Simuladores Software
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Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Contenidos Objetivos del trabajo. .................................................................. 2 Necesidad simuladores ................................................................. 2 Ventajas simuladores ................................................................... 3 Objetivos de simulador................................................................. 3 ¿Por qué existen diferentes simuladores? ......................................... 3 Situación actual. Escenarios estándar. ............................................. 4 Tipos simuladores ....................................................................... 4 División entre nivel de enlace y sistema (red) .................................... 5 Elementos clave a simular en UMTS: ................................................ 5 Evaluación de QoS....................................................................... 6 Aproximaciones dinámicas (“time based”) y estáticas (“snapshot”) ........ 7 Cobertura de célula en UMTS. El efecto “Cell Breathing”...................... 7 Simuladores/emuladores Hardware ................................................. 8 Simuladores Software .................................................................. 9 QualNet ................................................................................ 13 Atoll..................................................................................... 15 TEMS .................................................................................... 17 Omnet++ ............................................................................... 20 UMTS Protocol Simulator UMTSProSIM............................................. 22 VTT...................................................................................... 23 VTT’s UMTS simulator:............................................................... 25 WaveCall: WaveSight................................................................. 26 NS2 + Eurane .......................................................................... 27 Arcview................................................................................. 28 BonnMotion ............................................................................ 31 Enlaces de Interés...................................................................... 33 Página 1 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Simuladores UMTS Abstract The aim of this document is to present a general overview of simulation software related to UMTS tecnology, in order to situate readers so they can learn more about these simulators and find out which could fit their needs. An exhaustive comparison is out of the pourposes of this work, because of the complexity it involves. Furthermore, we will try to argumentate the importance of simulators in network development. The reasons why different simulators exist are also introduced. Objetivos del trabajo. Con este trabajo buscamos u primer contacto con simuladores relacionados con UMTS. Esto incluye la comprensión de la importancia de los simuladores así como conocer las características fundamentales que debe cumplir un simulador. Finalmente se comentan distintos tipos de simuladores y se presentan algunos simuladores concretos tanto gratuitos como comerciales. La complejidad de muchos de estos simuladores nos impide realizar un análisis y comparación exhaustiva de los mismos. Además algunos de estos simuladores consisten simplemente en un conjunto de clases y funciones de programación, lo cual complica un poco más su análisis. Por otro lado, para hacer un análisis detallado y llegar a conclusiones sobre los mismos seria necesario un conocimiento profundo de la tecnología UMTS, que por el momento no tenemos. Necesidad simuladores El desarrollo vertiginoso actual de las tecnologías de comunicación así como la competencia creciente en el sector hace imprescindible el uso de herramientas que en definitiva permitan abaratar costes de diseño así como mejorar la calidad y reducir el time-to-market de estos productos y tecnologías. Esta necesidad se comprende aun mas si pensamos en la complejidad actual de la redes de telecomunicación, donde los resultados analíticos no son viables o bien sólo sirven para dar una idea aproximada como punto de partida. Entre estas herramientas, juegan un papel fundamental los simuladores, que nos permiten realizar pruebas a distintos niveles en modelos simplificados de la realidad y reducir así los tiempos de desarrollo y aumentar la fiabilidad de los resultados. Por no hablar de lo complicado y costoso que resulta en Página 2 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno ocasiones probar nuevos protocolos o productos en sistemas reales y los problemas que causaría un malfuncionamiento en un sistema real. Por otro lado, los objetivos de nuestra red UMTS son: • • • • Proporcionar un amplio rango de servicios Con una calidad suficiente Al máximo número de usuarios Con el mínimo de costes de red Estos puntos dependen de una óptima configuración de los protocolos y algoritmos. Y la complejidad de la red UMTS implica que una optimización eficiente difícilmente puede ser realizada en una red real en funcionamiento. Por tanto, este trabajo de corresponde a los simuladores, que analizarán distintos escenarios y tipos de tráfico, dejando la red real para pequeños ajustes finales. Ventajas simuladores Aumento de productividad en el desarrollo de redes. Acelerar los tiempos de desarrollo reduciendo costes al proporcionar al los desarrolladores especializados herramientas de análisis y modelos para que se centren en las partes del proyecto mas especificas. Mejorar la calidad del producto. Ya que permite probar el producto o servicio en escenarios realistas antes de pasar al sistema real Reducir el Time-to-Market. Desarrollar y validar los diseños antes que la competencia Estudiar sistemas complejos, en los cuales no es posible obtener resultados analíticos o bien estos son solo una referencia debido a las simplificaciones efectuadas. Objetivos de simulador - Simplifique el proceso de desarrollo: herramientas graficas, protocolos predefinidos, herramientas de análisis, depuradores… - Modelado conforme a los parámetros a medir - Escalable y configurable. - Poder diferenciar cuales son las simplificaciones del modelo y su alcance. - Posibilidad de definir distintos escenarios. - Arquitectura abierta: permita el desarrollo de protocolos propios o especificaciones particulares. - Velocidad de simulación. Rendimiento. ¿Por qué existen diferentes simuladores? - Complejidad de las tecnologías. Diferentes parámetros a medir y su naturaleza Página 3 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno - Simplificar los modelos usados y aumentar velocidad simulación. Otras cuestiones. Gran variedad de fabricantes y organizaciones con intereses particulares Diferenciación y valor añadido en sistemas comerciales. Situación actual. Escenarios estándar. En la actualidad, un gran número de grupos de investigación europeos se encuentran sumidos en el desarrollo y evaluación de algoritmos avanzados de gestión de recursos dentro del sistema UMTS. Dada la gran complejidad de los sistemas evaluados y gracias a la creciente capacidad de computación de los ordenadores personales, los métodos de simulación se están estableciendo como una herramienta de uso generalizado. Estos simuladores pueden hacer uso, bien de modelos matemáticos que sintetizan de forma precisa entornos reales, creando un escenario sintético, o pueden utilizar datos reales recogidos de entornos y redes operativas. Desgraciadamente, por norma general los diferentes grupos hacen uso de herramientas desarrolladas de forma individual, agravándose aún más esta situación ante la falta de un escenario de referencia que posibilite la comparación de forma directa de los diferentes estudios realizados. Dentro de este marco surge una iniciativa, englobada dentro de la acción europea COST273, conocida como MORANS (Mobile Radio Acces Network Reference Scenarios). Esta iniciativa acomete la definición de varios escenarios de referencia comunes de forma que los distintos resultados obtenidos sean comparables. Otros escenarios de referencia son los definidos por la 3GPP en TR25.942 y TR101.112. Tipos simuladores Existen diversos tipos de simuladores, según de los parámetros que deseemos modelar y analizar. A veces nos es fácil establecer la separación entre ellos, de hecho normalmente existen combinaciones de estos tipos. Simulador de Red (System Level): analizar tráfico generado en la red, QoS handovers, control de admisión, gestión de carga… Utilizan resultados del simulador de nivel de enlace. Simulador nivel de Enlace (Link level): protocolos nivel enlace, control de errores... Por ejemplo, muy usados en UMTS para evaluar el rendimiento del uso de W-CDMA o TD-CDMA en a interfaz radio UTRA. Utilizan resultados del simulador de capa física o lo incluyen. Simulador capa física: cobertura, potencia, células, análisis de obstáculos. Ej. UMTSProbe Simulador protocolos: verificar, analizar y optimizar protocolos. Ej.: UMTSProSIM (Ascom), protocolos de la red de acceso (AN) Simulador de terminal: simulador de aplicaciones Específicos: gestión carga, gestión de recursos... Generadores de escenarios: ej BonnMotion Página 4 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Otros: GIS (geographic information system) Ej. Arcview Simuladores integrados: con varias funciones de las anteriores. Ej. OPNET: permite simular la red UMTS, protocolos, parámetros de capa física, etc. Simuladores/emuladores Hardware: sustituir un elemento de la red por el emulador para comprobar la funcionalidad de los restantes elementos. Una división muy frecuente es la división en nivel de enlace y de sistema o red, que veremos a continuación con más detalle. División entre nivel de enlace y sistema (red) Los ordenadores posibilitan el modelado de algoritmos y características de red y movilidad con un alto nivel de detalle, ajustándose a los estándares. Una aproximación combinando el nivel de enlace y de red en un único modelo podría estar cerca de la realidad. Sin embargo, normalmente se prefiere una separación de los niveles de red y enlace. Esta aproximación reduce la complejidad del modelo, permitiendo trabajar con el de una forma mas cómoda, además de reducir os tiempos de simulación. En el nivel de enlace se modela una única comunicación. Esto permite un buen análisis del flujo de datos transmitido entre una estación móvil y una estación base (BTS). El nivel de enlace en este caso incluye un modelado de la capa física o resultados de una simulación a ese nivel. En el nivel de sistema, hay muchas BTS y el tráfico presente en la zona interactúa según las condiciónese propagación. Los aspectos del nivel de enlace son modelados y simplificados tanto como sea posible. Desafortunadamente, no es posible ignorar totalmente algunos aspectos del nivel de enlace en el nivel de red sin perder fenómenos de interferencia de células y su correspondiente impacto en la calidad Elementos clave a simular en UMTS: - - Propagación. Predicción de cobertura, análisis de obstáculos, pérdidas de propagación. Interferencias y otros efectos => simuladores capa física, simuladores nivel enlace, simuladores específicos de células de cobertura Tráfico. Tráfico generado, QoS => Simuladores de red Estación Base activa, Handover. => simuladores de red y enlace Control de potencia. => simuladores capa física, enlace Control de carga => Simuladores de red Simular comportamiento de elementos específicos como la UTRAN, UMSC … Página 5 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Evaluación de QoS Cualquier acontecimiento que afecta QoS debe poder ser identificado y si es posible modelado en un simulador para proporcionar un patrón del error tan realista como sea posible. La simulación y evaluación de la QoS es un tema muy complejo a la vez que importante en UMTS, por esta razón existen numerosos estudios referentes a este aspecto. Los eventos que afectan QoS se dividen generalmente en dos grupos: los que se modelan en el nivel de enlace y los que se modelan en el nivel de sistema o red. LINK LEVEL SIMULATOR Quality TABLES CIR vs BER or BLER Error Pattern BER Estos resultados se utilizan como entradas en simulaciones a nivel de sistema. Como en redes reales, la QoS se puede evaluar con un solo móvil en una red descargada o en cargada. La QoS de una sola comunicación en una red descargada puede ser evaluada a nivel de enlace. Sin embargo, QoS de una comunicación entre otras necesita modelar las interacciones entre las comunicaciones y los algoritmos del nivel de sistema. NETWORK LEVEL SIMULATOR + Link level CIR parameters Capacity evaluation, Statistical outputs Esta simulación es compleja y se suele plantear en función del tipo de comunicación. Por otro lado podemos realimentar el análisis a nivel de enlace con los resultados del nivel de sistema para obtener unos patrones de BER mas realistas. LINK LEVEL SIMULATOR + System level statistics Realistic Error Pattern BER Página 6 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Aproximaciones dinámicas (“time based”) y estáticas (“snapshot”) Las aproximaciones basadas en el tiempo proporcionan modelos dinámicos, que permiten analizar en detalle el cambio de la estación base activa del dispositivo. Sin embargo, siempre hay un compromiso ente la frecuencia de las muestras y la duración de la simulación. Una aproximación más práctica es una simulación puramente estática, que requiere una menor carga computacional. La aproximación de Monte Carlo se basa en el posicionamiento en posiciones discretas aleatorias de la estación móvil en la red, seguido de la determinación de un estado estable. Un análisis estadístico requeriría varios posicionamientos distintos para obtener resultados significativos. Este sistema estático no es apropiado para simular algunos efectos de propagación y algunos análisis de QoS. Por otro lado, existen distintas soluciones intermedias entre estas dos posturas extremas comentadas. Cobertura de célula en UMTS. El efecto “Cell Breathing” Una de las características fundamentales de los sistemas CDMA implementados en UMTS es que el rango de cobertura esta estrechamente relacionado con la capacidad del sistema: cuanto más tráfico es soportado por una célula, más se reduce su cobertura. Este fenómeno se conoce como “cell breathing“ (respiración de la célula). Este comportamiento dinámico hace que la planificación de las células y el dimensionado de la red sea una tarea muy compleja. Página 7 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Simuladores/emuladores Hardware La evolución de GSM a UMTS supone cambios importantes en la infraestructura de red. Principalmente todos los elementos de la nueva interfaz radio de acceso a la red. Hasta que las redes UMTS estén perfectamente establecidas y comprendidas, la validación y aceptación de los elementos de red no será una tarea fácil. Y para complicar más aun las cosas, muchas redes UMTS incorporan o incorporarán elementos de distintos fabricantes. Los interfaces estandarizados y abiertos permiten a los operadores utilizar estos elementos de distintos fabricantes. A pesar de que los diseñadores de equipos interpretaran las especificaciones 3G de buena fe siguiendo el estándar, inevitablemente llegaran a conclusiones que pueden ser distintas de unos a otros e incluso los fabricantes podrán decidir incorporar o no ciertas características en sus equipos. Esto puede llevar a problemas de interfuncionamiento cuando se conecten elementos de distintos fabricantes. Esto plantea un dilema a los operadores de red, ¿cómo pueden verificar el cumplimiento de los estándares y la interoperabilidad de estos elementos produciendo los menores problemas en la red? La solución es el uso de simuladores/emuladores de elementos de red ya que: Garantizan un completo cumplimiento de los estándares e interactuarán con los demás elementos de red para comprobar su funcionamiento. Recogen estadísticas y analizan los resultados. Pueden simular comportamientos erróneos Pueden generan tráfico con distintas características. Monitorizar y mejorar la calidad de servicio es otra tarea en la que pueden intervenir estos simuladores. Esto nos permite diferenciar si ciertos fallos en la QoS son debidos a problemas de red o bien del terminal móvil. Ejempos de Tektronix: K1205/K1297 Protocol Testers NET-7/NET-GPRS Distributed Monitoring Systems NetTek Base Transceiver Station Field Tool Página 8 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Simuladores Software En esta sección se mencionan los aspectos más destacados de algunas herramientas software Para probar algunos de estos simuladores hemos tenido que instalar y utilizar: • Visual C++ 6.0 • Java 1.4 SDK • NS2 Contenido de la sección: QualNet ................................................................................ 13 Atoll..................................................................................... 15 TEMS .................................................................................... 17 Omnet++ ............................................................................... 20 UMTS Protocol Simulator UMTSProSIM............................................. 22 VTT...................................................................................... 23 VTT’s UMTS simulator:............................................................... 25 WaveCall: WaveSight................................................................. 26 NS2 + Eurane .......................................................................... 27 Arcview................................................................................. 28 Arcview................................................................................. 28 BonnMotion ............................................................................ 31 Página 9 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Opnet – (Modeler) OPNET Modeler es un software comercial que proporciona un entorno de desarrollo para el modelado y la simulación de redes, componentes, protocolos y aplicaciones de forma flexible y escalable. Utiliza un modelado orientado a objetos y un entorno gráfico para componer intuitivamente las redes haciendo uso de módulos que representan componentes actuales de las redes de telecomunicaciones. Existen gran variedad de módulos que podemos añadir al programa, para construir el entorno que se quiera someter a estudio. En nuestro caso, son de especial interés los módulos Wireless y UMTS. Módulo Wireless: http://www.opnet.com/products/modules/wireless_module.html Librería UMTS: http://www.opnet.com/products/library/umts.html Estas ampliaciones proporcionan a OPNET una amplia gama de protocolos desarrollados como MAC, enrutado, protocolos de alto nivel y aplicaciones. Así mismo, incluye el modelado de efectos de transmisiones en redes Wireless como: • • • • Propagación RF (pérdidas por difracción, efectos atmosféricos, vegetación…) Interferencias Características de los transmisores y receptores Nodo en movimiento Página 10 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno El modelo UMTS de OPNET permite modelar redes UMTS para evaluar QoS extremo a extremo, rendimiento, tasa de perdidas, retraso extremo a extremo, etc. Además incluye: Soporte de UE, Nodo B, RCN, SGSN, GGSN con conectividad ATM e IP Canales dedicados (DCH) y compartidos (RACH, FACH, DSCH) Modos RLC (Radio Link Control) Handover (Hard / Soft / Softer) Control de Admisión Cuatro tipos de QoS: Background, Conversational, Interactive, Streaming Soporte GTP hasta la RNC Creación de modelos de componentes wireless de forma detallada. Análisis de datos de simulaciones de escenarios reales. Simulación del comportamiento de tecnologías y aplicaciones wireless desde una perspectiva usuario a usuario. Página 11 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Efectos de la propagación para comunicaciones Wireless. Otras de las características más importantes son: • • • • • • • • Modelado de máquina de estados finitos para el diseño de protocolos y de otros procesos. Wireless, punto-a-punto y enlaces multipunto de forma abierta y programable. Se pueden definir con exactitud los parámetros de retrasos, disponibilidad, errores de bit y tasas de salida en cada enlace. Se incluyen características de capa física y efectos de entorno. Modelado geográfico y de movilidad APIs para la programación asistida o inspección de los modelos y de los archivos de resultados. Se pueden integrar fácilmente las librerías de código existentes en las simulaciones. Se provee el código de todos los modelos estándares. Herramientas de análisis integradas Animación: animar el comportamiento del modelo durante o al finalizar la simulación. Depurador Integrado. Librería detallada de modelos de protocolos y aplicación (Voz, HTTP, TCP, IP, OSPF, BGP, EIGRP, RIP, RSVP, Frame Relay, FDDI, Ethernet, ATM, 802.11 Wireless LANs, MPLS, PNNI, DOCSIS, UMTS, IP Multicast, Conmutación de paquetes,…) OPNET tiene por contra, que es software propietario, con un precio de licencia muy elevado. Página 12 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno QualNet QualNet ofrece una gama de herramientas que interactúan entre sí, de forma que consiguen dar solución a redes complejas, mediante una interfaz de alto nivel. Los elementos que forman parte de esta familia de aplicaciones son: - - - - QualNet Library: Es una colección de modelos de red en fuente para facilitar el desarrollo del sistema modelo y del código del sistema completo. QualNet Simulation Engine El motor de simulación es escalable, adaptado a modelos de alta exactitud para redes con alto numero de nodos. El buen empleo de los recursos de cálculo consigue que el modelado de redes de gran escala con tráfico pesado y teniendo en cuenta factores de movilidad, consigue resultados en tiempos razonablemente cortos. QualNet Graphical User Interface Scenario Designer Es una herramienta para la configuración del experimento de manera gráfica- Define la distribución geográfica, conexiones físicas y parámetros de funcionamiento de los nodos de la red. Animator Es utilizado para visualizar la simulación mientras se está ejecutando. Protocol Designer Es una máquina de estados finitos, para el modelado de protocolos, mediante una interfaz gráfica intuitiva.. - Analyzer Es la herramienta de representación de los datos estadísticos procedentes de las simulaciones. - Packet Tracer Es una aplicación de nivel de paquetes para visualizar el contenido de los paquetes mientras ascienden o descienden de la torre de protocolos. Página 13 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Página 14 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Atoll Es una aplicación con un entorno gráfico para la planificación de entornos de radiotelecomunicaciones. Es especialmente útil para compañías de telecomunicaciones que deben diseñar entornos wireless incluyendo su ciclo de vida completo, esto es, partiendo de un diseño inicial, ampliándolo y optimizando el mismo. Son soportadas, para el estudio, las siguientes tecnologías: • • • • • GSM/TDMA GPRS/EDGE W-CDMA/UMTS CdmaOne/CDMA2000 Enlaces de microondas Partiendo de las capacidades en ingeniería que este software ofrece, Atoll es un sistema abierto, escalable y con un sistema de información técnica para poder ser utilizado con otros sistemas de análisis. Además, provee una base de datos de redes UMTS. Permite el modelado de tráfico, simulaciones y análisis de datos de forma gráfica y un planeador de códigos por zonas para redes de células. En este último caso, por el contrario que si usáramos NS2+Eurane, si se dispone de una implementación para sucesos de salto de células debido a la movilidad de los nodos terminales. Página 15 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Algunas características generales. Características GIS: - Base de datos cartografica - Editor cartografico integrado - Interfaz con herramientas GIS: Ej. Arcview Modelado de propagación y enlace: - Calculo de predicciones - Modelos de propagación de micro y macro células - Soporta modelos externos a través de su API - Análisis de interferencias - Análisis de fiabilidad del enlace Módulo de medidas: - Toma de medidas. - Reproducción de las medidas en mapas - Modelos de propagación automáticos a partir de medidas - Permite establecer eventos de llamada Informes: - Generador de informes flexible - Importación/exportación de datos UMTS/W-CDMA Base - de datos de red UMTS Múltiples portadoras Equipos UMTS Modelado de repetidores y transmisores Modelado de tráfico - Múltiples servicios de conmutación de circuitos y paquetes - Múltiples fuentes de trafico - Mapas de distribución de usuarios - Modelado de perfiles de usuario Simulación y análisis - Simulador Monte-Carlo de W-CDMA - Estudios de predicción - Áreas de handover - Análisis de estadísticas Co-planificación GSM/UMTS - Planificación simultanea de redes UMTS y GSM - Handover entre ambas tecnologías Página 16 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno TEMS Es un software comercial, desarrollado por Ericsson. Éste ofrece capacidades para planear, implementar y optimizar diversas redes wireless, entre las que se encuentra UMTS (3G). Hemos podido comprobar que TEMS ofrece una interfaz muy desarrollada para la optimización, el mantenimiento y la realización de pruebas de redes wireless. Es capaz de analizar muchos detalles de redes basadas en tecnologías GSM, GPRS, EDGE, o WCDMA. Para la obtención de datos de la red en la que nos encontremos, se hace uso de un terminal móvil, el cual se conecta a un PC que dispone de la aplicación TERM debidamente instalado. Aún así, TERM permite el análisis posterior de la obtención de datos, mediante un sistema de logs. La interfaz gráfica que TERM ofrece al usuario se presenta a continuación: Página 17 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Este programa también hace uso de una base datos de mapas a diferentes niveles que permiten la definición de la trayectoria que se ha seguido para la toma de datos, utilizando un sistema manual de coordenadas o el uso de la red GPRS del terminal conectado al PC mediante un puerto USB o Serie. Entre otras opciones, permite el establecimiento de alarmas si se produce alguna condición que se haya predefinido para la recogida de datos del entorno de red. De esta forma, se puede hacer un análisis más detallado en ese punto de la red si se cree conveniente. Página 18 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Página 19 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Omnet++ OMNeT++ es un entorno de simulación basado en eventos. Su principal aplicación es la de simular redes, pero debido a su arquitectura flexible y genérica, también es usado en áreas como sistemas complejos de telecomunicaciones, estudio de sistemas de colas o arquitecturas hardware. Está basado en el uso de módulos, creados mediante C++, y luego son relacionados mediante un lenguaje de alto nivel: NED. De este modo, se pueden reutilizar fácilmente los modelos. Simulación de una red wireless que usa el método de compartición del medio Aloha: Página 20 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Omnet++, al contrario que Opnet, es sistema de libre distribución. Tiene como inconveniente que no es un sistema tan potente y cuidado como otras herramientas comerciales. Página 21 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno UMTS Protocol Simulator UMTSProSIM El simulador de protocolos UMTSProSim es una herramienta importante para operadores de red y desarrolladores de infraestructuras y terminales que facilita la obtención de la máxima eficiencia de la red mediante una configuración optima de los protocolos y algoritmos. La complejidad de la red UMTS hace necesario que esta configuración de los protocolos se haga antes en entornos simulados y se dejan las redes reales para pequeños ajustes. UMTSProSim permite la: • • • • verificación análisis evaluación optimización de los protocolos de la red de acceso (Access Network, AN). Todos los algoritmos relevantes de la AN están implementados, por Ej.: • • • • • • • • control de admisión control de congestión scheduling control de potencia conmutación dinámica de canales negociación de QoS gestión de sesiones gestión de movilidad El diseño modular del simulador proporciona una gran flexibilidad e integración con algoritmos diseñados por el propio usuario. Dispone de una interfaz grafica intuitiva que facilita su uso. Además de pueden definir distintos escenarios de simulación y recolectar una amplia variedad de estadísticas. Página 22 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno VTT Wireless Internet Networks (WINE) es un proyecto que tiene como objetivo principal la adaptación total de los protocolos de la red Internet, sobre redes wireless de forma óptima. Para alcanzar este objetivo, se plantearon las siguientes líneas de investigación: • • • • Implementación de un protocolo de micro-movilidad para redes de acceso WLAN. Integración de QoS para el anterior protocolo. Diseño de una capa de adaptación wireless Optimizado del funcionamiento usuario a usuario mediante el uso de IPv6 usando estos elementos. Software implementado por VTT: • • • NPS/i indoor planning tools diseñado para Nokia Networks (1995 1999) MCT microcell planning tool diseñado para Sonera (1996) UMTS Simulator (2001) NPS/i es una aplicación para la planificación de radio de sistemas celulares en espacios cerrados. Sus usos más inmediatos son los de planificación de redes dentro de edificaciones y la investigación de modelos de propagación. MCT : es un proyecto para diseñar e implementar una herramienta para calcular predicciones de cobertura de microcélulas. Esta herramienta utiliza un algoritmo para el renderizado tridimensional incluyendo entre otros: patrón de radiación de antenas, reflexiones con elementos del entorno, penetraciones en contrucciones y a través de muros, difracciones y pérdidas de propagación. Página 23 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Página 24 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno VTT’s UMTS simulator: Esta herramienta permite la simulación de varios tipos de movilidad, como los modelos estacionarios, aleatorios o de movimiento a lo largo de carreteras. En una misma simulación ofrece la posibilidad de que existan mezclas de estos tipos. Para agilizar algunas simulaciones existen algunas configuraciones de movilidad predefinidas. No implementa los 3 niveles (fisico, transporte y canales lógicos), se ha concentrado el desarrollo entorno a canales dedicados DPCCH/DPDCH. El simulador puede activar un modelo de servicio de forma flexible, esto es: - Dos grupos principales: servicios de conmutación de paquetes y conmutación de circuitos. - QoS tenidas en cuenta Se implementan algoritmos de carga y control de admisiones. Otras implementaciones: - QoS (re)negociación - DL scheduling - llamadas limitadas en tiempo - exclusión de célula - cambio de tamaño de la célula - clases de acceso - SHO umbral y ajuste de retraso - Ajuste activo máximo establecido - SSDT Página 25 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno WaveCall: WaveSight Wavesight es un instrumento de predicción de propagación de onda para redes inalámbricas. Es usado predecir la propagación de onda de radio en redes de comunicaciones móviles en ambientes urbanos. Para la generación de la predicción se toman en consideración las características físicas de las ciudades (edificios, calles, terreno) para calcular un mapa de resultados lo más precisos posible. modelo de COST-Hata simulado por wavesight Página 26 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno NS2 + Eurane NS (http://www.isi.edu/nsnam/ns/) es un simulador basado en eventos discretos para el análisis e investigación de redes. Provee muchas facilidades para la simulación de conexiones TCP, enrutado y protocolos multicast sobre redes de cualquier tipo (incluidas las wireless). EURANE (http://www.ti-wmc.nl/eurane/), por su parte, complementa al simulador NS2. Ha sido diseñado por el proyecto SEACORN. En él, se implementan tres nodos adicionales: Radio Network Controller (RNC), Basestation (BS) y el User Equipment (UE), cuyas funcionalidades dan soporte a los siguientes canales de transporte: • • • • FACH RACH DCH HS-DSCH (MAC-hs) Un inconveniente que se plantea con esta solución es que Eurane fue desarrollado para la simulación en una sola célula, así que no se encuentra implementada la posibilidad de análisis en un entorno multicelular en el que se den casos de cambio de célula por parte de un nodo terminal. Por otra parte, el funcionamiento de este simulador es en modo consola, y esto complica la elaboración de redes demasiado complejas. Existen otros módulos de ns2 como el desarrollado por Pablo Martín y Paula Ballester, que implementa la UTRAN (http://www.geocities.com/opahostil/). Página 27 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Arcview ArcView es la herramienta SIG muy extendida. Ofrece capacidades avanzadas de visualización, consulta y análisis de información geográfica, además de las numerosas herramientas de integración de datos desde todo tipo de fuentes y herramientas de edición. Permite la explotación de información geográfica para su manejo de forma escalable, según las necesidades que se tengan. Este software se apoya en tres aplicaciones para dar cobertura a una amplia gama de servicios de información: • • • ArcMap: visualizar, consultar, editar y realizar análisis sobre datos. ArcCatalog: explorador de datos geográficos y alfanuméricos para la visualización, administración y documentación de la información. ArcToolbox: conversiones entre formatos, cambios de proyección y ajuste espacial. La Geodatabase es un modelo que permite el almacenamiento físico de la información geográfica en un sistema gestor de base de datos de tipo Microsoft Access, Oracle, Microsoft SQL Server, IBM DB2 e Informix. Características: Página 28 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno • • • • • Permite almacenar numerosos tipos de datos: vectorial, raster, CAD, tablas, topología, información calibrada, etc. Reside en un sistema gestor de base de datos estándar Completa la funcionalidad presente en la base de datos con funciones necesarias para el tratamiento de la información espacial. El modelo permite almacenar, además de elementos geográficos, el comportamiento de dichos elementos, lo que facilita una visión más realista del conjunto. Modelo de datos escalable. Ejemplo de la interfaz gráfica de ArcView: Diferentes niveles de capas que se utilizan, para la generación de mapas: Página 29 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Página 30 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno BonnMotion BonnMotion ha sido desarrollado en Java. Crea y analiza escenarios de movilidad. Los escenarios pueden ser exportados para que puedan ser simulados mediante NS2 y GlomoSim/QualNet. Posee un manual de referencia muy completo, orientado a la explicación de las clases y métodos que se definen en el proyecto. Ejemplo: >bm -f scenario1 RandomWaypoint -n 100 -d 900 -i 3600 BonnMotion 1.3 Starting RandomWaypoint ... RandomWaypoint done. Esta orden crea un escenario de Waypoints arbitrarios con 100 nodos y una duración de 900 segundos. Se cortan los 3600 segundos iniciales, para no tener en cuenta el periodo transitorio. El resultado del escenario se almacena en dos archivos: el primero, con el sufijo ".params", contiene el juego completo de parámetros usados para la simulación. El segundo, con el sufijo ".movements.gz" contiene los datos de movimiento. Análisis de estadísticas: >bm Statistics -f scenario1 -r 50,75,100 BonnMotion 1.3 Starting Statistics ... transmission range=50.0 scheduling... 100% done. calculating... 100% done. transmission range=75.0 scheduling... 100% done. calculating... 100% done. transmission range=100.0 scheduling... 100% done. calculating... 100% done. Statistics done. Generar visualización: >bm Visplot –f scenario1 BonnMotion 1.3 Starting Visplot ... Visplot done. Esta aplicación genera archivos de parejas de datos, que podremos visualizar, por ejemplo, con GnuPlot: Página 31 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Página 32 Simuladores UMTS Miguel Andrés · Carlos Bueno Enlaces de Interés EURESCOM http://www.eurescom.de/ 3GPP http://www.3gpp.org/ TRICOMTEK http://www.tricomtek.com/web/content_mobilepostwnts.htm UMTS-FORUM http://www.umts-forum.org COST273 http://www.cost273.org/morans/ Opnet – (Modeler) Módulo Wireless: http://www.opnet.com/products/modules/wireless_module.html Librería UMTS: http://www.opnet.com/products/library/umts.html QualNet http://www.scalable-networks.com/products/model_library.php Atoll http://www.forsk.com/htm/products/atoll_overview.htm TEMS http://www.ericsson.com/services/tems/ Omnet++ http://www.omnetpp.org UMTS Protocol Simulator UMTSProSIM http://www.ascom.com/secsol/art/products_and_solutions_art/3g_umts_art/umtsprosim_art.htm VTT http://www.vtt.fi/ele/projects/wine/ http://www.vtt.fi/tte/tte35/tools.html WaveCall: WaveSight http://www.wavecall.com/wavesight.html NS http://www.isi.edu/nsnam/ns/ EURANE http://www.ti-wmc.nl/eurane/ UTRAN http://www.geocities.com/opahostil/ Arcview (http://www.esri-es.com/index.asp?pagina=181) BonnMotion http://web.informatik.uni-bonn.de/IV/Mitarbeiter/dewaal/BonnMotion/ Página 33
