Simulação de redes de comunicações em NS

Abstract

As redes de comunicações têm assumido um papel cada vez mais importante no quotidiano das pessoas, empresas e instituições. O constante desenvolvimento das redes de comunicações e a globalização da informação permitiu assistir, em menos de meia década, ao aumento dos débitos de transferência da informação no acesso à Internet através da linha do assinante, de 56 Kbit/s para 16 Mbit/s. As redes de comunicações são cada vez mais sofisticadas e complexas e os serviços suportados estão em constante renovação e crescimento. A engenharia de Tráfego assume uma importância fundamental neste cenário complexo em constante evolução, fornecendo metodologias para dimensionar os recursos e parametrizar os mecanismos de controlo das redes, de forma eficiente. Uma das ferramentas utilizadas pela engenharia de Tráfego é a simulação. A simulação permite levar a cabo estudos de desempenho das redes de comunicações com grande detalhe, em geral superior ao dos modelos de análise teórica. A simulação possibilita (i) avaliar e completar modelos de análise teóricos, (ii) escolher entre as diferentes alternativas disponíveis para implementar os vários mecanismos de controlo de rede e determinar os valores mais adequados dos seus parâmetros, (iii) dimensionar os recursos das redes de forma eficiente e (iv) levar a cabo estudos de evolução das redes com base em estimativas de crescimento do tráfego. Esta dissertação tem como objectivo estudar um conjunto de problemas de desempenho em redes de comunicações com o auxílio do simulador de redes NS-2 (Network Simulator). Inicialmente é efectuado um estudo de simulação dos principais sistemas de filas de espera, comparando-se os resultados teóricos com os resultados obtidos por simulação. De seguida, são estudados por simulação diversos mecanismos de controlo de redes, nomeadamente os algoritmos de escalonamento, as técnicas de descarte de pacotes, os mecanismos de controlo de congestionamento e de policiamento de fluxo. No final, as arquitecturas de Qualidade de Serviço são analisadas. Como parte deste trabalho, foram efectuados acrescentos ao NS-2, nomeadamente a criação de dois novos objectos que permitem gerar tráfego de pacotes com chegadas de Poisson e comprimentos exponencialmente distribuídos e que permitem extrair todas as medidas de desempenho de um sistema de fila de espera.

ABSTRACT: The role of the communications networks is being increasingly important in the daily life of the persons, companies and institutions. The constant development of the communications network and the globalization of the information allowed us to attend, in less than one half of decade, to the increase of the information transmission rate in the Internet access through the subscriber lines, from 56 Kbit/s to 16 Mbit/s. The communications networks are increasingly sophisticated and complex and the supported service are constantly renewing and growing. The Traffic engineering is of fundamental importance in this complex environment in constant evolution, supplying methodologies for an efficient network dimensioning and choice of the correct parameters of the network control mechanisms. One of the tools usually used by the Traffic engineering is the simulation. The simulation allows the accomplishment of performance studies of the communications networks with significant detail, in general larger than the one provided by analytical models. The simulation enables to (i) evaluate and enhance theoretical models, (ii) choose between different available control network mechanisms and evaluate the adequate values of its parameters, (iii) dimension the network resources in an efficient way and (iv) study the network evolution with information on the traffic growth estimation. The objective of this master thesis is to study a set of network communication performance issues with the aid of the simulator networks NS-2 (Network Simulator). Initially it is performed a simulation study of the main queuing systems, comparing the theoretical results with the ones obtained by simulation. Next, several control mechanisms of the networks are studied by simulation, such as the scheduling algorithms, the packet discards mechanisms, the congestion control mechanisms and traffic regulation mechanisms. At the end, the Quality of Service architectures are studied. As part of this work, add-ons to the NS-2 simulator were performed, namely, the creation of two new objects that generate packet traffic with Poisson inter-arrival time and exponentially distributed packets length, and that enable the extraction of all the performance metrics in a queuing system.