Laboratorio di Fondamenti di Reti di Telecomunicazioni

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1 Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica e Informazione Laboratorio di Fondamenti di Reti di Telecomunicazioni Corso Fratta Pattavina Maier Lezione n : 2

2 Responsabili Laboratorio e Contatti Sito Internet di riferimento del corso home.dei.polimi.it/maier/materiale.htmlmateriale.html Contatti Prof Fratta Jocelyne Elias (elias@elet.polimi.it) Diego Lucerna (lucerna@elet.polimi.it) Prof Maier Guido Maier (maier@elet.polimi.it) Diego Lucerna (lucerna@elet.polimi.it) Prof Pattavina Massimo Tornatore (tornatore@elet.polimi.it) Diego Lucerna (lucerna@elet.polimi.it) 2

3 Sorgenti di pacchetti Le sorgenti di pacchetti si caratterizzano dal grado di regolarità con cui emettono pacchetti nel tempo. Sorgente Deterministica; per es. CBR (Constant Bit Rate): invia un pacchetto ogni T secondi (T = cost.); Sorgente Casuale; per es. ON OFF: CBR per un tempo τ On spente per un tempo τ Off τ On e τ Off variabili aleatorie o deterministiche 3

4 Sorgente di pacchetti Statistica VBR Consideriamo una sorgente di tipo On Off : èaccesa per un tempo aleatorio con durata media <τ On > è spenta per un tempo aleatorio con durata media <τ Off > Èun buon modello per vari tipi di segnale (es. il segnale vocale, costituito dall alternanza di parole e pause) 4

5 Sorgente di pacchetti Statistica VBR Definiamo: ritmo di trasmissione di picco pari a: 1 r p = T [pacchetti / s] ritmo di trasmissione medio pari a: < r >= T < τ > < τ >+< τ > 1 on on [pacchetti / s] fattore di burstiness (adimensionale) pari a: B < r > off < τ > on = = rp < τon >+< τoff > 5

6 Sorgente di pacchetti Statistica VBR 0.08 s tempo τ on τ off τ on τ off r p = 12.5 pkt/s 1 pkt ogni 0.08 s Scegliamo un fattore di burstiness B = 0.98, e quindi il ritmo di trasmissione medio èpari a: ON accensione OFF < r > = r p B = pkt/s = pkt/s spegnimento 6

7 Sorgente di pacchetti Statistica VBR 250 numero di pacchetti trasmessi y = t (stima di < r >) Sorgente On-Off Interpolazione Lineare tempo [s] 7

8 Sorgente di pacchetti Statistica VBR numero di pacchetti trasmessi (stima di < r >) y = t Sorgente On-Off Interpolazione Lineare tempo [s] 8

9 Sorgente di pacchetti Statistica VBR numero di pacchetti trasmessi y = t Sorgente On-Off Interpolazione Lineare tempo [s] (stima di < r >) Il tasso medio di trasmissione su tempi lunghi tende al tasso di trasmissione della sorgente (12.5*B pkt/s con B 0.98) 9

10 Multiplazione Statistica Simulazione della multiplazione statistica di pacchetti in un nodo di rete con buffer d uscita Modello: nodo di trasmissione con buffer e linea di uscita di capacità C variabili di ingresso: tempi di interarrivo dei pacchetti; lunghezza dei pacchetti; variabile di stato: numero dei pacchetti nel nodo; stato iniziale: nessun pacchetto nel nodo; variabile di uscita: ritardo di ogni pacchetto (oppure ritardo medio). 10

11 Simulazioni di sorgenti (1) Supponiamo che il sistema sia costituito da: un nodo sorgente; un buffer di memoria FIFO (First In First Out); un link di uscita di capacità C [pacchetti/s] verso un altro nodo. 11 nodo sorgente FIFO 2 1 Link verso il Nodo destinazione 11

12 Simulazioni di sorgenti (2) Ipotesi: il tasso medio di trasmissione della sorgente non superi la capacità del link di uscita; Il livello di riempimento della coda: si mantiene praticamente costante nel caso di Sorgenti CBR; ha una variabilità crescente col fattore di burstiness nel caso di Sorgenti On Off. 12

13 NSCRIPT NSCRIPT è un tool per creare in modo grafico gli script OTcl per la simulazione con NS; in questo corso useremo NSCRIPT perché è un tool modificabile mediante semplici funzioni di libreria. 13

14 GUI di NSCRIPT Tool Bar Tool Box Graphical Editor Object Browser 14

15 Scenario dell Es. 1 con NSCRIPT 2 nodi con un link monodirezionale che li collega (capacità 1 Mb/s, ritardo prop. 10 ms); livello di trasporto UDP; 1 sorgente di traffico CBR (pacchetti 100 bytes, interarrivo 5 ms); la sorgente CBR inizia a trasmettere al tempo 0.5s e finisce al tempo 4.5s; la simulazione termina al tempo 5s. passare ad NSCRIPT 15

16 Es. 2: il multiplatore statistico Creare una topologia più interessante di questo tipo: Node0 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node1 Node3 Node4 Node2 10 Mb/s 10 ms Si utilizzi un agent UDP per ogni nodo di sinistra; Si utilizzino 3 agenti LossMonitor per il nodo di destra; Si utilizzi una sorgente ExpOnOff per ogni nodo di sinistra. 16

17 Muxer stat. con NSCRIPT: layer 1 3 Istruzioni: selezionare la cartella Topology nel Tool Box; selezionare node; cliccare su cinque punti del Graphical Editor per creare i nodi; selezionare nella cartella Topology SimplexLink; cliccare sul nodo di partenza (Node0) e trascinare fino al nodo di arrivo (Node3); cliccare sul pulsante select an object (in alto a sx nel Tool Box); selezionare il link creato (Link0); settare i parametri del link nel Object Browser; ripetere per creare gli altri link continua 17

18 Muxer stat. con NSCRIPT: layer 4 continua selezionare un agent UDP nella cartella Transport del Tool Box; cliccare vicino al Node0 per creare un agente UDP (UDP0); ripetere per Node1 e Node2 per creare UDP1 e UDP2; selezionare un agent LossMonitor nella cartella Transport del Tool Box; cliccare vicino al Node4 per creare un agente LossMonitor (LossMonitor0); ripetere altre due volte per creare Loss1 e Loss2; selezionare la funzione AttachToNode(agent, node) nella cartella Transport del ToolBox; cliccare sul UDP0 e trascinare fino a Node0; cliccare su LossMonitor0 e trascinare fino a Node4; ripetere per tutti gli altri agent; selezionare la funzione Connect(agent,agent) nella cartella Transport del ToolBox; cliccare su UDP0 e trascinare fino a LossMonitor0; ripetere per le altre due coppie di agent; 18

19 Muxer stat. con NSCRIPT: sorgenti VBR Node0 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node1 Node3 Node4 Node2 10 Mb/s 10 ms a) Configurare le sorgenti ExpOnOff: Sorgente j esima packetsize= 210 byte; $ExpOnOff($j) set packetsize_ 210 rate di picco = 200 kbit/s; $ExpOnOff($j) set rate_ 200k ON time medio = 0.2s; $ExpOnOff($j) set burst_time_ 0.2s OFF time medio = 0.2s; $ExpOnOff($j) set idle_time_ 0.2s istante di accensione = 0.1s; istante di spegnimento = 10.0s; continua r p [pkt/s] = rate_ [bit/s] / (packetsize_ 8) [bit/pkt] = = 119 pkt/s 19

20 Muxer statistico: analisi (senza perdite) Node0 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda 10 Node1 Node3 Node4 Node2 10 Mb/s 10 ms 3 Sorgenti a) Configurare le sorgenti ExpOnOff: packetsize= 210 byte; rate di picco = 200 kbit/s; ON time medio = 0.2s; OFF time medio = 0.2s; Multiplazione statistica R f = 1 Mbit/s > N r p = kbit/s R f» N < r > = kbit/s Non ci aspettiamo perdite Sorgente j esima istante di accensione < r > [bit/s] = 0.1s; = r p B [bit/s] = istante di spegnimento = (r p < τ ON = >) 10.0s; / (< τ ON > + < τ OFF >) [bit/s] = continua = (rate_ burst_time_) / (burst_time_ + idle_time_) [bit/s] = = ( ) / 0.4 [kbit/s] = 100 kbit/s 20

21 Muxer stat. con NSCRIPT: layer app. continua selezionare la sorgente ExpOnOff dalla cartella Applications del ToolBox; cliccare vicino a UDP0 per creare una nuova application ExpOnOff0; selezionare la funzione AttachToApp(agent, application) della cartella Transport del ToolBox; cliccare su UDP0 e trascinare fino a ExpOnOff0; selezionare il pulsante select an object ; selezionare ExpOnOff0; configurare i parametri di ExpOnOff0; ripetere per ExpOnOff1 e ExpOnOff2; continua 21

22 Muxer stat. con NSCRIPT: layer app. continua selezionare la sorgente ExpOnOff dalla cartella Applications del ToolBox; cliccare vicino a UDP0 per creare una nuova application ExpOnOff0; selezionare la funzione AttachToApp(agent, application) della cartella Transport del ToolBox; cliccare su UDP0 e trascinare fino a ExpOnOff0; selezionare il pulsante select an object ; selezionare ExpOnOff0; configurare i parametri di ExpOnOff0; ripetere per ExpOnOff1 e ExpOnOff2; continua 22

23 Muxer stat. con NSCRIPT: colore flussi UDP 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda Mb/s 10 ms c) Inserire dei colori per i flussi. 23

24 Muxer stat. con NSCRIPT: accessori Inserire un oggetto Colors dalla cartella Utilities; selezionare l oggetto Colors e impostare i prime tre valori del campo Values con i colori desiderati; selezionare uno alla volta i tre oggetti UDP, impostando i valori del campo FlowId, rispettivamente, ad 1, 2 e 3; in questo modo si saranno associati i primi tre colori di Colors ai tre flussi UDP. 24

25 Muxer stat. con NSCRIPT: variabili di uscita 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda Mb/s 10 ms d) Monitorare i pacchetti in arrivo e i pacchetti persi nei LossMonitor: npkts_ (numero di pacchetti arrivati); nlost_ (numero di pacchetti persi). 25

26 Muxer stat. con NSCRIPT: accessori Inserire un oggetto Tracer dalla cartella Utilities; Selezionare l oggetto Tracer e impostare: il campo start al valore 0.0; il campo dt al valore 0.1; il campo Object al valore LossMonitor0; il campo Data Member al valore npkts_ ; Inserire un altro oggetto Tracer e ripetere le operazioni precedenti, inserendo però per il campo Data Member il valore nlost_. Tracer NomeTracer crea automaticamente un file testo NomeTracer.trc dove vengono registrati i campioni della variabile di uscita con gli istanti di campionamento. Utile per tracciare grafici (con xgraph) 26

27 Muxer stat. con NSCRIPT: eventi espliciti continua selezionare Timer nella cartella Utilities del ToolBox; cliccare vicino a ExpOnOff0 per creare un Timer0; cliccare vicino a ExpOnOff0 per creare un Timer1; selezionare il pulsante select an object ; selezionare Timer0; cambiare nome da Timer0 in 0.1 ; selezionare Timer1; cambiare nome da Timer1 in 10.0 ; selezionare la funzione ApplicationEvent nella cartella Utilities del ToolBox; cliccare sul timer 0.1 e trascinare fino a ExpOnOff0; ripetere per le altre sorgenti; cliccare sul timer 10.0 e trascinare fino a ExpOnOff0 e ripetere per le altre sorg.; selezionare il pulsante select an object ; cliccare sul collegamento tra 10.0 e ExpOnOff0, ExpOnOff1 and ExpOnOff2; configurare l Event in stop ; salvare il file; esportare il file tcl; eseguire ns. nss-files/esercizio2a.nss nss-files/esercizio2a.tcl Al termine della simulazione, visualizzare con nam 27

28 Muxer statistico con perdite sul burst (Es. 2b) 1 Mb/s 10 ms lunghezza coda Mb/s 10 ms b) Aumentare la velocità delle sorgenti: rate 400 kb/s; quando le tre sorgenti sono attive il traffico offerto al link supera la sua capacità e si possono perdere pacchetti. Multiplazione statistica R f = 1 Mbit/s < N r p = kbit/s R f > N < r > = kbit/s Ci aspettiamo perdite occasionali (in quanto la coda è limitata a 10) nss-files/esercizio2b.nss nss-files/esercizio2b.tcl 28

29 Es. 2b: risultati (1) numero pacchetti arrivati tempo t [sec] Per tracciare i grafici: xgraph nomefile 29

30 Es. 2b: risultati (2) numero pacchetti persi tempo t [sec] 30

31 Es. 2c/2d: variazioni molto interessanti numero pacchetti persi E se lo rifacessimo con queue-limit = 100??? E se lo rifacessimo poi con rate_ = 800 kbit/s??? R f = 1 Mbit/s «N r p = kbit/s R f < N < r > = kbit/s tempo t [sec] 31