Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- isrm:laboratoare:04 [2017/10/31 18:53]
dragos.niculescu [Taskuri]
+++ isrm:laboratoare:04 [2019/03/14 21:05] (current)
mbarbulescu [Taskuri]
@@ Line 1: / Line 1: @@
-==== Laboratorul 4 ====
+====== Laboratorul 4 ======
+===== Materiale ajutătoare =====
-=== Modelul Two Ray Ground ===
+  * Pentru cei curioși, mai ales pentru matematica din spate, recomandăm, pentru acest laborator, capitolul 2 din cartea [[http://web.cs.ucdavis.edu/~liu/289I/Material/book-goldsmith.pdf|Wireless Communications - Andrea Goldsmith]]
+  * Celor curioși cu privire la bazele mecanismelor de retransmisie din TCP recomandăm [[http://www.pcvr.nl/tcpip/tcp_time.htm|capitolul 21 din TCP Illustrated]]
+===== Modelul Two Ray Ground =====
+Aproximarea cea mai întâlnită pentru modelarea propagării semnalelor este folosirea așa numitelor //ray-tracing techniques//. Acestea implică aproximarea propagării undelor electromagnetice prin reprezentarea lor ca simple particule: ne interesează reflexia și refracția prin diverse obstacole (pereți, obiecte, indoor/outdoor etc.). Cel mai simplu model este //two-ray ground// - acesta descrie propagarea semnalului atunci când avem o cale directă între transmițător și receptor, cunoscută sub numele de LOS (line of sight) și o cale e reflectată de //terenul de jos//. Figura de mai jos reprezintă două stații vorbind //wireless// în aer cu //two-ray//, unde ''l'' este line of sight (LOS) și ''x'' e semnalul reflectat
+{{:isrm:laboratoare:tworay.png?500|}}
+În ns2 - cercurile de comunicare și de CS sunt definite în putere(W), care corespunde unei distanțe(m):
-Cercurile de comunicare și de CS sunt definite în putere(W), care corespunde unei distanțe(m).
 <file>
 set opt(prop) Propagation/TwoRayGround;
@@ Line 11: / Line 20: @@
 Phy/WirelessPhy set CPThresh_ 10.0              ; #captura, în dB
 </file>
 În acest exemplu la 251m nu se primește nici un cadru, deși la 250m se primesc toate. Două noduri aflate sub 550m își cedează reciproc accesul când este cazul, adică nu-și sunt terminale ascunse unul altuia. Captura este atunci când într-o coliziune se poate recupera cadrul mai puternic, dacă acesta e cu 10dB mai puternic.
+Tot în exemplul de mai sus, cele trei variabile reprezintă
+  * CSThresh - carrier sense threshold - măsurat în ''W''
+  * RXThresh - receiver sensitivity - măsurat în ''W''
+  * CPThresh - capture threshold - adimensional, este un raport
+  * [[http://disc.ece.illinois.edu/downloads/lab106.html|Sursa]]
 {{:isrm:laboratoare:04:tworay_prop_sim.png?nolink|}}
-=== Modelul Shadowing ===
+===== Modelul Shadowing =====
+Semnalul transmis printr-un canal wireless va experimenta variații aleatoare din cauza unor blocaje ale obiectelor aflate în calea semnalului. Puterea la receptor e influențată nu doar de distanță, dar și de obiectele întâlnite de semnal, unele fiind fixe altele mobile
+(exemplu: Wi-Fi indoor: este influențat de pereți, mobilă și oamenii din cameră, care se mișcă). Modelarea unui astfel de canal folosește modele statistice pentru a caracteriza atenuarea unui semnal care ajunge la receptor.
+Ce arme are un transmițător la dispoziție pentru a combate acest fenomen:
+  * puterea de transmisie (măsurată de obicei în ''dbm'' - în PCAP-uri Wifi sau ''iwconfig'' este ''Tx Power'')
+  * MCS-ul de transmisie - cu cât e mai //prost// cu atât e mai robust la shadowing, dar penalizarea e de performanță (nu vei avea throughput mare cu MCS mic)
+<note tip>
+Reamintim că MCS = modulation and coding scheme. Modulația definește modul de organizare a biților pe aer în simboluri pe aer (BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM) - a se citi //câți biți pot înghesui într-un simbol de date// și coding = tehnica de //codare// a datelor - cât de repede sau de încet se propagă datele astfel încât receptorul să poată decoda simbolurile de pe aer. Pentru a înțelege tehnica de //codare//: Imaginați-vă un curs în care profesorul vorbește foarte repede: pot toți studenții să îl urmărească?
+</note>
+Ce arme are un receptor la dispoziție pentru a combate acest fenomen:
+   * AGC (automatic gain control)
+   * capacitatea de a decoda un MCS mare (''802.11ac'' a introdus LDPC coding - o tehnică mai bună de codare a datelor decât cele tradiționale)
+Ce arme au atât transmițătorul cât și receptorul pentru a combate ambele fenomene: MIMO (Multiple Input, Multiple Output) - folosirea de mai multe antene la transmisie și recepție (la ''802.11ac'' avem un maxim de 4x4) și STBC (Space Time Block Coding) - o tehnică de a transmite mai multe copii a unui stream de date pe mai multe antene pentru a asigura fiabilitatea datelor transmise. Cele două capabilități sunt //advertised// de AP (access point) în beacon iar stațiile îi transmit AP-ului dacă le au în cadrul probe request-ului.
+În ns-2:
 <file>
@@ Line 34: / Line 68: @@
 Se dă scriptul {{isrm:laboratoare:src:shadow2.tcl| shadow2.tcl}} care folosește 802.11b, MCS=2Mbps cu modelul shadowing și definește următoarea topologie:
-S1--dist--D1 ...10000m ... S2--dist--D2. Scriptul acceptă parametrii -dist pentru a seta distanța sursă-destinație, și -tries pentru a seta numărul maxim de încercări. Cele două perechi nu se influențează reciproc din cauza distanței mari, iar S1->D1 folosește UDP, în timp ce S2->D2 folosește TCP. Practic se rulează două experimente pentru aceeași distanță de comunicare, si acelasi regim de retransmisii. Scriptul afișează debitul în bps obținut de cele 2 fluxuri, dar generează și fișierul shadow2.tr care poate fi analizat pentru a contoriza pachetele în diverse ipostaze.
-==== Plan de organizare a datelor intermediare ====
+<file>
+S1--dist--D1 ...10000m ... S2--dist--D2.
+S1 = sursa 1, D1 = destinația 1, primește pachete doar de la S1 prin UDP
+S2 = sursa 2, D2 = destinația 2, primește pachete doar de la S2 prin TCP
+</file>
+Scriptul acceptă parametrii ''-dist'' pentru a seta distanța sursă-destinație (în metri), și ''-tries'' pentru a seta numărul maxim de încercări de transmitere a cadrului. Cele două perechi nu se influențează reciproc din cauza distanței mari, iar ''S1->D1'' folosește **UDP**, în timp ce ''S2->D2'' folosește **TCP**. Practic se rulează două experimente pentru aceeași distanță de comunicare, si acelasi regim de retransmisii. Scriptul afișează debitul în ''bps'' obținut de cele 2 fluxuri și generează  fișierul ''shadow2.tr'' care poate fi analizat pentru a contoriza pachetele în diverse scenarii.
+Exemplu de rulare:
+<code bash>
+student@isrm-vm:~/lab-04$ ns ./shadow2.tcl -tries 4 -dist 100
+Starting Simulation...
+loss-monitor for flow 0
+nlost_ 568
+npkts_ 3155
+bytes_ 4669400
+lastPktTime_ 25.194375494945955
+expected_ 3723
+sending time : 25.0
+Throughput 0 1474016.0 bps
+loss-monitor for flow 2
+sending time: 25.0 lastack: 2413 srtt: 313
+datab: 3702560  retr: 143080
+Throughput 2 1127353.6000000001
+</code>
+===== Plan de organizare a datelor intermediare =====
   - citiți toate cerințele din secțiunea **Taskuri** de mai jos înainte de a decide un plan de măsurători. Strategia optimă este de a extrage mai mulți parametri în urma unei simulări pentru a putea răspunde mai multor cerințe. Exemple: apariții unice ale unui nr de secvență cbr la emisie/recepție MAC, total cadre cu cbr emise/primite la MAC, thruput UDP, thruput TCP, etc.
   - decideți structura fișierului text care va conține datele din care se pot produce graficele cerute.
@@ Line 46: / Line 109: @@
   - plotați interactiv datele intermediare. Unele grafice sunt o simplă dependență a două coloane (de exemplu Thruput(distanță)). Pentru combinații de coloane, gnuplot acceptă sintaxa ''> plot "date" using 1:($3*100.0/$5) with ...'' adică axa y este raportul coloanelor 3 și 5 în procente, iar axa x este coloana 1. Nu vă preocupați de partea estetică a graficelor (etichete, legendă, culori, etc).
-==== Taskuri ====
+===== Taskuri =====
   - analiză: dacă probabilitatea de livrare la nivel fizic este p, cât este la MAC, după r încercări? (( $PDR(p,r)= 1-(1-p)^r$ de ce?))
   - plotați packet delivery ratio la nivel fizic (tries=1) și la nivel MAC (tries=4,10) pentru distanțele 50m-250m (({{:isrm:laboratoare:04:mac-pdr.png?direct&200|}})). Comparați cu imaginea de mai sus care prezintă spațial probabilitatea de recepție
@@ Line 72: / Line 135: @@
     * tries=1 de ce TCP nu obține debit maxim, chiar în condiții optime (livrare 100%)?
     * de ce scade capacitatea UDP când crește numărul de încercări? (({{:isrm:laboratoare:04:unq-sent.png?direct&200|}} ))
+===== Soluția laboratorului =====
   - Scripturile folosite și graficele obținute sunt disponibile în Media Manager/[[http://ocw.cs.pub.ro/courses/?tab_files=files&do=media&ns=isrm%2Flaboratoare%2F04| Rezultate]]
+Mai jos le aveti scrise:
+<spoiler>
+<solution>
+<code bash>
+#!/bin/bash
+#
+# acest script creează 2 fișiere de date: thr și pdr cu date în funcție de distanță (coloana 1)
+# thr conține pentru fiecare distanță debitul/throughput în Mbps obținut pentru tries=1,4,10 de TCP și UDP
+# pdr conține pentru fiecare distanță numărul de pachete primite/trimise de MAC, și unice primite/trimise de MAC.
+#     fiecare grup de 4 numere este repetat pentru tries=1,4,10
+#
+# după rularea acestui script se rulează 'gnuplot shadow2.plot.txt' pentru a obține toate graficele
+#
+d=50
+echo "# dist UDP0 TCP0 UDP4 TCP4 UDP10 TCP10" > thr
+echo "# dist (macrecv macsent unqsent unqrecv)0 (...)4 (...)10" > pdr
+while [ $d -le 250 ]; do
+    echo "$d "
+    echo -n "$d " >> thr
+    echo -n "$d " >> pdr
+    tries=0
+    for tries in 1 4 10; do
+	ns ./shadow2.tcl -tries $tries -dist $d | grep Throughput | awk '{udp=$3; getline; printf("%5.3f %5.3f ", udp/1e6, $3/1e6);}' >> thr
+	macsent=$(cat shadow2.tr  | grep MAC | grep '^s' | grep cbr | awk '$3 <= 25.0' |   wc -l)
+	macrecv=$(cat shadow2.tr  | grep MAC | grep '^r' | grep cbr | awk '$3 <= 25.0' |   wc -l)
+	unqsent=$(cat shadow2.tr  | grep MAC | grep '^s' | grep cbr | awk '$3 <= 25.0 {print $47}' | uniq -c| wc -l)
+	unqrecv=$(cat shadow2.tr  | grep MAC | grep '^r' | grep cbr | awk '$3 <= 25.0 {print $47}' | uniq -c| wc -l)
+	echo -n "$macrecv $macsent $unqsent $unqrecv " >> pdr
+	tries=$(($tries+1))
+    done
+    echo "" >> thr
+    echo "" >> pdr
+    d=$(($d+10))
+done
+</code>
+<code gnuplot>
+set term png
+set xlabel 'Distance[m]'
+set ylabel 'Throughput[Mbps]'
+set key left
+set grid
+set yrange [0:*]
+set xtics 20
+set xrange [50:250]
+set key top right
+set out 'thr-udp.png'
+plot\
+ './thr' using 1:2 t 'tries=1' w l lw 3, \
+ '' using 1:4 t 'tries=4' w l lw 3, \
+ '' using 1:6 t 'tries=10' w l lw 3
+set out 'thr-tcp.png'
+plot\
+ './thr' using 1:3 t 'tries=1' w l lw 3, \
+ '' using 1:5 t 'tries=4' w l lw 3, \
+ '' using 1:7  t 'tries=10' w l lw 3
+#######################################################
+#probabilitatea de reușită în maximum r încercări
+# unque_recv/unique_sent
+f(x)=1-(1-x)**r
+set ylabel 'PDR(packed delivery ratio)'
+set out 'mac-pdr.png'
+set key right top # bottom left
+set xrange [*:300]
+plot\
+ './pdr' using 1:($5/$4) t 'simulation tries=1 (PHY)' w l lw 3, \
+ '' using 1:($9/$8) t 'simulation tries=4' w l lw 3, \
+ r=4 '' using 1:(f($5/$4)) t 'analysis tries=4' w p pt 5, \
+ '' using 1:($13/$12)  t 'simulation tries=10' w l lw 3, \
+ r=10 '' using 1:(f($5/$4))  t 'analysis tries=10' w p pt 4
+set key left bottom
+set ylabel 'Unique frames sent'
+set out 'unq-sent.png'
+plot\
+ './pdr' using 1:($4) t 'tries=1' w l lw 3, \
+ '' using 1:($8) t 'tries=4' w l lw 3, \
+ '' using 1:($12)  t 'tries=10' w l lw 3
+set ylabel 'UDP Throughput [Mbps]'
+set out 'udp-cap.png'
+set key top
+set xrange [0:1]
+set xtics 0.1
+set xlabel 'PHY delivery ratio'
+plot \
+ './thr' using ($2/1.7):2 t 'tries=1' w l lw 3, \
+ './thr' using ($2/1.7):4 t 'tries=4' w l lw 3, \
+ '' using ($2/1.7):6 t 'tries=10' w l lw 3
+set ylabel 'TCP Throughput [Mbps]'
+set key top left
+set out 'tcp-cap.png'
+plot \
+ './thr' using ($2/1.7):3 t 'tries=1' w l lw 3, \
+ './thr' using ($2/1.7):5 t 'tries=4' w l lw 3, \
+ '' using ($2/1.7):7 t 'tries=10' w l lw 3
+</code>
+Rularea laboratorului:
+<code bash>
+student@isrm-vm:~/lab-04$ chmod a+x run.sh
+student@isrm-vm:~/lab-04$ ls
+mac-pdr.png  pdr  run.sh  shadow2.plot.txt  shadow2.tcl  shadow2.tr  tcp-cap.png  thr  thr-tcp.png  thr-udp.png  udp-cap.png  unq-sent.png
+student@isrm-vm:~/lab-04$ ./run.sh
+student@isrm-vm:~/lab-04$ gnuplot shadow2.plot.txt
+</code>
+</solution>
+</spoiler>

isrm/laboratoare/04.1509468784.txt.gz · Last modified: 2017/10/31 18:53 by dragos.niculescu

Show page Old revisions

Media Manager Back to top

Differences

Cursuri

Laboratoare

Resurse