256 lines
16 KiB
TeX
256 lines
16 KiB
TeX
|
\documentclass[a4paper]{article}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\input{../common-preamble}
|
|||
|
|
\input{../bmstu-preamble}
|
|||
|
|
\input{../fancy-listings-preamble}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\numerationTop
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{document}
|
|||
|
|
\fontsize{14pt}{14pt}\selectfont % Вполне очевидно, что мы хотим 14й шрифт, все его хотят
|
|||
|
|
\thispagestyle{empty}
|
|||
|
|
\makeBMSTUHeader
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\makeReportTitle{лабораторной}{2}{Исследование беспроводной системы передачи информации при
|
|||
|
|
ненадежных каналах связи}{Беспроводные технологии в информационных системах}{}{C.С. Баскаков}
|
|||
|
|
\newpage
|
|||
|
|
\thispagestyle{empty}
|
|||
|
|
\tableofcontents
|
|||
|
|
\newpage
|
|||
|
|
\pagestyle{fancy}
|
|||
|
|
\sloppy
|
|||
|
|
\section{Цель}
|
|||
|
|
Закрепление навыков работы с системой имитационного моделирования OMNeT++, построение имитационной модели беспроводной системы сбора данных и исследование ее характеристик при наличии потерь пакетов в условиях ненадежных каналов связи.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\section{Задачи}
|
|||
|
|
\begin{enumerate}
|
|||
|
|
\item Рассмотреть беспроводную систему с заданными параметрами;
|
|||
|
|
\item В соответствии с индивидуальным вариантом из таблицы 3 вычислите требуемые значения параметров;
|
|||
|
|
\item Внести все необходимые изменения в конфигурационный файл;
|
|||
|
|
\item Выполнить моделирование и анализ модифицированной имитационной модели системы. На основе проведенного исследования сформулировать выводы.
|
|||
|
|
\end{enumerate}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Отчёт должен включать
|
|||
|
|
\begin{itemize}
|
|||
|
|
\item расчеты параметров модифицированной системы согласно индивидуальному варианту;
|
|||
|
|
\item описание модифицированной имитационной модели в виде «omnetpp.ini» файла;
|
|||
|
|
\item результаты моделирования в виде обработанных графиков;
|
|||
|
|
\item выводы.
|
|||
|
|
\end{itemize}
|
|||
|
|
\newpage
|
|||
|
|
\section{Выполнение работы}
|
|||
|
|
\subsection{Повторение моделирования}
|
|||
|
|
В результате моделирования системы с исходными параметрами из методического материала были получены графики полностью совпадающие с графиками из методического материала, что говорит о полной повторяемости эксперимента. Графики приведены на рис. \hrf{pic:rpt-queue}, \hrf{pic:rpt-аrrival}, \hrf{pic:rpt-delay}, \hrf{pic:rpt-energy}.
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-noack-Queue.pdf}
|
|||
|
|
\caption{No Ack} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-5-Queue.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-20-Queue.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=20} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\caption{Уровень наполнения очереди} \label{pic:rpt-queue}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-noack-ArrivalRate.pdf}
|
|||
|
|
\caption{No Ack} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-5-ArrivalRate.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-20-ArrivalRate.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=20} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\caption{Интентивность передачи пакетов} \label{pic:rpt-аrrival}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-noack-Delay.pdf}
|
|||
|
|
\caption{No Ack} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-5-Delay.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-20-Delay.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=20} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\caption{Задержка передачи пакета} \label{pic:rpt-delay}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-noack-Energy.pdf}
|
|||
|
|
\caption{No Ack} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-5-Energy.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ack-20-Energy.pdf}
|
|||
|
|
\caption{With Ack R=20} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\caption{Затраты энергии передатчика} \label{pic:rpt-energy}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\subsection{Индивидуальное задание}
|
|||
|
|
В индивидуальном задании применялись следующие параметры моделирования:
|
|||
|
|
\begin{table}[h!]
|
|||
|
|
\centering
|
|||
|
|
\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|c|c|c|}
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
$L_{app}$ байт & $T_s$ мс & $P_t$ мВт & $f_c$ МГц & $R$ кбит/с & $W$ кГц & $P_n$ дБм & $V$ м/с \\ [0.5ex]
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
1000 & 25 & 90 & 3000 & 1500 & 300 & -69 & 2 \\
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
\end{tabular}
|
|||
|
|
\end{table}
|
|||
|
|
Для выполнения индивидуального задания необходимо осуществить перевод мВт в дБ по формуле:
|
|||
|
|
\[10\lg_{10}(mW) = 10 \cdot \lg(90) = 19,54\text{dB}\]
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering
|
|||
|
|
\includegraphics[width=8cm]{03-wtis-Lab-2-ind-error.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Вероятность успешного приёма пакета, $\Psi$}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
В качестве начального расстояния было взято значение 10м (по графику вероятности успешного приёма очевидно, что на этом расстоянии связь устойчива, без ошибок), а для конечного 160м (также видно, что вероятность успешного приёма пакета на этом расстоянии однозначно равна нулю). Подсчёт радиуса окружности движения передатчика, а также расстояния между передатчиком и приёмником осуществляется по формулам
|
|||
|
|
\[ d_0 = 10\text{м}; r = \frac{160 - d_0}{2} = 75\text{м}\]
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Координаты центра окружности по которой будет перемещаться приёмник.
|
|||
|
|
\[ c_x = 100 + d_0 + r = 185\text{м}\]
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Время симуляции вычисляется по формуле и округляется в б\'{о}льшую сторону так, чтобы передатчик не только полностью завершил обход окружности, но и немного зашёл «на второй круг».
|
|||
|
|
\[t_{sim} \geq \frac{2\pi r}{V} = 235,6 \approx 250, \text{сек} \]
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Размер временн\'{о}го интервала для передачи пакетов также округляется до целого числа в б\'{о}льшую сторону.
|
|||
|
|
\[ T_{slot} = 20Tb = \frac{20}{R} = 13,3 \approx 14 \text{мкс}\]
|
|||
|
|
|
|||
|
|
В симуляции также был заменён пороговый уровень ($P_{ED}$ = -64 дБм), поскольку он должен быть хотя бы на 5 дБм больше, чем $P_n$.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering
|
|||
|
|
\includegraphics[width=80mm]{03-wtis-Lab-2-ind-r=5-Prx.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Мощность принятого сигнала}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Система с заданными параметрами моделировалась для очереди с бесконечным размером и размером 5 пакетов. Результаты моделирования представлены на графиках рис.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r5-Queue.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r20-Queue.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Уровень наполнения очереди, бесконечная очередь} \label{pic:ind-queue-qi}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r5-Queue.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r20-Queue.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Уровень наполнения очереди, очередь из 5 пакетов} \label{pic:ind-queue-q5}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r5-ArrivalRate.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r20-ArrivalRate.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Интентивность передачи пакетов, бесконечная очередь} \label{pic:ind-arrival-qi}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r5-ArrivalRate.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r20-ArrivalRate.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Интентивность передачи пакетов, очередь из 5 пакетов} \label{pic:ind-arrival-q5}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r5-Delay.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r20-Delay.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Задержка передачи пакета, бесконечная очередь} \label{pic:ind-delay-qi}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r5-Delay.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r20-Delay.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Задержка передачи пакета, очередь из 5 пакетов} \label{pic:ind-delay-q5}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r5-Energy.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q-1-r20-Energy.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Затраты энергии передатчика, бесконечная очередь} \label{pic:ind-energy-qi}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\begin{figure}[H]
|
|||
|
|
\centering \hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r5-Energy.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 5} \end{subfigure}
|
|||
|
|
\hfill \begin{subfigure}[b]{0.32\textwidth}
|
|||
|
|
\centering \includegraphics[width=\textwidth]{03-wtis-Lab-2-ind-q5-r20-Energy.pdf}
|
|||
|
|
\caption{Retries = 20} \end{subfigure} \hfill
|
|||
|
|
\caption{Затраты энергии передатчика, очередь из 5 пакетов} \label{pic:ind-energy-q5}
|
|||
|
|
\end{figure}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
По результатам моделирования возможно составить сравнительную таблицу.
|
|||
|
|
\begin{table}[H]
|
|||
|
|
\centering
|
|||
|
|
\begin{tabular}{|c|p{40mm}|p{40mm}|p{40mm}|}
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
Конфигурация & Число успешно полученных пакетов & Число полученных пакетов с ошибками & Затраты энергии передатчика (Дж) \\ [0.5ex]
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
No ack & 6489 & 4850 & $-4,841$ \\
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
Ack, $N_{max} = 5$, $Q = \infty$ & 6292 & 27420 & $-14,359$ \\
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
Ack, $N_{max} = 20$, $Q = \infty$ & 10889 & 10400 & $-9,068$ \\
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
Ack, $N_{max} = 5$, $Q = 5$ & 6922 & 13883 & $-8,861$ \\
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
Ack, $N_{max} = 20$, $Q = 5$ & 6809 & 10083 & $-7,195$ \\
|
|||
|
|
\hline
|
|||
|
|
\end{tabular}
|
|||
|
|
\caption{Результаты моделирования}
|
|||
|
|
\end{table}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\section{Выводы}
|
|||
|
|
Если сравнить вариант системы без использования механизма передачи и вариант с подтверждением успешного приема и с ним при $N_{max} = 5$, то применение подтверждения уменьшило количество полученных пакетов, и энергозатраты выросли почти в 3 раза, из-за того, что значительная часть пакетов (первоначальных и повторных) было передано (соответственно, энергия потрачена), но не получено приемником в период отсутствия радиосвязи.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Если же сравнить варианты $N_{max} = 5$ и $N_{max} = 20$ при $Q = \infty$, то увеличение допустимого числа попыток позволило на 67\% повысить объем полученных данных и незначительно снизить энергозатраты.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
Очевидно, система с бесконечной емкостью очереди нереализуема на практике, поэтому более корректно сравнивать при $Q = 5$. В этом случае, количество полученных пакетов увеличилось незначительно (всего на 6,5\%), но затраты энергии увеличились почти в 2 раза.
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\newpage
|
|||
|
|
\appendix
|
|||
|
|
\setcounter{secnumdepth}{0}
|
|||
|
|
\renewcommand{\thesubsection}{\Asbuk{subsection}}
|
|||
|
|
\section{Файл настроек по заданию \code{omnetpp.ini}}
|
|||
|
|
\label{app:inifile}
|
|||
|
|
\lstinputlisting[style=JCodeStyle]{src/lab2-omnetpp.ini}
|
|||
|
|
|
|||
|
|
\end{document}
|