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. 121 2010 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 1. 10. 2010 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,
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.
Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych... 415 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
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).
Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych... 417 Rys. 4. Dokładne dane przesyłanego pakietu Rys. 5. Zmiana topologii sieci bezprzewodowej
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++
Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych... 419 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).
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).
Symulacja komunikacji w sieciach bezprzewodowych... 421 LITERATURA [1] Credits, acknowledgements, www.omnetpp.org, 2010 [2] OMNEST TM The R&D Simulator OMNeT++ Enterprise Edition, www.omnest.com, 2010. [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, 2002. 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