Компьютерные сети (стр. 6 )

Рисунок 13 -  Процедура создания события сетевым объектом

Планировщик событий реального времени используется для эмуляции, когда пакет моделирования взаимодействует с реальной сетью. В настоящее время такой вид эмуляции находится в стадии разработки, хотя экспериментальная версия уже действует в ns2.

Другое важное использование планировщика событий – это планирование событий моделирования, такие как, например, старт приложения FTP, окончание моделирования, генерация сценария моделирования до запуска самого моделирования и т. д.

Сетевые объекты могут быть простыми (очереди, линии задержки, мультиплексоры/демультиплексоры, агенты, приложения) и составными, которые образуются путем объединения простых объектов (узлы, дуплексные линии, локальные сети 802.3 Ethernet, 802.11 Wi-Fi).

Узел в ns2 является абстракцией сетевого уровня. Он может принимать пакеты и классифицировать их по адресу и порту, являющимся полями IP-заголовка.

Линии связи являются составными объектами (2 противоположно направленные симплексные линии, которые состоят из очереди, Null-агента, линии задержки и объекта). Если модель ориентирована на трассировку событий, то звено также будет содержать объекты трассировки.

Агенты в ns2 являются абстракцией транспортного уровня и служат для того, чтобы обеспечивать передачу пакетов между сетевыми объектами. Для создания соединения с использованием протокола TCP необходимо наличие двух агентов: TCP–передатчики: TCP, TCP/Tahoe, TCP/Reno, TCP/Vegas; TCP-приемник: TCPSink. Передатчик имеет возможность отвечать различным образом на уведомления о получении пакетов от адресатов. Приемник принимает пакеты и отправляет квитанцию о получении. При создании соединения с UDP протоколом, уведомления о получении не предусмотрены, поэтому для передачи используется UDP - агент, а для приема – Null-агент, который принимает и уничтожает все пакеты.

Приложения в ns2 отвечают за сетевой уровень. Приложение прикрепляется к агенту и служит для создания трафика. FTP, Telnet, СBR можно использовать в качестве приложений. FTP и Telnet моделируют трафик, характерный для реальных протоколов прикладного уровня. CBR является абстрактным генератором трафика с постоянным темпом выдачи пакетов.

Типы очередей задаются при создании звена передачи данных, к ним относятся:

DropTail ( аналог FIFO с отбрасыванием вновь поступающих пакетов при переполнении очереди); FQ (равное распределение пропускной способности между потоками), SFQ (равное распределение пропускной способности между ограниченным количеством очередей); DBR (обслуживание потоков в циклическом порядке с равномерным распределением пропускной способности между всеми классами); CBQ (распределение пропускной способности происходит в соответствии с классом приоритета).

В ns2 пакеты состоят из набора заголовков и поля данных. Формат заголовка пакета задается во время создания объекта Simulator. Для удобства пользователя, все пакеты имеют одинаковый формат. Для ускорения процесса моделирования рекомендуется указывать, какие протоколы будут использоваться в модели для того, чтобы исключить заголовки неиспользуемых протоколов из заголовка пакета[6].

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ

3.1 Этапы моделирования

  Моделирование в сетевом симуляторе ns2 включает в себя следующие этапы:

Определение цели моделирования Разработка концептуальной модели Формализация модели Программная реализация модели Планирование модельных экспериментов Анализ и интерпретация результатов моделирования

К целям дипломного проекта относятся:

Моделирование вероятностно-временных характеристик беспроводной локальной сети кафедры ТС и ВС СибГУТИ Анализ полученных характеристик Выявление проблем в работе локальной сети Нахождение путей решения выявленных проблем

Сетевой симулятор ns2 позволяет решить поставленные цели при минимальных затратах времени и средств путем моделирования локальной сети.

На рисунке 14 изображена структура беспроводной локальной сети кафедры ТС и ВС.

Рисунок 14 – Схема локальной сети кафедры ТС и ВС

3.2 Параметры локальной сети

Для того чтобы смоделировать вероятностно-временные характеристики, в симуляторе ns2 была разработана программа на основе схемы сети, которая имитирует работу локальной сети. В локальной сети присутствует два сегмента – проводной и беспроводной, поэтому опишем параметры, которые были заданы для моделирования.

Таблица 2. Параметры сети

Параметр	Значение
Проводная часть
Скорость в канале связи (пропускная способность)	2 Мбит/с
Объем буфера	10 пакетов
Задержка	10 мс
Тип очереди	DropTail, SFQ
Типы агентов	TCP, UDP
Типы трафика	CBR, Pareto, Exponential
Скорость генерации трафика	0,02 – 1 Мбит/с
Размер пакета	500-1000 байт
Беспроводная часть
Механизм обслуживания очереди	DropTail
Количество мобильных абонентов	5-10
Максимальное число пакетов	1000
Протокол маршрутизации	AODV
Тип антенны	Omni
Типы агентов	TCP, UDP
Типы трафика	CBR, Pareto, Exponential
Скорость генерации трафика	0.3 – 3 Мбит/с

В ns2 данные посылаются от одного агента к другому. Но сам агент не генерирует трафик, поэтому к нему присоединяется приложение. В качестве приложений можно использовать различные генераторы трафика, которые моделируют поток с двумя параметрами, распределенными по определенному закону. Приложения являются сетевыми объектами в ns2 и отвечают за прикладной уровень. Приложение прикрепляется к агенту и служит для создания трафика. В ns2 есть приложения, которые моделируют трафик, характерный для реальных протоколов прикладного уровня – Telnet и FTP, и абстрактные генераторы трафика – CBR, Pareto. Пользовательские at-события останавливают и запускают приложения.

CBR, Exponential и Pareto являются генераторами трафика, которые можно использовать в качестве приложений. К параметрам для объектов этих приложений относятся размер пакета, скорость потока, Exponential/Pareto обладают дополнительными параметрами – время периода On (пачки) и время периода Off (ожидания). Кроме вышеуказанных параметров, Pareto обладает следующим свойством -  коэффициент формы (параметр распределения). CBR характеризуется интервалом между передачей и приемом пакетов; флагом, который указывает на наличие случайного шума во время передачи (0 - по умолчанию); максимальным числом передаваемых пакетов. Рассмотрим типы трафика, которые были использованы при разработке программы в сетевом симуляторе.

Pareto – это тип трафика, который содержится в классе OTcl Application/Traffic/Pareto. Генератор Парето создает трафик, подчиняющийся закону распределения Парето. Время делится на 2 периода – On и Off; сетевой трафик создается большим числом отдельных независимых источников; On/Off модель предполагает, что эти источники переходят из состояния On (в котором генерируется трафик с постоянной скоростью) в состояние Off (когда пакеты не посылаются). Такой источник может быть использован для моделирования агрегированного трафика, который обладает медленно-затухающим распределением.

CBR – простейший генератор, который порождает трафик, поступающий в сеть с более или менее постоянной битовой скоростью (бит/с). Несмотря на то, что скорость потока может изменяться, легко вычислить верхнюю границу. Например, аудиопотоки данных являются трафиком CBR, и для элементарного голосового потока верхняя граница составляет 64 Кбит/с. Помимо постоянной скорости передачи данных, CBR имеет заданный размер пакета (бит), интервал между передачей и приемом пакетов, флаг, максимальное число передаваемых пакетов.

Exponential – тип трафика, подчиняющийся экспоненциальному распределению. Обладает следующими параметрами – размер пакета, скорость потока в бит/с, время периода передачи пакетов и время ожидания в секундах[7].

Для сравнительного анализа вероятностно-временных характеристик использованы результаты моделирования с применением механизмов QoS. Для организации очередей используется алгоритм DropTail (отброс приходящих пакетов при переполненной очереди) и SFQ (равное распределение пропускной способности между ограниченным количеством очередей). В работе рассматривалось влияние следующих параметров: производительности, вероятности потерь пакетов, величины задержки в зависимости от скорости генерации трафика. Все эти характеристики являются определяющими качества связи.

Производительность позволяет оценить быстроту обмена информацией между передающей и принимающей станцией. Производительность зависит не только от скорости передачи данных в сети, но и от конфигурации сети. Поэтому в процессе работы сеть была перестроена из-за неудовлетворительных показателей производительности. В работе предполагается, что пакеты данных в канале связи теряются с некоторой вероятностью, которая вычисляется (Packet Error Ratio – PER).

Обработка результатов моделирования (трейс-файла) осуществлялась с помощью программы TraceGraph. С ее помощью была собрана статистика, показывающая величины задержки (минимальную, среднюю, максимальную) между узлом-источником и узлом-получателем. Как и следовало ожидать, эти величины имеют прямую зависимость от размера пакета, скорости потока и типа трафика.

3.3 Результаты моделирования

Результатами моделирования являются зависимости производительности, вероятности потерь пакетов и величины задержки от нагрузки при условии работы 18 стационарных компьютеров и 5 мобильных станций. На рисунках приведены полученные характеристики.