PDF de programación - Integración de Radio Mobile y NS-3 para la planicación de redes rurales híbridas WiMAX+WiFi

Escuela Politécnica Superior

Departamento de Ingeniería Telemática

Ingeniería de Telecomunicación

PROYECTO FIN DE CARRERA

Integración de Radio Mobile y NS-3 para la

planicación de redes rurales híbridas

WiMAX+WiFi.

Autor: Patxi Azpiroz De Pedro - 100065551

Director: Francisco Javier Simó Reigadas

Tutor: Simon Pickin

Leganés, 2 de julio de 2010

Título:

Integración de Radio Mobile y NS-3 para la planicación de

redes rurales híbridas WiMAX+WiFi.

Autor:

Patxi Azpiroz De Pedro

Director: Francisco Javier Simó Reigadas

Tutor:

Simon Pickin

EL TRIBUNAL

Presidenta:

Mari Carmen Fernández Panadero

Secretario

Isaac Seoane Pujol

Vocal

Carlos Figuera Pozuelo

Realizado el acto de defensa y lectura del Proyecto Fin de Carrera el día 2 de julio de 2010

en Leganés, en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de Madrid, acuerda

otorgarle la CALIFICACIÓN de:

Presidente

Secretario

Vocal

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Agradecimientos

Quiero agradecer antes que nada a Javier Simó y Simon Pickin, por el tiempo y esfuerzo que

me habéis ofrecido.

A toda la familia EHAS, por su gran trabajo con pequeños recursos y sus nes ejemplares. En

especial a Carlos Rey (por todo) y Nacho Foche (frikadas varias).

Al departamento de TSC de la URJC, en especial a Oscar Barquero (soporte LATEX).

A todos los compañeros de carrera durante este segundo ciclo (½esta ha sido una batalla ganada

entre todos!).

A Albentia Systems, en especial a Silvia e Iratxo, por la paciencia en este prolongado remate.

A Marta, por haber estado a mi lado durante toda la carrera.

Eta nola ez, nire eskerrik beroenak etxekoei, egiten dudan oron laguntzeagatik (Atta, Ama,

Antton, Txomin; Attonak eta Amonak, ...).

Patxi.

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Ver amanecer no tiene precio, además es gratis.

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Resumen

Este trabajo se presenta como proyecto n de carrera de Ingeniería de Telecomunicación cuyo

objetivo es crear un herramienta software libre o gratuita que facilite la planicación de redes

rurales en países en vías de desarrollo.

La herramienta tiene que trabajar con modelos de terreno irregular, debido a la naturaleza

de enlaces de largas distancias, tanto en la selva como en la sierra, además de simular redes de

comunicaciones inalámbricas de banda ancha híbridas, basadas en tecnologías WiFi y WiMAX.

La arquitectura de la aplicación, parte del simulador de coberturas en radio-frecuencia Radio

Mobile que es capaz de generar un reporte de salida con información de la red. Este resumen

de la red se analiza mediante un software adaptador, que genera un script (chero texto) que se

lee e interpreta en el simulador de red de eventos discretos NS-3 para construir la red. Una vez

acabada la simulación se procesan las trazas de tráco para obtener los resultados de la medición

del comportamiento de la red.

De este modo se ofrece a los equipos de despliegue una herramienta simple, versátil y siste-

matizada de estimar las prestaciones en redes de características mencionadas.

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Abstract

This work is a nal degree project in Telecommunication Engineering whose aim is to build

an open source or free tool to facilitate rural network planning in developing countries.

Due to the nature of long distance links, the toolkit must work with irregular terrain model,

as such, be suitable for use in varied terrains such as jungle as well as mountains. It's aim is

to simulate rural networks using hybrid broadband wireless communications based on WiFi and

WiMAX technologies.

The rst stage of the application is based on a radio-frequency simulator called Radio Mobile

which generates a network report. This output is analyzed by a adapter software which generates

a simulation script of the network for NS-3, a discrete event network simulator. Once executed,

the trac traces are processed in order to obtain results that measure the behaviour of the

network.

In this way, a simple, versatile, and systematic free tool exists, for any telecommunications

group to use.

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Índice general

1. Motivación

1.1.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2. EHAS - Enlace Hispano Americano de Salud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.1. Estructura del Sistemas de Salud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.2. Problemas del Sistema de Salud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.3. Evolución Tecnológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1.3. Necesidad de una herramienta de planicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2. Introducción

2.1. Objetivos

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2. WiFi - IEEE802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1. Arquitectura de Red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2. PHY - Nivel Físico en IEEE802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.3. MAC - Control de acceso al medio en IEEE802.11 . . . . . . . . . . . . .

2.2.4. WiFi para largo alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3. WiMAX - IEEE802.16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1. WiMAX - PHY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2. WiMAX - MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.3. Soporte a la capa PHY dentro de la capa MAC . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.4.

Inicialización de un nodo de la red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.5. Mecanismos de solicitud y gestión de ancho de banda . . . . . . . . . . . .

2.3.6. Provisión de la calidad de servicio

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.3.7. Flujos de Servicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.8. Servicio de planicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Arquitectura de la herramienta

3.1. Metodología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2. Diagrama de bloques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1. Simulador de radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2. Datos de salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.3. Lector de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.4. Generación del script del simulador de red . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.5. Capa superior del simulador de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.6. Simulador de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.7. Resultados

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.8. Realimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Evaluación de posibles componentes de la arquitectura

4.1. Simuladores de enlaces de radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.1.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.2. Datos de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.3. Operaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.4. Archivos de salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1.5. Conclusiones

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2. Simuladores de red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.2. Requisitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.3. Evaluación de simuladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.4. GloMoSim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.5. J-Sim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.6. GTNetS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.7. JIST/SWANS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.8. SSFNet

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.9. NCTUns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4.2.10. OMNeT++ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.11. ns-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.12. ns-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.13. Conclusiones

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Solución adoptada

5.1.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2. Planicador de radioenlaces y de coberturas de radio . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2.1. Estructura de la información del reporte de Radio Mobile . . . . . . . . .

5.2.2.

Información necesaria para la generación automática de redes . . . . . . .

5.2.3. Protocolo de Nombramiento de sistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3. Python Adapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.3.1. Estructura del chero net-info . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4. Wireless-Planning

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.1.

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.2. Breve introducción al proyecto ns-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.3. Estructura del código de ns-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.4.4. El script principal de ns-3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .