As Redes 80211(Pi)

UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA DISCIPLINA: PROJETO INTERDISCIPLINAR INTERDISCIPLINAR PROFESSOR: PROFESSOR: PAULO ROBERTO GUARDIEIRO

PROJETO 1: SIMULAÇÃO DE WLAN IEEE 802.11N USANDO NS-3

LUCAS EDUARDO RIBEIRO DUARTE 11611ETE015

UBERLÂNDIA 2017

1. Introdução

Até alguns anos atrás, somente era possível interconectar computadores por meio de cabos. Este tipo de conexão é bastante popular, mas conta com algumas limitações, por exemplo: só se pode movimentar o computador até o limite de alcance do cabo; ambientes com muitos computadores podem exigir adaptações na estrutura do prédio para a passagem dos fios; em uma casa, pode ser necessário fazer furos na parede para que os cabos alcancem outros cômodos; a manipulação constante ou incorreta pode fazer com que o conector do cabo se danifique. Felizmente, as redes sem fio ( wireless) WiFi surgiram para eliminar estas limitações. O uso deste tipo de rede está se tornando cada vez mais comum, não só nos ambientes domésticos e corporativos, mas também em locais públicos (bares, lanchonetes, shoppings, livrarias, aeroportos, etc) e em instituições acadêmicas. Por esta razão, o nosso objetivo é simular uma rede 802.11n sem fio afim de analisar o seu comportamento em diversas condições.

2. Objetivos Nesse relatório , nosso objetivo principal é apresentar a curva de variação da vazão em função dos diferentes tamanhos de pacotes transmitido sendo realizada uma análise e conclusão dos respectivos gráficos obtidos . Isso será feito com auxílio do Ns3 que é um simulador de rede de código aberto.

3.Fundamentos Teóricos Antes de entrarmos em detalhes sobre o relatório , discutiremos conceitos básicos gerais sobre a rede 802.11n . LANs sem fio (WLANs) em todo o mundo estão atualmente no processo de transição para usar equipamentos com base no Padrão IEEE 802.11n [1], um sucessor de alto desempenho para os padrões 802.11a / b / g mais antigos. O principal objetivo que levou para o desenvolvimento do 802.11n foi atingir 100Mbps + taxa de transferência acima da camada MAC, quase um aumento de 3 vezes isso é possível através de padrões anteriores de 802.11a / g. Uma chave aprimoramento da camada física (PHY) no 802.11n para realizar isso foi chamado MIMO, ou o uso de antenas múltiplas. Maioria do hardware 802.11n disponível atualmente suporta dois antenas e duas funções MIMO, nomeadamente divisão espacial multiplexagem (SDM) e codificação de bloco espaçotemporário (STBC) - SDM visa melhorar a produção através do uso de múltiplos fluxos de dados simultâneos através de diferentes antenas, enquanto o STBC é para aumentar a confiabilidade ao transmitir um fluxo de dados único em várias antenas com redundância. Além do MIMO, o 802.11n também incorpora uma ligação de canais característica para permitir duplicar a largura do canal para 40MHz de a largura de 20MHz comum nos sistemas 802.11a / b / g. Outros PHY Os aprimoramentos incluem intervalos curtos de guarda e substituição de uma taxa de bits 802.11a / g com uma maior taxa de modulação e codificação. A maioria dos recursos acima, juntamente com as taxas de bits resultantes (em Mbps) são mostrados na Tabela I. LGI na tabela refere-se a o longo intervalo de guarda. Tenha em atenção que o SDM ou o STBC não são explicitamente mostrado na tabela - a opção SDM é implicitamente escolhido quando mais de um fluxo espacial é usado, enquanto que o recurso STBC pode ser ativado explicitamente quando um único fluxo é usado. Embora os aprimoramentos de PHY parecem ser a chave fontes de desempenho melhorado com 802.11n, a vazão throughput real visto acima da camada MAC é limitado pela sobrecarga de protocolo, mais do que com 802.11a / b / g. Portanto, o 802.11n inclui dois recursos de camada de MAC chamados agregação de quadros e confirmações de bloco para melhorar a eficiência MAC, permitindo múltiplas transmissões de quadros “ back-to-back “em cada acesso de canal bem-sucedido.

Tabela 1 : Recurso da camada física 802.11n e suas taxas de bits correspondentes.

3.1 Conceitos básicos 3.1.1 802.11n Os principais parâmetros do protocolo 802.11n estão resumidos abaixo: 

Taxa de dados máxima: 600 Mbps.



Banda de RF: 2,4 ou 5 GHz.•

  

Modulação: CCK, DSSS ou OFDM Número de fluxos espaciais (ou NSS): 1, 2, 3 ou 4. Largura do canal: 20 ou 40 MHz

3.1.2 Multi-Input Multi-Output A base da velocidade no 802.11n é a tecnologia Multiple Input / Multiple Output (MIMO), que permite que um único canal de rádio suporte vários fluxos de dados. Antes do 802.11n, o transmissor e o receptor eram dispositivos de entrada única / saída única (SISO). A partir da antena do transmissor, o mesmo fluxo de dados irradiados em todas as direções,ultrpassa as paredes e outros obstáculos, e depois chegou ao receptor. Se dois caminhos entre a antena do transmissor e a antena do receptor estavam fora de sincronia, o sinal resultante poderia ser bastante fraco devido à interferência entre os caminhos. Esse fenômeno, conhecido como interferência "multipath", foi a desvantagem dos designers de rede, porque mover um ponto de acesso ligeiramente poderia melhorar drasticamente a cobertura. À medida que os dispositivos dos usúarios se movesse, eles podiam passar de "pontos quentes" para "pontos frios" devido a interferências multi-caminho. Em um sistema MIMO, o transmissor e o receptor podem tirar proveito de múltiplos caminhos.

Cada caminho obtém um conjunto diferente de dados e, portanto, a transmissão resultante não está sujeito aos mesmos efeitos destrutivos da interferência multipath. Na verdade, sem múltiplos caminhos, os benefícios do MIMO são significativamente limitados. Para aumentar a velocidade além dos recursos oferecidos pelo MIMO, o 802.11n oferece a opção para canais mais amplos. Ao duplicar a largura do canal, é possível duplicar as taxas de dados. Os administradores de rede devem considerar cuidadosamente um conjunto de trade-offs no uso de canais mais amplos. Em troca de maior velocidade, o planejamento de rádio se torna mais complexo devido a uma maior demanda de espectro e a coexistência com redes instaladas anteriormente com base em canais de 20 MHz tornase uma preocupação. Os canais mais amplos de 40 MHz também têm maior potencial para interferir com tecnologias não-802.11, como o Bluetooth, que é uma das principais razões pelas quais os canais de 40 MHz devem ser desativados por padrão na faixa de 2,4 GHz. A tecnologia MIMO também pode ser aprimorada para a formação de feixes. Com uma matriz de antenas, é possível organizar transmissões de modo que a energia seja "focada" ou "direcionada" para uma localização física específica. Ao concentrar energia em uma direção, é possível melhorar a relação sinal-ruído e a velocidade de transmissão, embora um conjunto complexo de trade-offs também limita a capacidade bruta da formação de feixes.

3.1.3 União de canais (Channel Bonding) Ao combinar dois canais adjacentes de 20 MHz em um único 40 MHz, é possível duplicar os dados disponíveis taxa. Esta abordagem tinha sido usada anteriormente para aumentar vazão (Throughput), utilizando canais vizinhos no mesmo Tempo. Cada canal é modulado separadamente e combinado na extremidade.

3.1.4 Intervalo de guarda Intervalo de guarda é o tempo entre os símbolos transmitidos.802.11n usa técnicas de modulação complexas (isto é,Multiplexação de divisão de frequência ortogonal OFDM),onde blocos de dados de entrada são codificados em um único OFDM símbolo. Para alcançar um bom desempenho, o símbolo deve chegar ao receptor sem interferência ou ruído, assim assegurando decodificação adequada e menos erros. A interferência (Inter-símbolo) ocorre quando o atraso entre diferentes RF caminhos para o receptor excedem o intervalo de proteção, causando um reflexo do símbolo anterior para interferir com o sinal forte do símbolo atual.

3.1.5 Esquemas de modulação e codificação (MSC) No 802.11n, o número do Conjunto de Modulação e Codificação (MCS) é um valor que descreve o número de fluxos espaciais, modulação (BPSK, QPSK, 16-QAM ou 64-QAM) e código de correção de erros usado para uma transmissão. O 802.11n suporta tanto a modulação igual, em que todos os fluxos espaciais são transmitidos da mesma maneira, e modulação desigual, em que os fluxos espaciais podem ser modulados de forma diferente. O 802.11n define 77 combinações diferentes de modulação e codificação. Até à data, a maioria dos produtos enviados suporta apenas modos de modulação iguais, que

são os primeiros 32 valores MCS. A modulação desigual é útil quando um fluxo espacial é significativamente mais prejudicado do que outros. Na transmissão de feixe de transmissão, as operações matemáticas que são usadas para separar os fluxos espaciais podem resultar em fluxos com relações sinal - ruído significativamente diferentes, o que exige que algumas transmissões espaciais sejam transmitidas usando uma modulação mais conservadora. Como a transmissão de feixe de transmissão não foi amplamente implementada, a modulação desigual também não teve ampla implementação. Os sistemas de rádio têm de se adaptar às características de sinal e ruído do caminho do RF e eles realizam isso alterando a taxa de modulação. Aqui, o receptor SNR é o fator decisivo para a modulação do transmissor com uma visão para otimizar os dados e as taxas de erro. Em qualquer ponto, a modulação de uma maior taxa de dados aumentará a taxa de erro e, em algum momento, a taxa de erro aumentada diminuirá a taxa de transferência (throughput). As normas 802.11a e 802.11g adotaram um método chamado OFDM. OFDM divide um canal de rádio, em pequenos, cada um com seu próprio sinal de subportadora. Para 802.11a e 802.11g.

4. Método Utilizou – se simulador NS3 um codigo aberto , com intuito de verificar a vazão em função de diferentes tamanhos pacotes em uma rede sem fio 802.11n. . Considerou-se um nó de rede sem fio operando no modo infraestrutra ou STA(Estação), transmitindo dados para o nó AP(Ponto de Acesso) desta rede. Parâmetros adotados na simulação :



Enviou de dados a 100 Mbps . Protocolo TCP, versão vegas . Os nós STA e AP separado por uma distância de 100 metros; O enlance sem fio operando a 5GHz. Uso do padrão 802.11n do ns-3 ( (WIFI_PHY_STANDARD_80211n_5GHZ).



Considerou tamanhos de pacotes entre 100, 200, 400, 800 e 1500 bytes.

   

No primeiro momento da simulação houve problemas com o fato de se transmitir a uma distância de 100 metros entre os dois pontos adjacentes , porém através da introdução do ganhos de transmissão e recepeção foi possível aumentar o alcance da rede , como será visto.

5. Resultados e Discussões Foram obtidos 9 gráficos, da vazão em função do tamanho de pacotes para diferentes valores de ganho variando de 1db a 9db . Os valores da Vazão (Throughput) nas figuras 4, 5,6,7,8 e 9 observou-se que para valores maiores MSC e tamanho de pacotes obtem-se uma vazão superior em relação aos de menores valores MSC, percebe-se também que isso é possivel a partir valor de ganho de 4db . Antes de 4db os MSC 7 ,5 reduz a sua taxa de vazão drasticamente em função do tamanho do pacote . Um fato interessante é o MSC 4 analisando os gráficos, ele não sofre uma grande alteração em sua faixa de vazão com a variação do ganho .

Fig2: Vazão vs. tamanho do pacote para ganho 1.








–––


6.1 Conclusão Como ja era o esperado , valores maiores de MCS apresenta uma boa eficiência na tranferências dados . Isso foi comprovado através de resultados obtidos pelo simulador ns3 , que tem como intuito aproximar a um comportamento de uma rede 802.11n . Observou-se também que a modulação de uma maior taxa de dados aumentará a taxa de erro e, em algum momento, a taxa de erro aumentada diminuirá a taxa de transferência (throughput), logo isso ocasionará um tempo maior na retransmissão de pacotes perdidos. Percebe-se que MCS é o fator dominante na redução da perda de pacotes em quase todos os cenários (combinações de tipos de interferência e qualidades de enlace), uma vez que a menor taxa de modulação e codificação aumenta a robustez da ligação. Contudo, os dados obtidos nesse relatório apresentou um um ótimo desempenho.

7.1 Bilbiografia [1] Obaidat, I.; Alsmirat, M.; Jararweh, Y.; "Completing IEEE 802.11e Implementation in NS-3", 7th International Conference on Information and Communication Systems ICICS 2016, pp. 190-195, 2016 [2] Ravindranath, N.; Singh I; Prasad, A.; Rao, S.; "Performance Evaluation of IEEE 802.11ac and 802.11n using NS3", [3] IEEE 802.11n. Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Enhancements for Higher Throughput, 2009. [4]Lito Kriara, Mahesh K. Marina and Arsham Farshad; Characterization of 802.11n Wireless LAN Performance via Testbed Measurements and Statistical Analysis.

As Redes 80211(Pi)

Recommend Documents