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SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTOPARA 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:-
Simulación de RedesLoja - 2014 2
� Tipos de modelos:• Deterministas• Empíricos• Estocásticos
complejidad-
+precisión
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
Simulación de RedesLoja - 2014 3
� COST-Hata
� Espacio libre (expresión de Friis)
� Logaritmo de la distancia
� 3 x logaritmo de la distancia
� Tierra plana (dos rayos)
� Jakes
� Nakagami
Modelos de propagación en ns-3
Simulación de RedesLoja - 2014 4
Modelos de propagación en ns-3
Simulación de RedesLoja - 2014 5
Modelos de propagación en ns-3
Simulación de RedesLoja - 2014 6
Modelos de propagación en ns-3
Simulación de RedesLoja - 2014 7
Modelos de propagación en ns-3
Simulación de RedesLoja - 2014 8
Modelo de potencia recibida fija (FixedRssLossModel)
• Se fija un valor predefinido de potencia que alcanza al receptor
Simulación de RedesLoja - 2014 9
Modelo de matriz de pérdidas (MatrixPropagationLossModel)
• Se genera un matriz de dimensión MxN (Mtransmisores, 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
Simulación de RedesLoja - 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)
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Modelo de alcance máximo (RangePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 12
Modelo de pérdidas aleatorias (RandomPropagationLossModel)
• Las pérdidas de propagación siguen una distribución aleatoria
Simulación de RedesLoja - 2014 13
Modelo de pérdidas aleatorias (RandomPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 14
Modelo de COST 231
• Modelo empírico, basado en medidas realizadas en entornos urbanos
d
h∆hm
∆hB
hB
Simulación de RedesLoja - 2014 15
W
b
hroof
∆hm
hm
base
φ móvil
Modelo de COST 231
Lrts: Pérdidas por reflexión edificio-calle (reflection terrace to street)
Lori: Pérdidas por orientación de la calle respecto a LOS
( )0log20)MHz(log10log109,16 ≥+∆++−−= rtsorimrts LLhfWL
mroofm hhh −=∆
[ ][ ]
<Φ≤−Φ+≤ΦΦ+−
= º553535)(º075,05,2
º35)(º3571,010
oriL
Simulación de RedesLoja - 2014 16
Lmsd: Pérdidas por difracción multipantalla (multi screen diffraction)
Lbsh: Pérdidas por altura de estación base(sólo aplicable para ∆hB>0)
[ ] <Φ≤−Φ− º905555)(º114,04
( )0log9)MHz(·log)km(log ≥−+++= msdfdabshmsd LbfkdkkLL
)1log(18 Bbsh hL ∆+−=
roofBB hhh −=∆
Modelo de COST 231
ka: Pérdidas cuando la antena de la BS está por debajo de hroof
kd: Pérdidas por difracción
roofBB hhh −=∆
<<∆∆−≥<∆∆−
≥∆=
kmdhdh
kmdhh
h
k
BB
BB
B
a
5,00)km(6,154
5,008,054
054
∆≥∆
=018 B
hh
k
Simulación de RedesLoja - 2014 17
kf: Dependencia de la frecuencia
<∆∆−=
01518 Broof
Bd hh
hk
−
−+−=
1925
5.1
1925
7.04
MHz
MHz
f f
f
k
ciudades medianas y centros suburbanos
centros metropolitanos
Modelo de Hata
L50 = 69.55 + 26.16 log f - 13.82 log hB - a(hm) + (44.9-6.55 log hB) log dCorrección por altura del móvil
a(hm) = 0 para hm = 1,5 m
Ciudad media-pequeñaa(hm) = (1,1 log f - 0,7) hm - (1,56 log f -0,8)
Ciudad grandea(hm) = 8,29 (log 1,54 hm)2 -1,1 f ≤ 200 MHz
d (km)
hB, hm (m)
f (MHz)
Simulación de RedesLoja - 2014 18
a(hm) = 8,29 (log 1,54 hm) -1,1 f ≤ 200 MHza(hm) = 3,2 (log 11,75 hm)2 - 4,97 f ≥ 400 MHz
Corrección por tipo de entorno no urbano
Zona Suburbana
Zona Rural
( ) 4,528)]/(f[log2 25050 −⋅−= urbanoLL
( ) 94,40log33,18)(log78,4 25050 −+−= ffurbanoLL
Modelo de COST-Hata (Cost231PropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 19
Modelo de COST-Hata (Cost231PropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 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.)
L.O.S.Ptx
Prxf λ
Simulación de RedesLoja - 2014 21
� Teoría de ondas planas (d>>λ)
transmisor receptor
L.O.S.
d
Prxf (c/λ)
2
4
=
dPP txrx π
λ 2−∝ dPrx
( ) ( ) kmMHztxrx dfdBmPdBmP log20log204.32 −−−= ( ) ( )dBGdBG rxtx ++
Modelo espacio libre o de Friis (FriisPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 22
Modelo espacio libre o de Friis (FriisPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 23
Modelo espacio libre o de Friis (FriisPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 24
Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel)
Espacio libre (cota superior, ∝ d-2)
Simulación de RedesLoja - 2014 25
Las pérdidas aumentan en entornos con mayor densidad de obstáculos
Parámetros de las medidas
Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 26
Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 27
Logaritmo de la distancia (LogDistancePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 28
3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 29
3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 30
3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 31
3 log de la distancia (ThreeLogDistancePropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 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 hB del suelo• Receptor a una altura hm del suelo• La superficie de la Tierra es un plano ideal (ρ≈-1)• Modelo de máxima atenuación con la distancia
mB hhd >>
Simulación de RedesLoja - 2014 33
hB
hm
d
( )rxtx
mBtxrx GG
d
hhPP
4
2
≅
4−∝ dPrx
λmB hh
d >>
2 Rayos -Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel)
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2 Rayos -Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 35
2 Rayos -Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 36
2 Rayos -Tierra Plana (TwoRayGroundPropagationLossModel)
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Propagación multicamino
� La señal se propaga desde el transmisor hasta el receptor siguiendo múltiples trayectorias o caminos (multitrayecto)
Simulación de RedesLoja - 2014 38
• Las longitudes de los caminos recorridos por los diferentes rayos son distintas � los desfases son distintos
Cuando se combinan dos ondas con distintas fases, el resultado puede ser:a) Constructivob) Destructivo (iguales amplitudes, caso peor)c) Caso intermedio entre los anteriores
CONSECUENCIA
Propagación multicamino
Sucesión de interferencias constructivas y destructivas
Simulación de RedesLoja - 2014 39
Propagación multicamino
-10
-5
0
5
-20
-15
-10
-5
0
5
Ga
nan
cia
mu
ltica
min
o (
dB)
Simulación de RedesLoja - 2014 40
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
distancia (λ)
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-40
-35
-30
-25
tiempo (ms)
Ga
nan
cia
mu
ltica
min
o (
dB)
Modelo de Jakes (JakesPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 41
Modelo de Jakes (JakesPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 42
Modelo de Jakes (JakesPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 43
Modelo de Nakagami (NakagamiPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 44
Modelo de Nakagami (NakagamiPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 45
Modelo de Nakagami (NakagamiPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 2014 46
Modelo de Nakagami (NakagamiPropagationLossModel)
Simulación de RedesLoja - 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
Simulación de RedesLoja - 2014 48
./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
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
Simulación de RedesLoja - 2014 49
$ 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
Otros modelos disponibles en ns-3
• Okumura-Hatastatic TypeId tid = TypeId ("ns3::OkumuraHataPropagationLossModel")
• ITU-R 1411static TypeId tid = TypeId ("ns3::ItuR1411LosPropagationLossModel")
static TypeId tid = TypeId("ns3::ItuR1411NLosOverRooftopPropagationLossModel")
• Kun 2600 MHz
Simulación de RedesLoja - 2014 50
• Kun 2600 MHzstatic TypeId tid = TypeId ("ns3::Kun2600MhzPropagationLossModel")
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