Анализ трафика беспроводной мобильной ячеистой сети Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 621.396.42

АНАЛИЗ ТРАФИКА БЕСПРОВОДНОЙ МОБИЛЬНОЙ ЯЧЕИСТОЙ СЕТИ Е.С. Макаров, А.А. Епифанцев, С.А. Акулинин

Построена имитационная модель беспроводной мобильной ячеистой сети в симуляторе ш2. Производится оценка основных сетевых характеристик

Ключевые слова: ячеистые сети, модели, имитационное моделирование

Введение

Особенностями ячеистых сетей являются автоматическое установление соединения между парой станций и возможность транзитной передачи информации для других абонентов сети. Сеть на основе ячеистой топологии характеризуется большей пропускной способностью за счет использования нескольких альтернативных маршрутов и высокой надежностью, которая обеспечивается избыточностью доступных маршрутов передачи данных.

Одним из наиболее распространенных методов исследования беспроводных сетей является имитационное моделирование. Для решения задач имитационного моделирования сетей связи существует достаточно широкий спектр программных средств: от библиотек функций для стандартных компиляторов до специализированных языков программирования [1].

Для моделирования беспроводной ячеистой сети в данной работе использовался сетевой симулятор ш2 [2].

ш2 - дискретный сетевой симулятор, который активно используется для исследования проводных и беспроводных сетей [3]. Одно из несомненных его достоинств состоит в том, что создано большое количество готовых расширений (реализаций новых протоколов, уточнений реализаций существующих), которые с учетом открытости кода симулятора, распространяются бесплатно. Это позволяет активно модифицировать среду моделирования ш2 под конкретные нужды исследования.

Описание модели ячеистой сети

источниками информации, 10 - получателями). В качестве протокола маршрутизации использовался ЛОБУ, протокола МАС уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем

- С8МЛ/8Л. Скорость движения узлов являлась случайной величиной распределенной в диапазоне от 0 до 20 м/с. Мощность передатчика выбиралась равной 0,2818 Вт, пороговая мощность приема -3,652*10-10, пороговая мощность обнаружения -1,559*10-11.

При использовании ш2 предусмотрен

пороговый выбор модели распространения радиоволн. Если расстояние между отправителем и получателем С не превышает порогового значения

4пкіКг

1

(где кг - высота передающей антенны, кг -высота приемной антенны, X - длина волны).

то, целесообразно использовать модель

свободного пространства (Ргее8раее),

Р

Р&ог1

(4р)2 ё2 Ь

(где Рг - мощность сигнала на приеме, Рг -мощность сигнала на передаче, Gí, Ог -коэффициенты усиления передающей и приемной антенн соответственно, Ь - системные ошибки).

в противном случае применяется двулучевая модель (Т'даоКауОгоипё).

Для анализа трафика беспроводной мобильной ячеистой сети построена имитационная модель сети, состоящей из 20 узлов (10 из которых являлись

р&ол 2 К2 ё4

Макаров Евгений Сергеевич - ОАО «Концерн «Созвездие», канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник, тел. 8 (908) 131-75-71

Епифанцев Александр Александрович - ОАО «Концерн «Созвездие», канд. техн. наук, инженер, тел. (473)

221-35-99

Акулинин Станислав Алексеевич наук, профессор, тел. 243-77-03

ВГТУ, д-р физ.-мат.

Визуализация топологии рассматриваемой сети при помощи встроенного средства пат приведена на рис. 1.

Рис. 1

В ns2 можно использовать такие генераторы трафика, как Парето и экспоненциальный. В этом случае каждый генератор трафика может моделировать агрегированный поток от большого числа источников [4]. Каждый такой генератор заменяет большое количество узлов. Каждый генератор трафика в ns2 моделирует трафик, имеющий две величины, распределенные по определенному закону: интервал между группами пакетов и размер группы.

Генератор Парето создает трафик согласно закону распределения Парето. В течение периода On пакеты посылаются с фиксированной скоростью, а в течение периода Off (tOff) пакеты не посылаются. При постоянном размере пакетов периоды On и Off распределены по закону Парето.

На основе исходных данных генератор производит расчет времени передачи одного пакета (t=pa3Mep пакета*8/скорость потока в течение режима On) и среднее число пакетов в группе (п=период времени On группы/t).

В каждом цикле On/Off рассчитываются две независимые случайные величины:

- количество пакетов в группе, которые должны передаваться в следующий период On;

- длина следующего периода Off в секундах.

Обозначим плотность вероятности

распределения Парето f(x), а математическое ожидание E(X) [5].

Г, ч aba

f (x) = —о+г для x^b

E ( X ) =

ba a -1

для a> 1

а - характеристическим показатель распределения;

Ь - минимальное значение величины х (масштабный коэффициент).

bra a -1

tOff=E (Y) = -Ц a -1

n(a -1) a -1

b,

= m(a -1>+1

a

ш2 имеет генератор Парето случайных чисел, который использует характеристический показатель распределения а и масштабный коэффициент Ь.

Такой источник (генератор трафика Парето) может быть использован для моделирования агрегированного трафика, который обладает медленно затухающим распределением.

При использовании экспоненциального генератора задаются значения плотности вероятности Д(х) и математического ожидания Е(Х) соответствующие экспоненциальному

распределению [6].

f ( х)

\Яе-Ах, х > 0, 0, х < 0.

E (X)=1

Анализ трафика беспроводной мобильной ячеистой сети

Зависимости объема переданной

пользовательской информации от времени моделирования при использовании генераторов трафика Парето и экспоненциального для соединения пары станций, построенные в х^арЬ, в сети представлены на рис. 2 и рис. 3 соответственно.

Yx 1<Г3 К Graph

| ■'•г

-сссс '

- UU ■ ;

1 ; им -hi III

Рис. 2

x

Рис. 3

Графики зависимости сгенерированной на источниках информации от времени моделирования приведены на рис. 4 для Парето и рис. 5. для экспоненциального генераторов трафика.

хЮ6

10 20 30 40 50 60 70 80 90

generate event time [sec]

Рис. 4

хЮ6

10 20 ЗО 40 50 60 70 80 90

generate event time [sec]

Рис. 5.

Полученные графики свидетельствуют о большей нагрузке на сеть при использовании в качестве модели пользовательской информации генератора Парето.

Основные параметры пользовательской информации, полученные в ходе имитационного моделирования представлены в таблице.

Парето экспоненциальн ый

Объем информации потерянной, байт 5,3*106 11,6*106

ретранслир ованной, байт 8,3*105 7,3*104

сгенерирова нной, байт 3,2*106 2,4*106

принятой, байт 10,4*105 12*105

Выводы

На основе полученных результатов можно сделать вывод, что использование для прогнозирования пользовательской информации трафика заданного на основе экспоненциального генератора приводит к меньшей нагрузке на сеть. В результате оценка объема передаваемой

пользовательской информации и интенсивности ее поступления при моделировании сети на основе генератора Парето предъявляет более жесткие требования к протоколам транспортного, сетевого и МАС уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем. Применение оценок объема потерь, созданной и ретранслированной

информации позволяет на этапе проектирования сети оценить текущие возможности сетевого оборудования и избежать потерь информации, вызванной переполнением буферов в узлах сети и обеспечить связность абонентов за счет использования ретрансляций в автоматическом режиме.

Приведенные оценки позволяют

рекомендовать для анализа нагрузки генератора Парето, что позволит выявить недостатки разрабатываемой ячеистой сети при ее имитационном моделировании и определить требования к оборудованию и протоколам взаимодействия узлов в условиях высокой нагрузки и мобильности абонентов.

Литература

1. Wang X. B. Wireless mesh networks / X. B. Wang, W. F. Wang - : Computer Networks and ISDN Systems, 2003. - 487 p.

2. Кучерявый Е.А. NS-2 как универсальное средство имитационного моделирования сетей связи -

Минск.: Труды международной конференции:

Информационные сети, системы и технологии, 2001

3. Kurkowski S. [и др.]. A visualization and analysis tool for ns-2 wireless simulations : inspect. //

MASCOTS'05: Proceedings of the 13th IEEE International Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation of Computer and Telecommunication Systems., pp. 503-506. -2005.

Воронежский государственный технический университет ОАО «Концерн «Созвездие», г. Воронеж

THE ANALYSIS OF THE TRAFFIC OF THE WIRELESS MOBILE MESH NETWORK E.S. Makarov, A.A. Epifancev

The imitating model of a wireless mobile mesh network in a simulator ns2 is under construction. The estimation of the basic network characteristics is made

Key words: mesh networks, models, simulation

4. K. Fall, K. Varadhan; The ns Manual; UC Berkeley December 2003.

5. Крамер Г. Математические методы

статистики, пер. с англ., 2 изд., М., 1975

6. Феллер В., Введение в теорию вероятностей и ее приложения, пер. с англ., 2 изд., т. 1, М., 1967