Master i Informationsteknologi Simulering af radionetværk Kasper og Claus

Agenda  Hovedideér og motivation  Problemstilling og resultater  Status af resultater  Hvad kan man lære  Det vigtigste bidrag af jeres arbejde  Største problemer og de største succes'er  Hvad er de uafklarede spørgsmål

Motivation og hovedideer  Oplæg fra Terma  Sammenligning af MAC algoritmer med flere noder (max 30), på trådløse netværk  Er simulering en mulighed frem for dyre og komplicerede testopstillinger (hardware, opsamling af testdata, konfiguration)

Problemstilling og resultater 1  Hypotese:  Er det muligt at lave en troværdig simulering med op til 30 noder i et trådløst netværk?  Kan man ud fra antallet af brugere bestemme hvilken MAC algoritme, der er den mest hensigtsmæssige at benytte i nogle udvalgte scenarier?

Problemstilling og resultater 2  Proces 1. Læs om MAC algoritmer, og læs/prøv forskellige simuleringsværktøjer 2. Designe testopstillinger 3. Implementering i NS-3 4. Analyse af forventninger 5. Udføre eksperimenterne 6. Konkludere på resultater og sammenlign med forventning

Design testopstilling 1. Reproducerbar 2. Objektivitet 3. Præcis 4. Statisk sund  Det har været vores hensigt at opfylde ovenstående punkter

Design og implementering af eksperimenter  Terma: 30 noder  Brændmænd: Tænkt scenarie der kunne være relevant  Svært at vælge en afprøvningsstand, der er ikke rigtig nogen standard, slet ikke med flere noder.  MAC algoritmer der er valgt  Aloha (simpel)  CSMA  CSMA/CA  WIFI b (afprøvet)  NS-3  Scenario sunshine, hidden, Exposed  Implementering: er sket ved at tilføje og ændre i eksisterende kode

Hidden terminal

Exposed node problem

Beregning af throughput  3 generelle metoder til beregning • Instantaneous • Short term (node til node med agent ofte i routet netværk) • Long term (fil der sendes, tiden tages) • Vi benytter Instantaneous

Design og implementering af eksperimenter  Opbygning NS- App  Application applikationslag, præsentationslag, sessionlaget, transportlaget  Internet Stack netværkslag  NetDevice Datalinklaget, fysiske lag

Design og implementering af eksperimenter  NetDevice  Afgrænsning:  Forholdsvis enkel implementering  Propagations delay (Alle noder modtager samtidigt)  1 Mbps mellem noder (konstant)  Minus: • QOS • Routing • FHSS • Mobility

Resultater  Der ses på frame loss og CBR  Det er ikke tydeligt i vores rapport men CBR skulle gerne verificere at vores frame loss grafer er rigtige. Da andre også har lavet throughput målinger men ikke set på frame loss.  Throughput er vel egentligt nok til vurdering af en algoritme set fra en applikation. Frame loss er i den forbindelse irrelevant

Analyse af resultater 1 Baggrund for ændring af sende interval: 10 noder der sender hvert 10 s: (1*(2200*8)b / 1Mb/s) * 100 % = 1,76 %

Analyse af resultater 2

Analyse af resultater 3 Viser den ideelle verden men imellem hver frame er der jo ACK, CW, SIFS og DIFS

Resultat: Frame loss sunshine

Analyse af resultater 4

Resultat : Frame loss hidden terminal Bemærk: CSMA stigning er flyttet en node pga. retrans

Resultat : CBR sunshine Forventning: Theoretical Maximum Throughput = (Packet Length * 8 * ) / (Preamble + Header + ((Packet Length + 28) * 8 / Rate) + SIFS + Preamble + Header + (ACK * 8 / Rate) + DIFS + ((Backoff / 2) * Slot)) 2200 bytes pakke længde: 0, Mbit/s

[10] An Analysis of the Backoff Mechanism used in IEEE Networks

Resultat : CBR hidden terminal

Hvad er status af jeres resultater?  Som man ser på de efterfølgende grafer har vi fundet en fejl, men måske er der flere   Konstaterede fejl: 1. Aloha bruger CS i forbindelse med retransmission 2. Ved CBR er der rettet så alle ARP kommer igennem, og derved at alle noder kan sende data.

Status 1: Ny Aloha

Status 2: Ny Aloha

Sammenligning af Ny Aloha

Status 3: CBR with ARP fix

Status 4: CBR with ARP fix

Hvad kan man lære af jeres projekt?  MAC algoritmer  NS-3 simulering og best practice/videnskabelighed  Hypoteser behøver ikke være korrekt (Svært for ingeniører)  Skepsis overfor simulering  Vi kan konstatere, at der ikke rigtig er nogle faste afprøvningsmodeller.

Hvad er det vigtigste bidrag af jeres arbejde?  Lære af vores erfaringer  Simulering er bare simulering.  Svært at sammenligne simuleringer da model og parameter næste altid er forskellige

Hvad er de største problemer og de største succes'er?  Største problem er tid der er brugt på, Ubuntu, C++, SQLite, Gnuplot og NS-3’s indlæsringskurve  Generering at data er ekstremt tidskrævende. Lange beregninger op til 17 timer. Skide irriterende når den står og regner på 5. time og man opdager en fejl i koden  At lære de kendte bugs og workarounds i NS-3 fx Noder må ikke starte fuldstændigt samtidigt, ARP request skal igennem, ellers kommer der slet ikke noget igennem bagefter  Finde og læse det rigtige  Manglende overblik når man starter på sit projekt  Succes’er er nok at vi har fået viden omkring overstående  Vi synes selv vi har lært noget. Vi har større viden om hvordan MAC algoritmerne virker  At det i vores projekt er lykkedes, at nå frem til nogle resultater

Hvad er de uafklarede spørgsmål?  Hvad har frame-størrelsen egentlig af betydning for algoritmerne. Ville mindre frames faktisk være en fordel for Aloha. Har det betydning for CSMA og CSMA/CA  Gennemløb, vi har kun 7 man burde have flere for at få et endnu bedre statistisk sundt resultat.  Afprøvning af eksperimenterne på rigtig hardware, med den forventning at disse resultater vil ligne resultaterne fra simuleringen.  CW længde -> Sæt CW efter antallet af noder

Afrunding Holder konklusionen? Ved antagelse af at vores nye resultater er korrekte, så er hypoteserne opfyldt. Ud fra hvad vi har lært, er vi skeptiske overfor resultater baseret udelukkende på simulering.

CSMA

CSMA/CA

Frame opbygning

NS-3 Parameter

Design og implementering af eksperimenter  Sekvensdiagram For CSMA