SIMULATORI PER RETI AD HOC

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1 SIMULATORI PER RETI AD HOC Ing. Alessandro Leonardi Dipartimento di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni Università degli Studi di Catania Modelli di simulazione per Reti Ad Hoc Le reti Ad-Hoc (Mobile Ad-hoc NETworks - MANET) richiedono una fase di simulazione perché i modelli analitici spesso non sono generali ed abbastanza dettagliati da permettere una stima delle prestazioni è importante che il modello su cui è basato il simulatore sia il più vicino possibile alla realtà DIIT - A. Leonardi 2

2 Modelli di simulazione per Reti Ad Hoc Misurare le performance di un sistema attraverso delle simulazioni consiste in: definire il modello adottare la giusta tecnica di simulazione per stimare le metriche necessarie a valutare il sistema DIIT - A. Leonardi 3 Simulazione di MANET la simulazione di MANET deve tenere in considerazione nuovi problemi rispetto alle reti wired, tra cui: il problema della mobilità la natura broadcastdel mezzo wireless DIIT - A. Leonardi 4

3 Simulazione di MANET ogni simulazione deve essere effettuata secondo delle condizioni realistiche: il range di trasmissione il consumo di potenza il tipo di sorgente di traffico le dimensioni dei buffer la mobilità dell utente la topologia della rete la propagazione del segnale il problema dell interferenza DIIT - A. Leonardi 5 Area Simulata di solito viene rappresentata da coordinate cartesiane comportamento agli estremi dell area: appena il terminale mobile raggiunge i confini dell area, viene rimbalzato all interno quando il terminale raggiunge il confine di un area, esso rientra dal lato opposto con la stessa velocità e direzione DIIT - A. Leonardi 6

4 Area Simulata numero di Mobile Host all interno dell area simulata: Closed System: il numero è costante durante la simulazione Balanced System: ogni volta che un MH lascia l area, ne entra uno nuovo Open System: l utente sceglie il tempo di inter-arrivo dei MH DIIT - A. Leonardi 7 Area Simulata allocazione iniziale: una possibile scelta è quella di posizionarli in modo random all interno dell area DIIT - A. Leonardi 8

5 Modellizzazione Livello fisico il mezzo wireless può essere modellato con: modello di propagazione Free Space Two Ray Ground Reflection Model l area di copertura: poligoni regolari centrati nella posizione del trasmettitore DIIT - A. Leonardi 9 Modellizzazione Livello fisico interferenza: Rayleigh fading shadowing riflessione rifrazione scattering diffrazione vengono modellati con una probabilità di errore DIIT - A. Leonardi 10

6 Mobilità data la mancanza di infrastruttura delle reti MANET, i modelli di mobilità utilizzati per i sistemi cellulari non possono essere adottati 2 modelli di mobilità motion traces synthetic model DIIT - A. Leonardi 11 Mobilità motion traces sono delle tracce che forniscono informazioni realistiche sui pattern di mobilità degli utenti richiedono dei file di log molto grandi si può utilizzare interpolazione DIIT - A. Leonardi 12

7 Mobilità synthetic models rappresentano la mobilità degli utenti senza file di traccia modelli di mobilità random possono essere utilizzati per simulare scenari nei casi peggiori DIIT - A. Leonardi 13 Topologia della rete la modellizzazione dell area di copertura è importante per avere una visione concreta del sistema per ogni coppia di MH ci sono 3 possibili scenari: A è fuori il range di copertura di B non esiste un link diretto tra A e B e viceversa A è dentro il range di copertura di B ma non il viceversa esiste un link mono-direzionale B A A è dentro il range di copertura di B e vice-versa in questo caso esite un link bi-direzionale il link offre ritardo e capacità variabile DIIT - A. Leonardi 14

8 Modello di traffico bisogna modellizzare la quantità di traffico trasmessa tra MH worst-case scenario ogni MH ha dei dati da spedire in generale si usa CBR (Costant Bit Rate) dove ogni sender genera un flusso costante di dati da spedire VBR si usa per modellizzare traffico video DIIT - A. Leonardi 15 Metriche possono essere divise in tre categorie: user-performance metrics resource utilization metrics system metrics DIIT - A. Leonardi 16

9 User-performance metrics latenza ritardo qualità del servizio DIIT - A. Leonardi 17 Resource-utilization metrics overhead utilizzazione fairness efficienza DIIT - A. Leonardi 18

10 System metrics scenario stabilità scalabilità DIIT - A. Leonardi 19 Esempio Dato un protocollo di routing per reti Ad- Hoc, le metriche interessanti sono: throughput medio end-to-end ritardo medio end-to-end utilizzazione media del link probabilità di perdita del pacchetto efficienza energetica overhead del protocollo DIIT - A. Leonardi 20

11 Metriche generali metriche che possono essere stimate per valutare le prestazioni nell analisi di protocolli di MAC, Routing e Trasporto: ritardo tempo speso da un frame nella coda MAC capacità del canale massima quantità di dati che può essere trasmessa sul canale throughput quantità di dati trasmessi nell unità di tempo DIIT - A. Leonardi 21 Metriche generali utilizzazione percentuale di capacità del canale usata per trasmissioni a buon fine overhead risorse non strettamente necessarie a trasferire il payload fairness un protocollo è fair quando non privilegia alcun MH che contende le risorse DIIT - A. Leonardi 22

12 Metriche generali stabilità un sistema è stabile quando non mostra fluttuazioni in una riduzione di throughput affidabilità misura del tempo di recoverydopo una failure scalabilità un sistema è scalabile quando i protocolli si adattano ai cambiamenti del sistema es: aumento di MH DIIT - A. Leonardi 23 Metriche generali consumo di potenza l efficienza energetica è richiesta per i MH in una rete MANET DIIT - A. Leonardi 24

13 Simulatori per MANET simulatori comuni ad eventi-discreti OPNET GloMoSim Ns-2 DIIT - A. Leonardi 25 OPNET Modeler è un simulatore di reti, originariamente sviluppato dal MIT introdotto nel 1987 come primo simulatore commerciale supporta tutti i tipi di reti e tecnologie è basato su modellizzazione object-oriented i nodi e i protocolli sono modellati come classi DIIT - A. Leonardi 26

14 OPNET Modeler impostazione della simulazione selezionare e configurare i nodi utilizzati nella simulazione nodi wireless workstations firewalls routers altro costruire la rete inter-connettendo le varie entità selezionare le metriche da osservare durante la simulazione DIIT - A. Leonardi 27 DIIT - A. Leonardi 28

15 OPNET Modeler MAC layer CSMA/CA frammentazione/riassemblamento RTS/CTS rilevamento di frame duplicate a livello MAC ritrasmissione supporto multi-rate (1Mbps 2Mbps) modellizzazione a livello fisico frequency hopping direct sequence DIIT - A. Leonardi 29 OPNET Modeler implementazione di Access Point integrazione con modelli IP DIIT - A. Leonardi 30

16 OPNET Modeler Applicazioni: confronto di W-LAN rispetto LAN Ethernet analizzare le performance della rete variandone la capacità analizzare caratteristiche specifiche di un particolare protocollo confronto tra Ad-Hoc Networks e reti con infrastruttura studio di nuovi MAC protocols DIIT - A. Leonardi 31 OPNET Modeler Svantaggi: ogni livello dello stack protocollare è definito da una macchina a stati finiti difficile da creare DIIT - A. Leonardi 32

17 GloMoSim pcl.cs.ucla.edu/projects/glomosim sviluppato inizialmente da UCLA ambiente di simulazione scalabile per wireless e wired networks sviluppato usando PARSEC linguaggio di simulazione parallelo C-based è organizzato in moduli, ognuno del quale implementa un certo protocollo possono essere aggiunti nuovi protocolli utilizzando questo linguaggio DIIT - A. Leonardi 33 GloMoSim impostazione della simulazione l utente deve specificare 2 files: app.conf contiene la descrizione del traffico da generare config.in riguarda la descrizione dei rimanenti parametri le statistiche raccolte possono essere testuali o grafiche DIIT - A. Leonardi 34

18 GloMoSim GloMoSim fornisce applicazioni: CBR, FTP, TELNET protocolli di trasporto: TCP, UDP protocolli di routing: AODV, flooding schemi di mobilità random, trace based propagazione radio two ray, free space DIIT - A. Leonardi 35 GloMoSim svantaggi difficoltà dovute al basso livello di programmazione DIIT - A. Leonardi 36

19 Confronto Simulator NS-2 OPNET Modeler GloMoSim Open source Yes Yes No Language C++, Otcl C++ PARSEC C++ Cost Free High Free for educational use DIIT - A. Leonardi 37