEE 802.11 utilizadas:

M

Valor por defecto: 802.11b a 2 Mbit/sCon un pequeño cambio: 802.11b a 11 Mbit/sRecompilando: 802.11a/g a 54 Mbit/s

Tiempo típico de simulación: entre 300 y 900 segundosp p y gSe puede introducir un periodo previo para activar el encaminamiento y descubrir las rutas necesarias entre fuente y d b d í l d " l ”destino, obteniendo así resultados en "caliente”

Recomendado:

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oc 802.11gTiempo de simulación de 100 s (preparación) + 300 segundos ( f ti ) 20 d (fi li ) 420 d

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as (efectivos) + 20 segundos (finalizar) =420 segundos

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Simulación de redes inalámbricas: selección escenariosM

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Forma

M

Cuadrado / rectangular

TamañoDebe de estar relacionado con el numero de nodosDetermina el numero medio de saltos

Numero de nodos / densidad de nodosProblemas por baja / alta densidadProblemas por baja / alta densidadRelación con el tiempo de simulación

Valores propuestos

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oc

Valores propuestosCuadrado (870x870 m con 50 nodos)Rectangular (1900x400 con 50 nodos)

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as Rectangular (1900x400 con 50 nodos)Para otros tamaños, mantener el ratio de ~ 66 nodos por km2

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Sim. redes inal.: selección patrones movilidadM

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Random waypoint (más utilizado)

M Movimiento rectilíneo a velocidad fija hasta el destinoPausa de N segundos en el destinoNuevo movimiento

Problemas:Poco realistaLos nodos empiezan por la pausa (setdest) Tiempo de convergencia elevadoEl intervalo de velocidades utilizado empieza por cero

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oc Consecuencias:Los resultados son poco estables, se requiere muchas

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as simulaciones

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Sim. redes inal.: selección patrones movilidadM

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Disponibles con la herramienta del grupo:Mo ilidad po g posM Movilidad por gruposManhattanMovilidad para vehículos Downtown p…

Herramientas de otros grupos Steady-state random waypoint (Tracy Camp, U. Colorado)

Recomendado para publicarR d i difi d (GRC)Random waypoint modificado (GRC):

Velocidad constante (1-12 m/s)Colocar tiempos de pausa a cero

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p p

DowntownSteady-state random waypoint

T bié i ti d l id d t t

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as También sin tiempos de espera, y con velocidad constante

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Sim. redes inal.: selección patrones traficoM

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Tráfico FTP/TCP (transferencias masivas de datos)

M

/ ( )puede originar problemas

Ocupa todo el ancho de banda del canalDificulta el encaminamiento si no hay QoS (con wi-fi estándar)Genera trazas muy grandes

Tráfico UDP A una tasa baja permite comprobar la eficacia de los distintos protocolos de encaminamiento

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oc Trafico CBR es poco realistaOtras variantes (Pareto) permiten simular VoIP

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as Con trazas se puede simular transmisión de video

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Sim. redes inal.: trazas de salidaM

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2 formatos:

M

Antiguo – más sencilloNuevo – más completo y adecuado para redes inalámbricasp y p

3 niveles de informaciónMAC (no se suele utilizar – trazas muy grandes)MAC (no se suele utilizar trazas muy grandes)Routing (aplicaciones + protocolos encaminamiento)Agente (sólo para aplicaciones)Agente (sólo para aplicaciones)

Información variadaMAC IP puerto para fuente / destino

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MAC, IP, puerto para fuente / destinoTiempo relativo al eventoIdentificador único de paquete (sirve para calcular e2e delay)

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as Identificador único de paquete (sirve para calcular e2e delay)Tipo y tamaño de paquete (sirve para calcular throughput)

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009 Automatización: lanzamiento param. de sims.

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El lenguaje de consola Linux (bash) permite programar

M lotes de simulaciones de forma sencillaLa herramienta nohup permite realizar tareas en backgroundSi alteramos el fichero de configuración de las gsimulaciones logramos cambiar valores dinámicamenteEjemplo:Ejemplo:

Cambiar el protocolo de encaminamiento utilizadoCambiar el escenario utilizado

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oc

Cambiar el escenario utilizadoCambiar el numero de nodosetc.

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Automatización: lanzamiento param. de sims.M

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Ejemplo

M

FIN=420SCEN=scen-s5-x1000-y1000-1

for NUM_NODES in 30 50 70; dofor i in `seq 1 10`; dofor RT_PROT in DSR AODV OLSR; do

RES=0;while [ $RES -ne 1 ]; do

../../ns base_script.tcl -sc $SCEN -nn $NUM_NODES -stop $FIN -trfile res-n$NUM_NODES-r$RT_PROT-$i.tr && RES=1done

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donedone

done

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Automatización: lanzamiento param. de sims.M

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Requisitos:M Requisitos:set val(rp) AODVset val(nn) 50 ;# how many nodes are simulatedset val(nn) 50 ;# how many nodes are simulatedset val(cp) "find-route.tcl" ;#conection patterset val(sc) "unknown" ; #scenario

proc getopt {argc argv} {global vallappend optlist cp nn sc rp

for {set i 0} {$i < $argc} {incr i} {set arg [lindex $argv $i]if {[string range $arg 0 0] != "-"} continue

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oc set name [string range $arg 1 end]set val($name) [lindex $argv [expr $i+1]]

}

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as }}

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17The setdest mobility generator

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Mobile Movement Generator/ td t [ f d ] [ ti ] [ d] [ tM ./setdest [-n num_of_nodes] [-p pausetime] [-s maxspeed] [-t

simtime] [ x maxx] [ y maxy] > [outdir/movement file][-x maxx] [-y maxy] > [outdir/movement-file]

Example: /setdest -n 20 -p 2 0 -s 10 0 -t 200 -x 500 -y 500 >Example: ./setdest -n 20 -p 2.0 -s 10.0 -t 200 -x 500 -y 500 >scen-20-testand the output will be written in a file called scen-20-testand the output will be written in a file called scen-20-test.

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Random movement$node start

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as $node start

See ns 2/indep tils/cm scen gen/setdest/

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na See ns-2/indep-utils/cmu-scen-gen/setdest/

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18The traffic patterns generators

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ns cbrgen.tcl [-type cbr|tcp] [-nn nodes] [-seed seed] [-mc connections] [ rate rate]M connections] [-rate rate]

Generating CBR traffic patternsns cbrgen.tcl -type cbr -nn 10 -seed 1 -mc 8 -rate 4.0

Generating TCP traffic patternsns cbrgen.tcl -type tcp -nn 25 -seed 0 -mc 20

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See ns-2/indep-utils/cmu-scen-gen/

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Automatización: obtención de resultadosM

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A partir de las trazas de salida del simulador podemos t l i f ió dM extraer la información que deseemos

Ejemplos de información importante:Throughput para una conexión FTP/TCP o CBR/UDPTasa de paquetes perdidos para una conexión VoIPRetardo extremo-a-extremo (e2ed) para una conexiónRouting overhead

úNúmero total de paquetes de routingNúmero total de bytes de routing

Routing overhead normalizado

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Routing overhead normalizadopaquetes de routing / paquetes de datos

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Automatización: obtención de resultadosM

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Se puede automatizar también el proceso de obtención d lt d ( l d ió d i )M de resultados (y el de generación de escenarios)Recomendación: pasar todos los resultados de un mismo

di h j d ál lestudio a una hoja de cálculoCentralizar todos los resultadosSacar valores medios, desviación estándar, intervalos de confianza, etc.P d i li l lt d d f áfiPodemos pre-visualizar los resultados de forma gráficaPodemos exportarlos de forma sencilla para su representación via gnuplot

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via gnuplot

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Automatización: representación con GNUPLOTM

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Estándar de-facto para generación de gráficas

M

p g gLas graficas se generan mediante instruccionesAdecuado para representación de resultados en formaAdecuado para representación de resultados en forma de lineasPoco adecuado para gráficas de barras sectoriales etcPoco adecuado para gráficas de barras, sectoriales, etc.Permite generar gráficos en formato eps (necesario para los papers: latex)los papers: latex)

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009 Automatización: representación con GNUPLOT

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Ejemplo:M Ejemplo:

resetset terminal x11set xlabel 'Number of legacy 802.11 nodes (%)'set ylabel 'Throughput per AC (Mbit/s)'set key top right

t ti 10set xtics 10

plot [0:100] [0.10:0.9] 'Hyb-def_br.txt' u 1:($2*512*8/60e6) title 'AC_VO (Voice)' w lp,\'Hyb-def br.txt' u 1:($4*512*8/60e6) title 'AC VI (Video)' w lp,\

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y _ ($ / ) _ ( ) p,\'Hyb-def_br.txt' u 1:($6*512*8/60e6) title 'AC_BE (Best effort)' w lp,\'Hyb-def_br.txt' u 1:($8*512*8/60e6) title 'AC_BK (Background)' w lpset terminal postscript eps

t t 'H b d f b '

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as set out 'Hyb-def_br.eps'replot

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Metodología para realizar trabajosM

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Realizar unos pocos experimentos de prueba

M

Lanzar un lote de experimentos, verificando que todo está funcionando como planeadopVerificar el método para extraer resultados de un experimentopExtraer todos los resultados por lotesVisualizar en Office si los resultados obtenidos sonVisualizar en Office si los resultados obtenidos son válidosPasar a gnuplot los resultados importantes

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Pasar a gnuplot los resultados importantesIncluir las gráficas en el paper

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009 Metodología para simular en garibaldi

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1 PC con 2 procesadores de 32 bits

M

Lanzar 2 simulaciones en paralelose puede hacer tratamiento a 1 traza en simultaneo sin retrasar plas simulaciones de forma significativa

Otras opciones:puna simulación → tratamiento de 2 trazas en simultaneoninguna simulación → tratamiento de 3/4 trazas en simultaneo

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Metodología para simular en mozartM

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4+1 equipos (videos), cada una con 2 procesadores de

M

q p ( ), p64 bitsLanzar 2 simulaciones en paralelo en cada videop

Total de 8 en simultaneo

El tratamiento de trazas se debe realizar en el front-endEl tratamiento de trazas se debe realizar en el front end (mozart) → almacenamiento en red

simulaciones → CPU boundedsimulaciones CPU boundedtratamiento de trazas → I/O boundedno más de 2 trazas a la vez → I/O de los videos via NFS

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no más de 2 trazas a la vez I/O de los videos via NFS

¡Cuidado! - la compilación de ns-2 en mozart no funciona (64 bits) → de momento

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as funciona (64 bits) → de momento

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