ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΣΕΝΑΡΙΑ QUALITY OF SERVICE ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ- ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΜΕ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ OMNET» ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΡΟΜΠΟΛΑΣ ΕΙΣΗΓΗΤΗΣ Κος ΚΟΚΚΙΝΟΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΛΑΡΙΣΑ,ΙΟΥΝΙΟΣ 2014

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ-ΕΙΚΟΝΩΝ-ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ... 4 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... 6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 9 ABSTRACT ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΔΟΜΗ ΥΠΟΘΕΣΗ ΜΕΘΟΔΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ (QUALITY OF SERVICE- QoS) ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΡΙΣΜΟΙ ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΠΟΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Χαμηλή απόδοση Πτώση πακέτων Λάθη Λανθάνουσα κατάσταση Παραμόρφωση Out-of-order παράδοση ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ Πάνω-provisioning IP και Ethernet προσπάθειες ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΠΡΟΤΥΠΟ IEEE ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΡΟΤΥΠΑ IEEE ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΤΥΠΟΥ Φυσικό επίπεδο Έλεγχος πρόσβασης μέσου (MAC) [1]

3 Ποιότητα υπηρεσιών QoS ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΔΙΚΤΥΟΥ OMNNET ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΤΟΥ OMNeT Modules Messages, gates, connections Παράμετροι ( Parameters) Προγραμματίζοντας τους αλγορίθμους Δημιουργία και εκτέλεση προσομοίωσης Η ΓΛΩΣΣΑ ΝΕD Simple modules modules Κανάλια (channels) Παράμετροι Θύρες (Gates) Συνδέσεις (Connections) Ιδιότητες ( Properties) Κληρονομικότητα SIMPLE MODULES Τροποποίηση συναρτήσεων csimplemodule Simulation time Παράδειγμα κλάσης για simple module Χειρισμός παραμέτρων ενός module μέσω της C Χειρισμός θυρών και συνδέσεων με C Αποστολή και λήψη μηνυμάτων Self Messages ΜΗΝΥΜΑΤΑ Γενικά Control info Encapsulation Ορισμός μηνυμάτων (Message definitions) Η ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ [2]

4 Δημιουργία logs από τα modules Μετατροπή χρόνου προσομοίωσης Δημιουργία ψευδοτυχαίων αριθμών ctopology Καταγραφή αποτελεσμάτων προσομοίωσης Watches Δημιουργώντας προγράμματα προσομοίωσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο ΣΕΝΑΡΙΑ QUALITY OF SERVICE ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ-ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΜΕ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ OMNET ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ TICTOC2 ΓΙΑ ΣΕΝΑΡΙΑ QoS ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ-ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Ενίσχυση και τελειοποίηση γραφικών του δικτύου TICTOC Προσθήκη μεταβλητών κατάστασης Προσθήκη παραμέτρων Χρήση inheritance Μοντελοποίηση Επεξεργασίας καθυστέρησης Τυχαίοι αριθμοί και παράμετροι Λήξη χρονικού ορίου, ακυρώνοντας τα χρονόμετρα Επαναμετάδοση του ίδιου μηνύματος ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ ΣΕ ΜΗ-ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Περισσότεροι από δύο κόμβοι Τα κανάλια και οι ορισμοί για το εσωτερικό Χρήση αμφίδρομων συνδέσεων Καθορισμός κατηγορίας μηνύματος ΣΥΛΛΟΓΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΓΙΑ ΣΕΝΑΡΙΑ QoS ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ- ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Εμφάνιση του αριθμού των πακέτων που αποστέλλονται / παραλαμβάνονται Προσθήκη της συλλογής στατιστικών στοιχείων Συλλογή στατιστικών χωρίς τροποποίηση του μοντέλου ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ [3]

5 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ-ΕΙΚΟΝΩΝ-ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΠΙΝΑΚΕΣ Πίνακας 4.1: Παράδειγμα δικτύου, δημιουργώντας ένα αρχείο τοπολογίας, ονομασίας, tictoc1.ned Πίνακας 4.2: Εγγραφή ενός αρχείο txc1::cc, σε γλώσσα προγραμματισμού C Πίνακας 4.3: Δημιουργία του Makefile Πίνακας 4.4: Σύνδεση με την προσομοίωση, με την έκδοση της εντολής make Πίνακας 4.5: Δημιουργία αρχείου omnetpp.ini Πίνακας 4.6: Το αρχείο omnetpp.ini είναι κοινό όλων των προσομοιώσεων tictoc Πίνακας 4.7: Εντολή εκκίνησης της προσομοίωσης Πίνακας 4.8: Ενίσχυση και τελειοποίηση γραφικών του δικτύου TICTOC2 προσθέτοντας το debugging output Πίνακας 4.9: Τροποποίηση του αρχείο C++ με την πρόσθεση κάποιων μηνυμάτων σφάλματος στο Txc Πίνακας 4.10: Πρόσθεση ενός μετρητή Πίνακας 4.11: Η παράμετρος Module δηλώνεται στο αρχείο NED Πίνακας 4.12: Αντιστοιχία στον counter Πίνακας 4.13: Χρησιμοποίηση της δεύτερης παράμετρος Πίνακας 4.14: Εκχωρείται μία παράμετρο στο αρχείο NED Πίνακας 4.15: Εκχωρείται μία παράμετρο στο αρχείο omnetpp.ini Πίνακας 4.16: Απλούστευση του ορισμού του δικτύου Πίνακας 4.17: Οι λειτουργίες, generatenewmessage() και sendcopyof() Πίνακας 4.18: Ο πλήρης κώδικας txc10.cc ΕΙΚΟΝΕΣ Εικόνα 4.1: Παράδειγμα του δικτύου, δημιουργώντας ένα αρχείο τοπολογίας που ονομάζεται, tictoc1.ned Εικόνα 4.2: Ενίσχυση και τελειοποίηση γραφικών του δικτύου TICTOC2 προσθέτοντας το debugging output Εικόνα 4.3: Εκτέλεση προσομοίωσης στο OMNeT++ GUI Tkenv Εικόνα 4.4: Επιλογή για fast scrolling logs syndrome Εικόνα 4.5: Ορατότητα της τιμής του μετρητή στη Tkenv Εικόνα 4.6: Μοντελοποίηση Επεξεργασίας καθυστέρησης Εικόνα 4.7: Μήνυμα επεξήγησης στον κόμβο toc Εικόνα 4.8: Τοπολογία δικτύου με 6 modules Εικόνα 4.9: Μήνυμα λάθους [4]

6 Εικόνα 4.10: Καθορισμός κατηγορίας μηνύματος Εικόνα 4.11: Τα πεδία του μηνύματος εμφανίζονται στη σελίδα περιεχομένων Εικόνα 4.12: Ο αριθμός των πακέτων που εστάλησαν ή λαμβάνονται από τους διάφορους κόμβους Εικόνα 4.13: Εμφάνιση του αριθμού των πακέτων που αποστέλλονται / παραλαμβάνονται ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Διάγραμμα 4.1: Διάγραμμα Inheritance για Txc το Διάγραμμα 4.2: Διάγραμμα Inheritance για το csimplemodule Διάγραμμα 4.3: Διάγραμμα Inheritance for cmessage Διάγραμμα 4.4: Τα στοιχεία/δεδομένα που συλλέχθηκαν στην παρούσα προσομοίωση Διάγραμμα 4.5: Τα κλιμακωτά στοιχεία/δεδομένα που συλλέχθηκαν στην παρούσα προσομοίωση [5]

7 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον εισηγητή και καθηγητή μου, κύριο Κόκκινο Κωνσταντίνο, για το ερέθισμα που μου έδωσε για την πραγματοποίηση της παρούσης πτυχιακής εργασίας. Τον ευχαριστώ θερμά για την άριστη συνεργασία, για το ενδιαφέρον που επέδειξε στους προβληματισμούς μου, αλλά και για την πολύ σημαντική υποστήριξη και βοήθεια που μου προσέφερε. Ευχαριστώ θερμά τον φίλο μου, Αναστασίου Χρήστο για το χρόνο που μου αφιέρωσε, για την τεχνική υποστήριξη που μου παρείχε και την ηθική συμπαράστασή του. Τέλος, ευχαριστώ πάρα πολύ τους γονείς μου, για την κατανόηση τους και το κουράγιο που μου έδωσαν προκειμένου να επιτύχω το στόχο μου. Παναγιώτης Ρόμπολας [6]

8 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Τα τελευταία χρόνια υπήρξε μια αλματώδης ανάπτυξη στις τεχνολογίες και τις υποδομές του Internet. Αυτό είχε ως άμεσο αποτέλεσμα την δημιουργία όλο και περισσοτέρων υπηρεσιών που προσφέρουν στο χρήστη μεταφορά δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και πιο ειδικά multimedia 1 περιεχόμενο. Το κυρίαρχο πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται για τη μεταφορά πραγματικού χρόνου δεδομένων είναι το RTP (Real-time Transport Protocol) 2 τα πακέτα του οποίου συνήθως ενσωματώνονται μέσα σε UDP datagrams 3. Αυτές οι «streaming 4» υπηρεσίες έχουν ειδικές απαιτήσεις όσον αφορά το χρόνο παράδοσης των πακέτων τους. Πιο συγκεκριμένα, επειδή η αναπαραγωγή των δεδομένων γίνεται σε πραγματικό χρόνο όταν φτάσουν στον παραλήπτη η καθυστέρηση των πακέτων πάνω από ένα συγκεκριμένο χρονικό όριο μπορεί να τα καταστήσει άχρηστα. Για παράδειγμα αν η αναπαραγωγή ενός αρχείου video έχει προχωρήσει στο καρέ με τον αριθμό 100, αν εκείνη τη στιγμή φθάσει το καρέ με τον αριθμό 99 δε θα χρησιμοποιηθεί. Αυτό το φαινόμενο προκαλεί μεγάλη σπατάλη του διαθέσιμου bandwidth 5. Στα πλαίσια αυτής της πτυχιακής εργασίας προτείνεται μια μέθοδος φιλτραρίσματος με τη βοήθεια της οποίας είναι δυνατόν να αναγνωρίζονται εγκαίρως τα προβληματικά πακέτα RTP και να απορρίπτονται έτσι ώστε να ελευθερώνεται bandwidth για άλλες υπηρεσίες που το έχουν ανάγκη. Περιγράφεται η λειτουργικότητα και η κατασκευή ενός φίλτρου που μπορεί να ενσωματωθεί σε έναν τυπικό δρομολογητή. 1 Τα Πολυμέσα είναι ο κλάδος της πληροφορικής τεχνολογίας που ασχολείται με τον συνδυασμό ψηφιακών δεδομένων πολλαπλών μορφών, δηλ. κειμένου, γραφικών εικόνας, κινούμενης εικόνας (animation), ήχου και βίντεο, για την αναπαράσταση, παρουσίαση, αποθήκευση, μετάδοση και επεξεργασία πληροφοριών. 2 Το RTP Real-time Transfer Protocol, είναι από άκρη σε άκρη λειτουργίες δικτύου μεταφοράς κατάλληλες για εφαρμογές που μεταδίδουν δεδομένα πραγματικού χρόνου, όπως ήχο, εικόνα ή δεδομένα προσομοίωσης μέσω multicast ή unicast δικτυακών υπηρεσιών. 3 Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά του UDP είναι ότι δεν εγγυάται αξιόπιστη επικοινωνία. Τα πακέτα UDP που αποστέλλονται από έναν υπολογιστή μπορεί να φτάσουν στον παραλήπτη με λάθος σειρά, διπλά ή να μην φτάσουν καθόλου εάν το δίκτυο έχει μεγάλο φόρτο. 4 Είναι υπηρεσίες πολυμέσων που συνεχώς λαμβάνονται και παρουσιάζονται σε έναν τελικό χρήστη κατά την παράδοσή τους από τον πάροχο. 5 Ο ρυθμός μεταφοράς δεδομένων. [7]

9 Πολλοί διαδοχικοί δρομολογητές λειτουργούν συνδυαστικά προσφέροντας καλύτερα αποτελέσματα 6. Στόχος όμως της εργασίας δεν είναι μόνο η κατασκευή του φίλτρου αλλά και ο έλεγχος της αποτελεσματικότητας του. Για την εξαγωγή λοιπόν συμπερασμάτων σχετικά με την αποδοτικότητα της μεθόδου χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της προσομοίωσης. Μελετήθηκε διεξοδικά ο προσομοιωτής OMNeT++ και το framework για δικτυακές προσομοιώσεις INET με στόχο την πλήρη κατανόηση τους αλλά και τη δημιουργία μοντέλων δικτύων. Δημιουργήθηκε ακόμη και εγχειρίδιο χρήσης για τον προσομοιωτή έτσι ώστε ακόμα και ένας αρχάριος χρήστης να είναι σε θέση, διαβάζοντας το, να εκτελέσει δικτυακές προσομοιώσεις. Διενεργήθηκαν εκτενείς προσομοιώσεις τα αποτελέσματα των οποίων περιγράφονται στο τέλος της εργασίας και μπορούν να οδηγήσουν τον αναγνώστη σε ενδιαφέροντα συμπεράσματα. 6 Douglas Comer, «Δίκτυα και διαδίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Κλειδάριθμος. [8]

10 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Το θέμα της παρούσης πτυχιακής εργασίας πραγματεύεται την παρουσίαση του προτύπου ΙΕΕΕ και της τεχνολογίας ανάπτυξης ασύρματων ευρυζωνικών δικτύων από την άποψη της απόδοσης αλλά και του Quality of Service. Αρχικά στην εισαγωγή παρατίθενται εισαγωγικοί ορισμοί καθώς και ο σκοπός, η δομή, η υπόθεση και η μέθοδος που θα χρησιμοποιηθούν στην συγγραφή της παρούσης πτυχιακής εργασίας. Στο 1 ο κεφάλαιο «ποιότητα υπηρεσιών (Quality of Service- QoS)», υπάρχει εκτενής αναφορά σε εισαγωγικές έννοιες, σε ορισμούς και αναδρομικά στοιχεία του θέματος. Έπειτα αναφέρονται στοιχεία από την ποιότητα της κίνηση πακέτων δεδομένων (χαμηλή απόδοση, πτώση πακέτων, λάθη, λανθάνουσα κατάσταση, παραμόρφωση, outof-order παράδοση), και τέλος των μηχανισμών διανομής πακέτων δεδομένων (πάνωprovisioning, ip και ethernet προσπάθειες). Στο 2 ο κεφάλαιο το ενδιαφέρον στρέφεται πιο συγκεκριμένα στο πρότυπο IEEE Σ αυτή την προσπάθεια εντάσσονται, εισαγωγικά στοιχεία, τα πρότυπα IEEE , η τεχνολογία προτύπου (φυσικό επίπεδο, έλεγχος πρόσβασης μέσου (MAC)), και τέλος η εξέλιξη της ποιότητας υπηρεσιών QoS. Στο 3 ο κεφάλαιο εξετάζεται ο μηχανισμός της πλατφόρμας προσομοίωσης του δικτυού OMNNET. Θα καταγραφούν εισαγωγικές έννοιες και η επισκόπηση του OMNeT++ (modules, messages, gates, connections, παράμετροι (parameters), προγραμματίζοντας τους αλγορίθμους, δημιουργία και εκτέλεση προσομοίωσης), θα παρουσιαστή η γλώσσα ΝΕD (simple modules, modules, κανάλια (channels), παράμετροι, θύρες (gates), συνδέσεις (connections), ιδιότητες (properties), κληρονομικότητα), τα SIMPLE MODULES (τροποποίηση συναρτήσεων csimplemodule, simulation time, παράδειγμα κλάσης για simple module, Χειρισμός παραμέτρων ενός module μέσω της C++, χειρισμός θυρών και συνδέσεων με C++, αποστολή και λήψη μηνυμάτων Self Messages), τα μηνύματα (γενικά, control info, encapsulation, ορισμός μηνυμάτων (message definitions)), και τέλος η βιβλιοθήκη προσομοίωσης (Δημιουργία [9]

11 logs από τα modules, μετατροπή χρόνου προσομοίωσης, δημιουργία ψευδοτυχαίων αριθμών, ctopology, καταγραφή αποτελεσμάτων προσομοίωσης, watches, δημιουργώντας προγράμματα προσομοίωσης). Το 4 ο κεφάλαιο πραγματεύεται σενάρια Quality of Service ευρυζωνικότητας σε μη-αστικές περιοχές με προσομοιώσεις OMNET. Παρουσιάζονται διάφορα είδη προσομοίωσης όπως, τηλεπικοινωνιακών δικτύων, η ενίσχυση του δικτυού tictoc2 για σενάρια QoS ευρυζωνικότητας σε μηαστικές περιοχές (ενίσχυση και τελειοποίηση γραφικών του δικτύου tictoc2, προσθήκη μεταβλητών κατάστασης, προσθήκη παραμέτρων, χρήση inheritance, μοντελοποίηση επεξεργασίας καθυστέρησης, τυχαίοι αριθμοί και παράμετροι, λήξη χρονικού ορίου ακυρώνοντας τα χρονόμετρα, επαναμετάδοση του ίδιου μηνύματος), το πραγματικό δίκτυο σε μη-αστικές περιοχές (περισσότεροι από δύο κόμβοι, τα κανάλια και οι ορισμοί για το εσωτερικό, χρήση αμφίδρομων συνδέσεων, καθορισμός κατηγορίας μηνύματος), και τέλος η συλλογή στατιστικών για σενάρια QoS ευρυζωνικότητας σε μη-αστικές περιοχές (εμφάνιση του αριθμού των πακέτων που αποστέλλονται / παραλαμβάνονται, προσθήκη της συλλογής στατιστικών στοιχείων, συλλογή στατιστικών χωρίς τροποποίηση του μοντέλου). Στο τελευταίο κεφάλαιο προκύπτουν προβληματισμοί και εξάγονται συμπεράσματα για το πρότυπο ΙΕΕΕ και της τεχνολογίας ανάπτυξης ασύρματων ευρυζωνικών δικτύων από την άποψη της απόδοσης αλλά και του Quality of Service. [10]

12 ABSTRACT The subject of this thesis deals with the presentation of the IEEE technology and deploying wireless broadband networks in terms of efficiency but also the Quality of Service. Originally listed in the introduction import definitions and the purpose, structure, and the case method will be used in the writing of this thesis. In the first chapter «service quality (Quality Of Service-QOS)», there is extensive reference to basic concepts, definitions and back elements of matter. After the relevant information from the quality of traffic data packets (low yield, drop packets, errors, latency, deformation, out-of-order delivery), and end of packet delivery mechanisms (over -provisioning, IP and ethernet attempts). In the second chapter the focus is more specifically on the standard IEEE In this effort included quotes data standards IEEE , the standard technology (physical layer, medium access control (MAC)), and finally the development of quality services QoS. In the third chapter examines the mechanism of network simulation platform OMNNET. It recorded introductory concepts and overview of OMNeT++ (modules, messages, gates, connections, parameters (parameters), scheduling algorithms, creation and execution of simulation ), will present the language NED (simple modules, modules, channels (channels), parameters, doors (gates), connections (connections), attributes (properties), inheritance), the SIMPLE MODULES (modification functions csimplemodule, simulation time, example class for simple module, handling parameters of a module through C++, handling ports and connections with C + + send and receive messages Self Messages), messages (generally, control info, encapsulation, message definition (message definitions)), and finally the simulation library ( Create logs of modules, time conversion simulation, generating pseudorandom numbers, ctopology, recording simulation results, watches, creating simulation programs ). [11]

13 The fourth chapter discusses scenarios broadband Quality of Service in non - urban areas with simulations OMNET. Presented various kinds of simulation such as telecommunications networks, strengthen the network tictoc2 scenarios for QoS broadband in non - urban areas (strengthening and perfecting network graphics tictoc2, adding state variables, adding parameters, use inheritance, modeling processing delay, random numbers and parameters, timeout canceling timers, retransmission of the same message), the actual network in non - urban areas (more than two nodes, channels and definitions for interior use interactive links, message class definition), and finally the collection statistics on broadband QoS scenarios in non - urban areas (show the number of packets sent/received, adding the collection of statistics, statistical collection without modification of the model). The last chapter concerns arising and lessons learned for the IEEE technology and deploying wireless broadband networks in terms of efficiency but also the Quality of Service. [12]

14 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκοπός εργασίας θα είναι η ολοκληρωμένη παρουσίαση του προτύπου ΙΕΕΕ και της τεχνολογίας ανάπτυξης ασύρματων ευρυζωνικών δικτύων από την άποψη της απόδοσης αλλά και του Quality of Service. Η εκρηκτική ανάπτυξη του διαδικτύου κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, έχει οδηγήσει στην ολοένα αυξανόμενη ζήτηση από τους χρήστες του για υψηλής ταχύτητας πρόσβαση σε οποιοδήποτε σημείο και αν βρίσκονται. Έχουμε ήδη την εμπειρία ότι η τεχνολογία DSL 7 (με όλες τις ποικίλες modes) δεν έχει αποβεί ως η κατάλληλη λύση διότι συνοδεύεται από πολλούς περιορισμούς στην απόδοση, αφού αναπτύχθηκε επάνω στις ήδη υπάρχουσες τηλεφωνικές γραμμές, αλλά και στην κάλυψη ορισμένων περιοχών (ημιαστικών, αραιοκατοικημένων κλπ.) όπου ο αριθμός υποψηφίων πελατών δε θα δικαιολογούσε τη δαπάνη ανάπτυξης της τεχνολογίας και δε θα προσέφερε τα προσδοκώμενα κέρδη στις εταιρίες. Στην παρούσα πτυχιακή θα δημιουργηθούν διάφορα simulations σε περιβάλλον omnet για να μελετήσουμε το Quality of Service και την αποδοτικότητα των ευρυζωνικών δικτύων με σενάρια εφαρμογής τους σε μη αστικές περιοχές. ΔΟΜΗ Για την ομαλή εξέλιξη της παρούσης πτυχιακής βιβλιογραφικά ερευνητικής εργασίας η δομή της αποτελείται από την εισαγωγή, τη θεωρητική προσέγγιση του θέματος (4 κεφάλαια) και τέλος τα συμπεράσματα. Απώτερο στόχο έχει τη διερεύνηση των δερματικών ραβδώσεων ως μηνύματα διαταραχής της υγείας -όχι μόνο του δέρματος-, αλλά και ολόκληρου του οργανισμού, με μεγάλη διαγνωστική αξία. ΥΠΟΘΕΣΗ 7 Behrouz Forouzan, «Εισαγωγή στην επιστήμη των υπολογιστών», Εκδόσεις: Κλειδάριθμος. [13]

15 Η υπόθεση της πτυχιακής ερευνητικής εργασίας έγκειται στην προσπάθεια να υποδειχτούν τα εργαλεία που δημιουργούν σενάρια Quality of Service ευρυζωνικότητας σε μη-αστικές περιοχές με προσομοιώσεις OMNET. ΜΕΘΟΔΟΣ Η μέθοδος βασίζεται στην τεχνική της έρευνας με βιβλιογραφικά στοιχεία/ πηγές και προγραμμάτων Ηλεκτρονικών Υπολογιστών. Ο λειτουργικός ρόλος της ερευνητικής διεργασίας είναι να δημιουργηθούν και να επεξεργαστούν τα δεδομένα, έτσι ώστε να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα που αφορούν τα σενάρια Quality of Service ευρυζωνικότητας σε μη-αστικές περιοχές με προσομοιώσεις OMNET. [14]

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο 1. ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ (QUALITY OF SERVICE- QoS) 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ποιότητα υπηρεσιών (Quality of Service - QoS) 8 είναι η συνολική απόδοση ενός δικτύου τηλεφωνίας 9 ή υπολογιστών 10, ιδίως αναφέρεται σε μηχανισμούς διασφάλισης της στατικής ανάθεσης δικτυακών πόρων σε συνδέσεις οι οποίες το απαιτούν. Για την ποσοτική μέτρηση της ποιότητας υπηρεσιών που σχετίζεται με αρκετές πτυχές της υπηρεσίας δικτύου συχνά θεωρούνται, τα ποσοστά σφάλματος, το εύρος ζώνης, η διακίνηση δεδομένων, η καθυστέρηση μετάδοσης δεδομένων, η διαθεσιμότητα, κλπ.. Η ποιότητα υπηρεσιών είναι ιδιαίτερα σημαντική και η τεχνολογία έχει αναπτυχθεί έτσι ώστε να επιτρέψει τα δίκτυα υπολογιστών να γίνουν τόσο χρήσιμα όσο και τα τηλεφωνικά δίκτυα για συνομιλίες με ήχο, καθώς και στην υποστήριξη νέων εφαρμογών με ακόμη αυστηρότερες απαιτήσεις υπηρεσίας. Η ποιότητα υπηρεσιών υλοποιείται με απόδοση προτεραιοτήτων στις διαφορετικές συνδέσεις ενός δικτύου, έτσι ώστε όσες χρειάζονται σταθερούς πόρους (π.χ. εφαρμογές πραγματικού χρόνου, όπως βιντεοδιάσκεψη ή άλλες υπηρεσίες πολυμέσων) να είναι βέβαιο ότι τους διαθέτουν. Οι εν λόγω πόροι διασφαλίζουν χαρακτηριστικά της 8 Κιουντουζής Ευ., «Μεθοδολογίες ανάλυσης και σχεδιασμού πληροφοριακών συστημάτων», Εκδόσεις: Μπένου Ε. 9 Στις τηλεπικοινωνίες, η τηλεφωνία καλύπτει τη γενική χρήση τεχνικού εξοπλισμού για την μετάδοση φωνής, συγκεκριμένα με τη σύνδεση οποιωνδήποτε συσκευών τηλεφώνων μεταξύ τους ή με κάποιο κεντρικό σύστημα. 10 Ένα δίκτυο υπολογιστών είναι ένα τηλεπικοινωνιακό σύστημα από αυτόνομους ή μη αυτόνομους διασυνδεδεμένους υπολογιστές. Οι υπολογιστές θεωρούνται διασυνδεδεμένοι όταν είναι σε θέση να ανταλλάξουν πληροφορίες μεταξύ τους και αυτόνομοι όταν δεν είναι δυνατό κάποιος υπολογιστής να ελέγξει τη λειτουργία (π.χ. εκκίνηση ή τερματισμό) κάποιου άλλου. [15]

17 σύνδεσης όπως τον απαιτούμενο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων, την απαιτούμενη καθυστέρηση, την μεταβολή της καθυστέρησης, την πιθανότητα απώλειας πακέτων κλπ. Οι μηχανισμοί ποιότητας υπηρεσιών παρέχουν εγγυήσεις για τη σταθερότητα ενός ή περισσότερων από αυτά τα χαρακτηριστικά της σύνδεσης, υπό συνθήκες συμφόρησης και περιορισμένης χωρητικότητας του τηλεπικοινωνιακού καναλιού. Επίσης η ποιότητα υπηρεσιών είναι απαραίτητη μόνο σε δίκτυα μεταγωγής πακέτων, αφού σε δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος ο τύπος και τα χαρακτηριστικά κάθε σύνδεσης γίνονται αντικείμενο διαπραγμάτευσης κατά την εγκαθίδρυση της τελευταίας και παραμένουν σταθερά μέχρι τον τερματισμό της ΟΡΙΣΜΟΙ Στον τομέα της τηλεφωνίας, ποιότητα υπηρεσίων (QoS) ορίζεται από την International Telecommunication Union (ITU) κατά το Η ποιότητα της υπηρεσίας περιλαμβάνει τις απαιτήσεις για όλες τις πτυχές της σύνδεσης, όπως είναι ο χρόνος απόκρισης των υπηρεσιών, η απώλεια, ο λόγος σήματος προς θόρυβο, λογομαχία, ηχώ, διακοπές, απόκριση συχνότητας, τα επίπεδα έντασης του ήχου, και ούτω καθεξής. Ένα υποσύνολο των QoS τηλεφωνίας είναι ο βαθμός εξυπηρέτησης απαιτήσεων, ο οποίος περιλαμβάνει τις πτυχές μιας σύνδεσης σχετικά με τη δυναμικότητα και την κάλυψη του δικτύου, για παράδειγμα εγγυημένη μέγιστη πιθανότητα αποκλεισμού και διακοπής. Στον τομέα των δικτύων υπολογιστών και άλλων τηλεπικοινωνιακών δικτύων μεταγωγής πακέτων, ο όρος Μηχανική Τηλεπικοινωνιακή Κίνηση 12 αναφέρεται σε πόρους των μηχανισμών ελέγχου κρατήσεων παρά στην επιτευχθείσα ποιότητα υπηρεσιών. Στην ουσία η ποιότητα υπηρεσιών είναι η δυνατότητα να παρέχεται διαφορετική προτεραιότητα σε διαφορετικές εφαρμογές χρηστών ή στοιχεία ροών, ή να εγγυάται ένα ορισμένο επίπεδο απόδοσης σε μια ροή δεδομένων. Η εγγύηση της ποιότητας υπηρεσιών είναι σημαντική εάν η χωρητικότητα του δικτύου είναι ανεπαρκείς, 11 Ο.π. 12 Η μηχανική τηλεπικοινωνιακή κίνηση χρησιμοποιεί τις γνώσεις της για τη μελέτη, οργάνωση, ανάλυση, ερμηνεία και παρουσίαση δεδομένων και πρακτικών μοντέλων προσομοιώσεων, έτσι ώστε να κάνουν προβλέψεις και να σχεδιάζουν τηλεπικοινωνιακά δίκτυα, όπως το τηλεφωνικό δίκτυο ή το Internet. Αυτά τα εργαλεία με τη βοήθεια της γνώσης, παρέχουν αξιόπιστες υπηρεσίες με χαμηλότερο κόστος. [16]

18 ιδίως σε πραγματικό χρόνο η συνεχή ροή πολυμέσων, οι εφαρμογές (όπως voice over IP), τα online παιχνίδια και η IP-TV, συχνά απαιτούν σταθερό ρυθμό bit. Ένα δίκτυο ή το πρωτόκολλο που υποστηρίζει QoS, μπορούν να συμφωνήσουν σε μια σύμβαση κυκλοφορίας bits, με λογισμικό και αποθεματικό εφαρμογής ικανότητας στους κόμβους του δικτύου. Μια εναλλακτική λύση για πολύπλοκους μηχανισμούς ελέγχου QoS είναι να παρέχεται υψηλής ποιότητας επικοινωνίας μέσω δικτύου, έτσι ώστε να είναι επαρκής για αναμενόμενη κυκλοφορία φορτίου αιχμής. Η συνακόλουθη έλλειψη συμφόρησης του δικτύου εξαλείφει την ανάγκη για μηχανισμούς QoS. Η QoS μερικές φορές χρησιμοποιείται ως μέτρο της ποιότητας, με πολλούς εναλλακτικούς ορισμούς, αντί να αναφέρεται στην ικανότητα της κράτησης πόρων. Η Ποιότητα υπηρεσιών αναφέρεται μερικές φορές στο επίπεδο, δηλαδή στη εγγυημένη ποιότητα υπηρεσιών. Υψηλή QoS συχνά συγχέεται με υψηλό επίπεδο απόδοσης ή με την επίτευξη ποιότητας υπηρεσιών, για παράδειγμα, υψηλός ρυθμός bit, χαμηλό latency 13 και χαμηλή πιθανότητα σφάλματος bit. Ένας εναλλακτικός και αμφισβητήσιμος ορισμό της QoS, που χρησιμοποιείται κυρίως στις υπηρεσίες επιπέδου εφαρμογής, όπως την τηλεφωνία και του βίντεο συνεχούς ροής, είναι οι απαιτήσεις για μια μέτρηση που αντανακλά ή προβλέπει την υποκειμενικά βιωμένη ποιότητας. Σε αυτό το πλαίσιο, η QoS είναι το αποδεκτό σωρευτικό αποτέλεσμα στην ικανοποίηση των συνδρομητών όλων των ατελειών που επηρεάζουν την υπηρεσία. Άλλοι όροι με παρόμοια σημασία είναι η ποιότητα της εμπειρίας (QoE), η υποκειμενική επιχειρηματική ιδέα, η απαιτούμενη αντιλαμβανόμενη απόδοση χρήστη, ο απαιτούμενος βαθμός ικανοποίησης χρήστη ή ο στοχευόμενος αριθμός ευχαριστημένων πελατών. Παραδείγματα των μέτρων και μεθόδων μέτρησης είναι: ο Σκοπός - Γνώμη - Αποτέλεσμα (Mean opinion score - MOS) 14, το Μέτρο Αντίληψης Ομιλία Ποιότητας 13 Είναι ένα χρονικό διάστημα μεταξύ της διέγερσης και της αντίδρασης, ή, από μια γενικότερη άποψη, ως χρονική καθυστέρηση μεταξύ της αιτίας και του αποτελέσματος της κάποιου είδους σωματική αλλαγή στο σύστημα που παρατηρείται. 14 Είναι ένα τεστ που έχει χρησιμοποιηθεί για δεκαετίες στα δίκτυα τηλεφωνίας για να πληροφορήσει την άποψη του ανθρώπινου χρήστη για την ποιότητα του δικτύου. [17]

19 (Perceptual Speech Quality Measure - PSQM) και η Αντιληπτική Αξιολόγηση της Ποιότητας βίντεο (Perceptual Evaluation of Video Quality - PEVQ) ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ Τα συμβατικά routers 16 Internet και τα switch LAN 17, λειτουργούν σε καλύτερη βάση από νέες σύνθετους τεχνολογικούς εξοπλισμούς 18. Ο συμβατικός αυτός εξοπλισμός είναι λιγότερο ακριβός, λιγότερο περίπλοκος και πιο γρήγορος, συνεπώς, πιο δημοφιλής από τις ανταγωνιστικές και πιο σύνθετες τεχνολογίες που παρέχονται μηχανισμοί QoS. Οι νέοι δικτυακοί εξοπλισμοί χρησιμοποιούν διαφοροποιημένες υπηρεσίες ή DiffServ, που είναι μια δικτύωση αρχιτεκτονικής υπολογιστών που καθορίζει ένα απλό, επεκτάσιμο και χονδρόκοκκο μηχανισμό για την ταξινόμηση και τη διαχείριση του δικτύου της κυκλοφορίας και την παροχή της ποιότητας υπηρεσιών (QoS) στα σύγχρονα IP δίκτυα. Με την έλευση του IPTV 19 και VoIP (IP τηλεφωνία) 20, οι μηχανισμοί QoS είναι όλο και περισσότερο στη διάθεση του τελικού χρήστη. επίπεδου 21 Μια σειρά από προσπάθειες επέμβασης στις τεχνολογίες του δεύτερου του μοντέλου αναφοράς OSI, για την πρόσθεση ετικετών QoS με δεδομένα, 15 Είναι ένας τυποποιημένος αλγόριθμος μέτρησης end-to-end (E2E) που στοχεύει στην ποιότητα της εικόνας του βίντεο παρουσίασης, μέσω πενταβάθμιας μέτρησης ικανοποίησης γνώμης. 16 Είναι μια ηλεκτρονική συσκευή η οποία αναλαμβάνει την αποστολή και λήψη πακέτων δεδομένων μεταξύ ενός ή περισσοτέρων διακομιστών, άλλων δρομολογητών και πελατών, κατά μήκος πολλαπλών δικτύων (δρομολόγηση). 17 Ο μεταγωγέας (switch) είναι μια ηλεκτρονική συσκευή που χρησιμοποιείται σε δίκτυα υπολογιστών. Αποτελεί ένα συνδυασμό του επαναλήπτη (Hub) και της γέφυρας (bridge). Στην αρχή οι μεταγωγείς χρησιμοποιήθηκαν σε δίκτυα τύπου Ethernet, ενώ σήμερα, κυκλοφορούν μεταγωγείς και για άλλου τύπου πρωτόκολλα όπως για παράδειγμα FDDI, ATM. 18 Πρέβες Ν., «Ασύρματα δίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών. 19 Πρωτόκολλο Internet - τηλεόραση (IPTV), είναι ένα σύστημα μέσω του οποίου παρέχονται υπηρεσίες τηλεόρασης και διαδικτύου (Internet Protocol Suite) πάνω σ ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων (όπως ένα LAN), αντί μέσω παραδοσιακών επίγειων ή δορυφορικών σημάτων ή καλωδιακής τηλεόρασης. 20 Το Voice over IP ή VoIP ή τηλεφωνία μέσω διαδικτύου ή ΦεΔΠ δηλαδή «Φωνή επί διαδικτυακού πρωτοκόλλου», χαρακτηρίζει μια ομάδα πρωτοκόλλων-τεχνολογιών (H.323, SIP), η οποία προσφέρει φωνητική συνομιλία σε πραγματικό χρόνο με σχετικά καλή ποιότητα πλέον και στην ουσία χωρίς κόστος. 21 Στις τηλεπικοινωνίες και στην πληροφορική, το επίπεδο ζεύξης δεδομένων ή επίπεδο σύνδεσης (Data Link Layer), ή συνδέσμου μετάδοσης δεδομένων, είναι το δεύτερο εκ των επτά επιπέδων του μοντέλου δικτύωσης OSI, ή το πρώτο εκ των τεσσάρων επιπέδων του μοντέλου TCP/IP (από κοινού με το φυσικό επίπεδο του OSI). Μπορεί να αναφέρεται και ως δεύτερο επίπεδο, στο πλαίσιο συζήτησης για δίκτυα υπολογιστών. Στόχος του είναι να παρέχει υπηρεσίες στο επίπεδο δικτύου, αξιοποιώντας τις υπηρεσίες του φυσικού επιπέδου. [18]

20 έχουν στεφτεί με επιτυχία στο παρελθόν. Παραδείγματα είναι αναμετάδοση πλαισίων 22, ο τρόπος ασύγχρονης μεταφοράς (ATM) 23 και τα πολλαπλά πρωτοκόλλα μεταγωγής σήματος (Multiprotocol Label Switching -MPLS) 24. Παρά τις τεχνολογίες δικτύων που παραμένουν σε χρήση σήμερα, αυτό το είδος δικτύου έχει χάσει την χρήση μετά την έλευση των δικτύων Ethernet. Σήμερα το Ethernet 25 είναι, μακράν, η πιο δημοφιλής τεχνολογία δευτέρου επιπέδου. Το Ethernet μπορεί να προσφέρει QoS μέσω του 802.1p 26. Σε Ethernet, εικονικά δίκτυα τοπικής περιοχής (VLAN) 27 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το διαχωρισμό διαφορετικών επιπέδων QoS. Για παράδειγμα, σε fibre-to-the-home 28 διακόπτες συνήθως προσφέρουν διάφορες θύρες Ethernet που συνδέονται με διάφορα VLANs. Ένα VLAN μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πρόσβαση στο Internet (χαμηλή προτεραιότητα), μια δεύτερη θύρα για IPTV (υψηλότερη προτεραιότητα) και μια τρίτη θύρα για την IP τηλεφωνία (υψηλότερη προτεραιότητα). Οι διαφορετικοί πάροχοι υπηρεσιών 29 Διαδικτύου μπορεί να χρησιμοποιούν διαφορετικά VLANs. 22 Frame relay είναι τεχνολογία τυποποιημένου δικτύου ευρείας περιοχής που καθορίζει τα φυσικά και λογικά στρώματα σύνδεσης ψηφιακών τηλεπικοινωνιακών καναλιών, χρησιμοποιώντας τεχνική μεταγωγής πακέτων. 23 Ασύγχρονη μεταφορά (ATM), είναι τηλεπικοινωνιακή έννοια που ορίζεται από το ANSI και το ITU (πρώην CCITT). Είναι πρότυπο για τη μεταφορά ενός πλήρες φάσματος κίνησης χρηστών, συμπεριλαμβανομένης της φωνής, δεδομένων και βίντεο σημάτων. 24 Είναι ένας μηχανισμός υψηλής απόδοσης τηλεπικοινωνιακών δικτύων που κατευθύνει τα δεδομένα από έναν κόμβο του δικτύου στην επόμενη βάση σύντομο μονοπάτι ετικέτες και όχι μακροσκελείς διευθύνσεις δικτύου, αποφεύγοντας πολύπλοκες αναζητήσεις σε έναν πίνακα δρομολόγησης. 25 Το Ethernet είναι το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο ενσύρματης τοπικής δικτύωσης υπολογιστών. 26 IEEE P802.1p είναι το όνομα μιας ομάδας εργασίας που δραστηριοποιούνταν κατά τη διάρκεια και είναι υπεύθυνο για την προσθήκη αποστολέα κλάσης κίνησης και του δυναμικού multicast φιλτράρισματος στο πρότυπο IEEE 802.1D. Ουσιαστικά, παρείχε ένα μηχανισμό για την εφαρμογή Quality of Service (QoS) στο επίπεδο ελέγχου πρόσβασης μέσων (MAC). 27 Ένα εικονικό δίκτυο είναι ένα δίκτυο υπολογιστών που αποτελείται από εικονικές συνδέσεις. Εικονική σύνδεση είναι μια σύνδεση που δεν αποτελεί μια φυσική σύνδεση (ενσύρματη ή ασύρματη) μεταξύ δυο υπολογιστικών συσκευών αλλά χρησιμοποιεί μεθόδους εικονικής δικτύωσης. Οι συνηθέστεροι τύποι εικονικών δικτύων βασίζονται σε πρωτόκολλα εικονικής δικτύωσης (όπως τα VLAN, VPN, και VPLS), όπως και τα εικονικά δίκτυα βασίζονται σε εικονικές συσκευές (π.χ. τα δίκτυα που συνδέουν εικονικές μηχανές). Αποτελεί ένα broadcast πεδίο και μπορεί να αποτελείται από πολλά διαφορετικά πεδία συγκρούσεων (collision domain). Η δημιουργία ενός εικονικού δικτύου γίνεται με διαχειριστική παρέμβαση. 28 O γενικός όρος Fiber to the x (Οπτική μέχρι το x) ή FTTx περιγράφει κάθε αρχιτεκτονική δικτύου που χρησιμοποιεί οπτικές ίνες για να αντικαταστήσει ολόκληρο ή μέρος του τοπικού βρόχου που χρησιμοποιείται για την παροχή τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών. 29 Ο πάροχος υπηρεσιών Διαδικτύου είναι μια τηλεπικοινωνιακή εταιρία που παρέχει στους συνδρομητές και χρήστες της, συχνά μέσω χρηματικού ή άλλου αντιτίμου, διάφορες υπηρεσίες, οι οποίες σχετίζονται με το Διαδίκτυο (ιντερνέτ), όπως πρόσβαση σε ιστοσελίδες, ανταλλαγή ηλεκτρονικών μηνυμάτων ( ) αλλά και ανταλλαγή αρχείων (file sharing), επικοινωνία χρηστών σε πραγματικό χρόνο (chat) κλπ. [19]

21 1.4. ΠΟΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Στα δίκτυα μεταγωγής πακέτων 30, η ποιότητα των παρεχόμενων υπηρεσιών επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, που μπορούν να χωριστούν στους «ανθρώπινους» και στους «τεχνικούς». Οι ανθρώπινοι παράγοντες περιλαμβάνουν: τη σταθερότητα κα την διαθεσιμότητα της υπηρεσίας, τις καθυστερήσεις και τέλος τις πληροφορίες του χρήστη. Οι τεχνικοί παράγοντες περιλαμβάνουν: την αξιοπιστία, την επεκτασιμότητα, την αποτελεσματικότητα, τη συντηρησιμότητα και τέλος τον βαθμό εξυπηρέτησης 31. Πολλά πράγματα μπορούν να συμβούν στα πακέτα μεταξύ της αφετηρίας και του προορισμού, με αποτέλεσμα τα παρακάτω προβλήματα, όπως φαίνεται από την άποψη του αποστολέα και του παραλήπτη 32 : Χαμηλή απόδοση Λόγω του μεταβαλλόμενου φορτίου από ανόμοιους χρήστες, μοιράζονται τους ίδιους πόρους του δικτύου, ο ρυθμός bit (η ανώτατη απόδοση) που μπορεί να παρέχεται σε μια ορισμένη ροή δεδομένων μπορεί να είναι πολύ χαμηλή για τις υπηρεσίες πολυμέσων σε πραγματικό χρόνο, αν όλα τα πακέτα δεδομένων πάρουν την ίδια προτεραιότητα προγραμματισμού Πτώση πακέτων Οι δρομολογητές μπορεί να αποτύχουν να παραδώσουν (πτώση) ορισμένα πακέτα μεταγωγής, εάν τα δεδομένα τους είναι κατεστραμμένα ή όταν φτάσουν σε γεμάτους κόμβους μεταγωγής. Η παραλαβή της σχετικής αίτησης μπορεί να ζητηθεί για 30 Η μεταγωγή πακέτου (packet switching) είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται σε δίκτυα επικοινωνίας με σκοπό να προωθηθεί μια πληροφορία από ένα πομπό σε ένα δέκτη. Στην μεταγωγή πακέτου τα προς μετάδοση μηνύματα τεμαχίζονται σε πακέτα μικρού αριθμού bytes. Τυπικό μέγιστο μήκος πακέτου είναι τα 1000 bytes. Κάθε πακέτο περιέχει τμήμα της ωφέλιμης πληροφορίας του χρήστη και επιπλέον μια διεύθυνση προορισμού (destination address) κι ένα αριθμό σειράς (seqυence nυmber). 31 Βαθμός της υπηρεσίας είναι η πιθανότητα μιας κλήσης σε ένα κύκλωμα ομάδας που μπλοκάρει ή να καθυστερήσει για περισσότερο από ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα, που εκφράζεται ως κλάσμα χυδαίο ή δεκαδικό κλάσμα. 32 Douglas Comer, «Δίκτυα και διαδίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Κλειδάριθμος [20]

22 να αναμεταδοθούν αυτές οι πληροφορίες και ενδεχομένως προκαλώντας σοβαρές καθυστερήσεις στη γενική μετάδοση Λάθη Μερικές φορές τα πακέτα καταστρέφονται λόγω σφαλμάτων των bit 33, που προκαλείται από τον ηλεκτρομαγνητικό θόρυβο και ηλεκτροστατικές παρεμβολές, κυρίως στις ασύρματες επικοινωνίες και στα απλά ενσύρματα χάλκινα καλώδια. Ο δέκτης πρέπει να ανιχνεύσει το πρόβλημα, και μπορεί να ζητήσει πληροφορίες για αναμετάδοση των λαθεμένων bits Λανθάνουσα κατάσταση Στην πράξη, κάθε πακέτο μεταγωγής δεδομένων, μπορεί να χρειαστεί πολύ χρόνο για να φτάσει στον προορισμό του, γιατί πραγματοποιούνται μεγάλες ουρές στους κόμβους μεταγωγής, ή «παίρνει» μια λιγότερο άμεση διαδρομή για την αποφυγή της κυκλοφοριακής συμφόρησης. Αυτό το φαινόμενο είναι διαφορετικό από της διακίνησης, και η δημιουργηθείς καθυστέρηση μπορεί να συσσωρευτεί στην πάροδο του χρόνου, ακόμη και αν η απόδοση είναι σχεδόν φυσιολογική. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η υπερβολική λανθάνουσα κατάσταση (Latency) μπορεί να καταστήσει μια εφαρμογή όπως το VoIP ή online gaming, μη εύχρηστες Παραμόρφωση Τα πακέτα μεταγωγής θα φτάσουν στον προορισμό τους, από την πηγή, με διαφορετικές καθυστερήσεις. Η καθυστέρηση ενός πακέτου ποικίλλει ανάλογα με τη θέση του, στις ουρές των δρομολογητών κατά μήκος της διαδρομής μεταξύ πηγής και προορισμού και αυτή τη θέση μπορεί να μεταβάλλεται απρόβλεπτα. Αυτή η μεταβολή 33 Ρυθμός σφάλματος bit ή αναλογία σφάλματος δυαδικού ψηφίου (BER) είναι ο αριθμός των σφαλμάτων δυαδικών ψηφίων που διαιρείται με το συνολικό αριθμό των δυαδικών ψηφίων που μεταφέρονται κατά τη διάρκεια ενός χρονικού διαστήματος. Η BER είναι μια αδιάστατη μέτρηση της απόδοσης και συχνά εκφράζεται ως ποσοστό. [21]

23 στην καθυστέρηση που είναι γνωστό ως παραμόρφωση (jitter) 34 και μπορεί να επηρεάσει σοβαρά την ποιότητα της ροής ήχου ή / και βίντεο Out-of-order παράδοση Όταν δρομολογείται συλλογή σχετικών πακέτων μέσω ενός δικτύου, τα διαφορετικά πακέτα μπορούν να λαμβάνουν διαφορετικές διαδρομές, με αποτέλεσμα διαφορετική καθυστέρηση στα διαφορετικά πακέτα. Το αποτέλεσμα είναι ότι τα πακέτα φθάνουν με διαφορετική σειρά από ό, τι είχαν αποσταλεί. Το πρόβλημα αυτό απαιτεί ειδικά πρόσθετα πρωτόκολλα που θα είναι υπεύθυνα για την αναδιάταξη της out-of-order παράδοσης πακέτων, τη στιγμή που θα φτάσουν στον προορισμό τους. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για εφαρμογές βίντεο και VoIP, όπου η ποιότητα επηρεάζεται δραματικά τόσο στην λανθάνουσα κατάσταση όσο και στην έλλειψη αλληλουχίας των πακέτων δεδομένων ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ Τα δίκτυα μεταγωγής κυκλώματος 35, ειδικά εκείνων που προορίζονται για μετάδοση φωνής, όπως η λειτουργία Ασύγχρονης Μεταφοράς (ATM) ή GSM 36, έχουν πρωτόκολλο πυρήνα την QoS και δεν χρειάζονται επιπλέον διαδικασίες για να το επιτύχουν. Οι μικρότερες μονάδες δεδομένων και το ενσωματωμένο QoS ήταν μερικές διαδικασίες που χρησιμοποιούνται (unique selling proposition (USP)) του ATM για εφαρμογές όπως video on demand (VoD) 37. Όταν το βάρος των μηχανισμών για την παροχή QoS είναι δικαιολογημένη, οι πελάτες του δικτύου και οι πάροχοι μπορούν να εισέλθουν σε μια συμβατική συμφωνία ονομάζεται συμφωνία σε επίπεδο υπηρεσιών (service-level agreement - 34 Jitter είναι η ανεπιθύμητη απόκλιση από την πραγματική περιοδικότητα μιας υποτιθέμενης περιοδικού σήματος στα ηλεκτρονικά και τις τηλεπικοινωνίες, συχνά σε σχέση με μια αναφορά πηγής ρολογιού. 35 Συλλογικό έργο, «Εργαστηριακά μαθήματα στα δίκτυα και διαδίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Κλειδάριθμος, 36 Το GSM είναι ένα κυψελοειδές ψηφιακό σύστημα κινητής τηλεφωνίας δεύτερης γενιάς (2G), το οποίο χρησιμοποιεί ηλεκτρομαγνητικά σήματα και την τεχνική πολλαπλής πρόσβασης με διαχωρισμό του διαθέσιμου φάσματος συχνοτήτων σε ένα αριθμό καναλιών και την διαίρεση αυτών σε χρονοθυρίδες για την μετάδοση σημάτων. 37 Η υπηρεσία VoD (Video on Demand) επιτρέπει στους χρήστες να επιλέγουν και να βλέπουν ταινίες από ηλεκτρονικές ταινιοθήκες μέσω ενός αλληλεπιδραστικού συστήματος τηλεόρασης. Πιο συγκεκριμένα, οι χρήστες μπορούν να έχουν εύκολη και γρήγορη πρόσβαση σε μια μεγάλη ποικιλία από αρχεία βίντεο, τα οποία μπορούν να μεταφερθούν και να αναπαραχθούν τοπικά μέσω μίας δικτυακής υποδομής. [22]

24 SLA) 38, η οποία καθορίζει τις εγγυήσεις για την ικανότητα ενός δικτύου / πρωτόκολλο να δώσει εγγυημένη απόδοση / απόδοσης / λανθάνουσα φράγματα που βασίζονται σε αμοιβαία συμφωνηθέντα μέτρα, συνήθως με την ιεράρχηση της κυκλοφορίας. Σε άλλες προσεγγίσεις, οι πόροι διατηρούνται σε κάθε βήμα του δικτύου για την πρόσκληση που έχει συσταθεί Πάνω-provisioning Μια εναλλακτική λύση για πολύπλοκους μηχανισμούς ελέγχου QoS είναι να παρέχει υψηλής ποιότητας επικοινωνία με γενναιόδωρα υπερβολική τροφοδότηση ενός δικτύου, έτσι ώστε η ικανότητα βασίζεται στην κορυφή εκτιμήσεις κυκλοφοριακού φόρτου. Αυτή η προσέγγιση είναι απλή για δίκτυα με προβλέψιμες φορτία αιχμής. Η απόδοση είναι λογικό για πολλές εφαρμογές. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει απαιτητικές εφαρμογές που μπορεί να αντισταθμίσει τις διακυμάνσεις στο εύρος ζώνης και καθυστέρηση με μεγάλο buffer λήψης, η οποία συχνά είναι δυνατό, για παράδειγμα σε βίντεο streaming. Πάνω τροφοδότηση μπορεί να είναι περιορισμένης χρήσης, ωστόσο, στο πρόσωπο των πρωτοκόλλων μεταφοράς (όπως το TCP ) ότι την πάροδο του χρόνου να αυξήσει εκθετικά την ποσότητα των δεδομένων που διατίθενται στο δίκτυο έως ότου όλα το διαθέσιμο εύρος ζώνης που καταναλώνεται και τα πακέτα απορρίπτονται. Αυτές οι άπληστοι πρωτόκολλα τείνουν να αυξήσουν την λανθάνουσα κατάσταση και την απώλεια πακέτων για όλους τους χρήστες. Εμπορικές υπηρεσίες VoIP είναι συχνά ανταγωνιστικές σε σχέση με την παραδοσιακή τηλεφωνική υπηρεσία όσον αφορά την ποιότητα κλήσης, ακόμη και αν οι μηχανισμοί QoS είναι συνήθως δεν χρησιμοποιούνται για τη σύνδεση του χρήστη με τον ISP τους και τη σύνδεση του δικτύου VoIP σε ένα διαφορετικό ISP. Υπό συνθήκες υψηλού φορτίου, ωστόσο, VoIP μπορεί να υποβαθμίσει την ποιότητα του κινητού τηλεφώνου ή χειρότερα. Τα μαθηματικά της κίνησης πακέτων δείχνουν ότι το δίκτυο απαιτεί μόλις 60% περισσότερες πρώτες ικανότητας βάσει συντηρητικών υποθέσεων. Το ποσό των υπερβολική τροφοδότηση στο εσωτερικό συνδέσεις που απαιτούνται για την αντικατάσταση QoS εξαρτάται από τον αριθμό των χρηστών και τις απαιτήσεις της κυκλοφορίας τους. Αυτό περιορίζει την χρηστικότητα της υπερ- 38 Μια συμφωνία επιπέδου υπηρεσιών (SLA) αποτελεί μέρος της σύμβασης παροχής υπηρεσιών, όπου μια υπηρεσία ορίζεται επισήμως. [23]

25 τροφοδότηση. Νεότερη πιο μεγάλο εύρος ζώνης εφαρμογές και η προσθήκη περισσότερων χρηστών ως αποτέλεσμα την απώλεια της υπερχρηματοδοτούνταν δίκτυα. Αυτό, στη συνέχεια, απαιτεί μια φυσική ενημέρωση των σχετικών συνδέσεων δικτύου που είναι μια δαπανηρή διαδικασία. Έτσι υπερβολική τροφοδότηση δεν μπορεί να θεωρηθεί τυφλά στο Διαδίκτυο IP και Ethernet προσπάθειες Σε αντίθεση με τα δίκτυα ανήκουν σε έναν ιδιοκτήτη, το Internet είναι μια σειρά από σημεία ανταλλαγής διασύνδεση ιδιωτικών δικτύων. Ως εκ τούτου, ο πυρήνας του Διαδικτύου ανήκει και διοικείται από έναν αριθμό διαφορετικών φορέων παροχής υπηρεσιών δικτύου (network service provider (NSP) 39, δεν είναι μια ενιαία οντότητα. Η συμπεριφορά του είναι πολύ πιο στοχαστικά 40 ή απρόβλεπτη 41. Ως εκ τούτου, η έρευνα συνεχίζεται σχετικά με τις διαδικασίες QoS που είναι να αναπτυχθούν σε μεγάλες, διαφορετικά δίκτυα. Υπάρχουν δύο κύριες προσεγγίσεις για QoS στα σύγχρονα δίκτυα IP μεταγωγής πακέτων, μια παραμετροποιημένη σύστημα που θα βασίζεται στην ανταλλαγή των απαιτήσεων των εφαρμογών με το δίκτυο, και ένα ιεραρχημένο σύστημα, όπου κάθε πακέτο προσδιορίζει ένα επιθυμητό επίπεδο παροχής υπηρεσιών στο δίκτυο. Ολοκληρωμένες υπηρεσίες (integrated services-intserv) 42 εφαρμόζει την παραμετροποιημένη προσέγγιση. Σε αυτό το μοντέλο, οι εφαρμογές χρησιμοποιούν το πρωτόκολλο κράτησης των πόρων (Resource Reservation Protocol-RSVP) 43 να ζητήσει και απόθεμα πόρων μέσω ενός δικτύου. 39 Ένας φορέας παροχής υπηρεσιών δικτύου (NSP) είναι μια επιχείρηση ή οργανισμός που πουλάει το εύρος ζώνης ή την πρόσβαση στο δίκτυο, παρέχοντας άμεση ραχοκοκαλιά του Διαδικτύου την πρόσβαση στο Διαδίκτυο και συνήθως πρόσβαση σε τους σημείων πρόσβασης στο δίκτυο (ΕΣΔ). 40 Τα στοχαστικά συστήματα και διαδικασίες, διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο στα μαθηματικά μοντέλα φαινομένων σε πολλούς τομείς της επιστήμης, της μηχανικής και της οικονομίας. 41 Η προβλεψιμότητα είναι ο βαθμός στον οποίο μια σωστή πρόβλεψη ή πρόγνωση μιας κατάστασης συστήματος μπορεί να γίνει είτε ποιοτικά είτε ποσοτικά. 42 Είναι μια αρχιτεκτονική που καθορίζει τα στοιχεία για τη διασφάλιση της ποιότητας των υπηρεσιών (QoS) σε δίκτυα. Η IntServ μπορεί για παράδειγμα να χρησιμοποιηθεί για να επιτρέψει το βίντεο και του ήχου για να φθάσει στον δέκτη χωρίς διακοπή. 43 Το πρωτόκολλο Μεταφορών είναι ένα σχεδιασμένο επίπεδο του OSI για την κράτηση πόρων σε ένα δίκτυο με ολοκληρωμένες υπηρεσίες Internet. [24]

26 Διαφοροποιημένες υπηρεσίες (Differentiated services-diffserv) 44 εφαρμόζει την προτεραιότητα μοντέλο. DiffServ σηματοδοτεί πακέτα ανάλογα με το είδος της υπηρεσίας που επιθυμούν. Σε απάντηση σε αυτές τις ενδείξεις, δρομολογητές και τους διακόπτες χρησιμοποιούν διάφορες στρατηγικές αναμονής για να προσαρμόσει τις επιδόσεις των προσδοκιών. Διαφοροποιημένες σημείο κώδικα υπηρεσιών (DSCP) σημάνσεις χρησιμοποιούν τα πρώτα 6 ψηφία στον Όροι χρήσης τομέα (που μετονομάζεται τώρα ως το DS Byte) του IP (v4) επικεφαλίδα του πακέτου. Πρόωρη εργασία χρησιμοποίησε τις ολοκληρωμένες υπηρεσίες (IntServ) φιλοσοφία της να χρησιμοποιήσουν τους πόρους του δικτύου. Σε αυτό το μοντέλο, εφαρμογές που χρησιμοποιούνται το πρωτόκολλο κράτησης των πόρων (RSVP) να ζητήσει και απόθεμα πόρων μέσω ενός δικτύου. Ενώ οι μηχανισμοί IntServ κάνει τη δουλειά, διαπιστώθηκε ότι σε ένα ευρυζωνικό δίκτυο χαρακτηριστικό ενός μεγαλύτερου φορέα παροχής υπηρεσιών, δρομολογητές πυρήνα θα πρέπει να αποδεχθεί, να διατηρήσει, και να γκρεμίσουμε χιλιάδες ή ίσως δεκάδες χιλιάδες κρατήσεις. Πίστευαν ότι η προσέγγιση αυτή δεν θα κλίμακα με την ανάπτυξη του Διαδικτύου, και σε κάθε περίπτωση ήταν ασυμβίβαστα με την έννοια του σχεδιασμού δικτύων, έτσι ώστε δρομολογητές πυρήνα κάνουν τίποτε περισσότερο από απλά να αλλάξουν τα πακέτα με τις μεγαλύτερες δυνατές τιμές. Σε απάντηση σε αυτές τις ενδείξεις, δρομολογητές και τους διακόπτες χρησιμοποιούν διάφορες στρατηγικές αναμονής για να προσαρμόσει τις επιδόσεις με τις απαιτήσεις. Στο στρώμα IP, διαφοροποιείται σημείο κώδικα υπηρεσιών (differentiated services code point -DSCP) σημάνσεις χρησιμοποιήσετε τα 6 bits στην επικεφαλίδα του πακέτου IP. Στο στρώμα MAC, VLAN IEEE 802.1Q και IEEE 802.1p μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μεταφέρει ουσιαστικά τις ίδιες πληροφορίες. Δρομολογητές υποστήριξη DiffServ ρυθμίσετε τους προγραμματιστής δικτύου 45 να χρησιμοποιούν πολλαπλές ουρές για τα πακέτα αναμένουν μετάδοση από το εύρος ζώνης περιορισμούς (π.χ., ευρεία περιοχή interfaces). Πωλητές Router παρέχει διαφορετικές δυνατότητες για τη διαμόρφωση αυτής της συμπεριφοράς, να 44 Είναι αρχιτεκτονική δικτύωση υπολογιστών που καθορίζει ένα απλό και επεκτάσιμο μηχανισμό για την ταξινόμηση και τη διαχείριση της κυκλοφορίας του δικτύου και της παροχής ποιότητας υπηρεσιών (QoS) στα σύγχρονα IP δίκτυα. 45 Είναι ένα κυκλικό buffer δεδομένων. [25]

27 περιλαμβάνουν τον αριθμό των ουρών που υποστηρίζονται, τις σχετικές προτεραιότητες των ουρών, και το εύρος ζώνης που προορίζεται για κάθε ουρά. Στην πράξη, όταν ένα πακέτο πρέπει να διαβιβάζεται από μια διασύνδεση με ουρά, τα πακέτα που απαιτούν χαμηλό jitter (π.χ., VoIP ή τηλεδιάσκεψης είναι) δίνεται προτεραιότητα σε σχέση με τα πακέτα σε άλλες ουρές. Συνήθως, κάποια εύρος ζώνης που διατίθενται από προεπιλογή στο δίκτυο πακέτων ελέγχου (όπως ελέγχου Internet Protocol μήνυμα και πρωτόκολλα δρομολόγησης), ενώ θα μπορούσε απλά να δώσει τον καλύτερο της κυκλοφορίας προσπάθεια ό, τι bandwidth έχει απομείνει. Κατά τη διεύθυνση Media Access Control (MAC)46, VLAN IEEE 802.1Q και IEEE 802.1p μπορεί να χρησιμοποιηθεί διάκριση μεταξύ των πλαισίων Ethernet και να κατατάξει τους. Έχουν ουρών μοντέλα θεωρία έχουν αναπτυχθεί για την ανάλυση των επιδόσεων και QoS για πρωτόκολλα επιπέδου MAC. Cisco IOS 47 NetFlow και η Cisco Class Based QoS (CBQoS) Management Information Base (MIB) διατίθενται στην αγορά από τη Cisco Systems. Ένα συναρπαστικό παράδειγμα της ανάγκης για QoS στο Διαδίκτυο αναφέρεται σε κατάρρευση συμφόρησης 48. Το Διαδίκτυο βασίζεται σε πρωτόκολλα αποφυγή της κυκλοφοριακής συμφόρησης, όπως ενσωματωμένη στο πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (Transmission Control Protocol-TCP), για τη μείωση της κυκλοφορίας κάτω από συνθήκες που διαφορετικά θα οδηγήσει σε «κατάρρευση». QoS εφαρμογές, όπως VoIP και IPTV, επειδή απαιτούν σε μεγάλο βαθμό σταθερή bitrates και χαμηλή λανθάνουσα κατάσταση δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει το TCP και δεν μπορεί με άλλο τρόπο να μειώσουν το ρυθμό κυκλοφορίας τους για να βοηθήσουν στην πρόληψη της κυκλοφοριακής συμφόρησης. Συμβάσεις QoS περιορίσει την κυκλοφορία που μπορεί να προσφερθεί στο Internet και έτσι να επιβάλουν την διαμόρφωση της κυκλοφορίας που μπορεί να το αποτρέψει από το να γίνει υπερφορτωμένο, και ως εκ τούτου αποτελεί αναπόσπαστο μέρος της ικανότητας του Διαδικτύου για να χειριστεί ένα μείγμα σε πραγματικό χρόνο και μη πραγματικό χρόνο για την κυκλοφορία, χωρίς κατάρρευση. 46 Το υπόστρωμα MAC δρα ως διεπαφή μεταξύ της λογικής σύνδεσης ελέγχου (LLC) του υπόστρωματος και του φυσικού στρώματος του δικτύου. 47 Είναι λογισμικό που χρησιμοποιείται στους περισσότερους δρομολογητές της Cisco Systems και στον τρέχων Cisco διακόπτη δικτύου. 48 Η Συμφορητική κατάρρευση είναι μια κατάσταση κατά την οποία η τεχνική μεταγωγής πακέτων δικτύου υπολογιστών φτάνει στα όρια μετάδοσης πακέτων. [26]

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο 2. ΠΡΟΤΥΠΟ IEEE ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το πρότυπο IEEE είναι μια σειρά από ασύρματα ευρυζωνικά πρότυπα που δημιουργηθήκαν από το Ινστιτούτο Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (ΙΕΕΕ). Αν και η οικογένεια προτύπων ονομάζεται επίσημα WirelessMAN στο IEEE, έχει εμπορευματοποιηθεί με την επωνυμία «WiMAX» 49. Το Φόρουμ προωθεί και πιστοποιεί τη συμβατότητα και τη διαλειτουργικότητα των προϊόντων με βάση τα πρότυπα IEEE ΠΡΟΤΥΠΑ IEEE Το πρότυπο IEEE εμφανίστηκε για πρώτη φορά το 2001 με εύρος συχνότητας GHz με θεωρητικά μέγιστο εύρος ζώνης 120 Mb/s και μέγιστο εύρος μετάδοσης στα 50 χμ. Έτσι, το αρχικό πρότυπο υποστηρίζει μόνο μετάδοση line-of-sight (LOS) και δεν ευνοείται η ανάπτυξη του στις αστικές περιοχές. Μια διαφοροποίηση του προτύπου IEEE a-2003 εμφανίστηκε τον Απρίλιο του 2003 και η οποία μπορεί να υποστηρίξει non-los (NLOS) μετάδοση και υιοθετεί πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας στο φυσικό επίπεδο. Επίσης προστίθεται υποστήριξη για εύρος 2-11 Ghz. Ένα από τα βασικά προβλήματα στο αρχικό πρότυπο είναι ότι καλύπτει πολλά προφίλ και φυσικά επίπεδα που μπορεί να οδηγήσουν σε προβλήματα διαλειτουργικότητας. Αυτό έγινε ευρέως γνωστό και τώρα γίνεται προσπάθεια για εστίαση σε μερικά βασικά προφίλ ενώ προσδιορίζεται έλεγχος διαλειτουργικότητας με τον εξοπλισμό του WiMax. πίνακα: Τα τελευταία πρότυπα IEEE που ισχύουν, φαίνονται στον παρακάτω 49 WiMAX αποκαλείται η τεχνολογία ασύρματης δικτύωσης η οποία λειτουργεί με παρεμφερή τρόπο με το Wi-Fi, ωστόσο με πολύ μεγαλύτερη εμβέλεια. Συγκεκριμένα, ενώ το Wi-Fi εξασφαλίζει εμβέλεια επικοινωνίας μέχρι 100 μέτρα, το WiMax φθάνει τα 35 χιλιόμετρα ή και παραπάνω. 50 Πρέβες Ν., «Ασύρματα δίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών. [27]

29 Πίνακας 2.1: Ισχύοντα πρότυπα IEEE Πρότυπο Περιγραφή Κατάσταση g-2007 P802.16i 802,16 έως το 2009 Διαδικασίες και Υπηρεσίες Διαχείρισης αεροπλάνου Βάση πληροφοριών διαχείρισης κινητής τηλεφωνίας (το πρότυπο συγχωνεύτηκε σε 802,16 το 2009) Σύστημα Πρόσβασης Διεπαφής Διακοπών ασύρματης ευρυζωνικής, Σταθερής και Κινητής τηλεφωνίας ( , /Cor 1, e, f, g και P802.16i) Αντικαταστάθηκε Συγχωνεύτηκε Συγχωνεύτηκε j-2009 Αναμετάδοση πολλαπλών κόμβων Τρέχων h m-2011 Μηχανισμοί βελτιωμένης συνύπαρξης τεχνολογιών με άδεια λειτουργίας Βελτιωμένη Διεπαφή Διακοπών με ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων 100 Mbit/s κινητής τηλεφωνίας και 1 Gbit/s σταθερής. Επίσης γνωστή ως Mobile WiMAX Release 2 ή WirelessMAN-Advanced. Με σκοπό την εκπλήρωση απαιτήσεων της ITU-R IMT-Advanced requirements σε συστήματα 4G. Τρέχων Τρέχων P802.16n Ανώτατα Δίκτυα Αξιοπιστία Σε εξέλιξη P802.16p Βελτίωση για την υποστήριξη εφαρμογών Machine-to-Machine Σε εξέλιξη Πηγή: Πρέβες Ν., «Ασύρματα δίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΤΥΠΟΥ Το πρότυπο τυποποιεί ουσιαστικά τη διασύνδεση μέσω αέρα, του φυσικού επίπεδου μετάδοσης (PHY) του μοντέλου αναφοράς OSI και του μεσαίου επίπεδου ελέγχου πρόσβασης (Medium Access Control - MAC) 51. Το πρότυπο IEEE , αποτελεί μια ευρυζωνική λύση για ασύρματη πρόσβαση (broadband wireless 51 Ο.π. [28]

30 access - BWA) συχνά γνωστή και ως Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMax). Είναι ένα πρόσφατο ευρυζωνικό πρότυπο το οποίο υπόσχεται υψηλό εύρος ζώνης για μακράς εμβέλειας μετάδοση. Η όλη διαδικασία ανάπτυξης είναι βασισμένη στο φυσικό επίπεδο μετάδοσης και στην Ορθογωνική Πολυπλεξία με Διαίρεση Συχνότητας (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - OFDM), κατά την οποία επιτυγχάνεται πολλαπλή πρόσβαση με την ανάθεση ενός υποσυνόλου των καναλιών σε κάθε μεμονωμένο χρήστη. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να προσφέρει ξεχωριστές Διαχειριζόμενες Υπηρεσίες (Quality of Service - QOS) σε κάθε χρήστη. Οι χρήστες επιτυγχάνουν διαφορετικούς ρυθμούς δεδομένων με την ανάθεση διαφορετικών κωδικών παραγόντων διασποράς ή διαφορετικών αριθμών. Στην πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας τα δεδομένα διαιρούνται σε πολλαπλά παράλληλα substreams με μειωμένο ρυθμό δεδομένων και το καθένα από αυτά διαμορφώνεται και μεταδίδεται σε ξεχωριστό κανάλι. Η πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας επιτυγχάνεται με την παροχή πολυπλεξίας στους χρήστες στις ζεύξεις ανόδου και καθόδου (uplink and downlink). Σχήμα 2.1: Σχηματικό διάγραμμα του πρότυπου Πηγή: Πρέβες Ν., «Ασύρματα δίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών Φυσικό επίπεδο Το φυσικό επίπεδο ή επίπεδο 1 είναι το πρώτο (χαμηλότερο) επίπεδο του μοντέλο OSI επτά επιπέδων για την δικτύωση υπολογιστών. Καθορίζει τα μέσα [29]

31 μετάδοσης ακατέργαστων (raw) bits πληροφορίας και όχι λογικών πακέτων πάνω στο φυσικό μέσο, που συνδέει κόμβους του δικτύου. Σαν μέσα μετάδοσης χρησιμοποιούνται χάλκινα καλώδια (ομοαξονικά, ή συνεστραμμένων ζευγών, οπτικές ίνες) ή ο αέρας. Η ακολουθία των bit μπορεί να ομαδοποιηθεί σε λέξεις κώδικα ή σύμβολα και να μετατραπεί στο φυσικό σήμα (ηλεκτρικό, οπτικό, ραδιοκύμα), το οποίο διαδίδεται πάνω στο φυσικό μέσο μετάδοσης. Το φυσικό επίπεδο εκτός των άλλων πρωτοκόλλων (γραμμές DSL 52, γραμμές ISDN 53, Bluetooth 54, Δίαυλος CAN 55, RS ) το χρησιμοποιεί και το Ethernet. Το Ethernet είναι το συνηθέστερα χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο ενσύρματης τοπικής δικτύωσης υπολογιστών. Το 1985 το Ethernet έγινε αποδεκτό επίσημα από τον οργανισμό IEEE ως το πρότυπο για ενσύρματα τοπικά δίκτυα (LAN). Το πρότυπο e χρησιμοποιεί κλιμακωτή Ορθογώνια διαίρεση συχνότητας πολλαπλής πρόσβασης (Orthogonal frequency-division multiple access OFDMA) για τη μεταφορά δεδομένων, υποστηρίζοντας το εύρος ζώνης καναλιού μεταξύ 1,25 MHz και 20 MHz, με έως και 2048 υπομεταφορείς 57. Υποστηρίζει προσαρμοστική διαμόρφωση και κωδικοποίηση, έτσι ώστε σε συνθήκες καλού σήματος, να χρησιμοποιείται ένα ιδιαίτερα αποδοτικό σχήμα κωδικοποίησης Τετραγωνικής διαμόρφωσης πλάτους (Quadrature amplitude modulation QAM), ενώ όταν το σήμα δεν είναι καλό, χρησιμοποιείται ένας πιο ισχυρός μηχανισμός δυαδική κωδικοποίησης μετατόπισης φάσης (Binary phase-shift keying BPSK). Σε ενδιάμεσες καταστάσεις, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ταυτόχρονη διαμόρφωση δύο δυαδικών ψηφίων, επιλέγοντας 52 O όρος Digital Subscriber Line (Ψηφιακή Συνδρομητική Γραμμή) ή DSL ή xdsl περιγράφει μια οικογένεια τεχνολογιών που παρέχουν μετάδοση δεδομένων πάνω από το παραδοσιακά τηλεφωνικά καλώδια. Η πιο δημοφιλής τεχνολογία DSL είναι το ADSL και η βελτιωμένη έκδοσή του, το ADSL Βασικό χαρακτηριστικό του ISDN είναι ότι επιτρέπει τη μετάδοση όχι μόνο φωνής, όπως γίνεται σε ένα παραδοσιακό τηλεφωνικό δίκτυο, αλλά και εικόνας, κειμένου και δεδομένων στην ίδια γραμμή. Η πρόσβαση του συνδρομητή στο δίκτυο είναι δυνατή μέσω διαφόρων διασυνδέσεων, από τις οποίες σημαντικότερες είναι η διασύνδεση βασικής πρόσβασης (Basic Rate Access, BRA) και η διασύνδεση πρωτεύουσας πρόσβασης (Primary Rate Access, PRA). 54 Από τεχνικής άποψης το Bluetooth είναι ένα πρωτόκολλο ασύρματης δικτύωσης σε φυσικό επίπεδο, υποεπίπεδο MAC και, προαιρετικά, υποεπίπεδο LLC. 55 Δίαυλος CAN είναι ένα είδος ψηφιακού σειριακού δίαυλου, που μεταδίδει δεδομένα bit ένα μετά το άλλο μέσω ενός καλωδίου ή οπτικής ίνςς. Είναι συχνά χρησιμοποιούνται για βιομηχανικές εφαρμογές 56 Το RS-232 (Recommended Standard 232) είναι ένα πρότυπο για σειριακή μετάδοση δυαδικών σημάτων δεδομένων μεταξύ ενός DTE (Data terminal equipment) και ενός DCE (Data Circuit-terminating equipment). Χρησιμοποιείται συχνά στις σειριακές θύρες των προσωπικών υπολογιστών. Ένα παρόμοιο πρότυπο της ITU-T είναι το V Πρώιμη και απλή μέθοδο πολυπλεξίας. [30]

32 μία από τέσσερις πιθανές μετατοπίσεις φάσεως του φορέα (Quadrature Phase Shift Keying QPSK), η οποία μπορεί να διπλασιάσει το ρυθμό δεδομένων. Άλλα χαρακτηριστικά του φυσικού επίπεδου περιλαμβάνουν η υποστήριξη των κεραιών πολλαπλής εισόδου πολλαπλής εξόδου (multiple-input and multiple-output - MIMO) προκειμένου να παρέχουν διάδοση σήματος σε κατάσταση αποκοπής ή παρεμπόδισης (Non-line-of-sight -NLOS) και υβριδικές αυτόματες αίτηση επανάληψης (Hybrid automatic repeat request -ΗΑΒΟ) για την καλή διόρθωση απόδοσης σφάλματος. Αν και τα πρότυπα επιτρέπουν τη λειτουργία σε οποιαδήποτε ζώνη 2-66 GHz, κινητή λειτουργία είναι το καλύτερο στις χαμηλότερες ζώνες οι οποίες είναι και οι πιο πολυσύχναστες, και ως εκ τούτου πιο ακριβά Έλεγχος πρόσβασης μέσου (MAC) Το πρότυπο MAC περιγράφει τα υποστρώματα σύγκλισης (αλλά και την ταξινόμηση δεδομένων) που περιγράφουν τον τρόπο ενσύρματων τεχνολογιών, όπως το Ethernet, τον Ασύγχρονο Τρόπο Μεταφοράς (ATM) και το πρωτόκολλο Internet είναι (IP). Επίσης περιγράφει τον ασφαλή τρόπο παράδοσης/μεταφοράς δεδομένων, με τη ασφαλή χρήση ανταλλαγής κλειδιού κατά τη διάρκεια ταυτοποίησης και κρυπτογράφησης με τη χρήση του Advanced Encryption Standard (AES) ή του Data Encryption Standard (DES). Τα περαιτέρω χαρακτηριστικά του στρώματος MAC περιλαμβάνει μηχανισμούς εξοικονόμησης ενέργειας (χρησιμοποιώντας κατάσταση νάρκης και κατάσταση αναμονής ) και τους μηχανισμούς παράδοσης. Ένα βασικό χαρακτηριστικό του προτύπου είναι ότι είναι μια σύνδεση με προσανατολισμό την τεχνολογία. Ο σταθμός συνδρομητή (subscriber station -SS), δεν μπορεί να μεταδώσει δεδομένα μέχρι να χορηγηθεί ένα ελεύθερο κανάλι από το σταθμό βάσης (base station -BS). Αυτό επιτρέπει στο πρότυπο να παρέχει ισχυρή υποστήριξη για ποιότητα υπηρεσιών (QoS) Ποιότητα υπηρεσιών QoS [31]

33 Η ποιότητα υπηρεσιών (QoS) σε e υποστηρίζεται από την κατανομή κάθε σύνδεσης μεταξύ του SS και του BS (που στην ορολογία ονομάζεται ροή υπηρεσίας σε ) σε μια συγκεκριμένη κατηγορία QoS. Σε e, υπάρχουν 5τάξεις QoS: Πίνακας 2.2: e-2005 κλάσεις QoS. Υπηρεσία Συντομογραφίες Ορισμός Τυπικές Εφαρμογές Unsolicited Grant Service UGS Ροές δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, που περιλαμβάνει πακέτα δεδομένων σταθερού μεγέθους που εκδίδονται σε τακτά χρονικά διαστήματα Μεταφορές T1/E1 Extended Real-time Polling Service ertps Ανάλογες υπηρεσίες σε πραγματικό χρόνο, που παράγουν μεταβλητού μεγέθους πακέτα δεδομένων σε περιοδική βάση VoIP Real-time Polling Service rtps Ροές δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, που περιλαμβάνει πακέτα δεδομένων μεταβλητού μεγέθους που εκδίδονται σε τακτά χρονικά διαστήματα MPEG βίντεο Non-real-time Polling Service nrtps Καθυστέρηση-ανεκτικής ροής δεδομένων που περιλαμβάνει πακέτα δεδομένων μεταβλητού μεγέθους για την οποία απαιτείται ένας ελάχιστος ρυθμός δεδομένων FTP με εγγυημένη ελάχιστη απόδοση Best Effort BE Ροές δεδομένων για τις οποίες δεν είναι απαραίτητο το ελάχιστο επίπεδο υπηρεσιών και ως εκ τούτου μπορεί να γίνεται σε μια βάση διαθέσιμου χώρου HTTP Πηγή: Πρέβες Ν., «Ασύρματα δίκτυα υπολογιστών», Εκδόσεις: Εκδόσεις Νέων Τεχνολογιών ΕΞΕΛΙΞΗ Από τις αρχικές διαφοροποιήσεις το πρότυπο IEEE εξελίχθηκε στο πρότυπο το οποίο είναι γνωστό και ως d. Το πρότυπο παρέχει τεχνικούς προσδιορισμούς για το PHY και MAC επίπεδο για ασύρματη πρόσβαση και κατευθύνει την πρώτη ή τελευταία σύνδεση στα ασύρματα μητροπολιτικά δίκτυα [32]

34 (Wireless Metropolitan Area Networks - WMANs). Σε σύγκριση με άλλα πρότυπα όπως το (WLAN) υπάρχει έλλειψη υποστήριξης κινητικότητας καθώς η υποστήριξη κινητικότητας θεωρείται ευρέως ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά στα ασύρματα δίκτυα. Είναι φυσικό ότι το επόμενο πρότυπο που εκδόθηκε (802.16e) περιλάμβανε την συγκεκριμένη υποστήριξη. Και αυτό είναι γνωστό ως mobile WiMax και το οποίο περιλαμβάνει σημαντικές αναβαθμίσεις: Βελτιώνει την κάλυψη της NLOS μετάδοσης χρησιμοποιώντας προηγμένες κεραίες και υβριδικά αυτόματα επανάληψης αιτήματος (harq). Υιοθετεί πυκνή υποζεύξη αυξάνοντας το κέρδος του συστήματος και βελτιώνοντας την εσωτερική διείσδυση. Χρησιμοποιεί adaptive antenna system (AAS) και τεχνολογίες Multiple input Multiple output (MIMO) για τη βελτίωση της κάλυψης. Εισάγει σχήμα υποζεύξης καθόδου ενεργοποιώντας καλύτερη κάλυψη και δυνατότητα trade - off. Αυτό φέρνει πιθανά πλεονεκτήματα στο θέμα της κάλυψης, κατανάλωσης ενέργειας, self - installation, επαναχρησιμοποίηση συχνότητας και αποδοτικότητα εύρους ζώνης. Ένα από τα μειονεκτήματα είναι η μη δυνατότητα συμβατότητας με τη νέα πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας (SOFDM). Η παροχή διαχειριζόμενων υπηρεσιών QoS είναι ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα δεδομένης της έμφυτης προδιαγραφής QoS στον ορισμό του επιπέδου WiMAX MAC. Αναμένεται ότι το πρότυπο IEEE είναι πλήρως ικανό για την υποστήριξη μετάδοσης πολυμέσων με διαφοροποιημένες QoS απαιτήσεις μέσω της χρήσης σχεδιαστικών μηχανισμών. [33]

35 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο 3. ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΔΙΚΤΥΟΥ OMNNET 3.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ο OMNeT++ δεν είναι μόνο δικτυακός προσομοιωτής, αλλά ένας προσομοιωτής διακεκριμένων γεγονότων γενικής χρήσης. Περισσότερο όμως χρησιμοποιείται για προσομοιώσεις δικτύων κάνοντας χρήση του πακέτου INET το οποίο περιέχει μια εκτεταμένη βιβλιοθήκη πρωτοκόλλων 58. Το πρώτο βασικό συστατικό στοιχείο είναι το περιβάλλον ανάπτυξης του OMNeT++. Αυτό αποτελείται κατά βάση από το Eclispe, το help του οποίου παραθέτει όλες τις απαιτούμενες πληροφορίες για να εξοικειωθεί ο ενδιαφερόμενος αναγνώστης σε μία πρώτη προσέγγιση. Πιο συγκεκριμένα αυτά είναι το Workbench User Guide και το C/C++ Development User Guide. Για να πραγματοποιηθούν προσομοιώσεις δικτύων υπολογιστών είναι απαραίτητη η εγκατάσταση και η μελέτη του INET Framework. Αυτό στην ουσία αποτελεί μια βιβλιοθήκη από έτοιμα simple και compound modules που προσομοιώνουν διαδικτυακές συσκευές και πρωτόκολλα ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΤΟΥ OMNeT++ Το OMNeT++ είναι ένας αντικειμενοστραφής προσομοιωτής διακεκριμένων γεγονότων (Discrete Event Simulator DES). Διαθέτει μια «γενική» αρχιτεκτονική έτσι μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς όπως: Μοντελοποίηση ασύρματων και ενσύρματων δικτύων επικοινωνιών Μοντελοποίηση πρωτοκόλλων 58 Κοκοτός Δ., «Εικονικά περιβάλλοντα πληροφόρησης», Εκδόσεις: Σταμούλη Α.Ε. [34]

36 Μοντελοποίηση δικτύων ουρών Μοντελοποίηση μικροεπεξεργαστών και άλλων συστημάτων hardware Γενικά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση οποιουδήποτε συστήματος για το οποίο είναι κατάλληλη η προσέγγιση των διακεκριμένων γεγονότων και το οποίο μπορεί να αντιστοιχηθεί σε οντότητες που επικοινωνούν μεταξύ τους ανταλλάσοντας μηνύματα Modules Τα δομικά στοιχεία ενός μοντέλου στο OMNeT++ είναι τα modules. Τα modules θα τα χαρακτηρίζαμε ως αυτόνομες μονάδες οι οποίες επικοινωνούν με το πέρασμα μηνυμάτων. Τα ενεργά modules, αυτά δηλαδή που διαθέτουν κάποια λειτουργικότητα και τους αλγορίθμους, θα τα ονομάζουμε simple modules. Αυτά γράφονται σε C++ και χρησιμοποιούν την βιβλιοθήκη προσομοίωσης. Τα simple modules είναι επαναχρησιμοποιήσιμα και μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους σχηματίζοντας σύνθετες οντότητες τα compound modules. Το βάθος αυτής της ιεραρχίας δεν έχει όριο. Από αυτήν την οπτική γωνία όλο το τελικό μοντέλο που θα δημιουργήσουμε είναι στην ουσία ένα compound module. Η δομή του μοντέλου περιγράφεται στην γλώσσα ΝΕD η οποία αποτελεί συστατικό μέρος του ΟMNeT++. Και τα simple και τα compound modules είναι στιγμιότυπα κάποιου τύπου module που έχει ορίσει ο χρήστης. Αυτά τα module types μπορούν να αποθηκευτούν σε ξεχωριστά αρχεία σχηματίζοντας βιβλιοθήκες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορα projects Messages, gates, connections Τα modules επικοινωνούν μεταξύ τους με την ανταλλαγή μηνυμάτων (messages). Σε πραγματικές προσομοιώσεις ένα μήνυμα μπορεί να αναπαριστά π.χ. ένα πλαίσιο ή ένα πακέτο σε δίκτυο υπολογιστών. Ένα μήνυμα μπορεί να περιέχει αφηρημένα δεδομένα και στέλνεται είτε μέσα από θύρες (gates) και συνδέσεις (connections) είτε κατευθείαν στον προορισμό τους. Όταν ένα μήνυμα στέλνεται από ένα module στον εαυτό του τότε το ονομάζουμε self message. [35]

37 Οι θύρες (gates): είναι οι διασυνδέσεις εισόδου και εξόδου των modules. Υπάρχουν τρεις τύποι: input, output και inout. Τα μηνύματα στέλνονται έξω μέσω των output gates και φτάνουν στο module σε μια input gate. Δύο θύρες συνδέονται μεταξύ τους με μια σύνδεση (connection). Σε μια σύνδεση μπορούν να αντιστοιχηθούν τρεις παράμετροι για την ρεαλιστική μοντελοποίηση ενός δικτύου: Propagation delay - Αναπαραγωγή καθυστέρησης, δηλαδή ο χρόνος που καθυστερεί ένα μήνυμα όταν ταξιδεύει διαμέσου της σύνδεσης. Bit error rate - καθορίζει την πιθανότητα λάθους στη μετάδοση. Data rate - ρυθμός μετάδοσης δεδομένων, καθορίζεται σε bits/sec Παράμετροι ( Parameters) Τα modules μπορούν να έχουν παραμέτρους. Θα χαρακτηρίζαμε τις παραμέτρους σαν μια μορφή μεταβλητών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον καθορισμό της συμπεριφοράς των simple modules και για την παραμετροποίηση της τοπολογίας του μοντέλου. Μπορούν να πάρουν αρίθμητίκές, αλφαρίθμητίκές καί Boolean τίμές Προγραμματίζοντας τους αλγορίθμους Τα simple modules περιέχουν αλγορίθμους σε συναρτήσεις C++ οι οποίες συνδυάζονται με τις έτοιμες κλάσεις της βιβλιοθήκης προσομοίωσης. Τα αντικείμενα της προσομοίωσης, όπως modules, messages, queues, κ.α. αναπαρίστανται με έτοιμες κλάσεις που έχουν σχεδιαστεί να δουλεύουν μαζί αποτελεσματικά Δημιουργία και εκτέλεση προσομοίωσης Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πως στο OMNeT++ ένα μοντέλο αποτελείται από τα ακόλουθα συστατικά μέρη - αρχεία: Αρχεία NED: περιγράφουν την δομή των modules με τις παραμέτρους, τις θύρες, κ.τ.λ. [36]

38 Ορισμοί μηνυμάτων (.msg files). Χρησιμοποιούνται για τον ορισμό των τύπων των μηνυμάτων και των πεδίων τους. Το ΟMNeT++ τα μεταφράζει σε κλάσεις C++. Πηγαίος κώδικας των simple modules (αρχεία.h/.cc). Οι γενικές αρχές λειτουργίας του προσομοιωτή είναι οι εξής: Πρώτα τα.msg files μεταφράζονται σε κώδικα C++ και στην συνέχεια όλα τα πηγαία αρχεία μεταγλωττίζονται και συνδέονται με τον πυρήνα προσομοίωσης και την βιβλιοθήκη της διασύνδεσης χρήστη για να σχηματιστεί το εκτελέσιμο αρχείο. Στο τέλος φορτώνονται τα αρχεία.ned και διαβάζεται το αρχείο διαμόρφωσης (.ini). Η προσομοίωση ξεκινά. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης γράφονται σε αρχεία δεδομένων (vector files, scalar files) τα οποία μπορούν να αναλυθούν με τα εργαλεία του OMNeT++ ή με κάποιο άλλο λογισμικό Η ΓΛΩΣΣΑ ΝΕD Με την γλώσσα ΝED (ΝΕtwork Description) ο χρήστης περιγράφει την δομή του μοντέλου της προσομοίωσης. Μας επιτρέπει να δηλώσουμε simple modules, να τα συνδέσουμε και να τα συναρμολογήσουμε σχηματίζοντας compound modules Simple modules Τα simple modules είναι τα ενεργά συστατικά μέρη του μοντέλου και ορίζονται με την δεσμευμένη λέξη simple. Ακολουθεί ένα παράδειγμα δήλωσης Simple module: simple Module_name parameters: int i=block/queue) gates: input in; output out; } 59 Emad Aboelela, «Ασκήσεις προσομοίωσης», Εκδόσεις: Κλειδάριθμος. [37]

39 Και ο τομέας parameters και ο τομέας gates είναι προαιρετικός. Είναι πολύ σημαντικό να προσεχτεί ότι η δήλωση ενός module στην γλώσσα NED (η οποία περιέχεται σε ένα αρχείο με κατάληξη.ned) δεν περιέχει καθόλου κώδικα για να ορίσει την λειτουργία του module. Αυτός ο κώδικας περιέχεται σε μια κλάση C++. Αρχικά το OMNeT++ ψάχνει να εντοπίσει μια κλάση με το ίδιο όνομα όπως ο τύπος NED που δηλώθηκε (στο παράδειγμα παραπάνω ως: «Module_name»). την Γίνεται να δηλωθεί ρητά η κλάση η οποία περιέχει τον κώδικα του module με Επίσης γίνεται να επεκταθούν οι δυνατότητες μιας κλάσης δημιουργώντας υποκλάσεις από αυτήν. Μια υποκλάση της Module_name που οριστικέ παραπάνω είναι η εξής: modules simple specialmodule_name extends Module_name x = 10; } Ένα compound module ομαδοποιεί άλλα modules σε μια μεγαλύτερη μονάδα, αλλά δεν έχει κώδικα C++ που να σχετίζεται με αυτό. Η συμπεριφορά του είναι το αποτέλεσμα της συνεργασίας των simple modules που το αποτελούν. Η δήλωση ενός τέτοιου module έχει την παρακάτω μορφή: module Comp_mod module Comp_mod types:.. parameters:. submodules:. connections:. } [38]

40 Τα modules που αποτελούν το compound module γράφονται κάτω από την δεσμευμένη λέξη submodules. Οι τύποι των καναλιών και των modules που χρησιμοποιούνται μόνο τοπικά μπορούν να γραφούν κάτω από το types:. Και τα compound modules μπορούν να δημιουργήσουν άλλα modules που να κληρονομούν και να επεκτείνουν τις δυνατότητες τους με την βοήθεια του extends Κανάλια (channels) Τα κανάλια ενσωματώνουν παραμέτρους και συμπεριφορά για τις συνδέσεις (connections). Όπως και στα simple modules έτσι και στα κανάλια υπάρχει από πίσω τους μια κλάση C++. Ένα παράδειγμα είναι το εξής: channel CustomChannel // χρειάζεται μια κλάση με το όνομα CustomChannel } Συνήθως δεν χρειάζεται να γραφτούν κλάσεις για κανάλια γιατί χρησιμοποιούνται έτοιμες που προσφέρει το OMNeT++. Αυτές είναι: ned.idealchannel ned.delaychannel ned.dataratechannel Για τις παραμέτρους του κάθε τύπου μπορείτε να ανατρέξετε στο manual του OMNeT++. Ακολουθεί ένα παράδειγμα: channel C extends ned.dataratechannel datarate = 100Mbps; delay = 100us; ber = 1e -10; } Παράμετροι Οι παράμετροι είναι μεταβλητές που ανήκουν σε ένα module. Μπορεί να είναι του τύπου int, double, bool, string και xml. Παίρνουν τις τιμές τους είτε από τα [39]

41 αρχεία NED, είτε από τα αρχεία διαμόρφωσης (.ini), είτε κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης από τον χρήστη. Αν η τιμή μιας παραμέτρου οριστεί με ρητό τρόπο σε ένα αρχείο NED, τότε δεν μπορεί να αλλάξει από ένα αρχείο διαμόρφωσης. Είναι δυνατόν επίσης να οριστεί μια default τιμή η οποία θα εφαρμοστεί αν δεν δοθεί τιμή στην παράμετρο με άλλο τρόπο.( = default( ). Αν οριστεί μια παράμετρο με τον τροποποιητή volatile, τότε η παράμετρος θα υπολογίζεται κάθε φορά που διαβάζεται Θύρες (Gates) Οι θύρες είναι τα σημεία επικοινωνίας των modules. Εκτός από απλές θύρες είναι δυνατόν να δημιουργηθούν και gate vectors (διανύσματα από θύρες ουσιαστικά έναν μονοδιάστατο πίνακα). Το μέγεθος των διανυσμάτων γίνεται να δηλώθεί μέσα στις αγκύλες ή να μείνει κενό. Στην συνέχεια γίνεται να επεκταθεί το gate vector και να προστεθούν νέες θύρες με τον τελεστή gate++. Π.χ. simple Treenode Gates: inout parent; inout children[]; } Συνδέσεις (Connections) Οι θύρες input και output συνδέονται με απλό βέλος ενώ οι inout με διπλό. Για να συνδεθούν δύο θύρες με ένα κανάλι χρησιμοποιούνται τα βέλη και μπαίνει το όνομα του καναλιού ανάμεσα. Μερικά παραδείγματα είναι τα εξής: <--> delay=10ms} <--> <--> C <--> Ιδιότητες ( Properties) [40]

42 Οι ιδιότητες επιτρέπουν την πρόσθεση metadata σε οποιοδήποτε αντικείμενο της NED. και είναι κάποια παραδείγματα Κληρονομικότητα Όταν γίνεται extend ένα module τόσο στην NED όσο και στην C++, τότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί η υποχρεωτικά για να χρησιμοποιηθεί η νέα κλάση στη C SIMPLE MODULES csimplemodule 60. Όλα τα simple modules που δημιουργούνται είναι υποκλάσεις της κλάσης Τροποποίηση συναρτήσεων csimplemodule Οι συναρτήσεις της csimplemodule που πρέπει να τροποποιηθούν για να προσδοθεί λειτουργικότητα στο module είναι: void initialize(): H συνάρτηση initialize() καλείται πριν την εκτέλεση του πρώτου event της προσομοίωσης και περιέχει των κώδικα αρχικοποίησης του module. Μπορεί να διαβάσει παραμέτρους, να αρχικοποιήσει μεταβλητές μιας κλάσης, να δεσμεύσει χώρο μνήμης, κ.τ.λ. void handlemessage(cmessage *msg): Είναι η συνάρτηση που καλείται σε κάθε event. Ο κώδικάς της εκτελείται κάθε φορά που ένα μήνυμα φτάνει στο module. Είναι δηλαδή αυτή που υποδεικνύει στο module πώς να το χειριστεί. Αν πρέπει ο κώδικας της handlemessage να αρχίσει να εκτελείται πριν φτάσει κάποιο μήνυμα από άλλο module, πρέπει να κανονιστεί ένα self message. Για τον χειρισμό μηνυμάτων μέσω προγραμματισμού της handlemessage μπορεί να χρησιμοποιηθούν η send(), η scheduleat() και η cancelevent(). void activity(): Είναι η εναλλακτική προσέγγιση της handlemessage(). Με αυτήν προγραμματίζεται το module σαν να ήταν μια διεργασία συστήματος. Εκτελεί έναν ατέρμονα βρόγχο και μπορεί να αναστείλετε η λειτουργία του με την wait(). Για να 60 Κοκοτός Δ., «Εικονικά περιβάλλοντα πληροφόρησης», Εκδόσεις: Σταμούλη Α.Ε. [41]

43 ληφθεί μήνυμα με αυτήν πρέπει να χρησιμοποιηθεί η συνάρτηση receive(). Όταν η activity τερματιστεί, τερματίζεται και το module. Γενικά, αν δεν σκοπεύετε να χρησιμοποιηθεί η wait(), η χρήση της activity() πρέπει να αποφεύγεται. void finish(): Παρέχει τον χώρο όπου ο χρήστης μπορεί να προσθέσει κώδικα για να καταγράψει στατιστικά στοιχεία όταν η προσομοίωση έχει τελειώσει επιτυχώς Simulation time O τρόπος για να ανακτηθεί ο χρόνο προσομοίωσης είναι μέσω της συνάρτησης simtime(). O χρόνος προσομοίωσης αναπαρίσταται εσωτερικά με τον τύπο simtime_t o οποίος είναι μέλος της κλάσης SimTime Παράδειγμα κλάσης για simple module Έστω ότι έχουμε ένα module το οποίο έχουμε δηλώσει σε ένα αρχείο ned με το όνομα HelloModule. H κλάση σε C++ που ορίζει την λειτουργικότητα του είναι η εξής: // file: HelloModule.cc #include <omnetpp.h> Class HelloModule : public csimplemodule Protected: Virtual void initialize(); Virtual void handlemessage(); }; //Δηλώνεται η κλάση με το \οpp Define_Module(HelloModule); Void HelloModule::initialize().. void HelloModule::handleMessage(cMessage *msg). } Χειρισμός παραμέτρων ενός module μέσω της C++ [42]

44 Οι παράμετροι των modules που έχουν δηλωθεί σε αρχεία ned, κατά την εκτέλεση αναπαρίστανται με την κλάση cpar. Υπάρχει πρόσβαση σε αυτές με τη συνάρτηση par(). Ανάλογα με τον τύπο της παραμέτρου χρησιμοποιούνται ειδικές μέθοδοι για να διαβαστεί και να τροποποιηθεί η τιμή τους. Για παράδειγμα αν υπάρχει μια παράμετρο με το όνομα Χ σε ένα module μπορεί να ανατεθεί η τιμή της σε μια μεταβλητή κλάσης Y με τον εξής τρόπο: Υ = par( X ) Χειρισμός θυρών και συνδέσεων με C++ Οι θύρες αναπαρίστανται με αντικείμενα cgate. Αυτά τα αντικείμενα γνωρίζουν με ποιες άλλες θύρες είναι συνδεδεμένες και με ποιες συνδέσεις. Το αντικείμενο cgate διατηρεί δείκτες προς τις άλλες θύρες που είναι συνδεδεμένες σε αυτήν Αποστολή και λήψη μηνυμάτων Εφόσον έχει δημιουργηθεί ένα αντικείμενο μηνύματος μπορεί να σταλεί σε μια output gate με την συνάρτηση: Send(cMessage *msg, const char *gatename, int index=0); Το gatename είναι το όνομα της θύρας και αν είναι gate vector το index είναι δείκτης προς την συγκεκριμένη θύρα. Όταν πρέπει να στείλει ένα μήνυμα σε πολλούς παραλήπτες ή να το επαναμεταδωθεί σε περίπτωση σφάλματος, πρέπει να δημιουργηθεί ένα αντίγραφο με την συνάρτηση dup(). Π.χ. cmessage *copy = msg -> duo(); Self Messages [43]

45 Τα self messages είναι τα μηνύματα που ένα module στέλνει στον εαυτό του. Χρησιμοποιούνται για να αναπαραστήσουν events που συμβαίνουν μέσα στο module ή για να υλοποιήσουν χρονόμετρα. Ένα module μπορεί να στείλει ένα μήνυμα στον εαυτό του με την συνάρτηση scheduleat(). Π.χ. scheduleat(simtime() + delta, msg) Στέλνει το μήνυμα msg στον εαυτό του σε χρονικό διάστημα delta. Με την συνάρτηση cancelevent() μπορεί να ακυρωθεί η αποστολή ενός self message ΜΗΝΥΜΑΤΑ Γενικά Τα μηνύματα στον OMNeT++ είναι στιγμιότυπα της κλάσης cmessage. Μπορούν να αναπαραστήσουν events, πλαίσια, πακέτα κ.τ.λ. Κάθε φορά που δημιουργείται ένας νέος τύπος μηνύματος στην ουσία δημιουργείται μια υποκλάση της cmessage. Κάθε αντικείμενο cmessage έχει μια σειρά από ιδιότητες. Για τη δημιουργία ενός νέου μηνύματος χρησιμοποιείται ο κατάλληλος constructor: cmessage *msg = new cmessage( MessageName, msgkind); Όπου MessageName το όνομα του μηνύματος και msgkind το είδος του. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν και άλλα ορίσματα στον constructor για να καθοριστούν οι υπόλοιπες ιδιότητες του μηνύματος ή να χρησιμοποιηθούν οι μέθοδοι set(). Π.χ. msg ->setbitlength( length); Η αντιγραφή ενός μηνύματος γίνεται με την μέθοδο dup(). Όταν ένα μήνυμα φτάνει σε ένα module μπορεί να διαπιστώθεί αν είναι self message καλώντας την συνάρτηση isselfmessage() η οποία επιστρέφει μια Boolean τιμή. [44]

46 Control info Πολλές φορές χρειάζεται να προσομοιωθούν διαφορετικά στρώματα πρωτοκόλλων τα οποία επικοινωνούν μεταξύ τους ανταλλάσοντας μηνύματα, όπως για παράδειγμα το TCP και το IP. Όμως η επικοινωνία μεταξύ των πρωτοκόλλων απαιτεί την προσθήκη πρόσθετων πληροφοριών στα μηνύματα. Αυτές οι πρόσθετες πληροφορίες αναπαρίστανται με αντικείμενα του τύπου control info τα οποία προέρχονται από την κλάση cobject και προσκολλώνται στα μηνύματα. Οι συναρτήσεις που μας προσφέρει η cmessage είναι οι εξής: Void setcontrolinfo(cobject *controlinfo); cobject *getcontrolindo(); cobject *removecontrolinfo(); Encapsulation Συχνά χρειάζεται να ενσωματώθεί ένα μήνυμα μέσα σε ένα άλλο όταν προσομοιώνονται στρωματοποιημένα πρωτόκολλα. Αυτό γίνεται με την συνάρτηση encapsulate(). Π.χ. αν πρέπει να ενσωματωθεί ένα μήνυμα userdata μέσα σε ένα μήνυμα tcpseg γράφεται: tcpseg -> encapsulate(userdata); decapsulate(): Μπορεί βέβαια να έρθει πίσω το ενσωματωμένο μήνυμα με την cmessage *userdata = tcpseg -> decapsulate(); Ορισμός μηνυμάτων (Message definitions) Όταν χρειάζεται να δημιουργηθεί ένας νέου τύπου μηνύματος πρέπει στην ουσία να δημιουργηθεί μια καινούργια υποκλάση της cmessage. Αυτό είναι μια αρκετά δύσκολη διαδικασία καθώς απαιτείται η συγγραφή μακροσκελούς και πολύπλοκου [45]

47 κώδικα. Το OMNeT++ για την διευκόλυνση των χρηστών παρέχει μια πολύ απλή διαδικασία: τους ορισμούς μηνυμάτων. Οι χρήστες δεν έχουμε παρά να δημιουργήσουν ένα αρχείο κειμένου που να έχει την κατάληξη.msg και την εξής μορφή περιεχομένου: message Όνομα_τύπου_μηνύματος int X1; double X2; } Όπου X1, X2 κ.τ.λ. είναι τα πεδία του μηνύματος. Στην συνέχεια αναλαμβάνει το OMNeT++ να δημιουργήσει την κλάση σε C++ και να παράσχει τα κατάλληλα αρχεία. Για κάθε πεδίο που εισάγεται, η δημιουργημένη κλάση παρέχει μια μέθοδο get και μια set για να μπορούν να διαβάζονται και να τροποποιούνται οι τιμές τους. Για το παραπάνω παράδειγμά είναι οι εξής συναρτήσεις: virtual int getx1(); virtual void setx1(int X); Επίσης δημιουργούνται και οι κατάλληλοι constructors. Οι τύποι των πεδίων που εισάγονται μπορεί να είναι οποιουδήποτε βασικού τύπου ή κάποιου τύπου που έχει δημιουργηθεί. Έστω ότι έχει δημιουργηθεί ένας τύπος ipaddress και τον έχει δηλωθεί σε ένα αρχείο ipaddress.h. Τότε στο αρχείο msg πρέπει να εισαχτεί ο εξής κώδικας: Cplusplus #include ipaddress.h }}; Struct IPAddress; 3.6. Η ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ [46]

48 Το OMNeT++ διαθέτει μια ολοκληρωμένη βιβλιοθήκη κλάσεων σε C++ που χρησιμοποιείται όταν υλοποιούνται τα simple modules Δημιουργία logs από τα modules Πολλές φορές πρέπει να παραχθούν μηνύματα εξόδου ώστε να ενημερωθεί ο χρήστης για τα γεγονότα της προσομοίωσης. Αυτό πετυχαίνεται με τη βοήθεια του αντικειμένου με το οποίο αναπαριστάται η διασύνδεση χρήστη στην προσομοίωση. Ένα παράδειγμα είναι : ev << packet received, sequence number is << seqnum << endl; Μετατροπή χρόνου προσομοίωσης Ο χρόνος προσομοίωσης αναπαρίσταται με τον τύπο simetime_t ο οποίος προέρχεται από τον τύπο double. H βιβλιοθήκη παρέχει συναρτήσεις για την μετατροπή αυτού του τύπου σε αναγνώσιμη μορφή και το αντίστροφο. Αυτές είναι οι simtimetostr() και η strtosimtime() αντίστοιχα Δημιουργία ψευδοτυχαίων αριθμών Πολλές φορές κατά τη διάρκεια μιας προσομοίωσης χρειάζεται η δημιουργία ψευδοτυχαίων αριθμών για να γίνουν τα μοντέλα πιο ρεαλιστικά. O OMNeT++ χρησιμοποιεί τον Mersenne Twister RNG. Δύο βασικές συναρτήσεις είναι η intrand(n) η οποία παράγει τυχαίους ακεραίους στο διάστημα [0, n-1] και η dblrand() που παράγει έναν double στο διάστημα [0,1). Υπάρχουν πολλές ακόμη συναρτήσεις που στηρίζονται σε αυτές τις δύο ctopology 61 [47]

49 Η κλάση ctopology σχεδιάστηκε για να διευκολύνει την δρομολόγηση σε ένα δίκτυο. Αποθηκεύει μια αφηρημένη αναπαράσταση του δικτύου σε μορφή γράφου. Παρέχει πολλές συναρτήσεις για επιλογή και χειρισμό κόμβων και συνδέσεων. Η μεγαλύτερη χρησιμότητα της κλάσης είναι ότι με τη βοήθεια κατάλληλου αλγορίθμου μπορεί να βρει τους ελάχιστους δρόμους προς έναν κόμβο βελτιώνοντας έτσι τη δρομολόγηση Καταγραφή αποτελεσμάτων προσομοίωσης Υπάρχουν πολλές κλάσεις για τη συλλογή και αποθήκευση στατιστικών αποτελεσμάτων όπως η cstddev, η cweightedstddev, η LongHistogram κτλ. Κάθε μία έχει την δικιά της χρησιμότητα και τις δικές της μεθόδους για να συλλέγει δεδομένα όπως η συνάρτηση collect(). Τα αντικείμενα του τύπου coutvector είναι υπεύθυνα για την καταγραφή χρονοσειρών δεδομένων, δηλαδή ζευγάρια που αποτελούνται από μια τιμή και μια χρονοσφραγίδα. Με την συνάρτηση record() γίνεται η καταγραφή. Συνήθως δηλώνεται το coutvector σαν μέλος της κλάσης του module, αρχικοποιείται στην initialize() και γίνεται καταγραφή με το record() στην handlemessage(). Ένα παράδειγμα είναι το εξής: class Sink : public csimplemodule protected: coutvector endtoenddelayvec; virtual void initialize(); virtual void handlemessage(cmessage *msg); }; Define_Module(Sink); void Sink :: initialize() endtoenddelayvec.setname( End to end delay ); } void Sink :: handlemessage(cmessage *msg) simtime_t eed = simtime() msg->getcreationtime(); endtoenddelayvec.record(eed); delete msg; } [48]

50 Συνήθως η καταγραφή γίνεται στο αρχείο omnetpp.vec. Σε αντίθεση με τα coutvectors τα αντικείμενα output scalars καταγράφουν μονές τιμές ανά προσομοίωση. Η καταγραφή γίνεται με τις μεθόδους record() των αντικειμένων που θέλουμε να καταγράψουμε και συνήθως εισάγουμε τον κώδικα για την καταγραφή στην finish(). Ένα παράδειγμα είναι: class Sink : public csimplemodule protected: cstddev eedstats; virtual void initialize(); virtual void handlemessage(cmessage *msg); virtual void finish(); }; Define_Module(Sink); void Sink::initialize() eedstats.setname("end-to-end Delay"); } void Sink::handleMessage(cMessage *msg) simtime_t eed = simtime() - msg->getcreationtime(); eedstats.collect(eed); delete msg; } void Sink::finish() recordscalar("simulation duration", simtime()); eedstats.record(); } Οι παραπάνω εγγραφές γίνονται στο αρχείο omnetpp.sca Watches Αρχικά οι μεταβλητές που δηλώνονται δεν είναι ορατές από τη διασύνδεση χρήστη. Για να διορθωθεί αυτό χρησιμοποιείται η μακροεντολή WATCH(). Τοποθετείται συνήθως στην initialize(). long packetssent; double idletime; WATCH(packetsSent); [49]

51 WATCH(idleTime); Δημιουργώντας προγράμματα προσομοίωσης Ο πιο απλός και εύκολος τρόπος για να δημιουργήθεί ένα εκτελέσιμο πρόγραμμα προσομοίωσης είναι μέσω του IDE του OMNeT++, το οποίο είναι απλό στη χρήση και αυτοματοποιεί τις περισσότερες διαδικασίες ειδικά όσον αφορά την μεταγλώττιση και σύνδεση του προγράμματος με εξωτερικές βιβλιοθήκες και την βιβλιοθήκη προσομοίωσης. Η δημιουργία ενός εκτελέσιμου αρχείου μπορεί να γίνει ως εξής: 1. Πρώτα τοποθετούνται όλα τα αρχεία που έχουν δημιουργήθει (.ned,.msg, και πηγαίους κώδικες..cc/.h) σε έναν κατάλογο και στη συνέχεια αφού μεταφερθούν από command line εκεί πληκτρολογείται: $opp_makemake. 2. Τώρα στον κατάλογο έχει δημιουργηθεί ένα Makefile για να μπορέσει να δημιουργήθει το εκτελέσιμο. Στη συνέχεια πληκτρολογείται make και δημιουργείται το εκτελέσιμο. Φυσικά υπάρχουν πολλές επιλογές. [50]

52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ο 4. ΣΕΝΑΡΙΑ QUALITY OF SERVICE ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ-ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΜΕ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΕΙΣ OMNET 4.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στο παρόν κεφάλαιο θα δειχτούν παραδείγματα μοντελοποίησης και προσομοίωσης OMNeT++, σύμφωνα με τα πιο συνηθισμένα χαρακτηριστικά του OMNeT ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ Δεδομένου ότι η πιο κοινή περιοχή εφαρμογής του OMNeT++ είναι η προσομοίωση τηλεπικοινωνιακών δικτύων, θα δειχτούν σενάρια προσομοίωσης Quality of Service Ευρυζωνικότητας σε μη-αστικές περιοχές. Για αρχή, θα ξεκινήσουμε με ένα «δίκτυο» που αποτελείται από δύο κόμβους τερματικούς. Οι τερματικοί κόμβοι κάνουν κάτι απλό: ένας από τους κόμβους θα δημιουργήσει ένα πακέτο δεδομένων, και θα στείλει το πακέτο δεδομένων στον άλλον κόμβο και αντίστροφα. Τα βήματα που πρέπει να ακολουθηθούν για να εφαρμοστεί η πρώτη προσομοίωση είναι: 1. Δημιουργείται ένας κατάλογος εργασίας που ονομάζεται tictoc σε αυτόν τον κατάλογο. 2. Περιγράφεται το παράδειγμα του δικτύου, δημιουργώντας ένα αρχείο τοπολογίας 62 και ονομάζεται, tictoc1.ned: 62 Το αρχείο τοπολογίας είναι ένα αρχείο κειμένου που προσδιορίζει τους τερματικούς κόμβους του δικτύου και τις συνδέσεις μεταξύ τους. [51]

53 Πίνακας 4.1: Παράδειγμα δικτύου, δημιουργώντας ένα αρχείο τοπολογίας, ονομασίας, tictoc1.ned. // // This file is part of an OMNeT++/OMNEST simulation example. // Copyright (C) 2014 Panagiotis Rompolas // // This file is distributed WITHOUT ANY WARRANTY. See the file // license for details on this and other legal matters. // Simple Txc1 gates: input in; output out; } // // Two instances (tic and toc) of Txc1 connected both ways. // Tic and toc will pass messages to one another. // network Tictoc1 submodules: tic: Txc1? toc: Txc1? connections: tic.out --> delay = 100ms; } --> toc.in; tic.in <-- delay = 100ms; } <-- toc.out; } Το παραπάνω αρχείο στον πίνακα 4.1, είναι καλύτερα να διαβαστεί από κάτω προς τα πάνω. Απορρέουν τα εξής: Το tictoc1 είναι ένα δίκτυο, το οποίο συναρμολογείται από δύο υποενότητες, tic και toc. Αυτές οι δύο υποενότητες είναι και περιπτώσεις του ίδιου τύπου μονάδας που ονομάζεται Txc1. Εάν ενώσουμε την πύλη εξόδου tic (out), στην πύλη της εισόδου toc (in), και αντίστροφα (δίκτυο......}), θα υπάρξει μια καθυστέρηση διάδοσης της τάξης των 100ms. Το Txc1 είναι ένας απλός τύπος μονάδας (επίπεδο NED, και θα υλοποιηθεί σε C ++) 63. Το Txc1 έχει μία θύρα εισόδου και μία πύλη εξόδου από το όνομα (simple......}) [52]

54 Διάγραμμα 4.1: Διάγραμμα Inheritance για Txc το Πρέπει τώρα να εφαρμοστεί η λειτουργικότητα της απλής μονάδας Txc1. Αυτό επιτυγχάνεται με το γράψιμο ενός αρχείο txc1::cc, σε γλώσσα προγραμματισμού C++: Πίνακας 4.2: Εγγραφή ενός αρχείο txc1::cc, σε γλώσσα προγραμματισμού C++. // // This file is part of an OMNeT++/OMNEST simulation example. // Copyright (C) 2014 Panagiotis Rompolas // // This file is distributed WITHOUT ANY WARRANTY. See the file // license for details on this and other legal matters. // # include <string.h> # include <omnetpp.h> class Txc1: public csimplemodule protected: // The following redefined virtual function holds the algorithm. [53]

55 virtual void initialize(); virtual void handlemessage(cmessage *msg); }; // The module class needs to be registered with OMNeT++ Define_Module(Txc1); void Txc1::initialize() // Initialize is called at the beginning of the simulation. // To bootstrap the tic-toc-tic-toc process, one of the modules needs // to send the first message. Let this be `tic'. // Am I Tic or Toc? If (strcmp("tic", getname()) == 0) // create and send first message on gate "out". "tictocmsg" is an // arbitrary string which will be the name of the message object cmessage *msg = new cmessage("tictocmsg"); send(msg, "out"); } } void Txc1::handleMessage(cMessage *msg) // The handlemessage() method is called whenever a message arrives // at the module. Here, we just send it to the other module, through // gate `out'. Because both `tic' and `toc' does the same, the message // will bounce between the two. send(msg, "out"); } Το Txc1 είναι απλός τύπος μονάδας που αντιπροσωπεύεται από την C++ class Txc1, η οποία είναι υποκλάση του csimplemodule, και είναι δρομολογημένα στην OMNeT++ με το Define_Module() macro. Αλλάζονται δύο μέθοδοι από το csimplemodule: initialize() και handlemessage(). Έχουν επίκληση από τον πυρήνα της προσομοίωσης: η πρώτη μόνο μία φορά, και η δεύτερη κάθε φορά που ένα μήνυμα δεδομένων φτάνει στην module. Η initialize() δημιουργεί ένα αντικείμενο μηνύματος (cmessage), και στέλνεται στην gate out. Δεδομένου ότι αυτή η πύλη συνδέεται με την πύλη εισόδου (input gate) της άλλης μονάδας, ο πυρήνας της προσομοίωσης θα παραδώσει αυτό το μήνυμα στην άλλη μονάδα ως handlemessage(), μετά από μια καθυστέρηση διάδοσης 100ms θα ανατεθεί στο σύνδεσμο στο αρχείο NED. Η άλλη μονάδα στέλνει ακριβώς πίσω/αντίστροφα (άλλη καθυστέρηση 100ms), και αυτό οδηγεί σε μια συνεχή κατάσταση ping-pong. [54]

56 Διάγραμμα 4.2: Διάγραμμα Inheritance για το csimplemodule. Τα μηνύματα (πακέτα, θέσεις εργασίας, κλπ) και τα events (χρονόμετρα, χρονικά όρια), εκπροσωπούνται από αντικείμενα cmessage (ή υποκατηγορίες) στη OMNeT++. Αφού σταλούν ή να προγραμματιστούν, θα μπουν από τον πυρήνα προσομοίωσης στην λίστα «προγραμματισμένα γεγονότα (scheduled events)» ή στα «μελλοντικά γεγονότα (future events)» μέχρι να έρθει η ώρα να παραδοθούν στις διάφορες μονάδες μέσω handlemessage() Τώρα δημιουργείται το Makefile που θα βοηθήσει στην σύνδεση του προγράμματος για την δημιουργία του εκτελέσιμου αρχείου tictoc: Πίνακας 4.3: Δημιουργία του Makefile. $ opp_makemake 64 Δεν υπάρχει ενσωματωμένη στάση κατάστασης σε αυτή την προσομοίωση: αυτό θα συνεχιστεί για πάντα. Θα σταματήσει από το GUI. (Μπορεί να καθοριστεί όριο χρόνου προσομοίωσης ή προθεσμία CPU στο αρχείο ρυθμίσεων). [55]

57 Αυτή η εντολή δημιουργεί ένα αρχείο Makefile στον κατάλογο tictoc της εργασίας Κατάρτιση και σύνδεση με την πρώτη προσομοίωση, με την έκδοση της εντολής make: Πίνακας 4.4: Σύνδεση με την προσομοίωση, με την έκδοση της εντολής make. $ make 6. Κατά την εκτέλεση δεν μπορεί να βρει το αρχείο omnetpp.ini, οπότε θα πρέπει να δημιουργηθεί ένα omnetpp.ini. Δημιουργείται με τον εξής απλό τρόπο, omnetpp.ini: Πίνακας 4.5: Δημιουργία αρχείου omnetpp.ini. [General] network = Tictoc1 omnetpp.ini: Το tictoc2 και τα περαιτέρω βήματα θα μοιράζονται το παρακάτω αρχείο Πίνακας 4.6: Το αρχείο omnetpp.ini είναι κοινό όλων των προσομοιώσεων tictoc. # This file is shared by all tictoc simulations. # Lines beginning with `#' are comments [General] # nothing here [Config Tictoc1] network = Tictoc1 [Config Tictoc2] network = Tictoc2 [Config Tictoc3] network = Tictoc3 [Config Tictoc4] network = Tictoc4 Tictoc4.toc.limit = 5 [Config Tictoc5] 65 Η εντολή είναι opp_ n makemake, και θα δημιουργήσει Makefile.vc. [56]

58 network = Tictoc5 **.limit = 5 [Config Tictoc6] network = Tictoc6 [Config Tictoc7] network = Tictoc7 # argument to exponential() is the mean; truncnormal() returns values from # the normal distribution truncated to nonnegative values Tictoc7.tic.delayTime = exponential(3s) Tictoc7.toc.delayTime = truncnormal(3s,1s) [Config Tictoc8] network = Tictoc8 [Config Tictoc9] network = Tictoc9 [Config Tictoc10] network = Tictoc10 [Config Tictoc11] network = Tictoc11 [Config Tictoc12] network = Tictoc12 [Config Tictoc13] network = Tictoc13 [Config Tictoc14] network = Tictoc14 [Config Tictoc15] network = Tictoc15 record-eventlog = true [Config Tictoc16] network = Tictoc16 **.tic[1].hopcount.result-recording-modes = +histogram **.tic[0..2].hopcount.result-recording-modes = -vector 7. Μόλις ολοκληρωθούν τα παραπάνω βήματα, θα ξεκινήσει η προσομοίωση δίνοντας την εντολή: [57]

59 Πίνακας 4.7: Εντολή εκκίνησης της προσομοίωσης. $. / Tictoc 8. Με το πάτημα του κουμπιού Run στη γραμμή εργαλείων ξεκινά η προσομοίωση. Αυτό που πρέπει να δούμε είναι ότι οι τερματικό κόμβοι tic toc ανταλλάσσουν μηνύματα μεταξύ τους. Εικόνα 4.1: Παράδειγμα του δικτύου, δημιουργώντας ένα αρχείο τοπολογίας που ονομάζεται, tictoc1.ned. Η κύρια γραμμή εργαλείων του παραθύρου εμφανίζει τον χρόνο προσομοίωσης. Αυτός είναι εικονικός χρόνο, και αφορά το πρόγραμμα που τον χρειάζεται για να εκτελέσει την προσομοίωση. Στην πραγματικότητα, ο αριθμός των δευτερόλεπτων του προγράμματος μπορούν να προσομοιώσουν σε πραγματικό χρόνο και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την φύση και την πολυπλοκότητα του μοντέλου προσομοίωσης. Ο χρόνος που χρειάζεται η προσομοίωση για να επεξεργαστεί ένας τερματικός κόμβος το μήνυμα, είναι μηδενικός. Η μόνη διεργασία που καθυστερεί την προσομοίωση σε αυτό το μοντέλο είναι η καθυστέρηση διάδοσης του μηνύματος στις συνδέσεις. [58]

60 9. Μπορεί να μεταβληθεί η επιβράδυνση της διάδοσης μηνύματος με το ρυθμιστικό στο επάνω μέρος του παραθύρου γραφικών. Μπορεί να σταματήσει η προσομοίωση πατώντας το πλήκτρο F8 (ισοδύναμο με το πλήκτρο STOP στην γραμμή εργαλείων), single-step με το (F4), run με το (F5), animation με το (F6), και με το F7 (express mode) απενεργοποιούνται εντελώς οι δυνατότητες εντοπισμόυ της μέγιστης ταχύτητας. 10. Η έξοδος από το πρόγραμμα προσομοίωσης, πραγματοποιείται κάνοντας κλικ στο εικονίδιο Close ή επιλέγοντας File Exit ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΟΥ ΔΙΚΤΥΟΥ TICTOC2 ΓΙΑ ΣΕΝΑΡΙΑ QoS ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ-ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Ενίσχυση και τελειοποίηση γραφικών του δικτύου TICTOC2 Το δίκτυο TICTOC2 ενισχύεται και τελειοποιείται γραφικά προσθέτοντας debugging output. Το μοντέλο προσομοίωσης μεταλλάσσεται στο GUI. Ανατίθεται στο εικονίδιο block/routing (το αρχείο images/block/routing.png), έτσι ο κόμβος tic γίνεται κυανό χρώμα για και ο toc, κίτρινο. Αυτό επιτυγχάνεται με την προσθήκη του display strings στο αρχείο NED. Το εικονίδιο καθορίζεται από την σειρά εμφάνισης του i = tag. Πίνακας 4.8: Ενίσχυση και τελειοποίηση γραφικών του δικτύου TICTOC2 προσθέτοντας το debugging output. // "block/routing" icon to the simple module. All submodules of type // Txc2 will use this icon by default // simple Txc2 } // // add a default icon gates: input in; output out; // Make the two module look a bit different with colorization effect. [59]

61 // Use cyan for `tic', and yellow for `toc'. // network Tictoc2 submodules: tic: Txc2 // do not change the icon (first arg of i=) just colorize it } toc: Txc2 // here too } connections: Το αποτέλεσμα φαίνεται στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 4.2: Ενίσχυση και τελειοποίηση γραφικών του δικτύου TICTOC2 προσθέτοντας το debugging output. [60]

62 Μπορεί επίσης να τροποποιηθεί το αρχείο C++ με την πρόσθεση κάποιων μηνυμάτων σφάλματος στο Txc1 γράφοντας στο OMNeT++ EV ένα αντικείμενο όπως αυτό: Πίνακας 4.9: Τροποποίηση του αρχείο C++ με την πρόσθεση κάποιων μηνυμάτων σφάλματος στο Txc1. EV << "Sending initial message\n"; Και EV << "Received message `" << msg->getname() << "', sending it out again\n"; Το ακόλουθο αποτέλεσμα θα εμφανιστεί στο κύριο παράθυρο του κειμένου, όταν εκτελείτε η προσομοίωση στο OMNeT++ GUI Tkenv: Εικόνα 4.3: Εκτέλεση προσομοίωσης στο OMNeT++ GUI Tkenv. Υπάρχει η δυνατότητα να ανοιχτούν ξεχωριστά παράθυρα εξόδου για τους κόμβους μεταγωγής tic toc, κάνοντας δεξί κλικ στα εικονίδια τους και την επιλογή του module από το μενού που θα εμφανιστεί. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι χρήσιμο όταν υπάρχει μεγάλο μοντέλο προσομοίωσης (fast scrolling logs syndrome). [61]

63 Εικόνα 4.4: Επιλογή για fast scrolling logs syndrome Προσθήκη μεταβλητών κατάστασης Σε αυτό το βήμα προστίθεται ένας μετρητής στη μονάδα, και διαγράφεται το μήνυμα μετά από δέκα ανταλλαγές. Προστίθεται ο μετρητής ως μέλος της εξής κατηγορίας: Πίνακας 4.10: Πρόσθεση ενός μετρητή. class Txc3 : public csimplemodule private: int counter; // Note the counter here protected: Ορίζουμε την μεταβλητή σε 10 initialize() και μειώνεται στο handlemessage() για την άφιξη κάθε μηνύματος. Αφού φτάσει στο μηδέν, η προσομοίωση θα τερματιστεί από γεγονότα και θα τερματίσει. Σημειώνεται το: WATCH (counter)? Η γραμμή στην πηγή, καθιστά δυνατό την ορατότητα της τιμής του μετρητή στη Tkenv. Με διπλό κλικ στο εικονίδιο tic, επιλέγεται η Contents page από το παράθυρο που αναδύεται. [62]

64 Εικόνα 4.5: Ορατότητα της τιμής του μετρητή στη Tkenv. μετρητής. Θα συνεχίσει η λειτουργία της προσομοίωσης, έως ότου μηδενιστή ο Προσθήκη παραμέτρων Για να πραγματοποιηθεί μετατροπή του «magic number» σε μια παράμετρο και να προστεθεί μια παράμετρος boolean η οποία θα αποφασίσει αν η Module θα πρέπει να στείλει το πρώτο μήνυμα σε κώδικα προετοιμασίας, θα πρέπει: Η παράμετρος Module να δηλωθεί στο αρχείο NED. Ο τύπος δεδομένων μπορεί να είναι αριθμητικός, αλφαριθμητικός, δυαδικός, ή xml (η τελευταία επιλογή είναι για την εύκολη πρόσβαση στα XML αρχεία ρυθμίσεων). Πίνακας 4.11: Η παράμετρος Module δηλώνεται στο αρχείο NED. simple Txc4 parameters: bool sendmsgoninit = default(false); // whether the module should send out a message on initialization int limit = default(2); // another parameter with a default [63]

65 gates: Τροποποιείται ο κώδικας C++ για να διαβάσει την παράμετρο στην initialize(), και να την αντιστοιχίσει στον counter. Πίνακας 4.12: Αντιστοιχία στον counter. counter = par("limit"); Γίνεται να χρησιμοποιηθεί και η δεύτερη παράμετρος για να αποφασίσει αν θα στείλει το εξής αρχικό μήνυμα: Πίνακας 4.13: Χρησιμοποίηση της δεύτερης παράμετρος. if (par("sendmsgoninit").boolvalue() == true) Τώρα, ανατίθεται οι παραμέτροι στο αρχείο NED ή στο omnetpp.ini. Έχουν προτεραιότητα οι εργασίες στο αρχείο NED. Ορίζονται προεπιλεγμένες τιμές για τις παραμέτρους, και χρησιμοποιείτε το default (...) κατά την σύνταξη στο αρχείο NED. Σε αυτή την περίπτωση μπορεί είτε να οριστεί η τιμή της παραμέτρου omnetpp.ini ή να χρησιμοποιηθεί η προεπιλεγμένη τιμή που προβλέπεται από το αρχείο NED. Εδώ, εκχωρείται μία παράμετρο στο αρχείο NED: Πίνακας 4.14: Εκχωρείται μία παράμετρο στο αρχείο NED. network Tictoc4 submodules: tic: Txc4 parameters: sendmsgoninit = } [64]

66 toc: Txc4 parameters: sendmsgoninit = } connections: και το άλλο στην omnetpp.ini: Πίνακας 4.15: Εκχωρείται μία παράμετρο στο αρχείο omnetpp.ini. Tictoc4.toc.limit = 5 Επειδή το omnetpp.ini υποστηρίζει τους wildcards, και οι παράμετροι που έχουν ανατεθεί στα αρχεία NED υπερισχύουν στα omnetpp.ini, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί: Tictoc4.t*c.limit=5 ή Tictoc4.*.limit=5 ή ακόμη **.limit=5 με το ίδιο αποτέλεσμα. Η διαφορά μεταξύ του (*) και του (**) είναι ότι το (*) δεν είναι dot και το (**) will Χρήση inheritance Με μια πιο προσεκτική ματιά στο αρχείο NED, συνειδητοποιείται ότι ο κόμβος tic και ο toc διαφέρουν μόνο στις τιμές των παραμέτρων και στην σειρά της απεικόνισής τους. Μπορεί να δημιουργηθεί ένας νέος απλός τύπος μονάδας με [65]

67 inheritance από έναν άλλο και τον καθορισμό μερικών από τους παραμέτρους του. Στην περίπτωσή μας θα προκύψουν δύο απλοί τύποι μονάδας (Tic και Toc). Αργότερα μπορεί να χρησιμοποιηθούν αυτοί οι τύποι κατά τον καθορισμό των submodules στο δίκτυο. Η μονάδα βάσης είναι: simple Txc5 parameters: bool sendmsgoninit = default(false); int limit = gates: input in; output out; } Και εδώ είναι η προκύπτουσα μονάδα. Εμείς απλά προσδιορίζει τις τιμές των παραμέτρων και να προσθέσετε κάποιες ιδιότητες εμφάνισης. simple Tic5 extends Txc5 sendmsgoninit = true; // Tic modules should send a message on init } Η ενότητα Toc μοιάζει, αλλά με διαφορετικές τιμές παραμέτρων. simple Toc5 extends Txc5 [66]

68 } sendmsgoninit = false; // Toc modules should NOT send a message on init Σημείωση: Η εφαρμογή της C++ κληρονομείται από τη βάση με ένα απλό module (Txc4). Μόλις δημιουργήθηκε η νέα απλή ενότητα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τύποι submodule στο δίκτυο: Πίνακας 4.16: Απλούστευση του ορισμού του δικτύου. network Tictoc5 submodules: tic: Tic5; // the limit parameter is still unbound here. We will get it from the ini file toc: Toc5; connections: Ο ορισμός του δικτύου είναι πολύ μικρότερη και απλούστερη τώρα. Η Inheritance επιτρέπει να χρησιμοποιούνται κοινά είδη στο δίκτυο και να αποφεύγονται περιττοί ορισμοί και ρυθμίσεις παραμέτρων Μοντελοποίηση Επεξεργασίας καθυστέρησης Στα προηγούμενα μοντέλα προσομοίωσης, οι τερματικοί κόμβοι tic toc έστελναν αμέσως πίσω το μήνυμα που λάμβαναν. Τώρα θα προστεθεί κάποια χρονική καθυστέρηση: οι τερματικοί κόμβοι tic toc θα κρατήσουν το μήνυμα -κατά την προσομοίωση- 1 δευτερόλεπτο πριν το στείλουν πίσω. Στο OMNeT++, τέτοιος χρονισμός επιτυγχάνεται όταν η μονάδα στέλνει ένα μήνυμα προς τον εαυτό της. Τέτοια μηνύματα ονομάζονται αυτό-μηνύματα. Προστέθηκαν δύο μεταβλητές cmessage*, event and tictocmsg στην τάξη: class Txc6 : public csimplemodule [67]

69 private: cmessage *event; // pointer to the event object which we'll use for timing cmessage *tictocmsg; // variable to remember the message until we send it back public: Με την επιλογή "send" και με την λειτουργία scheduleat(), το self-messages, προσδιορίζεται ως προς τον χρόνο που πρέπει να παραδοθεί πίσω στο module. scheduleat(simtime()+1.0, event); Τώρα στο handlemessage() πρέπει να γίνει η διάκριση μεταξύ του νέου μηνύματος που έφτασε μέσω της πύλης εισόδου ή του self-messages που επιστράφηκε κατά την λήξη του χρονομέτρου. θα μπορούσε να γραφτεί: if (msg= =event) if (msg->isselfmessage()) Έχουμε μείνει έξω από τον counter, για να κρατηθεί ο πηγαίος κώδικας μικρός. Το αποτέλεσμα της εκτέλεσης της προσομοίωσης φαίνεται στη συνέχεια. [68]

70 Εικόνα 4.6: Μοντελοποίηση Επεξεργασίας καθυστέρησης Τυχαίοι αριθμοί και παράμετροι Κατά την εισαγωγή τυχαίων αριθμών, αλλάζεται η καθυστέρηση από 1s σε μια τυχαία τιμή που μπορεί να ρυθμιστεί από το αρχείο NED ή από το omnetpp.ini. Οι παράμετροι του Module είναι σε θέση να επιστρέψουν τυχαίες μεταβλητές, ωστόσο, για να κάνουν χρήση αυτής της δυνατότητας θα πρέπει να διαβάσουν την παράμετρο στην handlemessage() κάθε φορά που το χρησιμοποιείτε. // The "delaytime" module parameter can be set to values like // "exponential(5)" (tictoc7.ned, omnetpp.ini), and then here // we'll get a different delay every time. simtime_t delay = par("delaytime"); EV << "Message arrived, starting to wait " << delay << " secs...\n"; tictocmsg = msg; scheduleat(simtime()+delay, event); [69]

71 πιθανότητα. Επιπλέον, θα "χαθεί" (delete) το πακέτο με μία μικρή (hardcoded) if (uniform(0,1) < 0.1) EV << "\"Losing\" message\n"; delete msg; } Θα ορίσετε τις παραμέτρους σε omnetpp.ini: Tictoc7.tic.delayTime = exponential(3s) Tictoc7.toc.delayTime = truncnormal(3s,1s) Δεν έχει σημασία πόσες φορές μπορεί να εκτελεσθεί ξανά η προσομοίωση (ή η επανεκκίνηση, της προσομοίωσης/rebuild του μενού του δικτύου), θα βγούν ακριβώς τα ίδια αποτελέσματα. Αυτό συμβαίνει επειδή το OMNeT++ χρησιμοποιεί ένα ντετερμινιστικό (deterministic) αλγόριθμο (από την προεπιλογή το Mersenne Twister RNG) για την παραγωγή τυχαίων αριθμών, και το προετοιμάζει στον ίδιο simulations. Αυτό είναι σημαντικό για την αναπαραγωγή προσομοιώσεων. Για διαφορετικούς simulations, προστίθενται οι παρακάτω γραμμές στο omnetpp.ini: [General] seed-0-mt= # or any other 32-bit value Το OMNeT++ υποστηρίζει περισσότερα από ένα RNGs Λήξη χρονικού ορίου, ακυρώνοντας τα χρονόμετρα Για την μοντελοποίηση πρωτοκόλλων δικτύωσης, μετατρέπεται το μοντέλο σε προσομοίωση stop-and-wait. θα υπάρχουν ξεχωριστές τάξεις για τους τερματικούς κόμβους tic toc. Το βασικό σενάριο είναι παρόμοιο με τα προηγούμενα: οι τερματικοί κόμβοι tικ και toc αλληλομεταδίδουν μηνύματα. Ωστόσο, ο toc θα «χάσει» το μήνυμα με [70]

72 κάποια μη μηδενική πιθανότητα (σενάριο σε μη-αστικές περιοχές, με μικρό Quality of Service), και στην περίπτωση αυτή ο tic θα πρέπει να το ξαναστείλει. Ο κωδικός του toc είναι: void Toc8::handleMessage(cMessage *msg) if (uniform(0,1) < 0.1) EV << "\"Losing\" message.\n"; bubble("message lost"); // making animation more informative... delete msg; } else Χάρη στο bubble() η κλήση στον κώδικα του κόμβου toc θα εμφανίσει μια επεξήγηση κάθε φορά που πέφτει το μήνυμα. Εικόνα 4.7: Μήνυμα επεξήγησης στον κόμβο toc. Έτσι, ο κόμβος tic θα ξεκινήσει να χρονομετρά κάθε φορά που στέλνει μήνυμα. Όταν τελειώσει ο χρόνος, θα αναλαμβάνει να στείλετε ένα άλλο στην θέση του [71]

73 μηνύματος που χάθηκε. Αν φτάνει η απάντηση στον κόμβο toc, το χρονόμετρο θα πρέπει να σταματά, δηλαδή να ακυρώνεται. Το χρονόμετρο στην ουσία είναι self-message. scheduleat(simtime()+timeout, timeoutevent); Η ακύρωση του χρονοδιακόπτη θα γίνει με κλήση στην εντολή CancelEvent(). Αυτό δεν εμποδίζει από το να είναι σε θέση να επαναχρησιμοποιηθεί το ίδιο μήνυμα του χρονικού ορίου ξανά και ξανά. cancelevent(timeoutevent); Επαναμετάδοση του ίδιου μηνύματος Με αυτό το βήμα βελτιώνεται το προηγούμενο μοντέλο. Πριν δημιουργήθηκε απλώς ένα πακέτο δεδομένων για αναμετάδοση. Το πακέτο δεν περιείχε πολλά δεδομένα, αλλά στην πραγματική ζωή συνήθως είναι πιο πρακτικό να κρατιούνται αντίγραφα των αρχικών πακέτων, ώστε να στέλνεται ξανά όταν χρειάζεται χωρίς την ανάγκη να ξαναδημιουργηθεί από την αρχή. Σε αυτό το στάδιο της προσομοίωσης θα κρατηθεί το αρχικό πακέτο και θα σταλεί μόνο αντίγραφο. Θα διαγραφεί το αρχικό όταν φθάσει αναγνώριση του κόμβου toc, πως έγινε η σύνδεση και η μεταφορά των δεδομένων. Για τον πιο εύκολο οπτικό έλεγχο του μοντέλου, θα περιλαμβάνεται μια ακολουθία αριθμών και ονόματων του μηνύματος. Προκειμένου να αποφευχθεί η πάρα πολύ μεγάλη αύξηση του handlemessage(), θα μπει αντίστοιχος κωδικός σε δύο νέες λειτουργίες, την generatenewmessage() και την sendcopyof() και θα καλέσουν το handlemessage(). Οι λειτουργίες: Πίνακας 4.17: Οι λειτουργίες, generatenewmessage() και sendcopyof(). cmessage *Tic9::generateNewMessage() [72]

74 } // Generate a message with a different name every time. char msgname[20]; sprintf(msgname, "tic-%d", ++seq); cmessage *msg = new cmessage(msgname); return msg; void Tic9::sendCopyOf(cMessage *msg) // Duplicate message and send the copy. cmessage *copy = (cmessage *) msg->dup(); send(copy, "out"); } 4.4. ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ ΣΕ ΜΗ-ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Περισσότεροι από δύο κόμβοι Θα δημιουργηθούν πολλοί κόμβοι τερματικοί αλλά και μεταγωγής tic και η σύνδεσή τους σε ένα δίκτυο (τοπολογία). Αρχικά, ένας από τους κόμβους δημιουργεί ένα μήνυμα, και οι άλλοι (μεταγωγής) το διοχετεύουν σε τυχαίες κατευθύνσεις, μέχρι να φτάσει σε ένα προκαθορισμένο κόμβο προορισμού (τερματικό). Το αρχείο NED θα χρειαστεί μερικές αλλαγές. Πρώτα από όλα, η μονάδα TXC θα πρέπει να έχει πολλαπλές πύλες εισόδου και εξόδου: simple Txc10 gates: input in[]; // declare in[] and out[] to be vector gates [73]

75 } output out[]; Η [] μετατρέπει τις πύλες σε gate vectors. Το μέγεθος του φορέα (ο αριθμός των πυλών) θα καθοριστεί όπου χρησιμοποιούμε το TXC για την κατασκευή του δικτύου. network Tictoc10 submodules: tic[6]: Txc10; connections: tic[0].out++ --> delay = 100ms; } --> tic[1].in++; tic[0].in++ <-- delay = 100ms; } <-- tic[1].out++; tic[1].out++ --> delay = 100ms; } --> tic[2].in++; tic[1].in++ <-- delay = 100ms; } <-- tic[2].out++; tic[1].out++ --> delay = 100ms; } --> tic[4].in++; tic[1].in++ <-- delay = 100ms; } <-- tic[4].out++; tic[3].out++ --> delay = 100ms; } --> tic[4].in++; tic[3].in++ <-- delay = 100ms; } <-- tic[4].out++; } tic[4].out++ --> delay = 100ms; } --> tic[5].in++; tic[4].in++ <-- delay = 100ms; } <-- tic[5].out++; Δημιουργήθηκαν 6 modules ως φορέας modules, και η σύνδεσή τους. Η προκύπτουσα τοπολογία μοιάζει με την παρακάτω εικόνα: [74]

76 Εικόνα 4.8: Τοπολογία δικτύου με 6 modules. Σε αυτή την έκδοση, ο κόμβος tic [0] θα δημιουργήσει μήνυμα που θα σταλεί. Αυτό γίνεται με την εντολή initialize(), και με τη βοήθεια της λειτουργίας getindex(), η οποία επιστρέφει το δείκτη της μονάδας στον φορέα (vector). Η ουσία του κώδικα είναι η λειτουργία forwardmessage(), η οποία επικαλείται από την handlemessage() κάθε φορά που ένα μήνυμα φτάνει στον κόμβο. Αντλείται ένας αριθμός τυχαίας πύλης (size() είναι το μέγεθος του gate vector), και στέλνεταιι μήνυμα στην εν λόγω πύλη. void Txc10::forwardMessage(cMessage *msg) // In this example, we just pick a random gate to send it on. // We draw a random number between 0 and the size of gate `out[]'. [75]

77 int n = gatesize("out"); int k = intuniform(0,n-1); EV << "Forwarding message " << msg << " on port out[" << k << "]\n"; send(msg, "out", k); } Όταν το μήνυμα φτάσει στο κόμβο tic[3], η λειτουργία handlemessage() θα διαγράψει το μήνυμα. Ο πλήρης κώδικας txc10.cc, είναι. Πίνακας 4.18: Ο πλήρης κώδικας txc10.cc. // // This file is part of an OMNeT++/OMNEST simulation example. // // Copyright (C) 2003 Ahmet Sekercioglu // Copyright (C) Andras Varga // // This file is distributed WITHOUT ANY WARRANTY. See the file // `license' for details on this and other legal matters. // #include <stdio.h> #include <string.h> #include <omnetpp.h> class Txc10 : public csimplemodule protected: virtual void forwardmessage(cmessage *msg); virtual void initialize(); virtual void handlemessage(cmessage *msg); [76]

78 }; Define_Module(Txc10); void Txc10::initialize() if (getindex()==0) // Boot the process scheduling the initial message as a self-message. char msgname[20]; sprintf(msgname, "tic-%d", getindex()); cmessage *msg = new cmessage(msgname); scheduleat(0.0, msg); } } void Txc10::handleMessage(cMessage *msg) if (getindex()==3) // Message arrived. EV << "Message " << msg << " arrived.\n"; delete msg; } else // We need to forward the message. forwardmessage(msg); } } void Txc10::forwardMessage(cMessage *msg) [77]

79 // In this example, we just pick a random gate to send it on. // We draw a random number between 0 and the size of gate `out[]'. int n = gatesize("out"); int k = intuniform(0,n-1); } EV << "Forwarding message " << msg << " on port out[" << k << "]\n"; send(msg, "out", k); Τα κανάλια και οι ορισμοί για το εσωτερικό Το δίκτυο που δημιουργήθηκε είναι αρκετά περίπλοκο και οι συνδέσεις που χρησιμοποιεί έχουν πάντα την ίδια παράμετρο καθυστέρησης. Είναι δυνατόν να δημιουργηθούν τύποι για τις συνδέσεις (που ονομάζονται κανάλια) παρομοίως σε απλά modules. Θα πρέπει να δημιουργηθεί ένας τύπος καναλιού, το οποίο θα καθορίζει την παράμετρο καθυστέρησης και θα χρησιμοποιηθεί για όλες τις συνδέσεις αυτού του είδους- στο δίκτυο. network Tictoc11 types: channel Channel extends ned.delaychannel delay = 100ms; } submodules: Έχει οριστεί ο νέος τύπος του καναλιού μέσα στον ορισμό του δικτύου με την προσθήκη ενός τύπους ενότητα. Ο ορισμός αυτός του τύπου είναι ορατός μόνο μέσα στο δίκτυο. Καλείται ως local or inner type. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν απλές modules ως εσωτερικές. Δημιουργείται κανάλι με ειδίκευση την ενσωματωμένη εντολή DelayChannel. Τα κανάλια Built-in μπορεί να βρεθούν στο εσωτερικό του ned package. [78]

80 Αυτός είναι ο λόγος που χρησιμοποιείται το πλήρες όνομα τύπου ned.delaychannel, μετά την λέξη κλειδί επεκτείνεται. Τώρα γίνεται έλεγχος των αλλαγών των συνδέσεων της ενότητας. connections: tic[0].out++ --> Channel --> tic[1].in++; tic[0].in++ <-- Channel <-- tic[1].out++; tic[1].out++ --> Channel --> tic[2].in++; tic[1].in++ <-- Channel <-- tic[2].out++; tic[1].out++ --> Channel --> tic[4].in++; tic[1].in++ <-- Channel <-- tic[4].out++; tic[3].out++ --> Channel --> tic[4].in++; tic[3].in++ <-- Channel <-- tic[4].out++; } tic[4].out++ --> Channel --> tic[5].in++; tic[4].in++ <-- Channel <-- tic[5].out++; Προσδιορίστηκε το όνομα του καναλιού μέσα στον ορισμό σύνδεσης. Αυτό επιτρέπει να αλλάξει εύκολα η παράμετρος καθυστέρησης για ολόκληρο το δίκτυο Χρήση αμφίδρομων συνδέσεων Στις συνδέσεις των τμημάτων διαπιστώνεται ότι κάθε ζεύγος κόμβων συνδέεται με δύο συνδέσεις. Μία για κάθε κατεύθυνση. Το OMNeT++ 4 υποστηρίζει αμφίδρομες συνδέσεις, οπότε δεν επηρεάζεται. Καθορίζονται οι πύλες inout αντί για τις ξεχωριστές πύλες εισόδου και εξόδου που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως. [79]

81 simple Txc12 gates: inout gate[]; // declare two way connections } Οι νέες συνδέσεις των τμημάτων θα είναι: connections: tic[0].gate++ <--> Channel <--> tic[1].gate++; tic[1].gate++ <--> Channel <--> tic[2].gate++; tic[1].gate++ <--> Channel <--> tic[4].gate++; tic[3].gate++ <--> Channel <--> tic[4].gate++; tic[4].gate++ <--> Channel <--> tic[5].gate++; } Έχουν τροποποιηθεί τα ονόματα των πυλών και θα πρέπει να γίνουν τροποποιήσεις στον κώδικα C++. void Txc12::forwardMessage(cMessage *msg) // In this example, we just pick a random gate to send it on. // We draw a random number between 0 and the size of gate `gate[]'. int n = gatesize("gate"); int k = intuniform(0,n-1); } EV << "Forwarding message " << msg << " on gate[" << k << "]\n"; // $o and $i suffix is used to identify the input/output part of a two way gate send(msg, "gate$o", k); [80]

82 Τα ειδικά σύμβολα $i $o και η κατάληξη μετά το όνομα της πύλη επιτρέπει να χρησιμοποιηθούν δύο κατεύθυνση της σύνδεσης ξεχωριστά Καθορισμός κατηγορίας μηνύματος Σε αυτό το στάδιο η διεύθυνση προορισμού δεν είναι πλέον ενσωματωμένη στον κόμβο tic[3], άρα θα πλοηγηθεί σε ένα τυχαίο προορισμό, και θα προσθέσει τη διεύθυνση προορισμού στο μήνυμα. Ο καλύτερος τρόπος είναι στην υποκατηγορία cmessage να προστεθεί ο προορισμός ως μέλος των δεδομένων. Η χειρονακτική κωδικοποίηση της κλάσης μηνύματος είναι συνήθως επίπονη, διότι περιέχει πολλά στερεότυπα κώδικα, έτσι το OMNeT++ δημιουργεί την εργασία/πρόγραμμα. Η προδιαγραφή της τάξης του μηνύματος βρίσκεται στο tictoc13.msg: message TicTocMsg13 int source; int destination; int hopcount = 0; } Το makefile έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε να γίνεται επίκληση του μηνύματος compiler, opp_msgc και να δημιουργεί το tictoc13_m.h και το tictoc13_m.cc από τη δήλωση του μηνύματος. Θα περιέχει μια παραγόμενη κατηγορία το TicTocMsg13 subclassed από το cmessage, η class (τάξη) θα έχει κτήτορα και το setter μεθόδους για κάθε τομέα. Θα περιλαμβάνει το tictoc13_m.h σε κώδικα C++, και μπορεί να χρησιμοποιεί το TicTocMsg13 με οποιαδήποτε άλλη κατηγορία. #include "tictoc13_m.h" [81]

83 Για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες γραμμές στο generatemessage() για να δημιουργηθεί το μήνυμα και συμπληρώνονται τα πεδία: TicTocMsg13 *msg = new TicTocMsg13(msgname); msg->setsource(src); msg->setdestination(dest); return msg; Στη συνέχεια, το handlemessage() ξεκινά: void Txc13::handleMessage(cMessage *msg) TicTocMsg13 *ttmsg = check_and_cast<tictocmsg13 *>(msg); if (ttmsg->getdestination()==getindex()) Στο επιχείρημα για το handlemessage(), παίρνουμε το μήνυμα στον δείκτη ως cmessage*. Ωστόσο, μπορεί να υπάρξει πρόσβαση μόνο τα πεδία που ορίζονται στο TicTocMsg13. Διάγραμμα 4.3: Διάγραμμα Inheritance for cmessage [82]

84 Η C++ προσφέρει μια λύση η οποία ονομάζεται dynamic_cast. Εδώ χρησιμοποιείται η check_and_cast <> (), η οποία παρέχεται από OMNeT++ και προσπαθεί να ρίξει το δείκτη μέσω του dynamic_cast, και αν αποτύχει να σταματήσει την προσομοίωση με ένα μήνυμα λάθους, παρόμοιο με το ακόλουθο: Εικόνα 4.9: Μήνυμα λάθους. Στην επόμενη γραμμή, ελέγχεται αν η διεύθυνση προορισμού είναι η ίδια με τη διεύθυνση του κόμβου. Η συνάρτηση getindex() επιστρέφει το δείκτη της μονάδας στον φορέα submodule. Για να εκτελέσει το μοντέλο περισσότερο από ένα μήνυμα, όταν φτάσει στον προορισμό του (το μήνυμα), ο κόμβος προορισμού θα δημιουργήσει ένα άλλο μήνυμα με μια τυχαία διεύθυνση προορισμού, και ούτω καθεξής. [83]

85 Εικόνα 4.10: Καθορισμός κατηγορίας μηνύματος. Με διπλό κλικ τα μηνύματα ανοίγουν. Το παράθυρο επιθεώρησης εμφανίζει πολλές χρήσιμες πληροφορίες, και τα πεδία του μηνύματος εμφανίζονται στη σελίδα περιεχομένων. [84]

86 Εικόνα 4.11: Τα πεδία του μηνύματος εμφανίζονται στη σελίδα περιεχομένων 4.5. ΣΥΛΛΟΓΗ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΩΝ ΓΙΑ ΣΕΝΑΡΙΑ QoS ΕΥΡΥΖΩΝΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΜΗ-ΑΣΤΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ Εμφάνιση του αριθμού των πακέτων που αποστέλλονται / παραλαμβάνονται Για την εμφάνιση του αριθμού των πακέτων που αποστέλλονται / παραλαμβάνονται, πρέπει να παρθεί μια γενική εικόνα κατά το χρόνο εκτέλεσης του αριθμού των μηνυμάτων που αποστέλλονται ή λαμβάνονται από κάθε κόμβο. Αυτό επιτυγχάνεται με την πρόσθεση δύο μετρητών στo module: τον numsent και τον numreceived. class Txc14 : public csimplemodule private: long numsent; long numreceived; [85]