Simuladores UMTS

Simuladores UMTS

Miguel Andrés · Carlos Bueno

Simuladores UMTS

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Necesidad: Simuladores

Desarrollo vertiginoso actual de las tecnologías de comunicación y competencia. Se necesitan herramientas que permitan:

Abaratar costes de diseñoMejorar la calidad Reducir el time-to-market. Realizar pruebas antes de pasar al sistema real.

Por otro lado, los objetivos de nuestra red UMTS son:Proporcionar un amplio rango de serviciosCon una calidad suficienteAl máximo número de usuariosCon el mínimo de costes de red

La complejidad de la red UMTS implica que una optimización eficiente difícilmente puede ser realizada en una red real en funcionamiento.

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Objetivos de un Simulador

• Simplifique el proceso de desarrollo: herramientas graficas, protocolos predefinidos, herramientas de análisis, depuradores…

• Modelado conforme a los parámetros a medir

• Escalable y configurable.

• Poder diferenciar cuales son las simplificaciones del modelo y su alcance.

• Posibilidad de definir distintos escenarios.

• Arquitectura abierta: permita el desarrollo de protocolos propios o especificaciones particulares.

• Velocidad de simulación. Rendimiento.

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Diversificación y ResultadosCAUSAS

• Complejidad de las tecnologías. Diferentes parámetros a medir y su naturaleza• Simplificar los modelos usados y aumentar velocidad simulación.• Otras cuestiones. Gran variedad de fabricantes y organizaciones con intereses particulares• Diferenciación y valor añadido en sistemas comerciales.

CONSECUENCIA

• Heterogeneidad de resultados agravada por falta de es escenarios de referencia.• Imposibilita la comparación de forma directa de los diferentes estudios realizados.

SOLUCION

Varias iniciativas: COST273 MORANS3GPP TR25.942 y TR101.112

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Tipos de Simuladores

Simulador de Red (System Level): analizar tráfico generado en la red, QoS handovers, control de admisión, gestión de carga…

Simulador nivel de Enlace (Link level): protocolos nivel enlace, control de errores...

Simulador capa física: cobertura, potencia, células, análisis de obstáculos. Ej. UMTSProbe

Simulador protocolos: verificar, analizar y optimizar protocolos. Ej.: UMTSProSIM (Ascom), protocolos de la red de acceso (AN)

Simulador de terminal: simulador de aplicaciones

Específicos: gestión carga, gestión de recursos...

Generadores de escenarios: Ej BonnMotion

Otros: GIS (geographic information system) Ej. Arcview

Simuladores integrados: con varias funciones de las anteriores. Ej. OPNET: permite simular la red UMTS, protocolos, parámetros de capa física, etc.

Simuladores/emuladores Hardware: sustituir un elemento de la red por el emulador para comprobar la funcionalidad de los restantes elementos.

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Elementos clave a simular en UMTS

Propagación. Predicción de cobertura, análisis de obstáculos, pérdidas de propagación. Interferencias y otros efectos simuladores capa física, simuladores nivel enlace, simuladores específicos de células de cobertura

Tráfico. Tráfico generado, QoS Simuladores de red

Estación Base activa, Handover. simuladores de red y enlace

Control de potencia. simuladores capa física, enlace

Control de carga Simuladores de red

Simular comportamiento de elementos específicos como la UTRAN, UMSC …

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Evaluación de QoS

Dos grupos: en nivel de enlace y en el nivel de sistema o red.

Sin embargo, QoS de una comunicación entre otras necesita modelar las interacciones entre las comunicaciones y los algoritmos del nivel de sistema.

Finalmente podemos realimentar el análisis a nivel de enlace con los resultados del nivel de sistema para obtener unos patrones de BER mas realistas.

LINK LEVELSIMULATOR

Quality TABLESCIR vs BER or BLER

Error Pattern BER

NETWORK LEVELSIMULATOR

Capacity evaluation, Statistical outputs

+ Link level CIR parameters

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Evaluación de QoS

Aproximaciones dinámicas (“time based”) y estáticas (“snapshot”)

Aproximaciones basadas en el tiempo: proporcionan modelos dinámicos, que permiten analizar en detalle por ej. el cambio de la estación base activa del dispositivo.

Inconveniente: compromiso ente la frecuencia de las muestras y la duración de la simulación.

Simulación puramente estática: requiere una menor carga computacional.Basada en método Monte-Carlo: posiciones discretas aleatorias de la estación móvil en la red

Existen soluciones intermedias

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Simuladores Software

Integrados

Redes y protocolos

Simulación de niveles enlace y físico

Aplicaciones de apoyo al diseño y a la simulación

Multipropósito y Recogida de datos

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Integrados

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OPNET Modeler

Integrados

Modelado orientado a objetosEntorno gráficoMódulos de componentes de red

Módulo WirelessLibrería UMTS

Modelado geográfico y de movilidad

APIs

Librería de protocolos y aplicación

(Voz, HTTP, TCP, IP, OSPF, BGP, EIGRP, RIP, RSVP, Frame Relay, FDDI, Ethernet, ATM, 802.11 Wireless LANs, MPLS, PNNI, DOCSIS, UMTS, IP Multicast, Conmutación de paquetes,…)

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OPNET Modeler

Integrados

Creación de modelos de componentes wireless de forma detallada Efectos de la propagación para comunicaciones Wireless

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QualNET - Scalable Networks

Integrados

QualNet Library: colección de modelos de redQualNet Simulation EngineQualNet Graphical User InterfaceScenario DesignerAnimatorProtocol DesignerAnalyzer

Gama de herramientas que interactúan entre sí

Consiguen dar solución a redes complejas

Interfaz de alto nivel.

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Multipropósito y Recogida de Datos

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Atoll - Forsk

Multipropósito y Recogida de Datos

Diseño del ciclo de vida completo de entornos wireless

diseño inicialampliacionesoptimización

GSM/TDMAGPRS/EDGEW-CDMA/UMTSCdmaOne/CDMA2000Enlaces de microondas

Provee una base de datos de redes UMTS.

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Multipropósito y Recogida de DatosTEMS - Ericsson

Interfaz gráfica

Permite:

planteamientoimplementaciónoptimizacióntoma de datosanálisis

de diversas redes wireless, entre las que se encuentra UMTS (3G)

Capacidad de toma de datos de red mediante un terminal móvil.

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Multipropósito y Recogida de DatosTEMS - Ericsson

Presenta una base datos de mapas a diferentes niveles

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Redes y protocolos

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Redes y protocolosOMNET++

Entorno de simulación basado en eventos

Módulos, creados con C++

Se relacionan mediante un lenguaje de alto nivel: NED.

SimulaciónSalvaguardado de datosAnálisis

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Redes y protocolosOMNET++

Ejemplo de simulación para una red que usa “Aloha”

Esquema gráfico de la red Gráficos de salida

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Redes y protocolosUMTS Protocol Simulator - ascom

permite la:• verificación• análisis • evaluación • optimización

de los protocolos de la red de acceso

diseño modular

interfaz grafica

Algoritmos relevantes de la AN:• control de admisión• control de congestión• scheduling • control de potencia• conmutación dinámica de canales• negociación de QoS • gestión de sesiones• gestión de movilidad

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NPS/i - MCT – UMTS simulator - VTT


NPS/i indoor planning tools diseñado para Nokia Networks (1995 - 1999)

Planificación de radio de sistemas celulares en espacios cerrados.

• Planificación de redes dentro de edificaciones• Investigación de modelos de propagación.

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Cálculo de predicciones de cobertura de microcélulas.

Algoritmo para el renderizado tridimensional:• Patrón de radiación de antenas• Reflexiones con elementos del entorno• Penetraciones en contrucciones y a través de muros• Difracciones y pérdidas de propagación

MCT microcell planning tool diseñado para Sonera (1996)

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UMTS Simulator (2001)

Simulación de varios tipos de movilidad. Por ejemplo:• modelos estacionarios • aleatorios• movimiento a lo largo de carreteras

QoS (re)negociaciónDL schedulingllamadas limitadas en tiempoexclusión de célulacambio de tamaño de la célulaclases de accesoSHO umbral y ajuste de retrasoAjuste activo máximo establecidoSSDT

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WaveSight - WaveCall


Objetivo: predecir la propagación de onda de radio en redes de comunicaciones móviles en ambientes urbanos.

Se toman en consideración características físicas de las ciudades:

- Edificios- Calles- Terreno

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Simulación de niveles enlace y físicoEurane + NS2 - WMC

Complementa al simulador de eventos NS2

Implementa 3 nodos adicionales: Radio Network Controller (RNC)Basestation (BS)User Equipment (UE)

Estos nodos, agregan los siguientes canales de transporte:FACH RACH DCH HS-DSCH (MAC-hs)

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Apps. apoyo al diseño y simulación

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ArcView – ArcGIS


Ofrece capacidades avanzadas de visualización, consulta y análisis de información geográfica.

Se apoya en tres aplicaciones:

ArcMapArcCatalogArcToolbox

• Permite almacenar numerosos tipos de datos: vectorial, raster, CAD, tablas, topología, información calibrada, etc.

• Reside en un sistema gestor de base de datos estándar

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ArcView – ArcGIS


Diferentes niveles de capas que se utilizan, para la generación de mapas 2D y 3D

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Apps. apoyo al diseño y simulaciónBonnMotion

BonnMotion ha sido desarrollado en Java.

• Crea y analiza escenarios de movilidad.

• Los escenarios pueden ser exportados para que puedan ser simulados mediante NS2 y GlomoSim/QualNet.

Ventajas: • permite el modelado de sistemas a bajo nivel• entorno multiplataforma• libre distribución

Inconvenientes: • No ofrece interfaz gráfica

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Conclusiones

Elección del software:

• tener claro en qué aspecto se va a trabajar• aspecto económico• nivel de detalle de los resultados• capacidad de análisis

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