Tema 7.- Redes inal

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Tema 7.- Redes inalámbricas Ad Hoc. Simulación de
Redes inalámbricas con NS-2

• Jae Chung, Mark Claypool
• Worcester Polytechnic Institute
• Ya Xu y Haobo Yu
• USC/ISI
• Polly Huang
• ATT Labs Research
• Hao-Li Wang
• Department of Electrical and Computer
  Engineering, Iowa State University
• Sung Park
• Network and Embedded Systems Lab (NESL) -
  Electrical Engineering, UCLA
• K. Sridharan Iyer,
• Texas AM University

agradecimientos/acknowledgments
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El simulador ns-2

• El ns-2 es una herramienta software gratis
  disponible para Linux y Windows (no recomendado)
• Funcionamiento en modo consola
• Orientado a eventos, tiempo simulado (no real)
• Combina C con TCL
• C para el nucleo ? ejecución rapida
• TCL para la configuración del simulador y para
  lanzar las simulaciones

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NS input output
4
What is NS

• Discrete event simulator
• The VINT project Virtual InterNet Testbed
• UC Berkeley, Lawrence Berkeley National Lab,
  USC/ISI, Xerox PARC, ATT Research
• Packet-level
• Link layer and up
• Wired and wireless
• Object-oriented
• Mixed C and Otcl
• Most UNIX and UNIX-like systems
• FreeBSD
• Solaris
• Linux
• Window 95/98/NT/2K
• Works, but with an effort

http//www.isi.edu/nsnam/ns/
Download source current release 2.31 (released
Mar 10, 2007)
5
El simulador ns-2

• Es el simulador más utilizado en el mundo
  científico (MANETs)
• dónde obtenerlo http//www.isi.edu/nsnam/ns/

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El simulador ns-2 limitaciones / problemas

• La configuración de cada simulación se hace de
  forma manual
• Las simulaciones son algo lentas especialmente
  para la parte inalámbrica
• Las trazas de salida puden llegar a ser muy
  grandes
• No ofrece herramientas para el tratamiento y
  visualización de resultados
• Herramientas del grupo (modo consola)
• Herramientas externas http//www.tracegraph.com/

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Simulación de redes inalámbricas en ns-2

• Modelos sencillos de canal inalámbrico
• TwoRayGround, Shadowed...
• Algunas tecnologías inalámbricas
• TDMA, 802.11 (DCF)
• Existen ampliaciones para
• PCF, 802.11e HCF (EDCA / HCCA)
• Diferentes procolos de encaminamiento
• DSR, AODV, TORA, DSDV, (ninguno)
• Existen implementaciones externas de otros
  protocolos
• OLSR, MDSR, AODV-UU, DSR-UU, DYMO y otros
• Movilidad de los nodos
• Random waypoint (setdest), otras herramientas
  (grcmob, ...)

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Simulación de redes inalámbricas en ns-2

• Tecnologías IEEE 802.11 utilizadas
• Valor por defecto 802.11b a 2 Mbit/s
• Con un pequeño cambio 802.11b a 11 Mbit/s
• Recompilando 802.11a/g a 54 Mbit/s
• Tiempo típico de simulación entre 300 y 900
  segundos
• Se puede introducir un periodo previo para
  activar el encaminamiento y descubrir las rutas
  necesarias entre fuente y destino, obteniendo así
  resultados en "caliente
• Recomendado
• 802.11g
• Tiempo de simulación de 100 s (preparación) 300
  segundos (efectivos) 20 segundos (finalizar)
  420 segundos

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Simulación de redes inalámbricas selección
escenarios

• Forma
• Cuadrado / rectangular
• Tamaño
• Debe de estar relacionado con el numero de nodos
• Determina el numero medio de saltos
• Numero de nodos / densidad de nodos
• Problemas por baja / alta densidad
• Relación con el tiempo de simulación
• Valores propuestos
• Cuadrado (870x870 m con 50 nodos)
• Rectangular (1900x400 con 50 nodos)
• Para otros tamaños, mantener el ratio de 66
  nodos por km2

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Sim. redes inal. selección patrones movilidad

• Random waypoint (más utilizado)
• Movimiento rectilíneo a velocidad fija hasta el
  destino
• Pausa de N segundos en el destino
• Nuevo movimiento
• Problemas
• Poco realista
• Los nodos empiezan por la pausa (setdest)
• Tiempo de convergencia elevado
• El intervalo de velocidades utilizado empieza por
  cero
• Consecuencias
• Los resultados son poco estables, se requiere
  muchas simulaciones

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Sim. redes inal. selección patrones movilidad

• Disponibles con la herramienta del grupo
• Movilidad por grupos
• Manhattan
• Movilidad para vehículos Downtown
• Herramientas de otros grupos
• Steady-state random waypoint (Tracy Camp, U.
  Colorado)
• Recomendado para publicar
• Random waypoint modificado (GRC)
• Velocidad constante (1-12 m/s)
• Colocar tiempos de pausa a cero
• Downtown
• Steady-state random waypoint
• También sin tiempos de espera, y con velocidad
  constante

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Sim. redes inal. selección patrones trafico

• Tráfico FTP/TCP (transferencias masivas de datos)
  puede originar problemas
• Ocupa todo el ancho de banda del canal
• Dificulta el encaminamiento si no hay QoS (con
  wi-fi estándar)
• Genera trazas muy grandes
• Tráfico UDP
• A una tasa baja permite comprobar la eficacia de
  los distintos protocolos de encaminamiento
• Trafico CBR es poco realista
• Otras variantes (Pareto) permiten simular VoIP
• Con trazas se puede simular transmisión de video

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Sim. redes inal. trazas de salida

• 2 formatos
• Antiguo más sencillo
• Nuevo más completo y adecuado para redes
  inalámbricas
• 3 niveles de información
• MAC (no se suele utilizar trazas muy grandes)
• Routing (aplicaciones protocolos
  encaminamiento)
• Agente (sólo para aplicaciones)
• Información variada
• MAC, IP, puerto para fuente / destino
• Tiempo relativo al evento
• Identificador único de paquete (sirve para
  calcular e2e delay)
• Tipo y tamaño de paquete (sirve para calcular
  throughput)

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Automatización lanzamiento param. de sims.

• El lenguaje de consola Linux (bash) permite
  programar lotes de simulaciones de forma sencilla
• La herramienta nohup permite realizar tareas en
  background
• Si alteramos el fichero de configuración de las
  simulaciones logramos cambiar valores
  dinámicamente
• Ejemplo
• Cambiar el protocolo de encaminamiento utilizado
• Cambiar el escenario utilizado
• Cambiar el numero de nodos
• etc.

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Automatización lanzamiento param. de sims.

• Ejemplo
• FIN420
• SCENscen-s5-x1000-y1000-1
• for NUM_NODES in 30 50 70 do
• for i in seq 1 10 do
• for RT_PROT in DSR AODV OLSR do
• RES0
• while RES -ne 1 do
• ../../ns base_script.tcl -sc
  SCEN -nn NUM_NODES -stop FIN
• -trfile res-nNUM_NODES-rRT_PROT-i.tr RES1
• done
• done
• done
• done

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Automatización lanzamiento param. de sims.

• Requisitos
• set val(rp) AODV
• set val(nn) 50
  how many nodes are simulated
• set val(cp) "find-route.tcl"
  conection patter
• set val(sc) "unknown"
  scenario
• proc getopt argc argv
• global val
• lappend optlist cp nn sc rp
• for set i 0 i lt argc incr i
• set arg lindex argv i
• if string range arg 0 0 !
  "-" continue
• set name string range arg 1
  end
• set val(name) lindex argv
  expr i1

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The setdest mobility generator

• Mobile Movement Generator
• ./setdest -n num_of_nodes -p pausetime -s
  maxspeed -t simtime
• -x maxx -y maxy gt outdir/movement-file
  
• Example ./setdest -n 20 -p 2.0 -s 10.0 -t 200 -x
  500 -y 500 gt
• scen-20-test
• and the output will be written in a file called
  scen-20-test.
• Random movement
• node start
• See ns-2/indep-utils/cmu-scen-gen/setdest/

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The traffic patterns generators

• ns cbrgen.tcl -type cbrtcp -nn nodes -seed
  seed -mc connections -rate rate
• Generating CBR traffic patterns
• ns cbrgen.tcl -type cbr -nn 10 -seed 1 -mc 8
  -rate 4.0
• Generating TCP traffic patterns
• ns cbrgen.tcl -type tcp -nn 25 -seed 0 -mc 20
• See ns-2/indep-utils/cmu-scen-gen/

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Automatización obtención de resultados

• A partir de las trazas de salida del simulador
  podemos extraer la información que deseemos
• Ejemplos de información importante
• Throughput para una conexión FTP/TCP o CBR/UDP
• Tasa de paquetes perdidos para una conexión VoIP
• Retardo extremo-a-extremo (e2ed) para una
  conexión
• Routing overhead
• Número total de paquetes de routing
• Número total de bytes de routing
• Routing overhead normalizado
• paquetes de routing / paquetes de datos

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Automatización obtención de resultados

• Se puede automatizar también el proceso de
  obtención de resultados (y el de generación de
  escenarios)
• Recomendación pasar todos los resultados de un
  mismo estudio a una hoja de cálculo
• Centralizar todos los resultados
• Sacar valores medios, desviación estándar,
  intervalos de confianza, etc.
• Podemos pre-visualizar los resultados de forma
  gráfica
• Podemos exportarlos de forma sencilla para su
  representación via gnuplot

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Automatización representación con GNUPLOT

• Estándar de-facto para generación de gráficas
• Las graficas se generan mediante instrucciones
• Adecuado para representación de resultados en
  forma de lineas
• Poco adecuado para gráficas de barras,
  sectoriales, etc.
• Permite generar gráficos en formato eps
  (necesario para los papers latex)

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Automatización representación con GNUPLOT

• Ejemplo
• reset
• set terminal x11
• set xlabel 'Number of legacy 802.11 nodes ()'
• set ylabel 'Throughput per AC (Mbit/s)'
• set key top right
• set xtics 10
• plot 0100 0.100.9 'Hyb-def_br.txt' u
  1(25128/60e6) title 'AC_VO (Voice)' w lp,\
• 'Hyb-def_br.txt' u 1(45128/60e6) title 'AC_VI
  (Video)' w lp,\
• 'Hyb-def_br.txt' u 1(65128/60e6) title 'AC_BE
  (Best effort)' w lp,\
• 'Hyb-def_br.txt' u 1(85128/60e6) title 'AC_BK
  (Background)' w lp
• set terminal postscript eps
• set out 'Hyb-def_br.eps'
• replot

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Metodología para realizar trabajos

• Realizar unos pocos experimentos de prueba
• Lanzar un lote de experimentos, verificando que
  todo está funcionando como planeado
• Verificar el método para extraer resultados de un
  experimento
• Extraer todos los resultados por lotes
• Visualizar en Office si los resultados obtenidos
  son válidos
• Pasar a gnuplot los resultados importantes
• Incluir las gráficas en el paper

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Metodología para simular en garibaldi

• 1 PC con 2 procesadores de 32 bits
• Lanzar 2 simulaciones en paralelo
• se puede hacer tratamiento a 1 traza en
  simultaneo sin retrasar las simulaciones de forma
  significativa
• Otras opciones
• una simulación ? tratamiento de 2 trazas en
  simultaneo
• ninguna simulación ? tratamiento de 3/4 trazas en
  simultaneo

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Metodología para simular en mozart

• 41 equipos (videos), cada una con 2 procesadores
  de 64 bits
• Lanzar 2 simulaciones en paralelo en cada video
• Total de 8 en simultaneo
• El tratamiento de trazas se debe realizar en el
  front-end (mozart) ? almacenamiento en red
• simulaciones ? CPU bounded
• tratamiento de trazas ? I/O bounded
• no más de 2 trazas a la vez ? I/O de los videos
  via NFS
• Cuidado! - la compilación de ns-2 en mozart no
  funciona (64 bits) ? de momento