1. Simulador Híbrido para Redes Heterogéneas – Módulo WiMAX David Pubill – ResearchEngineer Centre Tecnològic de Telecomunicacions de Catalunya (CTTC) 1

3. Plataforma DEMOCLES®

4. WiMAX – Visión general

5. WiDE – WiMAX para DEMOCLES®

6. Capa física

7. Capa MAC

8. Modelo de referencia

9. Ejemplo de simulación

12. Tecnologías emergentes – Disponibilidad de equipos comerciales

13. Espacio, condiciones de trabajo, coste de los equipos,…

14. Errores de hardware, interferencias,…Demostrador en Laboratorio Opción 2 Simulador híbrido DynamicrEsource Management fOradvanCedmuLtiplecarriErsyStemplatform (DEMOCLES®) 3

16. Proporcionar al usuario siempre la mejor conexión posible entre las distintas tecnologías (alwaysbestconnected).

18. Control de congestión

19. Gestión del control de transmisión

20. SchedulingEvaluación de la SINR Sistemas compatibles RRM Simulador nivel de enlace (SINR vs BER) Diagrama funcional de DEMOCLES® 4

21. Plataforma DEMOCLES® II La plataforma DEMOCLES®, a día de hoy, permite simular WIFI, UMTS y WIMAX. La parte de WIMAX es la que se ha desarrollado para este trabajo y le denominaremos a partir de ahora módulo WiDE (WiMax para DEMOCLES®) RRM (Radio Resource Management) UMTS WIFI ARQ OFDM OFDMA RELAY WIMAX (WiDE) DEMOCLES® 5

23. El grupo de trabajo IEEE802.16 define las especificaciones de WIMAX refiriéndose a las 3 capas más bajas de la pila de protocolos de la OSI:

24. Capa física (PHY)

25. Capa de control de acceso al medio (MAC)

26. Capa de red

27. El organismo regulador de WiMAX desde 2001 es el WiMAX Forum, el cual se encarga de certificar los equipos WiMAX asegurando la compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos fabricantes.

28. Algunos estándares del IEEE802.16 que se han tenido en cuenta en WiDE:

29. IEEE802.16-2004 , estándar para los sistemas fijos

30. IEEE802.16-2005 (IEEE802.16e), estándar para los sistemas móviles

31. IEEE802.16j, estándar que introduce las estaciones repetidoras

32. IEEE802.16m, estándar que propone una extensión de WiMAX para alcanzar los requisitos para los nuevos criterios definidos por el IMT-Advanced (requisitos definidos por la ITU):

33. 1 Gbit/s para sistemas fijos

34. 100 Mbit/s para sistemas móviles6

36. Scheduling OFDMA

37. PUSC

38. MIESM

39. Funcionalidades de relay

42. Escenarios multi-tecnología

43. Motor cross-layer

45. Protocolos (transporte, enrutamiento,…)

46. Varias aplicaciones

47. Varias tecnologías radio

48. MIRACLE (Multi-InteRfAce Cross-LayerExtension): Extensión para ns2 que soluciona algunas de las deficiencias que presenta el propio ns2.

49. NIST (NationalInstitute of Standards and Technology): Esta extensión supone una buena solución para la implementación de la capa MAC y, además, está integrada en la plataforma MIRACLE por la Universidad de Karlstad7

52. Shadowing (o desvanecimientos lentos) – Modelo Gudmundson

53. Path-loss(o pérdidas de canal) – Modelo HataPara modelar el rendimiento del enlace se ha interactuado un simulador de enlace (implementado por el CTTC) con técnicas de LSM (Link toSystemMapping). Diagrama de bloques del esquema de mapeado: 8

54. WiDE – Capa física - Modelos OFDMA Distancia vs Velocidad de transmisión según el modelo de “propagación en disco” R Distancia vs Velocidad de transmisión según la aproximación LSM. Se define el esquema de señalización PUSC (24 subportadoras de datos y 2 reservadas para pruebas piloto). Permite monitorizar la SINR a nivel de subportadora. Implementados los módulos OFDM y OFDMA en modo TDD 9

56. Es un esquema híbrido acumulativo y selectivo de retransmisión

57. Un receptor puede reconocer un grupo de bloques adyacentes gracias a los mapas de secuencia

58. Permite la recopilación de toda la información necesaria en el lado del receptor para retransmitir los bloques (o secuencias de los mismos) que no se hayan recibido correctamente.

59. Se han introducido nodos repetidores (RS) que sumados a las estaciones base (BS) y a los equipos de usuario (SS) permiten simular un escenario WIMAX completo. Por lo tanto, podemos:

60. simular una comunicación directamente entre BS y SS

61. simular una comunicación a través de RSRS BS SS 10

62. WiDE – Cuadro resumen 11

64. NSP(Network ServiceProvider) es la entidad que gestiona las peticiones entrantes de conexión y negocia los requisitos de servicio (QoS, iniciar comunicación, gestión de conexiones,…)12

65. WiDE – Ejemplo de simulación I – IPTV Evalvid es una herramienta que permite evaluar la calidad de un vídeo transmitido a través de una red de comunicaciones real o simulada. Permite obtener estadísticas sobre PSNR (Picture SignaltoNoise Ratio), pérdidas de paquetes y jitter. Escenario simulado: Vídeo-streaming en downlink Nodo recolector (Servidor) Terminal (Rx) 7. Vídeo 7. Vídeo Estación Base (Tx) 6. Puerto 6. Puerto 5. IP/Enrutamiento 5. IP/Enrutamiento 5. IP/Enrutamiento 4. IP/Interfaz 4. IP/Interfaz 4. IP/Interfaz 4. IP/Interfaz 3. Capa de enlace 3. Capa de enlace 3. Capa de enlace 3. Capa de enlace 2. 802.16 SS MAC 2. 802.16 BS MAC 2. Capa MAC 2. Capa MAC 1. OFDM 1. OFDM 1. N/A 1. N/A Canal inalámbrico Enlace dúplex 13

66. WiDE – Ejemplo de simulación II - IPTV Con el fin de obtener estadísticas que permitan caracterizar este escenario se han introducido algunos errores en el canal a medida que un usuario se aproxima al límite de la celda de cobertura, de tal manera que algunas ráfagas de datos no lleguen al terminal y provocan la recepción de paquetes fuera de secuencia. Vídeo transmitido (referencia) Vídeo recibido con errores Los errores se aprecian por el pixelado y el desdoblamiento de imagen 14

67. WiDE – Ejemplo de simulación III - IPTV Se muestra el número de paquetes recibidos fuera de secuencia en función del tiempo de recepción del vídeo. Este ejemplo también podría simular una degradación de la señal WiMAX debido a interferencias, ya que un aumento de las señales interferentes provoca una disminución de la SINR que, a su vez, provoca que el receptor no reciba correctamente los paquetes. Se muestra la PSNR en el transmisor (línea discontinua) y en el receptor (línea continua) en función del tiempo de recepción del vídeo. El vídeo transmitido se degrada debido a la codificación en el transmisor, mientras que se puede apreciar claramente en la curva del receptor las degradaciones debidas a los errores ocurridos durante la transmisión entre los segundos 3 y 6 donde el nivel de PSNR baja debido a un incremento considerable de los paquetes perdidos. 15

69. Se ha modelado la capa física teniendo en cuenta las interferencias y el fenómeno de la propagación y manteniendo una complejidad computacional relativamente baja.

70. Se han introducido la funcionalidades propias de las estaciones repetidoras para poder simular escenarios lo más realistas posibles, desde arquitecturas punto a punto/multipunto o topologías malladas (o mesh).

71. Esta plataforma es completamente escalable. Por lo tanto, puede adaptarse con facilidad para estudiar nuevas tecnologías radio que precisen de escenarios de investigación muy concretos.

72. Trabajo futuro

73. Actualizar el simulador WiDE con futuras actualizaciones de la tecnología de acuerdo a los avances del grupo de trabajo del IEEE 802.16.

74. Ampliar DEMOCLES® con nuevas tecnologías emergentes como, por ejemplo, Long TermEvolution (LTE).16

75. www.eusipco2011.org 17 ¡Muchas gracias por su atención! David PubillFondevila dpubill@cttc.es CTTC