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
Feb 04, 2016
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