Прежде, чем выпустить новый стандарт беспроводной передачи данных, необходимо оценить его эффективность. Проще, дешевле и быстрее сделать это с помощью компьютерной модели. Ns-2 – один из программных пакетов, с помощью которого эти самые модели исследователи и крупные исследовательские лаборатории обкатывают (например NEC Labs, Mercedes-Benz Research and Development North America). Довелось мне очень плотно поиграться с ним.
Как оказалось, ns-2 не так прост. Простейшая модель сети из двух компьютеров, работающих по стандарту 802.11b показала необычно низкую пропускную способность канала. Под пропускной способностью подразумевается пропускная способность на сетевом уровне, без заголовков MAC, но с заголовками IP. На самом деле два физических компьютера обмениваются данными очень даже быстрее.
Модель, топология, и основные параметры беспроводной сети описывается на языке tcl. После долгих хождений по интернетикам и изучения документации обозначились параметры, которые необходимо учитывать, чтобы получить в экспериментальных данных количественные характеристики, сопоставимые с натурным экспериментом.
1. При моделировании беспроводных сетей с единственной точкой доступа (BSS) следует отключать ad-hoc маршрутизацию. Иначе периодические служебные сообщения о маршрутах могут интерферировать с пакетами данных.
2. Перед передачей данных узлы обмениваются ARP-сообщениями, что затруднительно в виду возможных потерь в беспроводных сетях. Пока ARP-протокол не отработает корректно, на протяжении эксперимента сообщения в канал продолжают поступать, что приводит к интерференции (потерям) с пакетами данных. Чтобы решить эту проблему в наших экспериментах можно первые 10 секунд назначить периодом инициализации. Допустим также, что в этот период узлы находятся достаточно близко друг от друга, чтобы выстроить ARP-таблицы. В последующий момент времени узлы перемещаются в экспериментальные местоположения, и начинается обмен данными.
3. Изменим скорость передачи данных. Оборудование стандарта 802.11 поддерживает скорости передачи данных: 1, 2, 5.5, 11 Mbps. Выбор скорости происходит автоматически на основе ошибок. Если ошибок много, оборудование скачком понижает скорость. Ошибок мало – повышает. Поэтому необходимо изменить скорость передачи данных на радиоинтерфейсах на 11 Mb. Для этого необходимо добавить строку в начало скрипта моделирования:
4. Изменить преамбулу на короткую – 72 бита. Зачем менять приамбулу? Каждый пакет отправляется вместе с преамбулой, являющейся в свою очередь определенным набором бит в начале пакета, чтобы приемник был готов принять реальные данные. Эта преамбула в соответствии с официальными стандартами должна быть послана на базовой скорости (1 Мбит/c). Существует два вида преамбул: короткая и длинная в соответствии с длиной поля синхронизации. Длинная преамбула имеет размер поля в 128 бит, а короткая 56 бит. Короткая преамбула появилась, вероятно, благодаря эволюции приемопередатчиков. NS по умолчанию настроен на использование длинной преамбулы. Существуют определенные затруднения при определении длины преамбулы. Добавить эту строку в начало скрипта:
Примечание: для длинной преамбулы это значение составляет 144
5. Отключаем RTS/CTS. В большинстве сетевых карт стандарта 802.11b RTS/CTS по умолчанию отключен. В большинстве случаев инфраструктура беспроводных домашних сетей достаточно проста, а потому RTS/CTS становится бесполезной нагрузкой. Эта функция в ns-2 по умолчанию включена. Добавим эту строку в начало скрипта (означает, что RTS будет отправляться лишь в случае, когда размер пакета превысит 3000 байт, а этого никогда не произойдет):
6. Размер пакетов. Во многих версиях ns значение пакета по умолчанию составляет 1000 байт. Изменить размер UDP-пакетов на 1500 байт. Размер пакетов можно посмотреть в файлах трассировки.
7. Не забывать про канал. В симуляторе мощность принятого сигнала зависит только от расстояния между приемником и передатчиком. В реальности существуют многие другие факторы, влияющие на мощность принимаемого сигнала.
Используемые в ns-2 модели беспроводных интерфейсов основаны на спецификациях карт Lucent 914 MHz WaveLan. В частности скорость передачи по умолчанию составляет 2 Мбит/c. Однако большинство современных беспроводных карт стандарта 802.11b имеют ряд отличий. Выше перечислены факторы, которые необходимо учитывать при моделировании беспроводных сетей стандарта 802.11b. Проведенный анализ показал, что после учета этих факторов в моделируемых экспериментах мы получаем пропускную способность, близкую к реальной.
Как оказалось, ns-2 не так прост. Простейшая модель сети из двух компьютеров, работающих по стандарту 802.11b показала необычно низкую пропускную способность канала. Под пропускной способностью подразумевается пропускная способность на сетевом уровне, без заголовков MAC, но с заголовками IP. На самом деле два физических компьютера обмениваются данными очень даже быстрее.
Модель, топология, и основные параметры беспроводной сети описывается на языке tcl. После долгих хождений по интернетикам и изучения документации обозначились параметры, которые необходимо учитывать, чтобы получить в экспериментальных данных количественные характеристики, сопоставимые с натурным экспериментом.
Параметры
1. При моделировании беспроводных сетей с единственной точкой доступа (BSS) следует отключать ad-hoc маршрутизацию. Иначе периодические служебные сообщения о маршрутах могут интерферировать с пакетами данных.
set val(rp) DumbAgent2. Перед передачей данных узлы обмениваются ARP-сообщениями, что затруднительно в виду возможных потерь в беспроводных сетях. Пока ARP-протокол не отработает корректно, на протяжении эксперимента сообщения в канал продолжают поступать, что приводит к интерференции (потерям) с пакетами данных. Чтобы решить эту проблему в наших экспериментах можно первые 10 секунд назначить периодом инициализации. Допустим также, что в этот период узлы находятся достаточно близко друг от друга, чтобы выстроить ARP-таблицы. В последующий момент времени узлы перемещаются в экспериментальные местоположения, и начинается обмен данными.
3. Изменим скорость передачи данных. Оборудование стандарта 802.11 поддерживает скорости передачи данных: 1, 2, 5.5, 11 Mbps. Выбор скорости происходит автоматически на основе ошибок. Если ошибок много, оборудование скачком понижает скорость. Ошибок мало – повышает. Поэтому необходимо изменить скорость передачи данных на радиоинтерфейсах на 11 Mb. Для этого необходимо добавить строку в начало скрипта моделирования:
Mac/802_11 set dataRate_ 11Mb4. Изменить преамбулу на короткую – 72 бита. Зачем менять приамбулу? Каждый пакет отправляется вместе с преамбулой, являющейся в свою очередь определенным набором бит в начале пакета, чтобы приемник был готов принять реальные данные. Эта преамбула в соответствии с официальными стандартами должна быть послана на базовой скорости (1 Мбит/c). Существует два вида преамбул: короткая и длинная в соответствии с длиной поля синхронизации. Длинная преамбула имеет размер поля в 128 бит, а короткая 56 бит. Короткая преамбула появилась, вероятно, благодаря эволюции приемопередатчиков. NS по умолчанию настроен на использование длинной преамбулы. Существуют определенные затруднения при определении длины преамбулы. Добавить эту строку в начало скрипта:
Mac/802_11 set PreambleLength_ 72Примечание: для длинной преамбулы это значение составляет 144
5. Отключаем RTS/CTS. В большинстве сетевых карт стандарта 802.11b RTS/CTS по умолчанию отключен. В большинстве случаев инфраструктура беспроводных домашних сетей достаточно проста, а потому RTS/CTS становится бесполезной нагрузкой. Эта функция в ns-2 по умолчанию включена. Добавим эту строку в начало скрипта (означает, что RTS будет отправляться лишь в случае, когда размер пакета превысит 3000 байт, а этого никогда не произойдет):
Mac/802_11 set RTSThreshold_ 30006. Размер пакетов. Во многих версиях ns значение пакета по умолчанию составляет 1000 байт. Изменить размер UDP-пакетов на 1500 байт. Размер пакетов можно посмотреть в файлах трассировки.
Agent/UDP set packetSize_ 15007. Не забывать про канал. В симуляторе мощность принятого сигнала зависит только от расстояния между приемником и передатчиком. В реальности существуют многие другие факторы, влияющие на мощность принимаемого сигнала.
Заключение
Используемые в ns-2 модели беспроводных интерфейсов основаны на спецификациях карт Lucent 914 MHz WaveLan. В частности скорость передачи по умолчанию составляет 2 Мбит/c. Однако большинство современных беспроводных карт стандарта 802.11b имеют ряд отличий. Выше перечислены факторы, которые необходимо учитывать при моделировании беспроводных сетей стандарта 802.11b. Проведенный анализ показал, что после учета этих факторов в моделируемых экспериментах мы получаем пропускную способность, близкую к реальной.
