SYMULACJA KOMUNIKACJI W SIECIACH BEZPRZEWODOWYCH TYPU AD-HOC W RODOWISKU OMNeT++

Transkrypt

1 Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O LIT E C H N IK I Ł Ó D Z K IE J Nr 1078 ELEKTRYKA, z ARTUR SIERSZE, ŁUKASZ STURGULEWSKI Wydział Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Politechnika Łódzka SYMULACJA KOMUNIKACJI W SIECIACH BEZPRZEWODOWYCH TYPU AD-HOC W RODOWISKU OMNeT++ Recenzent: prof. Dominik Sankowski Maszynopis dostarczono Artykuł przedstawia zastosowanie rodowiska OMNeT++ w symulacyjnym badaniu komunikacji w sieciach bezprzewodowych typu ad-hoc. Testy nowo opracowywanych rozwiza w zakresie trasowania ad-hoc s w realnym rodowisku trudne do przeprowadzenia i bardzo kosztowne. Wspomniane rodowisko umoliwia przeprowadzanie dowiadcze z szerokiego zakres sieci bezprzewodowych: od osobistych (ang. Personal Area Network), przez metropolitarne (Wi-Fi/WaMAX), a po globalne (GSM, czy łczno satelitarna). 1. WPROWADZENIE Pomysłodawc, architektem i główny autorem rodowiska jest Wgier Andras Varga [1]. Prac rozpoczł on jeszcze podczas studiów magisterskich na Politechnice Budapeszteskiej, które kontynuował podczas studiów doktoranckich. Od samego pocztku projekt w zastosowaniach niekomercyjnych oraz edukacyjnych był bezpłatny. Skomercjalizowane rodowisko rozwijane przez firm Simulcraft Inc., załoon przez pomysłodawc projektu, otrzymało nazw Omnest [2]. OMNeT++ to modułowe i rozszerzalne, oparte na składni jzyka C++ i bibliotekach struktur symulacji, rodowisko do budowy symulatorów sieci. Jego głównym obszarem zastosowania jest symulacja sieci komunikacyjnych,

2 414 A. Siersze, Ł. Sturgulewski lecz ze wzgldu na jego elastyczn architektur jest z powodzeniem wykorzystywany równie w innych dziedzinach, takich jak symulacja złoonych systemów informatycznych (np. sieci kolejkowe czy architektur sprztowych). OMNeT++ oferuje oparte na Eclipse IDE (rys. 1) graficzne rodowisko uruchomieniowe oraz wiele innych narzdzi (m.in. symulacja w czasie rzeczywistym, emulacja sieci alternatywnych jzyków programowania, np. Java czy C#, integracja baz danych). Rys. 1. Graficzne rodowisko programistyczne symulatora OMNeT++ 2. BEZPRZEWODOWE SIECI W ARCHITEKTURZE AD-HOC Bezprzewodowa sie w topologii ad-hoc jest zdecentralizowan sieci bezprzewodow [4], poniewa nie opiera si na wczeniej istniejcej infrastrukturze, takiej jak routery czy punkty dostpowe. Kady wzeł bierze udział w procesie routingu przez przekazywanie danych do innych wzłów, a zatem okrelenie, które wzły przekazuj dane, jest dokonywane dynamicznie w oparciu o połczenia z sieci. Pierwsz bezprzewodow sieci ad-hoc była sie PRNET (akronim z ang. Packet Radio NETwork) z lat 1970-tych, sponsorowana przez DARPA.

3 Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych Zdecentralizowany charakter bezprzewodowej sieci ad-hoc sprawia, e nadaje si ona do rónych zastosowa, w których centralne wzły nie mog by uyte z przyczyn ekonomicznych lub technicznych np. odległo od infrastruktury lub zmienny charakter badanych obiektów. Bezprzewodowe sieci ad-hoc mona podzieli na: mobilne sieci ad-hoc (ang. mobile ad-hoc networks) (rys. 2), kratowe sieci bezprzewodowe (ang. wireless mesh networks) oraz sieci bezprzewodowych czujników (ang. wireless sensor networks) [4]. Rys. 2. Przykład sieci ad-hoc zasymulowanej w rodowisku OMNeT++ 3. BEZPRZEWODOWE SIECI W ARCHITEKTURZE AD-HOC W RODOWISKU OMNeT++ Badanie wymiany danych w sieciach ad-hoc jest zagadnieniem trudnym z powodu zmiennoci topologii sieci w czasie i przestrzeni. rodowiska symulacyjne, takie jak OMNeT++, dysponuj moliwoci przeprowadzenia takich bada. W kadym momencie funkcjonowania sieci moliwe jest dokładne przeledzenie całoci wymiany danych pomidzy wzłami w zakresie kolejnoci

4 416 A. Siersze, Ł. Sturgulewski pakietów (rys. 3) oraz dokładnych wartoci poszczególnych pól w pakiecie bd ramce (rys. 4). Czynno analizy mona zautomatyzowa, definiujc dokładnie, jakie zdarzenia maj mie miejsce podczas przeprowadzania symulacji. Rys. 3. Symulacja wymiany pakietów pomidzy dwoma wzłami sieci ad-hoc rodowisko OMNeT++ daje wiele moliwoci, od zmiany połoenia badanych wzłów sieci (losowe przemieszczanie si wzłów lub definiowanie sposobu przemieszczania zgodnie z dan topologi, np. ulice miasta), poprzez ich wyłczenie lub ponowne włczenie, a do dodawania nowych wzłów (rys. 5).

5 Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych Rys. 4. Dokładne dane przesyłanego pakietu Rys. 5. Zmiana topologii sieci bezprzewodowej

6 418 A. Siersze, Ł. Sturgulewski Ten szeroki zakres zmian umoliwia rzetelne przetestowanie konkretnego rozwizania, jednak powoduje wygenerowanie duej liczby informacji dotyczcych zmiany stanu poszczególnych wzłów, ruchu pakietów i zmian funkcjonalnoci sieci. Duym ułatwieniem jest generowany podczas procesu symulacji dziennik zdarze (rys. 6), który systematyzuje je i ułatwia ich ledzenie. Rys. 6. Informacja o zdarzeniach zachodzcych podczas symulacji Rys. 7. Przykładowe parametry wzła zdefiniowane za pomoc jzyka C++

7 Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych Przebieg przeprowadzanej symulacji moemy zmienia take poprzez zmian modułów w jzyku C++ dotyczcych wybranego wzła sieci (rys. 8) w trakcie wykonywanej symulacji (rys. 7). Rys. 8. Informacje o urzdzeniach składowych badanej topologii Podstaw kadej symulacji jest analiza procesu przepływu danych składajcych si na badany proces. W rodowisku OMNeT++ funkcj t mona podzieli na dwie zwizane ze sob czynnoci: zdefiniowanie procesu oraz okrelenie danych biorcych w nim udział. Zdefiniowanie procesu odbywa si za pomoc graficznego interfejsu, w którym mona okreli, jakie moduły mog bra udział w symulowanym procesie, a take wyznaczy kierunek, zwrot i modyfikacje przemieszczenia przetwarzanych danych. Na rysunku (rys. 9) procesem tym jest aplikacja (pingapp), a dane, które wchodz w skład badanego procesu funkcjonowania warstwy sieciowej (networklayer), to segmenty Transmission Control Protocol (udp) i User Datagram Protocol (udp).

8 420 A. Siersze, Ł. Sturgulewski Rys. 9. Diagram przepływu 4. PODSUMOWANIE Packet Tracer jest znakomitym ułatwieniem w procesie nauczania o sieciach komputerowych. Dua liczba symulowanych urzdze i protokołów stwarza olbrzymie moliwoci w prezentowaniu technologii sieciowych rónego typu. W opisanym przypadku przedstawiono, jak łatwo i szybko skonfigurowa najprostsz topologi z uyciem technologii VoIP. Jest to jedynie pocztek, gdy omawiane zagadnienie mona rozszerzy o inne urzdzenia (tablet PC, urzdzenie PDA, bramka głosowa), sposoby komunikacji (sieci beprzewodowe, ADSL, sieci WAN), czy rozwizania obsługi połcze VoIP (CISCO IP Communicator).

9 Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych LITERATURA [1] Credits, acknowledgements, [2] OMNEST TM The R&D Simulator OMNeT++ Enterprise Edition, [3] Wehrle K, Günes M, Gross J.: Modeling and Tools for Network Simulation, Springer, 2010). [4] Toh Chai K.: Ad Hoc Mobile Wireless Networks, Prentice Hall Publishers, Stypendyci projektu Innowacyjna dydaktyka bez ogranicze zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej zarzdzanie uczelni, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacnianie zdolnoci do zatrudniania, take osób niepełnosprawnych współfinansowany przez Uni Europejsk w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego. WIRELESS AD-HOC COMPUTER NETWORK COMMUNICATION SIMULATION USING OMNeT++ Summary The article presents the use of OMNeT++ environment in the simulation tests of communication in ad-hoc wireless computer networks. The tests of new routing solutions in ad-hoc networks are very expensive and difficult in the real environment. The mentioned makes it possible to conduct tests on a wide scope of wireless computer networks: from personal (Personal Area Network) and metropolitan (Wi-Fi/WaMAX) to global networks (GSM and satellite communication). Politechnika Łódzka Katedra Informatyki Stosowanej