OPNET OPNET Modeler 10.5 Simulador de Redes Manual de usuario

Secció de l’EPSEVG
Curs 2004/2005
Quadrimestre de Tardor
OPNET:
Manual de usuario
Departament d'Enginyeria Telemàtica
Secció d'Enginyeria Telemàtica de l’EPSEVG
Setembre 2004
2
Pràctica 1: Transmissió de dades
Contenido
Prólogo ………………………………………………………………..
Capítulo 1. Introducción a los Simuladores……………………...
1.1.
Introducción
1.2.
Tipos de simulación
1.2.
Pasos a seguir para una correcta simulación
1.4.
Fiabilidad de los resultados obtenidos
1.5.
Tiempo de simulación y número de eventos
Capítulo 2. Simulador OPNET ………………………………
2.1.
Introducción
2.2.
Que es OPNET?
2.2.
Como funciona OPNET Modeler
2.4.
Fases para la realización de una simulación en OPNET
2.5.
Componentes del OPNET Modeler
2.6.
Simulación DES
2.7.
Simulaciones en OPNET
3
OPNET: Manual de usuario
1.1.- Introducción
Capítulo 1
Definimos simulación como una técnica que imita el comportamiento de un sistema
del mundo real conforme evoluciona en el tiempo. Por lo tanto, se podrá analizar y
observar características, sin la necesidad de acudir al sistema real.
Surgen pues, de éste concepto, dos nuevas definiciones:
-
Modelo de simulación que se refiere al conjunto de hipótesis acerca del
funcionamiento del sistema expresado como relaciones matemáticas y/o lógicas
entre los elementos del sistema.
-
Proceso de simulación que será la ejecución del modelo a través del
tiempo en un ordenador para generar nuestras representaciones del
comportamiento del sistema.
En resumen, podemos decir que el modelo hace referencia a la representación del
Introducción a los simuladores
sistema real que vamos a analizar, las condiciones de su funcionamiento, y las variables
que emplea. En cambio, el proceso hace referencia a una ejecución concreta, con unos
valores asociados a las variables que se pueden ajustar en el modelo, y que se realiza
para obtener los resultados referidos a ciertos parámetros que especifican el
comportamiento del sistema.
La simulación se limita a informar de cuál sería el comportamiento del sistema
analizado en las condiciones que se indiquen para un proceso determinado.
Otro punto a tener en cuenta son los resultados obtenidos por el simulador. El proceso
se basa en el muestreo aleatorio, es decir, los resultados que de ella se extraigan, están
1.1.- Introducción
sujetos a variaciones aleatorias y por este motivo los resultados obtenidos han de ser
1.2.- Tipos de simulación
examinados. Por lo tanto los resultados tendrán que ser evaluados y comprobar si éstos
1.2.- Pasos a seguir para una correcta simulación
resultados son fiables o no conforme a las previsiones que se tenían antes de realizar
1.4.- Fiabilidad de los resultados obtenidos
1.5.- Tiempo de simulación y número de eventos
dicho proceso.
Otra definición muy importante corresponde a la de sistema. Un sistema es un
conjunto de elementos que, actúan e interactúan para lograr algún fin lógico.
Cuando hablamos de estado del sistema hacemos referencia al conjunto de variables
necesarias para describir el estado del sistema en un determinado instante de tiempo.
Entre todas estas variables tenemos que distinguir las entradas y las salidas. Las
salidas serán los objetivos de nuestro estudio, expresados mediante valores numéricos.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Las entradas serán los valores numéricos que permitan iniciar la simulación y obtener
las salidas. En estas entradas, se incluyen:
-
Las condiciones iniciales: Valores que expresan el estado del sistema al
principio de la simulación.
-
representación de un sistema donde su comportamiento cambia de forma
continua en el tiempo.
Datos determinísticos: Valores conocidos necesarios para realizar los
cálculos que producen las salidas.
-
- Simulación continua: Se denomina modelo de simulación continuo a la
Datos probabilísticos: Cantidades cuyos valores son inciertos pero
necesarios para obtener las salidas del sistema. Los valores específicos de estos
- Simulación Discreta: Se denomina modelo de simulación discreto a la
representación de un sistema donde su comportamiento cambia únicamente en
instantes de tiempo concretos, eventos.
datos deben conocerse a través de una distribución de probabilidad.
1.2.- Tipos de simulaciones
Existen varias características de las cuales podemos clasificar las simulaciones. En
este apartado se muestran algunas de estas posibles clasificaciones:
1.2.- Pasos a seguir para una correcta simulación
Cuando nos disponemos a realizar una simulación que nos informe de lo que
realmente nos interesa acerca del modelo y garantice una cierta fiabilidad de los
resultados, tenemos que seguir una serie de procedimientos determinados:
- Simulación estática: Se denomina modelo de simulación estática a la
representación de un sistema en un instante de tiempo determinado.
1.- En primer lugar, enunciar explícitamente los objetivos que se pretenden: los
interrogantes que se nos plantean, las hipótesis que se quieren demostrar, y las
distintas posibilidades a considerar.
- Simulación dinámica: Se denomina modelo de simulación dinámica a la
representación de un sistema cuando evoluciona con el tiempo.
2.- A continuación se ha de proceder con la creación del modelo. En nuestro caso, el
diseño de la red que hemos de analizar.
2.- Posteriormente, se tendrá que diseñar un programa de ordenador para el modelo.
- Simulación determinista: Se denomina modelo de simulación determinista a la
representación de un sistema que no contiene absolutamente ninguna variable
aleatoria.
4.- Deberemos de verificar el programa y validar el modelo.
5.- En este momento, ya estamos en disposición de utilizar el modelo para
experimentar y contestar a las preguntas que inicialmente se nos planteaban.
6.- Finalmente, tendremos que reunir, procesar y analizar los datos generados como
- Simulación aleatoria: Se denomina modelo de simulación aleatoria a la
representación de un sistema que contendrá variables aleatorias.
soluciones del modelo y en términos de validez y fiabilidad estadística.
OPNET: Manual de usuario
1.4.- Fiabilidad de los resultados obtenidos.
OPNET: Manual de usuario
De igual forma, el número de eventos serán el número de llegadas o salidas que se
producen durante la simulación. Se establece que a mayor número de eventos, en
Como es lógico, podemos decir que una sola simulación proporciona un único valor
iguales condiciones, la fiabilidad se ve incrementada.
de entre muchos posibles resultados, que puede ser distinto cada vez, como
Será, pues, de especial importancia, prestar atención a que el número de eventos que se
consecuencia del carácter aleatorio de algunas de sus variables. Por ello, tenemos que
sucedan en una determinada simulación sea suficiente para garantizar que los resultados
acudir a las técnicas de inferencia estadística para establecer el número de simulaciones
son estadísticamente fiables.
requerido con el objetivo de proporcionar un nivel deseado de confianza. Estas técnicas
tienen que ser utilizadas también a la hora de reunir los datos que sirven como entradas.
Expresaremos la confianza en el resultado como la probabilidad de que el valor del
sistema real esté comprendido en un intervalo que tenga por centro el valor estimado.
Este intervalo se denomina intervalo de confianza. La determinación de estos intervalos
de confianza en las simulaciones no resulta sencillo debido a que las salidas no suelen
ser independientes (por ejemplo, si en una red consideramos como salidas el
rendimiento (throughput) y el retardo, un aumento en el primero vendrá acompañado de
un incremento en el segundo), y las condiciones iniciales pueden influir
considerablemente en los resultados.
1.5. Tiempo de simulación y número de eventos.
El tiempo y el número de eventos son parámetros propios de la simulación y están
íntimamente ligados a la fiabilidad con que podemos aceptar los resultados que ésta nos
devuelve. El tiempo de simulación como su propio nombre indica, permite especificar
cuánto tiempo vamos a suponer que está en funcionamiento nuestro sistema, para
observar su comportamiento a lo largo de ese periodo, lo cual implicará si estamos
calculando valores medios, por ejemplo, calcular la media del valor que toma ese
parámetro a lo largo de todo el periodo de simulación.
Gracias a estas técnicas, resulta posible estudiar el comportamiento que tendría un
sistema en un largo periodo de tiempo empleando para ello un tiempo
considerablemente menor. De manera intuitiva, se puede decir que la fiabilidad de un
resultado que haga referencia a la media de una cierta variable, aumentará con el
tiempo de simulación si el resto de entradas se mantienen constantes.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
2.1.- Introducción
Capítulo 2
Las simulaciones de sistemas utilizando equipos informáticos son en la actualidad de
gran aplicación en el ámbito de la ingeniería. En ellas se puede observar la evolución
del sistema, sus características, propiedades…, existiendo únicamente en la memoria de
un ordenador. El objetivo que busca todo simulador es recrear un modelo lo más fiable
posible a la realidad, al menos en cuanto a las características a estudiar, para poder
Simulador OPNET
extrapolar los resultados obtenidos mediante la simulación.
En el campo de las redes de telecomunicaciones se ha experimentado un crecimiento
exponencial a nivel mundial, esto ha dado lugar a la necesidad de su sofisticación. Por
ello se prioriza disponer de un simulador de red que ofrezca herramientas potentes con
el objetivo de diseñar modelos, simular datos y analizar la redes.
Opnet Modeler es capaz de simular una gran variedad de redes. El flujo de mensajes
de datos, paquetes perdidos, mensajes de flujo de control, caídas de los enlaces, son
algunas de las opciones que nos permite estudiar este simulador; proporcionando a las
universidades e ingenieros la forma más efectiva para demostrar los diferentes tipos de
2.1.
Introducción
2.2.
Que es OPNET?
2.2.
Como funciona OPNET Modeler
2.4.
Fases para la realización de una simulación en OPNET
2.5.
Componentes del OPNET Modeler
2.6.
Simulación DES
2.7.
Simulaciones en OPNET
redes y protocolos.
OPNET proporciona librerías y gracias a ellas se consigue la formación de redes de
comunicaciones y se facilita el estudio del desarrollo de los modelos mediante la
conexión de diferentes tipos de nodos, utilizando diferentes tipos de enlaces, etc...
2.2.- Qué es OPNET
Es un lenguaje de simulación orientado a las comunicaciones. Proporciona acceso
directo al código fuente siendo esto una gran ventaja para los nuevos programadores
que se aventuren a programar con OPNET.
Actualmente es utilizado por grandes empresas de telecomunicaciones, por ejemplo
para desarrollar proyectos gubernamentales y del ejército, etc...
Para más detalle disponemos de su página oficial http://www.opnet.com donde
podemos encontrar toda la información referente a cómo descargarnos el software
necesario, qué es OPNET, etc...
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Un nodo puede tener en su interior varios módulos. Éste tiene una función definida
en su interior, así, un módulo llamado receptor tendrá la función de recibir los paquetes
de otro.
Para realizar esta parte de la simulación necesitamos tener el Node editor que podremos
encontrar en el OPNET Modeler.
Los módulos que nos ofrece el node editor son los siguientes:
Icono estándar para un módulo de procesado. Su función
principal es construir bloques de modelo de nodo.
Icono estándar usado para un módulo de cola. Lo que le hace
diferente del resto de módulos es que el módulo de colas tiene
recursos adicionales internos llamados subcolas.
Icono usado para un módulo de transmitir. Transmisor Punto a
Punto.
Icono usado para un módulo de recibir. Receptor Punto a Punto.
Icono usado para un módulo de transmitir. Transmisor tipo bus.
Icono usado para un módulo de recibir. Receptor tipo bus.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
estados pueden ser condicionales o incondicionales. El funcionamiento interno tanto de
Create State: Crea un estado dentro del process model.
estados como de transiciones implica la programación de código C/C++.
Create Transition: Crea transiciones entre los diferentes estados.
Para crear estos modelos de procesos, el software ofrece un editor llamado process
editor. En éste se pueden definir los estados y las transiciones de los estados. Además,
Set Initial State: Establece el Estado Inicial.
en él se programa el grueso de la simulación en lenguaje C++. OPNET, que contiene un
manual de aproximadamente 1500 hojas, donde explica todas las funciones y ejemplos
para el aprendizaje de la programación en el simulador. Una vez se ha creado el modelo
Edit State Variables: Establece los estados variables de la
simulación.
de proceso, el siguiente paso es la compilación y la verificación. Para este paso se debe
albergar en el ordenador un compilador de C++ ( en nuestro caso hemos instalado el
Edit Temporary Variables: Instaura Estados Temporales para el
process model
visual C++ de Microsoft ).
En la tabla 2.7 disponemos de los iconos de configuración del process model.
Edit Header Block: Instaura el Header Block donde se declaran
las variables, macros, tipos de datos, etc.., incluidos en el process
model.
En el momento de realizar una simulación el programador tendrá que efectuar los
siguientes pasos:
-Descripción del modelo
Edit Function Block: Instaura el Function Block en el cual se
crean nuevas fucniones en C++ para el process model
-Modelo de red
-Modelo de nodos
-Modelo de procesos
Edit Diagnostic Block: Establece el Diagnostic Block que
contiene funciones sobre el estado de la simulación.
-Resultado de la simulación
Edit Termination Block: Establece el Termination Block donde
se establecen unas funciones que son ejecutadas antes de terminar
la simulación.
Para una mejor comprensión de los conceptos, ilustramos un ejemplo de simulación
con OPNET, al creer de gran importancia la comprensión de la jerarquía de la
Compile Process Model: Compilación del código.
programación .
Tabla 2.7. Opciones del Process Model
Ejemplo: Simulación Aloha (Esta simulación la explicaremos detalladamente más
adelante ).
- Modelo de red
OPNET: Manual de usuario
Figura 2.8. Ejemplo de Modelo de red.
OPNET: Manual de usuario
Figura 2.9. Ejemplo de Modelo de nodo Transmisor
En la figura 2.8 disponemos un ejemplo del modelo de red. En este caso tenemos
19 nodos transmisores y 1 nodo receptor. Como se puede apreciar en la figura de
arriba, los rombos azules son lo que hemos denominado modelo de nodos. Las
flechas que unen los nodos son los enlaces y además OPNET nos ofrece un editor
llamado Link editor en el cual podemos definir las características de éste.
- Modelo de nodos
Figura 2.10. Ejemplo de Modelo de nodo Receptor.
La figura 2.9 y 2.10 muestra cómo cada nodo que teníamos en el modelo de red, está
definido con un conjunto de módulos. Disponemos de dos clases de nodos, un nodo
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
transmisor que transmite los paquetes en cuanto le llegan y un nodo receptor hacia el
cual se direccionan todos los nodos.
- Modelo de procesos
- Resultado de la simulación
Una vez se han realizado todos los pasos anteriores ya se puede simular la red. Para
ello se han de configurar una serie de parámetros en el project editor. El resultado se
muestra en forma de gráfica. Puede presentarse con valores escalares o con valores
vectoriales. Un ejemplo de resultado de simulación es el que mostramos en la figura
2.12.
Figura 2.11. Ejemplo de proceso del nodo transmisor
Figura 2.12. Resultado de la simulación.
Figura 2.12. Ejemplo Modelo de proceso del nodo receptor.
En las figuras 2.11 y 2.12 se puede observar cómo cada módulo definido en el node
2.4.- Fases para la realización de una simulación en OPNET
model tiene su correspondiente modelo de proceso, el cual define lo que tiene que
realizar cada módulo.
Para la realización de una simulación en OPNET se siguen 3 fases:
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
A continuación explicamos las diferentes partes de que consta el OPNET Modeler, y
cuales vamos a utilizar. Los editores incluidos proporcionan las herramientas necesarias
para la creación de topologías de red. Cada editor se encarga de una tarea distinta,
inmediatamente explicaremos cada uno de ellos.
2.5.1.- Project Editor:
El Project editor es el principal escenario en la creación del entorno de la simulación
de la red. Es usado para crear un modelo de red utilizando unos ya existentes que
podemos encontrar en la librería estándar, recolectar estadísticas sobre la red, comenzar
la simulación y observar los resultados. También podemos crear nodos, construir
formatos de paquetes, etc.
Este editor contiene tres tipos básicos de objetos: subredes, nodos y enlaces.
Las paletas (accesibles mediante un icono situado en la parte superior izquierda del
Figura 2.14. Esquema de las fases de la simulación.
editor) ordenan los objetos disponibles en categorías. Por ejemplo, en la paleta ethernet,
se encuentran los nodos y enlaces más utilizados para el diseño de este tipo de red.
Como se puede observar en el esquema superior (Figura 2.14), la especificación del
En este editor como hemos mencionado podemos observar los resultados obtenidos.
modelo consiste en desarrollar la representación del sistema a estudiar. Para esta fase,
disponemos de modelos ya realizados en OPNET y de editores para perpetrar nuestros
propios modelos.
Una vez especificado el modelo a simular, el siguiente paso es elegir los datos a
recolectar y seguidamente nos dispondremos a realizar el análisis para validar las
especificaciones expuestas en el modelo. En el caso de que estos resultados no fuesen
los deseados, se tendría que hacer una re-especificación donde se modificarían los
aspectos erróneos del modelo simulado.
2.5.- Partes de OPNET modeler
Figura 2.15. Visualización de resultados.
Al seleccionar la opción de ver resultados (view results), aparecen las estadísticas
disponibles. Esta opción logramos observarla en la figura 2.15, donde se plasma la
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
También podemos distinguir en la zona
En este editor los elementos se encuentran disponibles como cajas negras, albergando
izquierda de la figura una selección, ésta son los diferentes resultados que nos permite
atributos que pueden ser configurados. Cada una de ellas representa una función en el
analizar el programa.
nodo.
visualización de un resultado de retardo.
El formato que posee el project editor es el mostrado en la figura 2.16.
Los objetos presentes en este editor son los procesadores. El comportamiento de éstos
viene definido en el editor de procesos. Existen modelos ya configurados, tales como
fuentes de datos, sumideros, etc…
Los procesadores más comunes son:
-
Colas: Poseen distintos atributos para definir el carácter de la misma.
-
Transmisores y receptores: Controlan la salida y entrada de paquetes al nodo.
-
Stream de paquetes: Lleva el flujo de paquetes entre cajas negras.
-
Statistics Wire: Transporta estadísticas.
-
Cable de asociación lógica transmisor-receptor: Usado para crear un vínculo
entre transmisores y receptores de un mismo elemento.
La estructura de formación de un modelo de nodo se puede visualizar en la figura 2.17,
en ella se muestra tanto el editor de nodos como un pequeño ejemplo en él. En ese
ejemplo logramos distinguir los diferentes procesadores que anteriormente hemos
expuesto.
Figura 2.16 Formato Project Editor.
2.5.2.- Node Editor:
El Node Editor es un editor que es usado para crear modelos de nodos especificando
su estructura interna. Estos modelos son usados para crear nodos en el interior de la red
en el Project Editor.
Internamente, los modelos de nodos tienen una estructura modular, al ser definido un
nodo como la conexión entre varios módulos con paquetes de streams y cables. Esta
conexión permite intercambiar información y paquetes entre ellos. Cada módulo tiene
una función específica dentro del nodo, tal como: generar paquetes, encolar los,
procesarlos o transmitirlos y recibirlos.
Figura 2.17. Node Editor.
OPNET: Manual de usuario
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2.5.2.- Process Model Editor:
Se utiliza en la creación de modelos de procesos, que a su vez controlan los modelos
de nodo creados en el Node Editor. Los Process Model son representados por estados
(FSM), y son creados por iconos que representan estos estados y por líneas que
representan las transiciones entre ellos.
Las operaciones que realizan cada estado o cada transición se escriben en lenguaje
C++. A este tipo de simulación se le denomina simulación DES (Discrete event
simulation). Más adelante explicaremos en qué consiste la ésta.
La estructura de este editor se visualiza en la figura 2.18, mediante un ejemplo de un
proceso.
Existen dos tipos de estados
1.- Estado forzado
Un estado forzado es aquel que cuando le llega un proceso, ejecuta las comandas que
tiene su enter executives e inmediatamente ejecuta las comandas que tiene su exit
executives. A continuación el proceso saldrá por una transición.
2.- Estado no forzado.
Figura 2.18. Formato del Process Model Editor.
Un estado no forzado permite hacer una pausa entre el enter executive y el exit
executive. Cuando un proceso llega a este estado, en primer lugar se ejecuta el enter
En este editor se colocan los diferentes estados. Todos ellos están compuestos de dos
executives y se forma una pausa hasta que sucede una nueva invocación. Cuando esta
partes: Una parte llamada enter executives donde se alberga la programación ejecutada a
invocación se ha producido, se ejecuta el exit executive y el proceso pasa a la transición
los procesos incidentes al estado, y otra parte denominada exit executives en la que
de salida.
como su nombre indica se ejecutan sus comandas cuando el proceso sale del estado
hacia una transición.
Por lo tanto podemos decir que los objetos más importantes de este editor son:
- Estados: Cada uno de ellos representa un proceso. Se definen en él las
funciones a realizar durante su ejecución.
OPNET: Manual de usuario
- Transiciones: Marcan la condición que se necesita para pasar de un estado a
OPNET: Manual de usuario
Un link model especifica la información siguiente:
otro.
-Tipo de enlace soportado: Todos los enlaces que creemos pueden soportar uno
-Bloques: Sirven para la programación, la declaración de variables, funciones,
o los cuatro s tolerados por el simulador. Estos enlaces son los siguientes: punto
etc ....
a punto duplex, punto a punto simple, bus y taps links.
El botón amarillo con una flecha situado en la parte superior izquierda compila el
proceso, que es necesario para su correcto funcionamiento.
-Keyword: Sirve para simplificar la paleta del project editor y así facilitar el
trabajo al programador.
-Comentarios: Este apartado nos permite añadir comentarios a nuestros enlaces.
Es muy útil a la hora de utilizar la versión de evaluación ya que no podremos
2.5.4.- Link Model Editor:
acceder al editor y poder ver lo que hace. Aquí se pueden comentar la capacidad
del enlace, las características, etc…
Este editor nos ofrece la posibilidad de crear nuevos tipos de objetos link. Cada nuevo
tipo de link puede tener diferentes atributos y representaciones. En la figura 2.19 se
-Especificación de atributos: Podemos cambiar los valores de los atributos
puestos por defecto.
muestra el editor.
2.5.5.- Path Editor:
Es usado para crear nuevos objetos path que sirven para definir un traffic route. En
la figura 2.20 se muestra este editor.
Figura 2.19. Link Model Editor.
Figura 2.20. Path Editor.
Debemos tener en cuenta que ningún protocolo que use conexiones lógicas o circuitos
virtuales puede usar paths para routes de tráfico.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
2.5.6.- Packet Format Editor:
Este editor es utilizado en la definición de la estructura interna de un paquete como
un conjunto de campos. Para cada uno de los campos el packet format especifica un
único nombre, tipo de datos, valor por defecto, tamaño en bits, comentarios opcionales,
etc…
Los packet formats son atributos de los módulos de transmisión y recepción del
modelo de nodos. El formato de un paquete contiene uno o más campos, representados
en el editor como cajas rectangulares.
El tamaño de la caja es proporcional al número de bits específicos del campo. En la
figura 2.21 podemos contemplar tanto el editor como un ejemplo de un paquete.
Figura 2.22. Probe Editor.
2.5.8.- Simulation Sequence Editor:
En este editor podemos añadir valores adicionales específicos tales como el control
del tiempo de simulación, la velocidad, etc.
En la figura 2.23 lo podemos observar.
Figura 2.21. Packet Format Editor.
2.5.7.- Probe Editor:
Probe editor es usado para especificar las estadísticas que van a ser recopiladas.
Pueden ser de diferentes tipos como: estadísticas globales, de enlaces, de nodos, de
atributos, etc. Este editor tiene una representación que podemos contemplar en la figura
2.22.
Figura 2.22. Simulation Sequence Editor.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
del ordenador, produciéndose diferentes eventos que edifican las variables de estado, y
2.5.9.- Analysis Tool:
éstas a su vez determinan los futuros eventos.
El analysis tool se emplea para crear gráficos escalares de parámetros a estudiar,
definir estadísticas de datos, y contemplar los resultados de la simulación.
Nos
podemos referir a la figura 2.24 para contemplar un ejemplo.
Cada evento tiene un instante de incidencia puntual, es decir, pueden ser
representados sobre la escala temporal discreta de la simulación ocupando una única
posición. De este modo, dichos eventos logran ser ordenados cronológicamente, según
su instante de incidencia, para ser procesados. En este tipo de simulación, el evento es la
unidad de ejecución. Cada uno describe una acción, y el resultado de ésta es la
modificación de las variables de estado. Esta característica está especialmente soportada
por los lenguajes OOP (programación orientada a objetos ).
Así pues, un simulador DES debe tener un bloque que inicialice todas las variables de
estado del sistema simulado, un procesador que ejecute eventos, un scheduler que
sincronice los bloques asegurando que los eventos se ejecutan en el orden adecuado y
un recolector de datos estadísticos que tome nota de lo ocurrido. Por último, al finalizar
la simulación o de manera dinámica durante su ejecución, se podrán procesar los datos
recogidos para extraer la información deseada con la posibilidad de representarlos de
forma gráfica.
Entretanto, la simulación se repite de forma continuada en un diagrama de bloques
Figura 2.24. Análisis Tool.
que en cada iteración recoge el primer evento a procesar. A continuación se ejecuta éste
y modifican sus variables de estado, después avanza el contador de tiempo hasta el
momento de incidencia del próximo evento, y se reinicia el bucle.
2.6.- Simulación DES
El proceso
mencionado lo encontramos en la figura 2.26.
Como hemos mencionado anteriormente, el contador de tiempo no avanza de manera
constante, sino que salta directamente el tiempo restante desde el primer instante actual
Se ha comentado anteriormente que el entorno de simulación OPNET utiliza la
tecnología DES ( Discrete event simulation ). Ahora nos disponemos a exponer de que
trata esta tecnología.
En una simulación DES se utilizan eventos para describir sucesos o acciones que
tienen lugar en un determinado momento. Cada uno de estos eventos tiene un instante
de incidencia puntual en la escala temporal. Esta escala, al igual que el resto de
magnitudes, es discreta.
Durante la simulación, se puede distinguir entre el tiempo real y el tiempo de
simulación, por ello se utilizan variables contador para representar el momento actual y
las cantidades de tiempo. También se utilizan varias variables de estado para representar
la fase del sistema simulado. Por lo que se refiere al sistema, evoluciona en la memoria
hasta la incidencia del próximo evento, siendo este periodo aleatorio y determinado por
la secuencia de eventos.
Durante la actualización del contador de tiempo y la modificación de las variables de
estado, pueden generarse nuevos eventos que se insertarán en la lista de eventos a
procesar o modificarán los atributos de los ya existentes.
El simulador OPNET proporciona un capítulo extenso que contiene las DES ya
diseñadas. En el anexo1 exponemos las que consideramos más importantes para llevar a
cabo la realización de la simulación de una red EPON.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
rápidamente cuando aumenta la carga, la utilización máxima del canal es sólo del 18%.
Esto es lo que nosotros vamos a demostrar mediante la simulación siguiente. Desde el
punto de vista académico el estudio de las redes Aloha es muy interesante ya que su
relativa sencillez le permite extraer conclusiones sobre las prestaciones de protocolos
más complejos.
2.7.1.1 .- Introducción.
Para la realización de la simulación necesitamos el software OPNET Modeler 10.5.
El protocolo Aloha es un control de Acceso al Medio aleatorio lo que nos indica que la
transmisión se realiza de forma aleatoria, es decir, sin tiempo establecido o predecible
para que las estaciones transmitan. Su funcionamiento es el más simple posible, siendo
Figura 2.26. Proceso de simulación.
posible que cuando una estación obtiene una trama para ser enviada ésta se envíe.
Seguidamente se atiende el medio durante un tiempo igual al máximo retardo posible,
que es dos veces el tiempo de propagación entre las dos estaciones más distantes más un
2.7.- Simulaciones con OPNET
En este apartado explicamos la realización de varias simulaciones con el simulador
OPNET. Como se podrá observar hemos profundizado en el modo de realización para
que el lector note las diferencias que se aprecian en comparación con el simulador NS
explicado en el capítulo anterior.
pequeño incremento de tiempo fijado. En este tiempo de escucha debe recibirse una
confirmación de trama por parte de la otra estación. Si no fuera así esta trama se
retransmitiría. En el caso de que hubiera varias retransmisiones se desistiría en el envío
de la trama.
La sencillez del Aloha hace que sufra muchas colisiones al aumentar la carga,
consiguiendo una utilización máxima del canal aproximadamente el 18%.
El procedimiento de elaboración de esta simulación se compone de diferentes partes
que uniremos para la realización de la simulación.
Para esta simulación necesitamos
varios componentes: una unidad transmisora, otra receptora y un enlace que será el
2.7.1 .- Protocolo de control de acceso al medio Aloha
medio por el cual las comunicaremos. Las unidades transmisoras y receptoras son nodos
que utilizamos en nuestra paleta de proyectos para definir un escenario.
Aloha es una técnica de control de acceso al medio para acceso múltiple. Este
protocolo fue desarrollado para redes de paquetes de radio, siendo igualmente aplicable
a cualquier medio de transmisión compartido. El funcionamiento del protocolo Aloha
consiste en identificar el momento en que una estación desea transmitir hasta que los
realiza. Esto lo convierte en un protocolo extremadamente sencillo y debido a esta
sencillez presenta algunos puntos débiles. Dado que el número de colisiones crece muy
comprender un nodo utilizamos el Node Model.
Para
Su funcionamiento lo podemos
encontrar detalladamente explicado en la sección que trata del funcionamiento del
OPNET en apartados anteriores de este mismo capítulo. Los módulos de proceso de que
consta el node model tienen asignados procesos que en algunas ocasiones no están
todavía implementados. Por este motivo, tuvimos que realizar nosotros estos procesos
OPNET: Manual de usuario
mediante el Process Model. A continuación explicamos detalladamente los pasos
realizados para obtener dichos modelos.
OPNET: Manual de usuario
Observando la figura 2.27 podemos observar los dos estados, el estado Idle es
unforced como podemos distinguir al ver su color rojo, y el tx_pkt es forced
señalizándose con el estado en color verde. La atribución del nombre y estado forzado
o no forzado se hizo en el Edit Attributes de cada uno.
2.7.1.2 .- Unidad transmisora
Una vez tuvimos ambos estados detallados, nos dispusimos a desarrollar el código del
Process Model en el Header Block. En este bloque lo que especificamos son macros
Primeramente, definimos el proceso que debe realizar la unidad transmisora, todo ello
con el Process Model.
El proceso que debe seguir un transmisor Aloha es recibir
únicamente los paquetes del generador de paquetes y enviarlos por al transmisor. Por lo
para sustituir las expresiones más complicadas de las condiciones y ejecutables de
transición.
Lo que conseguimos con el uso de estos macros es simplificar la tarea de
interpretar un diagrama FSM y también una reducción considerable de espacio.
tanto, nuestro process model tiene dos estados denominamos Idle y tx_pkt, en función
Para introducir el código abrimos la ventana del Header Block (HB) e introducimos el
de lo que hacen. El primero, Idle, es un estado no forzado ( unforced ), esto significa
código apropiado. La figura 2.28 muestra el contenido del Heather Block de esta
que devuelve un control al ejecutar sus ejecutables.
simulación.
La simulación comienza en el estado Idle donde espera los paquetes entrantes. Al ser
no forzado el proceso necesita una interrupción de la simulación para poder comenzar.
En el comienzo de la simulación, el FSM ejecuta el estado Idle, después permanece
esperando hasta la llegada de la transición del primer paquete que le llegue.
El estado tx_pkt es un estado forzado. La única interrupción esperada es el packet
arrival interrupt , que indica la llegada de paquetes generados.
Para su realización hicimos lo siguiente. Primero abrimos una nueva página de
Process Model y en ella situamos dos estados que denominamos Idle y tx_pkt.
Figura 2.28. Header Block
Ahora realizaremos un estudio de la reacción que produce este código sobre nuestro
proceso.
Definimos IN_STRM y OUT_STRM a cero para que el proceso sepa por donde
conseguir los paquetes y enviarlos. Para ello le asignamos un flujo, en nuestro caso el
flujo cero. Existen un total de 9 flujos posibles (de 0 a 8). Mediante estas líneas de
código, nuestro proceso, mediante
Figura 2.27. Process Model de la unidad transmisora.
IN_STRM conoce la entrada de paquetes, y
mediante el OUT_STRM la salida de paquetes.
Inmediatamente encontramos la condición de macro PKT_ARVL, ésta determina si
una interrupción de paquete se ha producido. Comparando el valor que nos retorna la
OPNET: Manual de usuario
función op_intrpt_type() con la constante que tiene OPNET de OPC_INTRPT_STRM
OPNET: Manual de usuario
Como
podemos
observar
en
la
figura
2.29,
utilizamos
la
función
sabrá si se ha producido la interrupción. Si el resultado de esta comparación es True,
op_ima_sim_attr_get (attr_type, attr_name, value_pointer). Esta función tiene tres
esto nos revela que la interrupción producida es a causa de la llegada de un paquete por
argumentos: el primero attr type nos indica el tipo del atributo. Tenemos los siguientes
el flujo entrante. Como hemos definido anteriormente este análisis sólo lo realiza o
tipos posibles: OPC_IMA_INTEGER, OPC_IMA_DOUBLE, OPC_IMA_TOGGLE,
afectua al flujo habilitado, en este caso el flujo cero.
OPC_IMA_STRING. En nuestro caso será un entero ya que le hemos asignado la
Finalmente definimos una variable global que tiene como misión contabilizar el
número de paquetes utilizados.
En la figura 2.27 podemos ver la unión de los estados. Estas uniones son transiciones
que tuvimos que definir mediante el botón de creación de transiciones. A la transición
que une Idle con tx_pkt, le asignamos la condición PKT_ARVL mediante su Edit
Atributtes. Esta condición es la del macro que anteriormente hemos definido en el
Header Block. A la transición de tx_pkt a idle no asignamos ninguna condición.
correspondiente a los enteros .
El siguiente atributo es attr name, en el que se atribuye un nombre. En nuestro caso
es max packet \count.
El tercer y último atributo value_pointer especifica un puntero a la variable que se
llenará con los valores de los atributos.
La variable max_packet_count que hemos utilizado en Enter Executive todavía no
está definida. Esta variable tiene como función definir el número máximo de paquetes
Una vez configuramos nuestras transiciones, creamos los ejecutables que necesitaba
que se procesarán en toda la simulación. Para declararla utilizamos el state variable
el FSM. El código que necesitamos para configurar nuestros ejecutables se denomina
block , ya que el valor de la variable debe conservarse entre invocaciones. Para realizar
Proto-C. Hay tres lugares prioritarios donde utilizarlos, éstos son:
este apartado abrimos el SV (state variable) e introducimos las características de la
-Enter Executive: Es el código ejecutado al entrar en un estado.
variable quedando como se muestra en la figura 2.30.
-Exit Executive: Es el código ejecutado al salir de un estado.
-Transition Executive: Es el código ejecutado al realizarse una transición.
Para introducir el código del Enter executive debemos hacer un doble clic en la parte
superior del estado, y en la parte inferior para el Exit Executive.
Primero definimos el Enter Executive del estado Idle. El código que le asignamos es
el siguiente, quedando la ventana surgiente como muestra la figura 2.29.
Figura 2.30. State Variable.
Consecutivamente, lo definimos en los atributos de la simulación,
en Interface Æ Simulation Attributes. La forma de definirlo se observa en la figura
2.31.
Figura 2.29. Enter Executive.
Figura 2.31. Simulation Attributes.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Ya tenemos definido completamente el estado Idle. Posteriormente realizaremos lo
mismo en el estado tx_pkt.
En primer lugar introducimos el código en el Enter Executive del estado
correspondiente. Este código lo presentamoss a continuación.
En resumen, el código realiza
la obtención del paquete, el envío de éste y la
actualización del contador total de paquetes.
Después compara el número de paquetes
que lleva con el máximo establecido y si es igual se termina la simulación.
Para concluir se utiliza la siguiente función: op_sim_end (line0, line1, line2, line3).
Una vez terminamos la realización del código del Heather Block creamos la variable
/* A packet has arrived for transmission. Acquire */
temporal que hemos comentado anteriormente ( out_pkt ). Para definir una variable
/* the packet from the input stream, send the packet */
temporal hicimos Click sobre el botón TV (temporary variable block), y escribimos el
/* and update the global submitted packet counter. */
código siguiente dentro de ella: La acción se muestra en la figura 2.32.
out_pkt = op_pk_get (IN_STRM);
op_pk_send (out_pkt, OUT_STRM);
++subm_pkts;
/* Compare the total number of packets submitted with */
/* the maximum set for this simulation run. If equal */
/* end the simulation run. */
if (subm_pkts == max_packet_count)
{
op_sim_end ("max packet count reached.", "", "", "");
}
Figura 2.32. Temporary variable Block.
Como posteriormente muestra la figura 2.33 modificamos el Process Interfaces para
acabar con la definición de esta variable.
Examinando este código encontramos la función op_pk_get( IN_STRM ), cuya
misión es devolver un puntero al paquete según su flujo de entrada. Si el flujo de
entrada no contiene paquetes se devuelve el valor OPC_NIL. Una vez hemos obtenido
el paquete con la función anterior, le toca el turno a la función op_pk_send (out_pakt,
OUT_STRM) A ésta le asignamos el puntero de paquetes out_pkt. Esta variable es
temporal ya que su única misión es adquirir paquetes del generador y los transmite
inmediatamente, por esta razón no se necesita guardar la variable.
Prosiguiendo con el análisis del Enter Executive del tx_pkt nos encontramos con la
función op_pk_send ( packet_pointer, outstream_index ), que contiene dos
argumentos. El primero especifica el puntero que utilizamos y el segundo especifica el
flujo de salida que en nuestro caso es el cero, indicada y definida como OUT_STRM.
El paso consecutivo es definir la variable subm_pkts. Esta variable se declara en el
Header Block y su valor aumenta cada vez que se envía un paquete, es decir, cada vez
que se ejecute el código del Heather block su valor se incrementará en uno.
Figura 2.32. Edit Atributes del módulo gen.
Habiendo realizado todos los procesos correctamente compilamos el proceso. Una
vez realizada la compilación sin ninguna señal de error podemos guardar el proceso con
el nombre aloha_tx. Éste lo utilizamos en la realización del módulo transmisor en el
Node model.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Para concluir el modelo transmisor realizamos
su Node Model,
para ello,
La figura2.35 muestra el Edit Attributes modificado:
obviamente abrimos un terminal del mismo. Seguidamente cogimos dos módulos de
proceso y los situamos seguidos uno detrás de otro. A continuación colocamos un
módulo bus transmitter. Todos estos módulos están unidos entre ellos con el packet
streams. Quedando la pantalla como la figura 2.34.:
Figura 2.35. Edit Attributes del módulo gen.
El process model que le hemos asignado es una simple_source. Éste se conoce
vulgarmente como una fuente simple. OPNET nos proporciona ya este process model. .
La figura 2.36 muestra cómo es el process model de la fuente simple.
Figura 2.34. Node Model transmisor
Ahora es momento de definir el primer proceso, el del módulo gen. Para ello
utilizamos su Edit Attributes, que lo hallamos pulsando sobre éste con un clic en el
boton derecho del ratón. Una vez dentro del edit attributes le asignamos un proceso
colocando el nombre en el campo nombrado process model. Con esto lo que hacemos es
decirle al módulo que realice las acciones descritas en el process model que le hemos
asignado. También modificamos el campo con el nombre Packet Interarrival Time.
Este campo lo colocamos promoted para que se pueda asignar diferentes valores en el
tiempo de la simulación.
Figura 2.36. Process Model de la fuente simple.
OPNET: Manual de usuario
Al siguiente módulo le nombramos tx_proc y le asignamos el process model que
anteriormente hemos realizado y que le nombramos aloha_tx. Una vez realizado esto,
el edit attributes del módulo tx_proc se mostrará como la figura 2.37.
Figura 2.37. Edit Attributes de tx_proc.
El bus transmitter es nombrado bus_tx.
A continuación modificamos el Node interfaces para que el nodo no fuera móvil ni
satélite y cambiamos los estados de todos los atributos a hidden excepto el de
gen.packet Interarrival Time que lo pusimos promoted.
Para finalizar guardamos el modelo de nodo con el nombre de módulo _ transmisor.
2.7.1.2.- Unidad receptora
La unidad receptora de nuestro aloha es responsable de utilizar los paquetes recibidos
con el objetivo de conseguir una estadística final. Es decir, su función es la de contar los
paquetes y conseguir las diferentes estadísticas con objetivo de supervisar el buen
funcionamiento de la red y comprobar si los paquetes están siendo transmitidos de
acuerdo con el protocolo Aloha.
Paso principal para crear el receptor es la realización del Process Model. Este proceso
registra el rendimiento del procesamiento del canal y los valores para el análisis en la
simulación final.
Por ello, abrimos una ventana de Process Model y añadimos dos estados que
nombramos init y idle. El estado Init es un estado forzado y el idle no forzado. En la
ventana debe ser dispuesta como muestra la figura 2.38.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Seguidamente, establecimos el Enter Executive del proceso INIT. En éste, solamente
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Para finalizar definimos el Process Interfaces, que debe visualizarse de forma que nos
La pantalla del Node model debe presentarse como se muestra en la figura 2.42.
expone la figura 2.40.
Figura 2.40. Process Interfaces.
Para concluir este Process Model compilamos y guardamos con el nombre
toni_raul_txema_cct_rx.
Una vez realizado el proceso del receptor, tenemos que producir el nodo receptor
apropiado en el Node Model.
Figura 2.42. Node Model receptor.
Éste consta de un módulo genérico y un módulo bus
receiver. Unimos los nodos con un packet stream. A continuación les cambiamos el
nombre para que fuera más entendible. Al primero le denominamos rx_proc y su
Para concluir modificamos el Node Interfaces como mejor nos convenga y acorde a
nuestras necesidades.
process model es el generado anteriormente, es decir, el toni_raul_txema_cct_rx. Al bus
Para ello deshabilitamos las opciones de nodo móvil o satélite y sólo permitimos la
receiver le denominamos bus_rx. La forma con la que le asignamos el Process Model
opción de un nodo fijo. A continuación cambiamos todos los estados de sus atributos a
y lo nombramos es mediante la configuración del Edit Attributes.
hidden. Estos pasos se ven reflejados en la figura 2.42.
Teniendo una
muestra en la figura 2.41.
Figura 2.41. Edit Attributes de rx_proc.
Figura 2.42. Modificaciones de los atributos
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Una vez hemos realizado los cambios oportunos en el Node interface ya podemos
Después de realizar los cambios pertinentes guardamos este enlace generado por
guardar este Node Model con un nombre que posteriormente logramos identificar como
nosotros con un nombre que nos facilite su identificación. Nosotros lo guardamos como
tal. Nosotros le denominamos módulo _ receptor.
toni_raul_txema_cct_link.
2.7.1.4.- Link Model
2.7.1.5.- Creación de la red mediante el Network Model
En este apartado vamos a definir un enlace acorde a nuestras necesidades. Este enlace
será el que una las unidades transmisoras con la unidad receptora.
Para ello, abrimos un Link Model y en éste modificamos los apartados referentes a
los tipos de enlace soportables:
Sólo soporta los tipos de enlace bus y bus tap, de esta forma nos cercioramos de que
sólo se conectara a este tipo de enlace, bus.
El resto de especificaciones las dejamos tal y como están por defecto.
Las especificaciones quedaron de la siguiente forma que muestra la figura 2.44.
El objetivo de este proceso es el análisis del protocolo, que lo conseguimos
definiendo los nodos anteriormente construidos. La introducción de los paqutes en el
aloha se realiza de una forma exponencial en el tiempo. Nosotros pusimos un número de
nodos finito, este número de nodos que se halla en el bus no debe ser pequeño para así
completar un buen análisis.
Para realizar la simulación comenzamos abriendo una nueva parte del OPNET
llamada Project. A continuación guardamos el archivo con el nombre del proyecto y un
nombre del escenario. Nosotros le denominamos toni_raul_txema_cct_network y el
nombre del escenario es aloha.
Posteriormente entramos en un Wizard para la configuración del escenario y
colocamos los siguientes valores de forma progresiva.
Dialog Box Name
Value
Initial Topology
Default
value:
Create
Empty
Scenario
Choose Network Scale
Office (Usamos unidades métricas)
Specify Size
700 m x 700 m
Select Technologies
None (las introducimos nosotros)
Review
Verificamos y OK
Posteriormente configuramos la paleta con los nodos y enlaces a utilizar, que en
nuestro caso son los nodos y enlace anteriormente realizados.
Para ello efectuamos los siguientes pasos: Configure Palette -> Clear para borrar
los actuales.
Figura 2.44. Link Model.
Hacemos click en Node Models e incluimos los realizados por nosotros.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Posteriormente hacemos click en Link Model e incluimos los enlaces necesarios para
2.7.1.6.- Realización del análisis
la simulación.
Después de hacer esto ya tenemos nuestra paleta configurada, la guardamos, y
proseguimos nuestra simulación.
Sin haber cerrado el archivo de proyecto que hemos configurado en el apartado
anterior, nos dispusimos a configurar la simulación.
Para colocar los nodos en el escenario utilizamos una configuración rápida de red que
encontramos en Topology Æ Rapid Configuration. Escogemos Bus, ya que es la
topología que utilizamos, también seleccionamos
la opción node model del nodo
Desde Simulation Æ Configure Discrete Event Simulation (Advanced)
Nos surge una nueva pantalla donde se realiza el análisis, en ella aparece este símbolo
receptor que nosotros realizamos y la opción link model análogamente.
Tras aceptar, nos apareció el bus con sus nodos transmisores. Posteriormente, desde
la paleta seleccionamos nuestro nodo receptor y lo colocamos a la izquierda del bus.
Ahora sólo falta unir los nodos transmisores con el nodo receptor. Éstos los unimos
. A continuación hacemos clic en el Botón derecho y seleccionamos Edit
Attributes.
Inmediatamente aparece una pantalla de configuración de la simulación donde se
mediante el enlace siguiente
desde el bus al receptor. El escenario final es el
que muestra la figura 2.45:
pueden definir las variables de simulación, los archivos de salida, etc... La figura 2.46
muestra como es esta pantalla.
Colocamos la duración de la simulación a 20000 segundos.
Figura 2.46. Configuración de la simulación.
Figura 2.45. Escenario final.
Concluidos todos los pasos, nos disponemos a guardar el proyecto con el nombre que
surgía por defecto y que era el que habíamos dispuesto al principio.
Dentro de la opción Global Attributes asignamos el valor 1000 al max packet count
de la forma indicada por la figura 2.47. Esto hace que el número máximo de paquetes
de la simulación sea 1000.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Por último, en la opción Advanced asignamos la realizada por nosotros, en Probe file
NONE y en Scalar file añadimos el nombre del archivo de salida aloha_a. Este último
archivo es el que genera la simulación y fue el que abrimos para observar la gráfica
posteriormente. Todas las características se ven reflejadas en la figura 2.50.
Figura 2.47. Global Attributes.
Posteriormente en Object Attributes adjuntamos el Office Network. *.gen.Packet
Interarrival Time, la mitología para adjuntarlo, se muestra en la figura 2.48. A éste le
asignamos el valor en exponencial(1000), y asignamos más valores al mismo 200, 150,
100, 80, 50, 35, 30, 25, 20, 18 y 15. Quedando de la forma que se reproduce en la
Figura 2.50. Statics Collection.
figura 2.49:
Antes de simular borramos las simulaciones anteriores en File Æ Model Files Æ
Delete Model Files,
escogemos los outputs scalars y los borramos.
En este momento estamos en disposición de ejecutar la simulación pulsando
.
Una vez terminada la simulación, abrimos un nuevo programa llamado Analisys
Configuaration.
Dentro del nuevo programa, seleccionamos Create graph of two scalars file
y asignamos al Canal de tráfico G a la horizontal y el canal Throuhput a la vertical.
Hacemos click en aceptar y nos aparece la gráfica deseada, ésta se muestra en la figura
Figura 2.48. Adquisición de Office Network *gen.Packet
2.51.
Una vez obtenida la gráfica, vamos a estudiar los resultados obtenidos con el fin de
poder evaluar si la simulación es correcta o por el contrario no lo es.
El rendimiento del sistema Aloha según su tráfico lo podemos calcular con la fórmula
siguiente: S = Ge-2G . Siendo S el rendimiento del proceso y G la función del tráfico.
Con ella podemos calcular un rendimiento máximo del canal de 0.18, ya que viendo la
gráfica obtenida consideramos que el máximo rendimiento (Max Throughput) es de G =
Figura 2.49. Asignación de los valores.
0.5 aprox., un 18%, tal y como la teoría nos indicaba antes de realizar la simulación.
OPNET: Manual de usuario
Esto nos indica que en los valores bajos de tráfico las colisiones no se suceden
OPNET: Manual de usuario
2.7.2.- Expansión de la intranet de una pequeña compañía
continuamente, y en los niveles altos, este canal se recarga, las colisiones se producen
en exceso y evita que los paquetes no sean recibidos.
2.7.2.1.- Introducción
En este ejemplo proponemos la simulación de una oficina de dos plantas.
Hipotéticamente consideramos que la empresa se expande y quiere ampliarse
conllevando un aumento también de sus oficinas.
Esta planta es insuficiente para las
necesidades que requiere la empresa, ya que tiene un alto rendimiento. En este apartado
se propone la incorporación de una segunda planta y cómo afecta ésta
funcionamiento de la intranet.
al
Primero analizamos la primera planta, que es donde
actualmente tienen una red tipo estrella con 29 terminales. Seguidamente construiremos
la red de la posterior planta, las uniremos y contemplaremos los cambios
experimentados.
Figura 2.51. Resultado del rendimiento.
Los resultados teóricos asumen esencialmente un número infinito de fuentes para
eliminar los efectos del buffering que emergerían en una red real. El modelo analítico
también asume que el sistema está en una condición ideal del estado constante.
Cualquier diferencia en el funcionamiento medido de este modelo y los modelos
analíticos se puede atribuir a las particularidades del seed del número random
seleccionado para las simulaciones individuales.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Podemos revisar las características del Wizard una vez introducido los elementos para
comprobar que todo sea correcto. La figura 2.52 muestra este wizard:
Anteriormente, hemos utilizado una nomenclatura para definir los modelos que
seguidamente utilizamos en nuestra simulación. Pero antes explicaremos un poco la
nomenclatura y el funcionamiento de los susodichos.
- Ethernet2_bridge_int:
La nomenclatura utilizada es la consiguiente: primero se colocan los protocolos
soportados, que pueden ser uno o varios. A continuación, viene la función general del
modelo y acaba mostrando el nivel de derivación.
La forma generalizada que estila OPNET para asignar los nombres a los modelos
alcanza la siguiente estructura:
Protocolo1_.Protocolo2_ …... _ProtocoloN_Función_mod
Analizando el modelo nombrado anteriormente respecto a esta estructura podemos
distinguir los siguientes campos:
Figura 2.52. Wizard de configuración del escenario.
Int significa intermedio.
Ethernet2 significa derivación de un segundo puerto Ethernet.
Para crear la primera red utilizamos la configuración rápida. La configuración de la
red es en estrella.
Los modelos que hemos colocado en la simulación son los
Bridge quiere decir que el modelo hace la función de puente.
- 3C_SSII_1100_3300_4s_ae52_e48_ge3:
siguientes: el modelo del nodo central es un 3C_SSII_1100_3300_4s_ae52_e48_ge3,
Este es nuestro modelo del nodo central.
el modelo de los nodos periféricos es Sm_Int_wkstn, y el modelo de enlace que hemos
El nodo pila que contiene dos 3Com SuperStack II 1100 y dos Superstack II 3300
utilizado es el 10BaseT. Nosotros hemos colocado 30 nodos.
El emplazamiento que
chasis Æ 3C_SSII_1100_3300.
utilizamos es el siguiente: X e Y igual a 25 y un radio de 20 m. Con esto conseguimos
También podemos observar que tiene 4 slots Æ 4s.
situarlo en el borde superior izquierdo.
Tiene 52 puertos Ethernet auto-sensados Æ ae52.
La figura 2.53 muestra la pantalla de rapid configuration que hemos explicado
anteriormente:
Tiene 48 puertos Ethernet Æ e48.
Finalmente tiene 3 puertos Gigabit Ethernet Æ ge2.
El enlace que utilizamos es el 10BaseT, este enlace trabaja bajo una topología
estrella o en árbol. Por lo tanto es idóneo para nuestro escenario.
La longitud máxima de los segmentos es de 100 metros y utiliza cables de pares
trenzados de categoría 3 y 5.
Una vez realizada la configuración rápida de red, la topología general estará
construida y nos aparece en la parte superior izquierda de nuestro escenario.
El
siguiente paso es la colocación de un servidor que encontramos en la paleta. Lo
colocamos a la derecha de la topología es el Sm_Int_Server.
Para conectar el servidor colocado a nuestra red en estrella utilizamos el enlace
10BaseT comentado anteriormente. Una vez situado configuramos las características
Figura 2.52. Rapid Configuration.
del sistema tales como el tráfico. Para ello añadimos unas aplicaciones de
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
configuración. Los objetos de las aplicaciones que hemos elegido son los siguientes:
hemos mencionado anteriormente es el estudio sobre un único nodo.
Sm_Application_Config y Sm_Profile_Config. Estos modelos los podemos hallar en
el estudio del retardo, que es global para toda la red, se complementa con un global
la paleta de modelos. La primera aplicación sirve para la configuración de la aplicación
stadistic, siendo éste el Ethernet Delay.
y la segunda configura el perfil de la aplicación. No les someteremos a ninguna
En cambio, para
Para obtener el object stadistic nos situamos sobre el nodo del servidor, y efectuamos
click en el botón derecho. Inmediatamente nos aparecen varias opciones, entre las
modificación, ya que sus valores por defecto son los requeridos.
Situamos estas aplicaciones justo debajo del servidor quedando el escenario creado
cuales está la Choose Individual Stadistics. Dentro de este apartado hemos elegido
Ethernet y dentro de este Load (bits/seg). La figura 2.55 muestra el proceso explicado
como se muestra en la figura 2.54.
anteriormente:
Figura 2.54. Escenario LAN.
A continuación es el turno de la configuración de las estadísticas que deseamos
adquirir. Éstas se pueden subdividir en si requeremos un análisis de un nodo en
concreto (object stadistics), o por lo contrario de la red al completo (global stadistics).
Para una correcta simulación, estas estadísticas que deseamos obtener nos deben
solucionar las dudas que nos pueden surgir al ampliar la red. Estas dudas o cuestiones a
analizar son si el servidor puede soportar otra red adjunta o no y si el retraso total con la
segunda red es aceptable.
Opnet nos facilita una fácil obtención de la solución a nuestros análisis.
Figura 2.55. Estadísticas elegidas.
Para
obtener la carga que va a soportar el servidor necesitamos obtener una estadística de
Server Load. Esta estadística es de objeto servidor ( object stadistic ), ya que como
Una vez realizado hemos concluido la configuración del simulador para que nos
facilite la gráfica con la carga del servidor. El siguiente paso es la asignación de las
OPNET: Manual de usuario
estadísticas globales. La global stadistic se realiza en un punto libre de nodos o
OPNET: Manual de usuario
2.7.2.2.- Simulación de la primera red
enlaces. Pulsamos el botón derecho y elegimos Choose Individual Stadistics.
Seguidamente hemos elegido Global Stadistic, seleccionamos Ethernet y por último
Delay. La figura siguiente muestra este proceso:
Para realizar la simulación abrimos Simulation Æ Configure Discrete Event
Simulation….
El único parámetro que modificamos será la duración que disponemos a media hora,
quedando la pantalla de simulación como mostramos en la figura 2.57.
Figura 2.56. Elección de la estadística del Retardo.
Una vez realizado todo esto, guardamos nuestro escenario y podemos realizar ya la
simulación.
Figura 2.57. Configurate Discrete Event Simulation.
Una vez realizado, accionamos el botón Run para que OPNET comience la
simulación. Sucesivamente surge una pantalla de su estado. Cuando finaliza, cerramos
la ventana y nos dirigimos otra vez a nuestro proyecto desde donde observamos los
resultados obtenidos.
Los resultados los observamos de una forma directa. Para el Server Load, nos
dirigimos al nodo del servidor, hacemos click en el botón derecho y en View Results.
En la pantalla que surge, habilitamos la opción Ethernet y seguidamente la Load (bits/s).
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
Haciendo esto aparece una gráfica como la que mostramos en la figura 2.58.
Figura 2. Resultado del retardo.
Figura 2.58. Resultado de la Carga.
En la gráfica proporcionada por OPNET, podemos observar un establecimiento del
retardo en la red con un valor que es máximo. El valor máximo del retardo es 0.4
Esta gráfica muestra la carga a que se somete el servidor estudiado. En la gráfica,
milisegundos.
podemos observar un pico al principio y seguidamente se estabiliza dentro de unos
límites. Estos límites rondan entre los 2000 bits y 4000 bits. La carga máxima a la que
puede ser sometido este servidor es de 10M y como podemos observar en el resultado
2.7.2.4.- Realización de la expansión de la red existente
obtenido no se sobrepasa este valor en ningún momento. Esto nos indica el buen uso de
este servidor, y su correcta utilización.
Para visualizar la otra gráfica del retardo, nos colocamos sobre alguna zona libre de
objetos dentro del escenario, pulsamos botón derecho y escogemos View Results.
Entonces elegimos Global Stadistics, Ethernet y Delay.
Una vez realizado nos proporciona una gráfica con el resultado obtenido en la
simulación que se muestra en la figura 2.59.
Una vez realizada la simulación de la red que actualmente tendría la oficina, nos
debemos disponer a realizar la red completa con todas sus ampliaciones. El objetivo de
esta simulación es demostrar que el aumento de las instalaciones no limita a éstas en su
funcionamiento. En este caso observamos si la carga (Load) a la que se somete el
servidor no es excesiva y si el retardo total que encontramos en la red no aumenta.
Para la realización de este apartado, cogemos de base el escenario Primera_Planta que
hemos realizado anteriormente. Este escenario lo duplicamos para no perder su análisis
individual y para que la simulación sea más rápida.
Para duplicar el escenario
OPNET: Manual de usuario
efectuamos click sobre la opción Scenarios Æ Duplicate Scenario y lo nombramos
Expansión.
La expansión constituye un aumento de las oficinas y consiste en la adquisición de
una planta superior en la cual construiremos una nueva red que consta de 14 terminales
más. El servidor que administra esta nueva red es el mismo que administra la red ya
existente y por lo tanto un dato importante es saber si este servidor puede seguir
trabajando de forma óptima a pesar de la expansión de la red.
Nuestro primer paso a seguir para el análisis de la expansión es construir esta nueva
red. Para ello utilizamos la herramienta que anteriormente hemos utilizado para la
realización de la anterior red, es decir, usamos la configuración rápida de red
Topology Æ Rapid Configuration.
Los modelos que utilizamos en esta nueva simulación son los mismos, exceptuando el
número de terminales que esta vez son 15 y su situación es X 75 e Y 62,5. Estos
parámetros lo que hacen es situarlos en la zona inferior izquierda de nuestro escenario.
Dichos
modelos no cambian ya que no habrá un cambio de protocolos, ni de
configuración de la red.
La configuración rápida se muestra en la figura 2.60.
OPNET: Manual de usuario
2.7.2.5.- Simulación de la expansión de la red existente
OPNET: Manual de usuario
Podemos observar en la comparativa que como era esperado, la carga a que se somete
el servidor es mayor si aumentamos la red a la cual ofrece su servicio. Pero aún así, no
Una vez tenemos completada la fase de la expansión, realizamos el análisis. No
parece que el aumento de la red haya sobrecargado en exceso el servidor. Se pueden
hemos modificado ninguna condición ya que cuando hemos duplicado el escenario se
observar un pico de carga elevado al principio de la simulación pero este pico tiende a
han guardado las inicializaciones para realizar las estadísticas. Por lo tanto ya podemos
estabilizarse a medida que avanza. Podemos decir que el rango de la carga en esta
realizar la simulación. Hacemos click sobre Simulation Æ Configure Discrete Event
segunda simulación es de 2000 bits a 6000 bits.
Simulation…. y Run.
El último paso para concluir la simulación es la comparación de los resultados de las
dos simulaciones realizadas, y la conclusión sobre si es satisfactoria la expansión con
Por lo que se refiere al retardo de la red, pulsamos con el botón derecho en una zona
sin ningún objeto y elegimos Compare Results. El resultado ofrecido por OPNET se
observa en la figura 2.62.
los parámetros estudiados.
Por lo que se refiere a la carga del servidor, que tenemos ilustrada en la gráfica Load,
nos situamos sobre el servidor, pulsamos el botón derecho sobre éste y elegimos
Compare Results. El resultado de la comparación es el que podemos observar en la
figura 2.62.
Figura 2.62. Comparativa del retardo.
Como podemos observar en la gráfica, el retardo total de la red no se ha visto
afectado por el aumento de la misma.
Figura 2.62. Comparación de la carga (Load).
Como conclusión a esta simulación y después de haber estudiado los resultados
obtenidos, podemos afirmar que la expansión de la red en la empresa no afectará al
rendimiento de los equipos ya instalados en la empresa y por tanto se puede realizar sin
ningún tipo de problema.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
2.7.2.- Simulación de una red Ethernet mediante el simulador
Ahora la paleta del proyecto contiene los modelos ethernet que hemos seleccionado,
que son los que muestra la figura 2.65.
OPNET
Como hemos visto en las diferentes simulaciones realizadas en este capítulo, OPNET
nos ofrece un conjunto de librerías de gran utilidad para realizar nuestras simulaciones
sin tener que realizar nosotros los modelos.
Como muestra de ello, en este apartado, nos centramos en uno de los protocolos más
importantes que existe hoy en día como es el protocolo ethernet.
2.7.2.1.- Ethernet en OPNET
OPNET nos ofrece una gran variedad de modelos para poder simular redes ethernet
con gran facilidad.
Accedemos a ellos abriendo un nuevo proyecto y cuando nos demanda seleccionar la
topología para la simulación nos aparecen los siguientes modelos. La figura 2.64
muestra el wizard de seleccionar tecnología.
Figura 2.65. Modelos Ethernet.
En la paleta podemos observar que aparecen todo tipo de componentes que utilizan la
tecnología ethernet (servidores, bridges, estaciones de trabajo, switch, enlaces,
impresoras, etc… ). Gracias a estos modelos podemos estudiar el comportamiento de
una red ethernet sin la necesidad de realizar ésta físicamente.
2.7.2.2.- Realización del escenario
:
Figura 2.64. Selección de tecnologías.
El objetivo de esta simulación es enseñar las diferentes gráficas que OPNET nos
proporciona en el momento de evaluar una red que utilice la tecnología ethernet.
Para ello abrimos un nuevo proyecto. Creamos una oficina donde albergar los equipos
Una vez seleccionadas las tecnologías deseadas podemos comenzar a realizar el
escenario de la simulación.
a analizar. Las dimensiones que situamos son de 100 x 100 metros. Una vez realizado,
OPNET: Manual de usuario
habilitamos el tipo de tecnología deseada, en nuestro caso utilizamos las tecnologías
ethernet que hemos comentado anteriormente.
OPNET: Manual de usuario
Por último ubicamos dos tipos de aplicaciones como hicimos en la simulación de la
expansión de la red de una compañía. Estas aplicaciones son Profile conf. y task conf.
Ahora ya estamos en disposición de realizar el escenario oportuno.
Todos los enlaces de nuestra red son de 100Mbps
Para ello colocamos cuatro estaciones ethernet que actúan como transmisoras de
perfectamente enlaces de 10, 100 o 1000 Mbps sin ningún tipo de problemas.
datos. Éstas pueden ser conectadas a:
pero podríamos colocar
La figura 2.66 muestra el escenario de la simulación.
-Otra estación ethernet
-Un hub, bridge o switch ethernet
El protocolo soportado es el IEEE 802.3 (Ethernet, Fast Ethernet,
2.7.2.2.- Simulación del escenario
Gigabit Ethernet).
Una vez colocadas las estaciones transmisoras, las conectamos todas a un switch
(ethernet16_switch)
El switch utilizado puede soportar 16 estaciones ethernet conectadas a él. Los
Una vez hemos realizado el escenario de la simulación, el consecuente paso es
configurar los resultados que deseamos obtener.
Esto lo conseguimos en Simulation Æ Choose individual stadistics.
protocolos que soporta son el Spanning Tree Bridge Protocol (IEEE 802.1D) y Ethernet
(IEEE 802.3).
A continuación colocamos un servidor, en concreto el ethernet_server. Éste
representa un nodo servidor que trabaja con aplicaciones TCP/IP y UDP/IP. Los
protocolos soportados por éste son RIP, UDP, IP, TCP, Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit
Ethernet y OSPF.
Figura 2.67. Estadísticas seleccionadas.
Figura 2.66. Escenario obtenido.
OPNET: Manual de usuario
Al realizarlo nos aparece una ventana donde vemos todas las estadísticas que el
OPNET: Manual de usuario
- Estaciones transmisoras que podemos observar en la figura 2.69:
programa nos ofrece. Las marcadas con un punto verde son las estadísticas que nosotros
seleccionamos para que OPNET recolecte durante la simulación.
Estas estadísticas se dividen en:
- Estadísticas globales: Que son las estadísticas válidas para todo el escenario, es
decir, para todos los modelos.
Como podemos observar en la figura 2.67 nosotros hemos seleccionado la estadística
global de retardo de la red.
Para marcar las estadísticas de las estaciones ethernet, del servidor y de los enlaces
nos colocamos encima de estos elementos, con el botón derecho abrimos un menú
donde aparece la opción choose individual stadistics y hacemos click en esta opción.
Una vez marcadas las estadísticas deseadas nos disponemos a realizar la simulación.
Por lo tanto abrimos el menú de su configuración y colocamos un tiempo de 2 horas.
Posteriormente hacemos clic en run.
A continuación analizaremos los resultados obtenidos en esta simulación.
- Retardo total de la red mostrado en la figura 2.68.:
Figura 2.69. Retardo y carga de las estaciones transmisoras.
En esta gráfica observamos la carga y el retardo de los transmisores 0, 1 y 2, y
también el retardo que se produce en cada transmisor, que es de 80µs aprox. Este
retardo se aproxima al obtenido para toda la red, que era de 85µs.
Además podemos observar la carga en cada transmisor que es aproximadamente de
80 bits/s.
- Switch:
La figura 2.70 muestra el tráfico recibido y enviado por el switch durante la
simulación.
Figura 2.68. Retardo de la red.
Como podemos observar el retardo producido en la red es de 85µs aprox.
OPNET: Manual de usuario
OPNET: Manual de usuario
En las gráficas visualizadas en la figura 2.71 observamos cuándo está el enlace
ocupado o no, mediante la grafica de arriba y la de abajo, y el throughput de cada
enlace.
Como hemos podido ver OPNET nos ofrece una herramienta de simulación potente,
ya que dispone de una gran variedad de estadísticas resultantes ya realizadas.
En este ejemplo podemos cerciorarnos de que el programa OPNET se nos ofrece
como una herramienta potente y cómoda para analizar redes.
En este caso, esta
comodidad mencionada se refleja en hallar todos los modelos y necesidades para la
realización de la simulación.
Figura 2.70. Tráfico soportado por el Swiitch.
- Enlaces de la red:
Figura 2.71. Rendimiento y ocupación de los enlaces de la red.
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