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Simulador hibrido redes_heterogeneas_modulo_wi_max
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Simulador hibrido redes_heterogeneas_modulo_wi_max

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  • 1. Simulador Híbrido para Redes Heterogéneas – Módulo WiMAX<br />David Pubill – ResearchEngineer<br />Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya (CTTC)<br />1<br />
  • 2. 2<br />Índice<br /><ul><li> Motivaciones
  • 3. Plataforma DEMOCLES®
  • 4. WiMAX – Visión general
  • 5. WiDE – WiMAX para DEMOCLES®
  • 6. Capa física
  • 7. Capa MAC
  • 8. Modelo de referencia
  • 9. Ejemplo de simulación
  • 10. Conclusiones y trabajo futuro</li></li></ul><li>Motivaciones<br />Reducción componentes electrónicos<br />Equipos más pequeños y de menor coste<br />Dispositivos multi-tecnología<br />Proliferación redes heterogéneas<br />Avances en el hardware<br />Objetivos:<br /><ul><li> Estudiar las redes heterogéneas
  • 11. Estudiar las tecnologías a nivel de sistema</li></ul>Opción 1<br /><ul><li> Las tecnologías evolucionan rápidamente – Actualización
  • 12. Tecnologías emergentes – Disponibilidad de equipos comerciales
  • 13. Espacio, condiciones de trabajo, coste de los equipos,…
  • 14. Errores de hardware, interferencias,…</li></ul>Demostrador en Laboratorio<br />Opción 2<br />Simulador híbrido<br />DynamicrEsource Management fOradvanCedmuLtiplecarriErsyStemplatform<br />(DEMOCLES®)<br />3<br />
  • 15. Plataforma DEMOCLES® I<br />El proyecto DEMOCLES® se inició en el año 2006 (y sigue en marcha) con el objetivo de desarrollar una plataforma capaz de simular simultáneamente varios sistemas inalámbricos teniendo en cuenta estas propiedades:<br /><ul><li>Proporcionar conectividad en cualquier momento y en cualquier lugar (connectedanytime and anywhere).
  • 16. Proporcionar al usuario siempre la mejor conexión posible entre las distintas tecnologías (alwaysbestconnected).
  • 17. Simular sistemas multiportadora</li></ul>Modelos de movilidad<br />Tráfico<br />Algoritmos de handover<br />Modelos de propagación (canal)<br />Scheduling<br />Sistema RRM<br /><ul><li> Control de admisión
  • 18. Control de congestión
  • 19. Gestión del control de transmisión
  • 20. Scheduling</li></ul>Evaluación de la SINR<br />Sistemas compatibles RRM<br />Simulador nivel de enlace (SINR vs BER)<br />Diagrama funcional de DEMOCLES®<br />4<br />
  • 21. Plataforma DEMOCLES® II<br />La plataforma DEMOCLES®, a día de hoy, permite simular WIFI, UMTS y WIMAX. La parte de WIMAX es la que se ha desarrollado para este trabajo y le denominaremos a partir de ahora módulo WiDE (WiMax para DEMOCLES®)<br />RRM<br />(Radio Resource Management)<br />UMTS<br />WIFI<br />ARQ<br />OFDM<br />OFDMA<br />RELAY<br />WIMAX (WiDE)<br />DEMOCLES®<br />5<br />
  • 22. WiMAX – Visión general<br /><ul><li>WiMAX (WorldwideInteroperabilityforMicrowave Access) es un protocolo de comunicaciones de red basado en el estándar IEEE802.16.
  • 23. El grupo de trabajo IEEE802.16 define las especificaciones de WIMAX refiriéndose a las 3 capas más bajas de la pila de protocolos de la OSI:
  • 24. Capa física (PHY)
  • 25. Capa de control de acceso al medio (MAC)
  • 26. Capa de red
  • 27. El organismo regulador de WiMAX desde 2001 es el WiMAX Forum, el cual se encarga de certificar los equipos WiMAX asegurando la compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos fabricantes.
  • 28. Algunos estándares del IEEE802.16 que se han tenido en cuenta en WiDE:
  • 29. IEEE802.16-2004 , estándar para los sistemas fijos
  • 30. IEEE802.16-2005 (IEEE802.16e), estándar para los sistemas móviles
  • 31. IEEE802.16j, estándar que introduce las estaciones repetidoras
  • 32. IEEE802.16m, estándar que propone una extensión de WiMAX para alcanzar los requisitos para los nuevos criterios definidos por el IMT-Advanced (requisitos definidos por la ITU):
  • 33. 1 Gbit/s para sistemas fijos
  • 34. 100 Mbit/s para sistemas móviles</li></ul>6<br />
  • 35. WiDE – WiMAX para DEMOCLES<br />WIDE<br /><ul><li> ARQ
  • 36. Scheduling OFDMA
  • 37. PUSC
  • 38. MIESM
  • 39. Funcionalidades de relay
  • 40. Modelo detallado OFDM</li></ul>y OFDMA<br />NIST<br /><ul><li> Principales funciones de la capa MAC
  • 41. OFDM para la capa PHY</li></ul>MIRACLE<br /><ul><li> Estructura de nodos flexible
  • 42. Escenarios multi-tecnología
  • 43. Motor cross-layer
  • 44. Funcionalidades específicas de capas PHY y MAC</li></ul>Network Simulator 2 (ns2)<br /><ul><li> Funcionalidades de scheduling y del núcleo
  • 45. Protocolos (transporte, enrutamiento,…)
  • 46. Varias aplicaciones
  • 47. Varias tecnologías radio
  • 48. MIRACLE (Multi-InteRfAce Cross-LayerExtension): Extensión para ns2 que soluciona algunas de las deficiencias que presenta el propio ns2.
  • 49. NIST (NationalInstitute of Standards and Technology): Esta extensión supone una buena solución para la implementación de la capa MAC y, además, está integrada en la plataforma MIRACLE por la Universidad de Karlstad</li></ul>7<br />
  • 50. WiDE – Capa física<br />Se han implementado 2 niveles de complejidad:<br /><ul><li>BASIC: la simulación de todas las transmisiones se realiza a través de la misma portadora.
  • 51. FULL: se modelan todas las subportadoras de datos. La interferencia y la ganancia de canal se calculan para cada subportadora.</li></ul>Cada canal modelado tiene en cuenta:<br /><ul><li>Fading (o desvanecimientos rápidos) – Modelo Jakes
  • 52. Shadowing (o desvanecimientos lentos) – Modelo Gudmundson
  • 53. Path-loss(o pérdidas de canal) – Modelo Hata</li></ul>Para modelar el rendimiento del enlace se ha interactuado un simulador de enlace (implementado por el CTTC) con técnicas de LSM (Link toSystemMapping). Diagrama de bloques del esquema de mapeado:<br />8<br />
  • 54. WiDE – Capa física - Modelos OFDMA<br />Distancia vs Velocidad de transmisión según el modelo de “propagación en disco”<br />R<br />Distancia vs Velocidad de transmisión según la aproximación LSM.<br />Se define el esquema de señalización PUSC (24 subportadoras de datos y 2 reservadas para pruebas piloto). Permite monitorizar la SINR a nivel de subportadora.<br />Implementados los módulos OFDM y OFDMA en modo TDD<br />9<br />
  • 55. WiDE – Capa MAC <br /><ul><li> Se ha implementado un esquema ARQ(AutomaticRepeat-reQuest)
  • 56. Es un esquema híbrido acumulativo y selectivo de retransmisión
  • 57. Un receptor puede reconocer un grupo de bloques adyacentes gracias a los mapas de secuencia
  • 58. Permite la recopilación de toda la información necesaria en el lado del receptor para retransmitir los bloques (o secuencias de los mismos) que no se hayan recibido correctamente.
  • 59. Se han introducido nodos repetidores (RS) que sumados a las estaciones base (BS) y a los equipos de usuario (SS) permiten simular un escenario WIMAX completo. Por lo tanto, podemos:
  • 60. simular una comunicación directamente entre BS y SS
  • 61. simular una comunicación a través de RS</li></ul>RS<br />BS<br />SS<br />10<br />
  • 62. WiDE – Cuadro resumen<br />11<br />
  • 63. WiDE – Modelo de referencia<br />SS<br />NSP<br />CSN <br />(ConnectivityService Network)<br />Códec de vídeo / VoIP<br />RTP / UDP / TCP<br />IP<br />NAP<br />BS_1<br />BS_N<br />SS WIMAX MAC<br />BS WIMAX MAC<br />BS WIMAX MAC<br />……<br />SS WIMAX PHY<br />BS WIMAX PHY<br />BS WIMAX PHY<br /><ul><li>NAP(Network Access Provider) formado por un conjunto de funcionalidades que permiten gestionar una transmisión con los terminales desde el punto de vista radio. Puede estar formado por una BS o un conjunto de ellas.
  • 64. NSP(Network ServiceProvider) es la entidad que gestiona las peticiones entrantes de conexión y negocia los requisitos de servicio (QoS, iniciar comunicación, gestión de conexiones,…)</li></ul>12<br />
  • 65. WiDE – Ejemplo de simulación I – IPTV<br />Evalvid es una herramienta que permite evaluar la calidad de un vídeo transmitido a través de una red de comunicaciones real o simulada. Permite obtener estadísticas sobre PSNR (Picture SignaltoNoise Ratio), pérdidas de paquetes y jitter.<br />Escenario simulado: Vídeo-streaming en downlink<br />Nodo recolector (Servidor)<br />Terminal (Rx)<br /> 7. Vídeo<br /> 7. Vídeo<br />Estación Base (Tx)<br /> 6. Puerto<br /> 6. Puerto<br /> 5. IP/Enrutamiento<br /> 5. IP/Enrutamiento<br /> 5. IP/Enrutamiento<br /> 4. IP/Interfaz<br /> 4. IP/Interfaz<br /> 4. IP/Interfaz<br /> 4. IP/Interfaz<br /> 3. Capa de enlace<br /> 3. Capa de enlace<br /> 3. Capa de enlace<br /> 3. Capa de enlace<br /> 2. 802.16 SS MAC<br /> 2. 802.16 BS MAC<br /> 2. Capa MAC<br /> 2. Capa MAC<br /> 1. OFDM<br /> 1. OFDM<br /> 1. N/A<br /> 1. N/A<br /> Canal inalámbrico<br /> Enlace dúplex<br />13<br />
  • 66. WiDE – Ejemplo de simulación II - IPTV<br />Con el fin de obtener estadísticas que permitan caracterizar este escenario se han introducido algunos errores en el canal a medida que un usuario se aproxima al límite de la celda de cobertura, de tal manera que algunas ráfagas de datos no lleguen al terminal y provocan la recepción de paquetes fuera de secuencia.<br />Vídeo transmitido (referencia)<br />Vídeo recibido con errores<br />Los errores se aprecian por el pixelado y el desdoblamiento de imagen<br />14<br />
  • 67. WiDE – Ejemplo de simulación III - IPTV<br />Se muestra el número de paquetes recibidos fuera de secuencia en función del tiempo de recepción del vídeo.<br />Este ejemplo también podría simular una degradación de la señal WiMAX debido a interferencias, ya que un aumento de las señales interferentes provoca una disminución de la SINR que, a su vez, provoca que el receptor no reciba correctamente los paquetes.<br />Se muestra la PSNR en el transmisor (línea discontinua) y en el receptor (línea continua) en función del tiempo de recepción del vídeo. El vídeo transmitido se degrada debido a la codificación en el transmisor, mientras que se puede apreciar claramente en la curva del receptor las degradaciones debidas a los errores ocurridos durante la transmisión entre los segundos 3 y 6 donde el nivel de PSNR baja debido a un incremento considerable de los paquetes perdidos.<br />15<br />
  • 68. Conclusiones – Trabajo futuro<br /><ul><li>Se ha presentado el módulo WiMAX para DEMOCLES® (WiDE) que incluye las técnicas de transmisión OFDM y OFDMA para simular WiMAX fijo y móvil, respectivamente.
  • 69. Se ha modelado la capa física teniendo en cuenta las interferencias y el fenómeno de la propagación y manteniendo una complejidad computacional relativamente baja.
  • 70. Se han introducido la funcionalidades propias de las estaciones repetidoras para poder simular escenarios lo más realistas posibles, desde arquitecturas punto a punto/multipunto o topologías malladas (o mesh).
  • 71. Esta plataforma es completamente escalable. Por lo tanto, puede adaptarse con facilidad para estudiar nuevas tecnologías radio que precisen de escenarios de investigación muy concretos.
  • 72. Trabajo futuro
  • 73. Actualizar el simulador WiDE con futuras actualizaciones de la tecnología de acuerdo a los avances del grupo de trabajo del IEEE 802.16.
  • 74. Ampliar DEMOCLES® con nuevas tecnologías emergentes como, por ejemplo, Long TermEvolution (LTE).</li></ul>16<br />
  • 75. www.eusipco2011.org<br />17<br />¡Muchas gracias por su atención!<br />David PubillFondevila<br />dpubill@cttc.es<br />CTTC<br />

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