EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE LA HERRAMIENTA DE SIMULACIÓN ns-3 EN AMBIENTES INALÁMBRICOS BAJO EL ESTÁNDAR IEEE-802.11 RICARDO MORENO C. Departamento de Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones SANGOLQUÍ, 2012

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 Inalámbrico IEEE – 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) 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 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. Topología de la Red

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 %

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

ANÁLISIS DE RESULTADOS (4/13) Escenario Tipo Infraestructura 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 Paquetes de Datos durante la Simulación

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 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 RESULTADOS DEL THROUGHPUT DE LA RED Calculado Medido 5.220 Mbps 5.105 Mbps 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟=2,195 % 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎=47,00 %

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

ANÁLISIS DE RESULTADOS (8/13) Escenario Tipo Ad-hoc Flujo Fuente Destino 1 192.168.1.1 192.168.1.255 2 192.168.1.2 192.168.1.255 3 192.168.1.3 192.168.1.255 4 192.168.1.1 192.168.1.2 5 192.168.1.3 192.168.1.2 6 192.168.1.3 192.168.1.1 Análisis de Paquetes de Datos durante la Simulación

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 802.11b 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.

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

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

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.

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 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 %

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