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INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4...
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INTRODUÇÃO
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1. O SIMULADOR DISCRETO...
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2. REDES LTE
2.1 O que ...
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  1. 1. UFPA – UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ ICEN - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS PPGCC – PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO – 2014.2 – MESTRADO ORIENTADOR: PROF. DR. CARLOS RENATO LISBOA FRANCÊS CO-ORIENTADOR: DOUTORANDO CARLOS PATRICK ALVES EDINALDO J.C. LA-ROQUE edinaldo.laroque@gmail.com http://www.lprad.ufpa.br TUTORIAL - SIMULAÇÃO DE CENÁRIO BÁSICO DE REDE LTE COM OPNET MODELER Tutorial contendo laboratório com simulação de cenário de Rede LTE Básica, usando o simulador discreto OPNET Modeler, versão 17.5 (Educational Version). BELÉM outubro/2014
  2. 2. SUMÁRIO INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4 1. O SIMULADOR DISCRETO OPNET MODELER ........................................... 5 2. REDES LTE ..................................................................................................... 6 2.1 O que é uma Rede LTE ................................................................................. 6 2.2 Algumas Características do LTE ................................................................... 8 3. INICIANDO O OPNET MODELER .................................................................. 9 3.1 Iniciando o License Manager do OPNET ....................................................... 9 3.2 Fechando e reiniciando o OPNET Modeler ................................................... 10 4. CRIANDO UM PROJETO ............................................................................... 12 4.1 Selecionando a janela do OPNET Modeler ................................................... 12 4.2 Informando o nome do projeto e nome do cenário inicial .............................. 13 4.3 Ignorando o wizard de topologia inicial .......................................................... 13 5. CRIANDO UM CENÁRIO LTE BÁSICO ......................................................... 14 5.1 Criando uma rede wireless ............................................................................ 14 5.2 Informando Latidude e Longitude .................................................................. 15 5.3 Selecionando a tecnologia LTE ..................................................................... 16 5.4 Seleção da capacidade máxima de cada eNodeB ........................................ 16 5.5 Seleção do modelo de perda de propagação ................................................ 17 5.6 Seleção do número de células do cenário ..................................................... 18 5.7 Seleção dos modelos de eNodeB e UE ......................................................... 18 5.8 Seleção do número de UEs por célula e do prefixo dos nomes de UEs ....... 19 5.9 Criação do núcleo da rede e dos links de dados ........................................... 19 5.10 Seleção do modelo de mobilidade para os UEs .......................................... 20 5.11 Resumo e conclusão das configurações ..................................................... 20 5.12 Cenário criado .............................................................................................. 21 5.13 Melhorando a estética do cenário ................................................................ 22 5.14 Redimensionamento dos tamanhos dos nós ............................................... 22 5.15 Salvando o projeto ....................................................................................... 25 6. COLETA DE ESTATÍSTICAS E COMPILAÇÃO DO CENÁRIO .................... 27 6.1 Selecionando os resultados da simulação para análise ................................ 27 6.2 Configurando e compilando o cenário no modo de depuração ..................... 30
  3. 3. 7. CAPTURA DE TRACES E ANIMAÇÃO ......................................................... 32 7.1 Configurando a captura de traces .................................................................. 32 7.2 Help de comandos ......................................................................................... 33 7.3 Mapeando pontos de trace ............................................................................ 34 7.4 Capturando traces relativos ao processo de handover ................................. 34 7.5 Executando a simulação ................................................................................ 35 7.6 Visualizando a animação em tempo de execução ......................................... 36 7.7 Visualizando a animação dos estados de transição dos modelos de processos ............................................................................................................. 38 7.8 Progresso da simulação ................................................................................ 39 8. VISUALIZAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ....................................... 41 8.1 Visualizando os resultados ............................................................................ 41 8.2 Aplicando um processo matemático aos dados coletados ............................ 43 9. GERENCIAMENTO DE CENÁRIOS ............................................................... 45 10. EDITANDO O CÓDIGO-FONTE DE PROCESSOS ...................................... 46 CONCLUSÃO ...................................................................................................... 50 REFERÊNCIAS ................................................................................................... 51
  4. 4. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 4 INTRODUÇÃO Este documento tem por objetivo servir de tutorial básico sobre o uso do software simulador de eventos discretos, o OPNET Modeler, versão 17.5 (Educational Version), de maneira a proporcionar um rápido aprendizado por parte de iniciantes na área de simulação de redes LTE. O conteúdo aqui apresentado não tem a pretensão de aprofundar ou esgotar os conhecimentos sobre essa ferramenta complexa e bastante completa, mas apenas de servir como ponto de partida para aqueles que precisam reduzir o tempo de aprendizado do simulador para, então, poder focar na investigação da tecnologia objeto de estudo e na geração de resultados para as suas pesquisas.
  5. 5. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 5 1. O SIMULADOR DISCRETO OPNET MODELER OPNET Modeler é um software que provê recursos para análise de desempenho de redes e aplicações. De acordo com a apresentação em [1], o OPNET Modeler é um software voltado para simulação e análise de performance de redes de computadores e aplicações. Por meio de sua interface gráfica, o software possibilita ao usuário a edição de seus próprios dispositivos, o desenvolvimento de seus próprios protocolos, a definição de seus próprios formatos de pacotes, etc. As principais características do OPNET Modeler são: • Abordagem de modelagem gráfica; • A geração de dados estatísticos é customizável; • Um conjunto abrangente de ferramentas de análise. Segundo [2], a suíte OPNET Modeler inclui um conjunto de protocolos e tecnologias, além de um ambiente de desenvolvimento sofisticado. Através da modelagem de todo tipo de rede e tecnologias (incluindo VoIP, TCP, OSPFv3, MPLS, IPv6 e mais), o OPNET Modeler permite a análise de redes realísticas simuladas, para que se possa comparar o impacto de diferentes projetos tecnológicos em um comportamento fim-a-fim. A suíte OPNET Modeler permite testar e demonstrar projetos tecnológicos em cenários realísticos antes da produção; aumenta a produtividade em P&D e encurta o tempo para se chegar à comercialização; pode-se desenvolver protocolos e tecnologias wireless proprietários; e pode-se avaliar as melhorias realizadas em protocolos padrão.
  6. 6. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 6 2. REDES LTE 2.1 O que é uma Rede LTE LTE (Long Term Evolution) é o sistema de celular de 4ª geração, consequência do aumento da demanda do uso de redes móveis com taxas de dados cada vez mais altas. Representa a evolução das tecnologias de redes celular [3]. O LTE é padronizado pelo 3GPP (3rd Generation Partnership Project), que desde o ano de 2000 vem gradativamente apresentando evoluções para o sistema de redes de celular, envolvendo tanto o acesso (LTE) quanto o núcleo da rede (EPC – Evolved Packet Core). A arquitetura do LTE é demonstrada na Figura abaixo. Arquitetura LTE Fonte: Adaptado de [3] A seguir, uma breve descrição de alguns elementos que compõe uma rede LTE [4]. UE (User Equipment) UE é o dispositivo que o usuário final utiliza para comunicação. Pode ser um smartphone, um tablet, um notebook, etc.
  7. 7. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 7 eNodeB (E-UTRAN Node B) eNodeB é uma estação base que controla todas as funções de rádio acesso na parte fixa do sistema LTE. As eNodeBs são distribuídas pela rede dentro da área de cobertura, cada uma residindo próximo às antenas de rádio. PCRF (Policy and Charging Rules Function) PCRF é o elemento de rede responsável por controlar as políticas de uso do sistema e pela cobrança/faturamento do usuário. HSS (Home Subscription Server) HSS é o repositório de dados das assinaturas de serviços contratados pelo usuário final. Também registra a localização do usuário no nível do nó que controla as redes visitadas por esse usuário, como o MME. MME (Mobility Management Entity) MME é o elemento que gerencia a mobilidade dos usuários, realiza a autenticação e autorização, possui habilidades de rastreamento e controle de acessibilidade e negocia a segurança. SAE GW (System Architecture Evolution Gateway) O SAE GW reúne as funções de SGW (Serving Gateway) e PGW (PDN Gateway). O SGW é um gateway que roteia e repassa pacotes de dados de usuários e também atua como âncora de mobilidade para os usuários durante o handover entre eNodeBs. O PGW é um gateway que fornece conectividade entre os equipamentos de usuários (UEs) e redes externas, como a Internet [5]. SGSN (Serving GPRS Supporting Node) O SGSN oferece funcionalidades para acessos GSM e WCDMA, fornecendo suporte ao protocolo GPRS. PDSN (Packet Data Serving Node) O PDSN gerencia as sessões do protocolo PPP (Point-To-Point Protocol) entre o HA e redes externas ou redes baseadas em IP [6].
  8. 8. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 8 2.2 Algumas Características do LTE O mercado de banda larga móvel vem crescendo e estima-se que em 2014, 80% dos usuários de banda larga seja de banda larga móvel [3]. LTE é uma rede de alto desempenho e algumas de suas principais características são: taxas de pico de 100 Mbps downlink e 50 Mbps de uplink (sem MIMO e desconsiderando overheads), rede por comutação de pacotes (não mais comutação de circuitos), menor latência, bom nível de segurança e mobilidade, maior capacidade que o HSDPA/HSUPA, favorecendo o suporte a serviços de TV e serviços de tempo real, como chamada de vídeo [3]. Mais especificamente, LTE é a parte de rádio acesso composto pelas estações rádio base evoluídas (eNodeBs ou eNBs) que se ligam ao EPC, conforme mostrado na Figura abaixo. eNodeBs - Estações Rádio Base Evoluídas Fonte: Adaptado de [6] Para mais informações sobre a arquitetura e especificações sobre redes LTE, o seguinte link do 3GPP pode ser consultado: http://www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte.
  9. 9. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 9 3. INICIANDO O OPNET MODELER 3.1 Iniciando o License Manager do OPNET Atenção: Observe que, juntamente com o License Manager, foi iniciado também o OPNET Modeler 17.5, que você deverá fechá-lo para reiniciá-lo novamente, a fim de evitar um erro de licenciamento (bug do produto?).
  10. 10. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 10 3.2 Fechando e reiniciando o OPNET Modeler
  11. 11. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 11 Clicar em “I ACCEPT” para aceitar a licença de uso do OPNET Modeler e minimizar a janela do License Manager.
  12. 12. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 12 4. CRIANDO UM PROJETO 4.1 Selecionando a janela do OPNET Modeler Selecione a janela do OPNET modeler iniciado para podermos criar nosso projeto LTE.
  13. 13. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 13 4.2 Informando o nome do projeto e nome do cenário inicial Selecione File / New / Project e clique em OK. Informe o nome do projeto, bem como o nome do cenário inicial. Exemplo: Project name: Rede LTE Básica Scenario name: baseline Clique em OK. 4.3 Ignorando o wizard de topologia inicial Na tela seguinte, clique em Quit para ignorar o wizard. A tela resultante deverá ser algo como a mostrada abaixo.
  14. 14. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 14 5. CRIANDO UM CENÁRIO LTE BÁSICO 5.1 Criando uma rede wireless Agora, estamos prontos para criarmos a nossa topologia de redes wireless LTE. Selecione Topology / Deploy Wireless Network. Na próxima tela, clique em Continue.
  15. 15. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 15 Na próxima tela, Network Creation, deixe selecionada a opção Use wizard to provide network specification e clique em Next. 5.2 Informando Latidude e Longitude Na próxima tela, caso prefira, informe as coordenadas (latitude e longitude) da localidade desejada e clique em Next. No caso, manteremos os valores no default. Ou seja, Latitude: 0.00 e Longitude: 0.00.
  16. 16. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 16 5.3 Selecionando a tecnologia LTE Agora, em Choose Technology, selecione LTE. 5.4 Seleção da capacidade máxima de cada eNodeB Para o perfil da camada física (PHY Profile), manteremos o default, que é LTE 20 MHz FDD. Ou seja, tecnologia LTE com técnica de duplexação FDD (Frequency Division Duplexing) e largura máxima de banda ocupada no espectro de frequências 20 MHz (o máximo por setor para LTE Release 8).
  17. 17. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 17 5.5 Seleção do modelo de perda de propagação Para este tutorial, usaremos o modelo de perda de propagação em espaço livre (Free Space). Ou seja, não haverá obstáculos (prédios, casas, árvores, morros, etc) entre os UEs (dispositivos móveis) e as eNodeBs (torres de rádio e suas antenas). A vantagem de usar Free Space para este tutorial é a redução do tempo de simulação, eliminando o considerável tempo gasto com os processos que envolvem a simulação dos demais modelos de perda de propagação (pathloss).
  18. 18. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 18 5.6 Seleção do número de células do cenário Para este exemplo, usaremos 4 células com raio de cobertura de 1 Km cada, com padrão geográfico de sobreposição hexagonal, com os nós dos dispositivos móveis (UEs) sendo posicionados aleatoriamente no raio de cobertura das células. 5.7 Seleção dos modelos de eNodeB e UE No exemplo, manteremos o modelo default para a eNodeB: lte_enodeb_atm4_ethernet4_slip4_adv, que significa eNodeB com 4 portas com suporte ao protocolo ATM, 4 portas Ethernet e 4 portas SLIP. Para o UE, o modelo escolhido será o lte_android_mobile.
  19. 19. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 19 5.8 Seleção do número de UEs por célula e do prefixo dos nomes para os UEs Cada célula terá inicialmente 2 UEs em seu raio de cobertura e cada dispositivo móvel android terá o prefixo “UE” em seu nome. 5.9 Criação do núcleo da rede e dos links de dados Na figura anterior, observe que, por default, o núcleo da rede (EPC – Evolved Packet Core), bem como as interconexões entre o EPC e as eNodeBs são feitas através de um backbone de rede, usando interfaces seriais. Portanto, usando este wizard, não precisamos nos preocupar em criar links no backhaul que interliguem suas portas e protocolos. Este processo é simplificado e automatizado.
  20. 20. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 20 5.10 Seleção do modelo de mobilidade para os UEs O modelo de mobilidade para os dispositivos móveis será o Random Waypoint (Auto Created), onde cada UE fará uma trajetória aleatória dentro da rede (dentro dos limites das células), a uma velocidade de 5 m/s (pedestre praticamente correndo), ao nível do solo (altitude 0.00). 5.11 Resumo e conclusão das configurações Neste ponto, temos o resumo das configurações para o nosso cenário LTE Básico: Tecnologia LTE Sobreposição Células hexagonais Disposição dos nós Aleatória Número de eNodeBs 4 Número de UEs 8 Nós com mobilidade configurada 8
  21. 21. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 21 Clicar em Finish para concluir a criação do nosso cenário LTE básico. 5.12 Cenário criado A tela abaixo mostra o cenário LTE criado. No entanto, por uma questão estética, podemos reposicionar os modelos do cenário.
  22. 22. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 22 5.13 Melhorando a estética do cenário Um layout menos confuso para os componentes do cenário criado pode ser alcançado clicando e arrastando os componentes, até conseguirmos uma disposição geográfica que nos pareça mais apropriada, como exemplificado abaixo. 5.14 Redimensionamento dos tamanhos dos nós Podemos, ainda, redimensionar grupos de nós similares, clicando em um dos nós e selecionando a opção Select Similar Nodes, conforme abaixo:
  23. 23. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 23 A figura abaixo mostra todos os UEs selecionados. Então, através da opção View / Layout / Scale Nodes Icons Interactively, podemos ajustar o tamanho de cada componente do cenário, como mostrado abaixo.
  24. 24. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 24 Neste caso, iremos reduzir o tamanho de todos os UEs em 50%. O mesmo processo de redimensionamento de tamanho será aplicado para as eNodeBs.
  25. 25. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 25 Como resultado final, temos um cenário mais limpo, menos poluído visualmente. 5.15 Salvando o projeto O projeto pode ser saldo usando-se a opção File / Save ou apenas pelo uso do atalho Ctrl-S. Então, basta clicar em Save.
  26. 26. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 26 Observe que o projeto é salvo no diretório (pasta do Windows) localizado em C:Usersopnetop_modelsRede LTE Basica.project, no arquivo “Rede LTE Basica.prj”.
  27. 27. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 27 6. COLETA DE ESTATÍSTICAS E COMPILAÇÃO DO CENÁRIO 6.1 Selecionando os resultados da simulação para análise Clicando com o botão direito do mouse em uma área livre do cenário, na opção DES, selecione Choose Individual Statistics. O mesmo pode ser obtido através da opção do menu DES / Choose Individual Statistics. Para este exemplo, iremos selecionar apenas estatísticas de nó de rede (Node Statistics). Na árvore de opções de estatísticas de nó, selecionaremos algumas opções de estatísticas LTE, como: • eNodeB Associada; • Delay de Handover (em segundos); • Carga (em bits/segundo); • Falhas de Link de Rádio e Throughput (em bits/segundo).
  28. 28. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 28 Dentre as estatística da camada física do LTE (LTE PHY), selecionaremos: • Potência do Sinal de Referência da eNodeB Associada (em dBm); • Qualidade do Sinal de Referência da EnodeB Associada (em dB); • Melhor Índice MCS (Modulation and Coding Scheme) Operacional no Modo Wideband; • Frequência da Portadora de Downlink (em GHz); • Taxa de Erro de Bloco (BLER) no Downlink; • Pacotes Descartados no Downlink (pacotes/segundo); • Relação Sinal/Ruído (SNR) no Downlink (em dB); • Taxa de Erro de Bloco (BLER) no UpLink; • Pacotes Descartados no UpLink (pacotes/segundo); • Relação Sinal/Ruído (SNR) no Uplink (em dB).
  29. 29. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 29 Salvar o projeto.
  30. 30. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 30 6.2 Configurando e compilando o cenário no modo de depuração Através da opção DES / Configure / Run Discrete Event Simulation (Ctrl-R), faremos a configuração e compilação do cenário LTE. Como os UEs estão configurados com mobilidade aleatória a 5 m/s, com cada eNodeB cobrindo um raio de 1 Km, 10 minutos de simulação provavelmente será tempo suficiente para que observemos alguns handovers de UEs entre células. Observe que o uso de um mesmo seed para o pseudo gerador de números aleatórios (128 como default do OPNET Modeler, por exemplo), nos garante obter os mesmos resultados toda vez que re-executarmos a simulação. No entanto, se utilizarmos múltiplos seeds, o OPNET Modeler irá excutar múltiplas simulações em conformidade com o número desses seeds, o que pode ser
  31. 31. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 31 utilizado para melhorarmos a confiabilidade das estimativas, através de intervalos de confiança. Para uma análise estatística mais confiável com relação ao comportamento médio de um sistema, pelos menos 30 simulações (30 seeds diferentes) são recomendadas. A opção Use OPNET Simulation Debugger (ODB) será marcada para que possamos configurar, por exemplo, a visualização de traces relativos ao processo de handover. Atenção: Para que o depurador possa ser utilizado, é necessário selecionar um kernel de desenvolvimento (32 ou 64 bits). A opção Based on kernel-type preference já faz isso por padrão. Ao clicar em Run, o processo de compilação do cenário é iniciado. Na aba Console podemos acompanhar o processo de compilação de cada modelo utilizado em nosso cenário LTE. Para este caso, 374 modelos serão compilados, conforme se pode observar na tela abaixo.
  32. 32. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 32 7. CAPTURA DE TRACES E ANIMAÇÃO 7.1 Configurando a captura de traces Após a compilação do cenário, o pronto de comandos do OPNET Simulation Debugger (ODB) é apresentado, juntamente com as abas Model Viewer (que permite a visualização dinâmica da animação do cenário), a aba Visualizations e a aba Progress (que permite visualizar o andamento do processo de simulação). Além disso, é mostrada a janela de inspeção da árvore de objetos no canto superior esquerdo, a janela com as abas de visualização de atributos, eventos, pacotes e transmissões wireless no canto inferior esquerdo. Já no canto inferior direito, podemos visualizar o conteúdo dos pacotes, os breakpoints e traces ODB criados por nós.
  33. 33. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 33 7.2 Help de comandos O comando help pode ser digitado no pronto do ODB para visualizar as categorias de comandos do OPNET Debugger. Pode-se obter ajuda para comandos específicos, digitando-se help <comando_desejado>, conforme exemplificado abaixo.
  34. 34. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 34 7.3 Mapeando pontos de trace O comando lmap pode ser usado para obter uma lista de labels (rótulos) usados para capturar traces de nossa preferência, dependendo do objeto de estudo. Por exemplo, abaixo o comando lmap lte foi utilizado para mostrar todas as capturas de trace possíveis para LTE. 7.4 Capturando traces relativos ao processo de handover O comando lmap handover lista todos os labels que podem ser utilizados para capturar traces relativos a processos de handover LTE. O comando ltrace lte_handover foi utilizado para configurar a captura de traces relativos aos processos de handover tanto do ponto de vista do UE quanto do ponto de vista das eNodeBs.
  35. 35. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 35 7.5 Executando a simulação Após a configuração da captura dos traces desejados, o comando continue ou um clique no botão Continue iniciará a simulação do cenário configurado. Observe que os procedimentos relativos a handover serão rastreados e mostrados na aba Console.
  36. 36. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 36 7.6 Visualizando a animação em tempo de execução Para podermos visualizar a animação em tempo de execução, a partir da aba Model Viewer, podemos fazer o seguinte: • Clicar em qualquer nó do cenário; • Ajustar o zoom do cenário com a roda do mouse; • Clicar em Clicar em Show Animations; • Clicar no botão Continue.
  37. 37. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 37 A animação dos fluxos de pacotes entre os nós de rede, bem como a mobilidade dos UEs será mostrada. No entanto, observe que isso torna a simulação extremamente lenta. Os botões Faster e Slower podem ser usados para tornar mais rápida ou mais lenta a visualização da animação. Além disso, é possível clicar em um fluxo de pacote e inspecionar dinamicamente seu conteúdo.
  38. 38. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 38 7.7 Visualizando a animação dos estados de transição dos modelos de processos Em tempo de execução, a partir da árvore de objetos em simulação, podemos selecionar um processo e visualizar dinamicamente as transições entre os estados do processo selecionado. No exemplo abaixo, o processo selecionado foi o de número 331 (wrls_phy), pertencente à camada física (PHY) do UE_0_4_1 (processo-pai número 13).
  39. 39. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 39 A figura abaixo mostra a animação do processo selecionado. 7.8 Progresso da simulação A partir da aba Progress, podemos acompanhar o andamento do processo de simulação. Por exemplo, conforme a figura abaixo, podemos verificar itens como: • Tempo real transcorrido: 7m07s; • Tempo real estimado para o término da simulação: 13s; • Tempo simulado: 9m 46s; • Número de eventos gerados: 19.409.782 (aprox. 20 milhões de eventos); • Gráfico com a velocidade da simulação ao longo do tempo.
  40. 40. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 40 Observações: • O OPNET Modeler levou em torno de 7,5 minutos para simular um cenário simples, com simulação de 10 minutos do sistema, sem modelo complexo de perda de propagação (Free Space) e sem aplicações sendo servidas e acessadas pelos UEs. • Para cenários mais complexos, envolvendo modelos complexos de perda de propagação, como Hata Extension Urban (COST-231), com aplicações VoIP, Videconferência e serviços Internet, com muitas eNodeBs e muitos UEs, o tempo de simulação pode levar dias ou semanas.
  41. 41. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 41 8. VISUALIZAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS 8.1 Visualizando os resultados Após o término da simulação, que levou 7 minutos e 21 segundos para ser concluído (de um tempo simulado de 10 minutos), podemos clicar no botão Results Browser para visualizar as estatísticas selecionadas previamente durante a configuração da simulação. A partir da aba DES Graphs, foram selecionadas as seguintes estatísticas: • LTE Associated eNodeB • LTE PHY Associated eNodeB RSRP (dBm) Associated eNodeB RSRQ (dB) Modo de apresentação: • Stacked Statistics (gráficos epilhados) • As Is (do jeito que se apresenta, sem aplicar nenhuma distribuição)
  42. 42. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 42 A partir das informações acima, podemos afirmar que o UE da subrede 0 (zero), da célula 1, dispositivo número 1 (ou seja, UE_0_1_1), após o início da simulação, que ocorreu logo após 1m30s, fez handover da eNodeB_1 para a eNodeB_2 no instante 7m10s aproximadamente. Os gráficos indicam que o handover ocorreu quando o RSRP caiu até próximo de -100 dBm, ao mesmo tempo em que o RSRQ caiu até próximo de -5 dB. Fica mais fácil perceber o ponto exato em que a queda da qualidade de sinal (RSRQ) coincide com o handover do UE_0_1_1 da eNodeB_1 para a eNodeB_2, em comparação com a queda do RSRP.
  43. 43. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 43 8.2 Aplicando um processo matemático aos dados coletados Este outro gráfico mostra o efeito da degradação da relação sinal/ruído (SNR) na perda de pacotes do UE_0_2_2.
  44. 44. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 44 No entanto, para alguns casos pode ser conveniente aplicar um processo matemático que facilite a interpretação do gráfico, como por exemplo plotar a média dos sinais ao longo do tempo, conforme mostrado abaixo: Então, passamos a ter a seguinte representação dos sinais:
  45. 45. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 45 9. GERENCIAMENTO DE CENÁRIOS A opção Scenarios do menu principal, permite fazer várias operações com cenários, como por exemplo criar, duplicar, gerenciar, comutar entre cenários, etc, conforme mostrado abaixo: A opção Menage Scenarios, por exemplo, mostra que para o prjeto Rede LTE Basica, existe apenas um cenário criado, cujo nome é baseline (cenário inicial), que está salvo (saved), atualizado (up to date), com duração de simulação de 10 minutos (Sim Duration). O fato do cenário estar atualizado significa que podemos revisitar os resultados coletados a qualquer momento, sem precisar compilar o cenário novamente.
  46. 46. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 46 10. EDITANDO O CÓDIGO-FONTE DE PROCESSOS A partir da tela do cenário LTE, podemos clicar duas vezes sobre um UE, por exemplo, e assim termos acesso ao modelo do nó desse UE, conforme mostra a figura abaixo:
  47. 47. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 47 Então, com duplo clique sobre o processo lte_as, por exemplo, teremos acesso ao diagrama de transição de estado desse modelo de processo específico. Observe que na barra de ferramentas há seis ícones: SV, TV, HB, FB, DB e TB. Esses ícones dão acesso aos códigos-fonte das variáveis de estado (SV), variáveis temporárias (TV), bloco de cabeçalho C/C++ (HB), bloco de funções (FB), bloco de diagnóstico (DB) e bloco de terminação (TB).
  48. 48. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 48 Observe que esses blocos de código-fonte também podem ser acessados através do menu suspenso Code Blocks ou de teclas de atalho, conforme mostrado abaixo: Além desses recursos, há ainda a opção de clicar com o botão direito sobre um dos estados do diagrama de transição, que nos dará acesso a um menu pop-up com mais duas opções de edição de código-fonte de um determinado estado (o estado HANDOVER no exemplo): Edit Enter Execs e Edit Exit Execs.
  49. 49. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 49 Ao clicar em Edit Exit Execs, do estado HANDOVER, do processo lte_ue_as, teremos acesso à edição do seguinte código-fonte em linguagem C/C++:
  50. 50. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 50 CONCLUSÃO Este tutorial mostrou um passo-a-passo da inicialização da ferramenta de simulação OPNET Modeler, versão 17.5 (Educational Version), a criação de um cenário básico de rede wireless usando tecnologia LTE, incluindo a coleta de estatísticas, compilação do cenário, execução da simulação, visualização e interpretação de alguns gráficos de resultados básicos e edição de código-fonte. O principal objetivo deste documento é reduzir a curva de aprendizado para iniciantes em simulação discreta, usando como ferramenta o software simulador OPNET Modeler.
  51. 51. UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário Básico de Rede LTE com OPNET Modeler 51 REFERÊNCIAS [1] Introduction of Simulation and OPNET. Disponível em http://networks2atksu.files.wordpress.com/2011/09/introduction-of-simulation-and- opnet.pptx. Visitado em em 29/10/2014. [2] Network Simulation (OPNET Modeler Suite). Disponível em http://www.riverbed.com/products-solutions/products/network-performance- management/network-planning-simulation/Network-Simulation.html. Visitado em 01/02/2014. [3] Redes LTE I: Implantações e Características Básicas. Disponível em http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialredeslte/pagina_2.asp. Acessado em 09/11/2013. [4] Long-Term Evolution Network Architecture. ftp://mtt-tpms.org/comcas/276- JGLGe6RbLxJs-2.pdf. Acessado em 09/11/2013. [5] System Architecture Evolution. http://en.wikipedia.org/wiki/System_Architecture_Evolution. Acessado em 29/10/2014. [6] Cisco ASR 5000 PDSN: Packet Core Connectivity for CDMA Networks. http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/wireless/ps11035/ps11047/ps11072/dat a_sheet_c78-607122.html. Acessado em 29/10/2014.

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