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Diseño y simulación de enlace wifi punto punto de largo alca

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by

Ana Cruz

on 18 October 2013

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Transcript of Diseño y simulación de enlace wifi punto punto de largo alca

RED WIFI DE LARGO ALCANCE COMO ALTERNATIVA DE COMUNICACIÓN PARA SITUACIONES DE EMERGENCIA: DISEÑO, SIMULACIÓN E IMPLEMENTACIÓN
CONTEXTO
OBJETIVOS
DESARROLLO
ETAPA 1:

RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN


ETAPA 2:

ESTUDIO DE HERRAMIENTAS DE SIMULACIÓN

ETAPA 3:

DISEÑO DEL ENLACE Y PRUEBAS EN NS3

ETAPA 4:

ANÁLISIS DE RESULTADOS

ETAPA 5:

ELABORACIÓN ARTÍCULO


RESULTADOS
PROBLEMA
El Plan de Emergencia y Contingencia del Sector de Telecomunicaciones del Min TIC, no contempla un modelo de Sistema inalámbrico de largo alcance para gestionar la prevención y atención de desastres naturales en Colombia

OBJETIVO GENERAL

- Realizar el diseño, simulación e implementación de una red WIFI de largo alcance para aplicación en situaciones de emergencia en Colombia.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- Diseño de sistema de comunicación WiFi de largo alcance para comunicaciones de emergencia.
- Simulación del sistema punto punto usando NS-3
- Implementación de prototipo de enlace WiFi de largo alcance

Estudiante: Ana María Cruz Casas
Director: José de Jesús Rugeles Uribe

Universidad Militar Nueva Granada
Facultad de Ingeniería
Ingeniería en Telecomunicaciones
Grupo de Investigación GISSIC
Bogotá, Octubre de 2013

“Plan de Emergencia y Contingencia del Sector de Telecomunicaciones” (2008)
“Sistema Nacional de Telecomunicaciones de Emergencias (SNTE) en Colombia" (2013)
Diseño de la "Red Nacional de Telecomunicaciones de Emergencia (RNTE)" (2013)
CURSO NS2-NS3 Agosto 2012
Dr. Wilder Castellanos
ESCENARIO DE PRUEBAS
1. Asignar valores iniciales de capa física a variables de entorno de simulación.
DISEÑO DEL ENLACE
- Antena de Rejilla: Direccional, especial para enlaces punto a punto.

- Tarjeta WLM54G MiniPC: Alto nivel de potencia, chip Atheros AR5414 programable en Madwifi (Multiband Atheros Driver for Wireless Fidelity)

Pérdidas en el espacio: Basados en el modelo de pérdida de propagación de Friis, transmisiones a condiciones ideales.

2. Configuración de aplicación generadora de tráfico TCP:
3. Se establece la herramienta que genera estadísticas de pérdida de paquetes y rendimiento del enlace:
4. Configuración de parámetros de la capa MAC en la librería wifi-mac.cc del simulador NS3, teniendo en cuenta el retardo de propagación.
Basados en diferentes experimentos realizados en NS3, se fijó una potencia de transmisión de 30dBm y una ganancia en las antenas de 24dBi, con el fin de incrementar la cobertura de la señal transmitida a un rendimiento efectivo cuando la distancia se acerca a 100Km entre los dos nodos. Los valores del AckTimeout y CtsTimeout se modificaron según el Round Trip Time (RTT) para recorrer cada distancia en condiciones ideales.

Con estos valores en las capas PHY y MAC tenemos el siguiente comportamiento del enlace en cuanto a potencia recibida y Throughput en función de la distancia:

El script genera los niveles de potencia del nodo receptor a medida que va aumentando la separación entre este y el nodo emisor, evidenciando así la pérdida de la señal cuando se incrementa la distancia como se observa en la siguiente imagen:
En la siguiente gráfica se muestra el rendimiento del enlace acorde al incremento de la distancia entre los dos nodos al enviar paquetes TCP a una tasa de transmisión de 1Mbps según el estándar IEEE 802.11b:
HERRAMIENTA PARA SIMULACIÓN DE RED DE EVENTOS DISCRETOS

SOFTWARE LIBRE, DESARROLLADO EN C++ Y CON CAPACIDAD DE SOPORTAR LENGUAJE PHYTON

DE FINES PRINCIPALMENTE INVESTIGATIVOS Y EDUCATIVOS
MODELO BÁSICO
IMPLEMENTACIONES EN:
MODELOS DE PÉRDIDAS POR PROPAGACIÓN
MODELOS DE RETARDOS POR PROPAGACIÓN
GENERADORES DE TRÁFICO UDP, TCP Y APLICACIÓN ONOFF.
ENRUTAMIENTO ESTÁTICO
AODV
OLRS
DSDV
DSR
PUNTO A PUNTO
Acceso Múltiple por Detección de Portadora (CSMA)
ALGORITMO DE CONTROL DE TASA
WIFI (a,b,g,n,e)
WIMAX
LTE
MODELOS DE MOVILIDAD
DIFERENTES TOPOLOGÍAS DE RED
VENTAJAS

- Simulaciones de alto desempeño que permiten emulación

- Gran cantidad de información disponible gracias a proyectos basados en simulaciones de los modelos de ns3

- Fuerte grupo de desarrollo en constante actualización de modelos y versiones de ns3

- Entre los 0 y 100 Km el Throughput presentó una avariación del 10%

-El Throughput presentó un máximo de 0,685 Mbps sobre la tasa de transmisión de 1Mbps, sin embargo con las modificaciones en la capa MAC se obtiene un mejor rendimiento y mayor alcance.

- En el escenario de simulación se descartan colisiones al tratarse de una transmisión unidireccional por lo cual no se modifica el valor del SlotTime
TIEMPOS INTERTRAMA EN LA CAPA MAC DEL ESTÁNDAR IEEE 802.11b DETERMINANTES EN LAS TRASMISIONES
Es necesario aumentar el AckTimeout y el CtsTimeout, el tiempo que tarda la señal en ir del nodo emisor al receptor y volver:

RTT = [(distancia/3e8) * 2]

Definición de características físicas del enlace:
GRACIAS
ALGUNAS DIFICULTADES ENCONTRADAS EN NS3 :
- Dificultades para insertar nuevos valores de los parámetros de capa MAC, se debe dejar comentada la línea donde se establece el estándar IEEE 802.11b o hacer los cambios directamente en la librería WIFI-MAC.CC

- Tiempos de simulación afectan los resultados de las estadísticas, lo que hace más compleja la elección de los mismos

- Algunos de los atributos de los modelos de pérdida de propagación deben ser sobredimensionados para permitir que se hagan las transmisiones, es el caso del min_dist del modelo de pérdida de propagación de Friis.
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