EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA HERRAMIENTA DE SIMULACIÓN ns-3 EN AMBIENTES INALÁMBRICOS BAJO EL ESTÁNDAR IEEE-802.11 RICARDO MORENO C. Departamento de.

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1 EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA HERRAMIENTA DE SIMULACIÓN ns-3 EN AMBIENTES INALÁMBRICOS BAJO EL ESTÁNDAR IEEE RICARDO MORENO C. Departamento de Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones SANGOLQUÍ, 2012

2 AGENDA INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
RESULTADOS

3 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)

4 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)

5 AGENDA INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
RESULTADOS

6 MARCO TEÓRICO (1/3) EL SIMULADOR NS-3 ANÁLISIS AUXILIAR ENRUTAMIENTO
INTERNET-PILA DISPOSITIVOS APLICACIONES NODO MOVILIDAD GENERAL SIMULACIÓN NÚCLEO

7 MARCO TEÓRICO (2/3) EL ESTÁNDAR IEEE 802.11
“Estándar internacional que define las características de una red de área local inalámbrica (WLAN)”. Familia IEEE IEEE a IEEE b IEEE g IEEE n

8 MARCO TEÓRICO (3/3) ESTRUCTURA DE LAS TOPOLOGÍAS IEEE 802.11 Ad-hoc
Infraestructura

9 AGENDA INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
RESULTADOS

10 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN (1/3)
DISEÑO DE LA RED TIPO INFRAESTRUCTURA TIPO AD-HOC TIPO FIJO – MÓVIL Estándar Inalámbrico IEEE – b Canal, Frecuencia y Tasas de Transmisión

11 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN (2/3)
MODELOS DE PROPAGACIÓN FixedRssLossModel FriisPropagationLossModel LogDistancePropagationLossModel

12 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN (3/3)
TRÁFICO UDP DIRECCIONAMIENTO IPV4 ENRUTAMIENTO MOVILIDAD

13 AGENDA INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
RESULTADOS

14 ANÁLISIS DE RESULTADOS (1/13)
Parámetros de Simulación Escenario Tipo Infraestructura CARACTERÍSTICAS 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 b 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. Topología de la Red

15 ANÁLISIS DE RESULTADOS (2/13)
Escenario Tipo Infraestructura Throughput de la Red RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED Calculado Medido 6,896 Mbps 6,776 Mbps 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=1,7271 % 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=61,6 %

16 ANÁLISIS DE RESULTADOS (3/13)
Escenario Tipo Infraestructura Delay de la Red 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜=6,15 ms.

17 ANÁLISIS DE RESULTADOS (4/13)
Escenario Tipo Infraestructura Flujo Fuente Destino Análisis de Paquetes de Datos durante la Simulación

18 ANÁLISIS DE RESULTADOS (5/13)
Escenario Tipo Ad-hoc Parámetros de Simulación Topología de la Red CARACTERÍSTICAS 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 b 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.

19 ANÁLISIS DE RESULTADOS (6/13)
Escenario Tipo Ad-hoc Throughput de la Red RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED Calculado Medido 5.220 Mbps 5.105 Mbps 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=2,195 % 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=47,00 %

20 ANÁLISIS DE RESULTADOS (7/13)
Escenario Tipo Ad-hoc Delay de la Red 𝑀𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑅𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜=26,221 ms.

21 ANÁLISIS DE RESULTADOS (8/13)
Escenario Tipo Ad-hoc Flujo Fuente Destino Análisis de Paquetes de Datos durante la Simulación

22 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 Tecnología de la Capa Física DSSS a 11 Mbps Tasa de Transmisión 8 Mbps Tamaño de Paquetes Enviados 2250 B Estándar Inalámbrico IEEE b Frecuencia de Transmisión 2.4 GHz Modelo de Propagación LogDistancePropagationLossModel Velocidad de Nodo Móvil Velocidad 1 1 m/s 3.6 km/h Velocidad 2 2.5 m/s 9 km/h Velocidad 3 5 m/s 18 km/h Tráfico Generado UDP Tiempo de Simulación 150 seg.

23 ANÁLISIS DE RESULTADOS (10/13)
Escenario Tipo Fijo – Móvil RESULTADOS 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 Throughput de la Red CÁLCULO DEL ERROR Velocidad (m/s) Error (%) 1 5,718 2,5 4,510 5 7,926

24 ANÁLISIS DE RESULTADOS (11/13)
Escenario Tipo Fijo – Móvil Throughput de la Red respecto a la Distancia Parámetro RSSI (Received Signal Strenght Indication)

25 ANÁLISIS DE RESULTADOS (12/13)
Escenario Tipo Fijo – Móvil Delay de la Red

26 ANÁLISIS DE RESULTADOS (13/13)
Escenario Tipo Fijo – Móvil Análisis de Paquetes de Datos durante la Simulación

27 COMPARATIVA DE RESULTADOS (1/6)
Escenario Tipo Ad-hoc en ns-2 Topología de la Red Parámetros de Simulación 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.

28 COMPARATIVA DE RESULTADOS (2/6)
Escenario Tipo Ad-hoc en ns Escenario Tipo Ad-hoc en ns-3 Throughput de la Red Throughput de la Red

29 COMPARATIVA DE RESULTADOS (3/6)
Escenario Tipo Ad-hoc en ns-2 Escenario Tipo Ad-hoc en ns-3 RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED Calculado Medido 5.220 Mbps 4.980 Mbps RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED Calculado Medido 5.220 Mbps 5.105 Mbps 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=4,58 % 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=2,195 % 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=45,27 % 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=47,00 %

30 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)

31 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.

32 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.

33 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.

34 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

35 GRACIAS POR SU ATENCIÓN