SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO PARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3 MODELOS DE CANAL

SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO PARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3 MODELOS DE CANAL Modelos de propagación El modelo de canal de propagación determina si los nodos inalámbricos tienen conexión Las librerías de ns-3 contienen 11 modelos de propagación Tipos de modelos: Deterministas Empíricos Estocásticos - complejidad precisión + Loja - 2014 2

Modelos de propagación en ns-3 La herramienta de simulación ns-3 incluye un total de 11 modelos de propagación (www.nsnam.org/docs/release/3.18/doxygen/group propagation.html): Potencia recibida fija Matriz de pérdidas De alcance máximo Pérdidas de propagación aleatorias COST-Hata Espacio libre (expresión de Friis) Logaritmo de la distancia 3 x logaritmo de la distancia Tierra plana (dos rayos) Jakes Nakagami Loja - 2014 3 Modelos de propagación en ns-3 Loja - 2014 4

Modelos de propagación en ns-3 Loja - 2014 5 Modelos de propagación en ns-3 Loja - 2014 6

Modelos de propagación en ns-3 Loja - 2014 7 Modelos de propagación en ns-3 Loja - 2014 8

Modelo de potencia recibida fija (FixedRssLossModel) Se fija un valor predefinido de potencia que alcanza al receptor Loja - 2014 9 Modelo de matriz de pérdidas (MatrixPropagationLossModel) Se genera un matriz de dimensión MxN (M transmisores, N receptores) El elemento (i,j) de la matriz modela las pérdidas de propagación existentes entre el transmisor i-ésimo y el receptor j-ésimo Loja - 2014 10

Modelo de alcance máximo(rangepropagationlossmodel) Se determina una distancia máxima de alcance de la señal transmitida Todos los receptores que estén dentro del alcance máximo, reciben la señal Los receptores que se encuentren fuera del alcance máximo, no obtienen señal recibida (-1000 dbm) Loja - 2014 11 Modelo de alcance máximo(rangepropagationlossmodel) Loja - 2014 12

Modelo de pérdidas aleatorias(randompropagationlossmodel) Las pérdidas de propagación siguen una distribución aleatoria Loja - 2014 13 Modelo de pérdidas aleatorias(randompropagationlossmodel) Loja - 2014 14

Modelode COST 231 Modelo empírico, basado en medidas realizadas en entornos urbanos d h B h B h roof h m h m φ móvil W b base Loja - 2014 15 Modelode COST 231 L rts : Pérdidas por reflexión edificio-calle (reflection terrace to street) L rts = m ori rts L ori : Pérdidas por orientación de la calle respecto a LOS ( L 0) 16,9 10logW + 10log f (MHz) + 20log h + L L ori h m = h roof h 10+ 0,3571Φ(º) Φ 35º = 2,5 + 0,075[ Φ(º) 35] 35 Φ < 55º 4 0,114 [ Φ(º) 55] 55 Φ < 90º L msd : Pérdidas por difracción multipantalla (multi screen diffraction) L msd L bsh : Pérdidas por altura de estación base (sólo aplicable para h B >0) m ( L 0) = Lbsh + ka + kd logd(km) + k f log f (MHz) 9 logb msd L bsh h = 18log(1 + hb ) B = h B h roof Loja - 2014 16

Modelode COST 231 k a : Pérdidas cuando la antena de la BS está por debajo de h roof 54 hb 0 k < h a = 54 0,8 hb hb 0 d 0,5 km 54 1,6 hb d(km) hb < 0 d < 0,5 km B = h B h roof k d : Pérdidas por difracción k d 18 hb = hb 18 15 hb hroof 0 < 0 k f : Dependencia de la frecuencia k f fmhz 0.7 925 = 4 + fmhz 1.5 925 1 1 ciudades medianas y centros suburbanos centros metropolitanos Loja - 2014 17 Modelo de Hata L 50 = 69.55 + 26.16 log f - 13.82 log h B - a(h m ) + (44.9-6.55 log h B ) log d Corrección por altura del móvil a(h m ) = 0 para h m = 1,5 m Ciudad media-pequeña a(h m ) = (1,1 log f - 0,7) h m - (1,56 log f -0,8) d (km) h B, h m (m) f (MHz) Ciudad grande a(h 2 m ) = 8,29 (log 1,54 h m ) -1,1 a(h m ) = 3,2 (log 11,75 h m ) 2-4,97 f 200 MHz f 400 MHz Corrección por tipo de entorno no urbano Zona Suburbana L 2 ( ) 2 [log(f / 28)] 5, 4 50= L50 urbano Zona Rural L 2 ( urbano) 4,78(log f ) + 18,33log 40, 94 50= L50 f Loja - 2014 18

Modelo de COST-Hata(Cost231PropagationLossModel) Loja - 2014 19 Modelo de COST-Hata(Cost231PropagationLossModel) Loja - 2014 20

Modelo espacio libre o de Friis (FriisPropagationLossModel) Analítico Condiciones de espacio libre o Sólo transmisor y receptor (sin obstáculos) o Sólo un camino de propagación (onda espacial) Línea de visión directa (Line Of Sight, L.O.S.) f (c/λ) P tx L.O.S. P rx transmisor d receptor Teoría de ondas planas (d>>λ) P rx P rx = P tx λ 2 P d 2 rx 4 π d ( dbm) = Ptx ( dbm) 32.4 20log fmhz 20log dkm + Gtx ( db) + Grx ( db) Loja - 2014 21 Modelo espacio libre o de Friis (FriisPropagationLossModel) Loja - 2014 22

Modelo espacio libre o de Friis (FriisPropagationLossModel) Loja - 2014 23 Modelo espacio libre o de Friis (FriisPropagationLossModel) Loja - 2014 24

Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel) Espacio libre (cota superior, d -2 ) Parámetros de las medidas Las pérdidas aumentan en entornos con mayor densidad de obstáculos Loja - 2014 25 Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel) Loja - 2014 26

Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel) Loja - 2014 27 Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel) Loja - 2014 28

3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel) Loja - 2014 29 3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel) Loja - 2014 30

3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel) Loja - 2014 31 3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel) Loja - 2014 32

2 Rayos-Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel) Analítico Condiciones de propagación en Tierra plana Transmisor, receptor y superficie de la Tierra únicamente Transmisor a una altura h B del suelo Receptor a una altura h m del suelo La superficie de la Tierra es un plano ideal (ρ -1) Modelo de máxima atenuación con la distancia h B h B h d >> m λ ( h h ) B m Prx Ptx 4 d h m 2 G tx P rx G rx 4 d d Loja - 2014 33 2 Rayos-Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel) Loja - 2014 34

2 Rayos-Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel) Loja - 2014 35 2 Rayos-Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel) Loja - 2014 36

2 Rayos-Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel) Loja - 2014 37 Propagación multicamino La señal se propaga desde el transmisor hasta el receptor siguiendo múltiples trayectorias o caminos (multitrayecto) Las longitudes de los caminos recorridos por los diferentes rayos son distintas los desfases son distintos CONSECUENCIA Cuando se combinan dos ondas con distintas fases, el resultado puede ser: a) Constructivo b) Destructivo (iguales amplitudes, caso peor) c) Caso intermedio entre los anteriores Loja - 2014 38

Propagación multicamino Sucesión de interferencias constructivas y destructivas Loja - 2014 39 Propagación multicamino 5 0 Ganancia a multicamino (db) -5 5-10 0-15 -5-10 -20-15 -25-20 -30-25 -35-30 -40 0 200 400 600 800 1000 1200-35 tiempo (ms) 1400 1600 1800 2000-40 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 distancia (λ) Loja - 2014 40

Modelo de Jakes (JakesPropagationLossModel) Loja - 2014 41 Modelo de Jakes (JakesPropagationLossModel) Loja - 2014 42

Modelo de Jakes (JakesPropagationLossModel) Loja - 2014 43 Modelo de Nakagami(NakagamiPropagationLossModel) Loja - 2014 44

Modelo de Nakagami(NakagamiPropagationLossModel) Loja - 2014 45 Modelo de Nakagami(NakagamiPropagationLossModel) Loja - 2014 46

Modelo de Nakagami(NakagamiPropagationLossModel) Loja - 2014 47 Ejemplo de uso de modelos de propagación./waf --run "scratch/main-propagation-loss" gnuplot Genera un fichero llamado main-propagation-loss.pdf con las gráficas de potencia recibida con la distancia y sus histogramas para Nakagami./waf --run "scratch/main-propagation-loss" >> datosprop gnuplot datosprop Genera un fichero llamado datosprop para gnuplot Gnuplot genera el fichero main-propagation-loss.pdf con las gráficas Loja - 2014 48

Ejemplo de uso de modelos de propagación Copiar jakes-propagation-model-example en scratch/ Modificar valor Simulator::Stop (Seconds (10));./waf --run "scratch/jakes-propagation-model-example >> jakesprop Genera un fichero llamado jakesprop con los valores aleatorios de potencia recibida en el tiempo $ gnuplot gnuplot> set terminal png size 640,480 gnuplot> set output jakesresults.png" gnuplot> plot jakesprop" using 1:2 title Modelo de Jakes with linespoints gnuplot> exit Genera un fichero llamado jakesresults con la gráfica Loja - 2014 49 Otros modelos disponibles en ns-3 Okumura-Hata static TypeId tid = TypeId ("ns3::okumurahatapropagationlossmodel") ITU-R 1411 static TypeId tid = TypeId ("ns3::itur1411lospropagationlossmodel") static TypeId tid = TypeId ("ns3::itur1411nlosoverrooftoppropagationlossmodel") Kun 2600 MHz static TypeId tid = TypeId ("ns3::kun2600mhzpropagationlossmodel") Loja - 2014 50