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Modelagem da G.798 no OMNeT++

Felipe Pedroni FavoretoRodrigo Stange Tessinari

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Sumário• Simulação de Eventos Discretos

• Ferramentas de Simulação

• 3 simuladores - comparação

• OMNeT++

• Caracteristicas – Estrutura Geral – lig NED – Passos de um projeto

• Redes OTN no OMNeT++

• Canal óptico -

• Modelagem da G.798

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SIMULAÇÃO DE EVENTOS DISCRETOS

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• Em computação, simulação consiste em empregar técnicas matemáticas em computadores com o propósito de imitar um processo ou operação do mundo real.

• Quando usar simulação?– Para descrever ou validar o comportamento de um sistema:

→ como funciona x como pensam que funciona.

– Quando experimentar é dispendioso.

• Modelagem Analítica x Simulação– Complexidade do sistema em análise.

– Qualidade das análises ↔ qualidade do modelo.

Simulação

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• Simulação Discreta: Implica na mudança de estado em tempos discretos.

• Conceitos Básicos:– Entidades ou Objetos– Parâmetros e estados do objeto– Tempo Simulado– Lista de Eventos

• passos• saltos

Simulação de Eventos Discretos

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FERRAMENTAS DE SIMULAÇÃO

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• Ferramentas livres mais utilizadas atualmente:– OMNeT++– NS2 (NS3)– GLASS/SSFNet

• Ferramentas pagas:– OPNET

• OMNeT++ 4.0– Melhorias nas linguagem de descrição da rede;– Conceito de herança;– Portabilidade de códigos anteriores a versão 4.0 e INET;– Nova IDE.

Ferramentas de Simulação

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• Usado por empresas como: Lucent Bell Labs (análise de protocolos) e Siemens (projetos internos de pesquisa).– Fonte:http://www.omnetpp.org/index.php?topic=Companies

• Porque não utilizar o NS2/NS3/OPNET?– NS3 não é compatível com código fonte do NS2;– Poucas bibliotecas de rede foram convertidas para o NS3.– OPNET é um simulador pago, cujos código fonte não é

• OMNeT++– Excelente desempenho: escrito em C++;– Uso de uma linguagem de descrição de topologia própria;– Software Livre com 100% de seu código-fonte disponível.

Ferramentas de Simulação (2)

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OMNeT++

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OMNeT++:Principais elementos

• Módulos, parâmetros, gates, conexões• Canal de transmissão• Mensagens e Eventos• NED (Network DEscriptor) → conexão entre os objetos• Executável gerado/ Bibliotecas• Modos de execução (gráfico ou não-gráfico)• OMNET e INET

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Módulos

• Um módulo é o principal componente de uma simulação,

representa uma entidade a ser simulada, por exemplo, um

roteador, uma placa Ethernet.

• Módulo simples

– Indivisível

– Descrição: linguagem NED (NEtwork Description)

• Parâmetros, Gates

– Comportamento: Código C++

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Módulo Simples

• Descrição: Linguagem .NED

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Módulo Composto

• Composto internamente por um ou mais módulos Simples

ou outros módulos compostos.

– Não possui código C++ para descrever o comportamento

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Criando uma rede• Uma Network é um composta de módulos simples ou compostos, conectados entre

si através da ligação de seus gates por um canal (channel)

• Instância os módulos simples ou compostos: tic/toc = objeto, Txc1=classe

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Mensagens

• Todos os eventos do OMNET++ são baseados em

mensagens e no seu escalonamento

• As mensagens são usualmente trocadas entre as portas

de input e output dos módulos simples e compostos.

• Quando a porta está conectada a um canal, a mensagem

pode sofrer atrasos, caso o canal não seja ideal como no

exemplo anterior.

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Exemplo: Tictoc (1)

• Modelar um sistema formado por dois nós enviando a mesma mensagem que receberam

• Primeiro: Definição do módulo simples no arquivo Tictoc1.ned

• Segundo: Definição do código C++ do módulo simples

Txc1

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Principais funções do código C++

• Initialize() permite a execução de qualquer código antes

de iniciar a simulação. NÃO é o construtor do objeto.

• HandleMessage() é a função responsável por realizar o

tratamento de qualquer mensagem que chega ao módulo

simples, independente de qual seja a porta de entrada.

• No exemplo, todas mensagens chegam pela porta “in”,

definida no tictoc1.ned, e é automaticamente

retransmitida para a porta “out”.

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Obs.:Orientação a objetos

• Observe que todos os componentes do OMNET++ são

uma classe no código C++. Embora na utilização apenas

se reescreva o código do módulo simples, outros objetos

como gates, o módulo composto, os canais, todos

possuem um código C++ na API do OMNET.

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Arquivo de configuração

• Ultimo Passo: arquivo omnet.ini.

– Possui as opções de execução da simulação

– Pode ser usado apenas um para o projeto inteiro, independente de quantas redes estão sendo simuladas

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Compilação e Execução

• Para compilar, basta clicar em cima do projeto com o botão direito e selecionar Build Project.

• Para executar, basta deixar o arquivo de configuração aberto na IDE e clicar em “run”, que uma configuração de execução será automaticamente criada para aquela pasta.

• A IDE então chama a interface gráfica do OMNET.

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REDES OTN NO OMNeT++

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Primeiro desafio: O Canal Óptico• Tipos de canais do OMNeT++

• IdealChannel• DelayChannel• DatarateChannel

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• Suponha que o módulo d1 deseja enviar uma mensagem.

• Ao executar a linha de código send (msg, “out”);, o módulo simples envia a mensagem para o cGate de nome out, que por sua vez envia para o canal.

• Até esse ponto a mensagem não está escalonada. O Canal calcula então o tempo que a mensagem vai demorar para ser entregue ao módulo de destino (ou seja, no outro lado do canal).

Como acontece uma transmissão?

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• No exemplo Titoc1, com um delaychannel, esse tempo era de 0,1 ms. O parametro arrivalTime é então modificado para:

sendingTime+delay

• A msg é por fim colocada em uma fila de escalonamento de acordo e o parametro:

isScheduled = true

Como acontece uma transmissão?

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Exemplo de uso dos canais

• Sem nenhum parâmetro, o OMNeT++ interpreta como um IdealChannel, a mensagem chegará instantaneamente ao outro módulo. Isso vale tanto ao ligar módulos dentro de uma uma rede ou dentro de um módulo composto

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Exemplo de uso dos canais

• No caso do ned. DatarateChannel, é possível especificar– datarate, delay, BER (Bit Error Rate)

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Herança• Na nova versão do OMNeT++ existe o conceito de herança

• É possíve criar módulos e canais apartir de um canal pré-existente

• Exemplo: canal com calculo do atraso com base no tamanho e na (obs.: só altera no NED, e não o código C++ da classe, que está no Kernel do

OMNeT++).elocidade de propagação

Fonte: http://omnetpp.org/doc/omnetpp40/manual/usman.html#sec126

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• Não existe canal óptico no OMNET++.

• Implementações de rede ópticas simplificadas ou mal formuladas:• Ex: implementações de um canal WDM formado por um

conjunto de DatarateChannel

• Solução Encontrada: Extender o DatarateChannel

O Canal Óptico

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Requisitos e Implementação do canal óptico• Requisito 1: poder enviar diferentes sinais ao mesmo

tempo quando eles estiverem em diferentes comprimentos de onda.

• Requisito 2: Modelar o comportamento para esses canais em termos atraso, taxa de erro, queda de potência do Sinal, etc.

• Implementação– Herdar diretamente do DatarateChannel -> NÃO seria

possível implementar o envio de vários sinais independentes, pois só é possível enviar uma mensagem, com tamanho diferente de zero, por vez.

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Solução

• Utilizar o código C++ do Kernel do OMNET da classe

DatarateChannel para criar um novo tipo de canal.

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Modelagem de uma fibra WDM• OMNET: mensagem = eventos e transmissões.

• Nova classe OpticalChannel:– Permite envio de mais de uma mensagem ao mesmo

tempo (desde que ambas possuam comprimentos de onda distintos).

– Cada mensagem representa a transmissão de um sinal óptico em um determinado comprimento de onda.

– Implementação: idem módulo simples, porém herda da classe.

• Arquivo .ned;

• Código C++: implementa o código.

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Descrição da classe (OpticalChannel.ned)channel OpticalChannel

{ parameters:

@class(OpticalChannel);

int wavelengths= default(0);

double distance = default(0);

double powerdecrease = default(0);

double datarate @unit(bps)=default(0);

double ber = default(0);

double per = default(0);

bool disabled = default(false);

}

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• Cópia do código de cDatarateChannel.h e cDatarateChannel.cc.

• Objetivo: diz “o que fazer” quando receber uma mensagem de um cGate. A principal mudança é que não bloqueia mensagens simultâneas com comprimentos de onda diferentes.

• É necessário, assim como os módulos simples, dizer para a API do OMNeT++ que aquela classe existe.

• Em OpticalChannel.cc executa-se o comando:

Register_Class(OpticalChannel);

Código C++ da classe

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Mensagem ópticapacket OTNMsg{

int wavelength=0;//the first free wavelength in the fiber

bool isOSC=false;//true if this represente a traffic in a supervisor channel

double power=-1; //POTENCIA DO SINAL (inicializar com o valor de saída de um

equipamento)

double SNR=1; //RELACAO SINAL RUIDO

//parametros utilizados internamento no equipamento

int fiber=-1;//identifica a parta de chegada de um sinal

}

• Classe filho de cPacket

– Tamanho > 0 -> tempo de transmissão

• Velocidade de propagação: depende do parâmetro datarate do OpticalChannel

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• Apenas mensagens OTNMsg podem trafegar no OpticalChannel.

• Em cada mensagem precisa ser configurado o comprimento de onda que indica o canal em que ela será transferida.

• Uma mensagem OTNMsg, por ser filha da classe cPacket, herda o parâmetro tamanho (numero de bits). Com esse parametro é possível calcular o tempo de transmissão.

• Assim, uma OTNMsg representa um fluxo óptico durante o tempo de transmissão de todo a OTNMsg. Parametros de potencia, comprimento de onda

Operação

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OpticalChannel em mais detalhes//New optical parameters -> OpticalChannel.h

double distanceparam;// in meter

double powerdecreaseparam;// power decrease percentage per meter

simtime_t *delayparamp;// propagation delay per wavelength (not from .ned or .ini.

it must be calculated based on distance and light speed)

double *datarateparamp;// data rate

double *berparamp; // bit error rate per wavelength

double *perparamp; // OTN frame error rate per wavelength

bool *disabledparamp;// indicate if the wavelength at position 'i' of the vector

are disabled

// BUT to disable all channels it's used the flags variable, inherited from

cNamedObject

int wavelengthsparam;// number of wavelengths in the channel

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MODELAGEM DA RECOMENDAÇÃO ITU-T G.798

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r • Análise dos blocos funcionais G.798 a serem modelados:– Criação dos Módulos Simples;– Criação das Classes em C++.

• Criação das mensagens necessárias.

• Modelagem dos equipamentos:– Criação de Módulos Compostos.

• Criação da rede OTN:– Definição da topologia;– Simulação.

Metodologia

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r • Componentes implementados:– Blocos funcionais:

• OTSn_TT_Sk, OTSn_TT_So;• OTSn_OMSn_A_Sk, OTSn_OMSn_A_So; • OMSn_TT_Sk, OMSn_TT_So;• OMSn_OCh_A_Sk, OMSn_OCh_A_So.

– Módulo auxiliar:• Host_OCh.

– Mensagens:• OTNMsg, OTNMsgOH, SIGNALMsg.

– Equipamentos:• Amplificadores de linha (unidirecional e bidirecional);• Host OTN com cinco comprimentos de onda.

• Simulação:– Rede com 2 hosts e um amplificador bidirecional.

Modelagem

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Blocos Funcionais

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OTSn_TT_Sk

Metodologia

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r • Terminação Digital X terminação Óptica:• D1, D2 e D3 => nós digitais / o1, o2 e o3 => nós ópticos.• t1 => tempo de propagação / t2 => tempo de transmissão.

• Em um nó óptico não há armazenamento do sinal sendo transmitido, portanto não é necessário esperar pela transmissão de toda a mensagem OTN.

OTSn_TT_Sk (2)

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OTSn_TT_So

Metodologia

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OTSn_OMSn_A_Sk

Metodologia

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OTSn_OMSn_A_So

Metodologia

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OMSn_TT_Sk

Metodologia

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OMSn_TT_So

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OMSn_OCh_A_Sk

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OMSn_OCh_A_So

Metodologia

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• Mensagem utilizada pelo canal de serviço;

• Herda todos os parâmentros da classe OTNMsg;

• Transporta as informações relativas aos alarmes das camadas OTS, OMS e OCh.

Mensagens – OTNMsgOH

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Mensagens – SIGNALMsg

• Mensagem utilizada na comunicação dos alarmes entre blocos funcionais.

• Contém apenas um valor booleano, indicando o valor do alarme em questão.

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Mensagens – SIGNALMsg (2)• Exemplo de uso: Entre as funções de terminação de trilha

e funções de adaptação no lado sink da camada OMS.

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Módulo Auxiliar – Host_OCh

• Módulo Simples responsável por gerar mensagens OTN.

• Gera mensagens de payload coloridas (não moduladas) e mensagens de cabeçalho (elétrico).

• Simula um cliente da rede.

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Amplificador de Linha Unidirecional

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Amplificador de Linha Bidirecional

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Host OTN com 5 Comprimentos de Onda

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Simulação da Rede

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Muito Obrigado