Loading...
شبیه سازی کنترل ترافیک در شبکه های مخابرات سلولی با NS2
در این مطلب پروژه ایی با نام شبیه سازی کنترل ترافیک در شبکه های مخابرات سلولی با تخصیص کانال به صورت پویا و هوشمند را که با شبیه ساز NS2 ساخته شده است، را به همراه اسناد و فیلمی که چگونگی اجرای آن را نشان میدهد، آماده کرده ایم. در ادامه می توانید توضیحات و همچنین فیلم و تصاویری از چگونگی کار کرد این پروژه مخابراتی را مشاهده نمائید.
معرفی پروژه
در پروژه شبیه سازی شده کنترل ترافیک در شبکه های مخابرات سلولی برای ارسال داده از تعداد زیادی کانال استفاده شده است و همچنین گره هایی کل شبکه را به صورت مداوم برای یافتن کانال های خالی کاوش می کنند. اگر این گره ها کانال خالی پیدا کنند از آن کانال خالی برای ارسال اطلاعات استفاده می کنند، ما در این پروژه برای ایجاد کانال ها از فایل MATLAB استفاده کرده ایم، که رفتار خالی و پر بودن کانال به صورت پواسون تعریف شده است. به منظور کنترل کردن ترافیک، محدوده شبکه به تعدادی سلول دسته بندی شده است و گره هایی که قابلیت تحرک داشته باشند در این سلول ها قرار می گیرند. بعد از مرحله انتخاب کانال خالی برای ارسال اطلاعات، گره ای شروع به ارسال اطلاعات می کند که دارای اولویت بالاتری باشد. اولیت بندی گره ها با توجه میزان تحرک گره ها در سلول ها تعیین می شود.
سیستم های مخابرات سیار
سیستم های مخابراتی سیار امروزه کاملا همگانی شده است و تعداد درخواست کنندگان اشتراک روز به روز در حال افزایش است. نحوه تخصیص کانال های فرکانسی به سلول های شبکه، یکی از چالش های مهم محسوب می شود و این مورد از مسایل بنیادی مخابرات سیار می باشد. راهکار تخصیص کانال باید به گونه ایی صورت گیرد که بتواند، کانال های محدود سیستم را با روشی نه چندان پیچیده، به درخواست کنندگان اختصاص دهد. این اقدام باید به نحوی صورت پذیرد که اولا میزان کیفیت ارتباط نسبت به شبکه های ثابت تفاوتی نکند و ثانیا تعداد مشتری های تحت پوشش افزایش یابد.در حقیقت وظیفه اصلی روش تخصیص کانال آن است که بتواند در میان جوانب ناسازگار مانند سادگی، کیفیت و ظرفیت توازن برقرا نماید.به خاطر مواردی که گفته شد است که سال هاست برای تخصیص کانال در شرایط مختلف برای شبکه های مختلف با بارهای ترافیکی متفاوت تحقیقات بسیار گسترده و جامعی انجام گرفته و می گیرد.
فرکانس های رادیویی در شبکه های سیار
اکثر برنامه های کاربردی دستگاه های سیار برای کار کردن نیاز به اتصال داده ها به طور مدارم دارند، در دستگاه ها به منظور دسترسی داشتن به داده ها از فرکانس رادیویی استفاده ی شود، معماری ارتباطی دستگاه های سیار، معماری سیستم های سلولی از طریق بستر مخابراتی متصل کننده ایستگاه های پایه (که ممکن است یک شبکه سیمی و یا شبک های بی سیم باشد) برقرار می شود، به دلیل محدود بودن این فرکانس ها باید بتوان از آنها استفاده بهینه کرد. دریافت خدمات با کیفیت و مناسب به انتخاب نوع سلول و اندازه آن بستگی دارد. در داخل هر سلول برای خدمات رسانی به دستگاه های سیار موجود در آن سلول، یک ایستگاه پایه وجود دارد که از طریق یکسری کانال ارتباطی مجزا این خدمات رسانی را انجام می دهد. یکی از مسائل بنیادی مخابرات سیار نحوه تخصیص کانال های فرکانسی به سلول های شبکه می باشد.
دلایل اهمیت این موضوع
- هزینه بالا در زیر ساخت های ایستگاه های پایه.
- متحرک بودن گره ها.
- غیر متمرکز بودن درخواست ها.
- نبود راه حل های بهینه به منطور پاسخگویی به این درخواست ها و همچنین عدم احساس امنیت در بسیاری از زیر ساخت ها.
- هزینه بالا در اطلاع از سلول و ایستگاه پایه ای که مقصد بعدی گره مورد نظر می باشد.
- هزینه بالای جابجای کانال ارتباطی.
- مدت زمان انتظار بالا در لیست انتظار برای دریافت کانال ارتباطی.
نتایج شبیه سازی
به علت جدید بودن شبکه رادیو شناختی، ابزار های زیادی جهت پیاده سازی یا شبیه سازی آن در دسترس نمی باشد، اما در بین ابزار های موجود، نرم افزار شبیه ساز شبکه NS2 یکی از قدرتمند ترین ابزار ها می باشد که به صورت Open source و تحت لینوکس ارائه شده است. با توسعه هایی که بر روی آن اضافه می شود، توانایی شبیه سازی شبکه های جدید را دارا می باشد. توابع مخصوصی که در توسعه شبکه رادیو شناختی و سلولی در شبیه ساز NS2، امکان شبیه سازی و اجرای آن ها وجود دارد عبارت اند از: پیدا کردن حفره های خالی، Handoff، Spectrum Mobilty مشخص کردن کاربران اولیه و کاربران ثانویه. توسعه هایی که تا کنون برای شبیه ساز NS2 پیاده سازی شده اند تا شبکه رادیو شناختی را شبیه سازی کنند، شامل ۳ مورد CRCN، CRAHN و CogNS هستند. در این پروژه به دلیل سهولت کار استفاده از توسعه CogNS و وجود توضیحات مبسوط راجع به پیاده سازی، از این توسعه برای شبیه سازی روش کار استفاده شده است. شبیه ساز های دیگر شبکه مانند شبیه ساز OPNET قابلیت شبیه سازی شبکه رادیو شناختی و سلولی را دارا نمی باشند.
نتایج و خروجی های پروژه
شکل ۲: اجرای فایل nam – حالت انیمیشن
شکل ۳: اجرای فایل nam – حالت انیمیشن
شکل ۴: اجرای دستورات جهت خروجی گرفتن از شبیه سازی
شکل ۵: پارامترها و مقادیر شبیه سازی شبکه مورد نظر
از مهم ترین بخش ها در شبیه سازی این شبکه، نحوه رفتار کاربر اولیه است که می باست به طور دقیق مشخص گردد. با توجه به این رفتار، به محاسبات دقیق و سنگین تری نیاز است و شبیه ساز شبکه NS2 این توابع محاسباتی را ندارد، به همین دلیل باید از نرم افزاری که قدرت محاسباتی بالایی داشته باشد استفاده کرد. نرم افزار MATLAB به جهت قدرت محاسبات زیاد و سادگی بیان و کد نویسی، از بهترین گزینه ها به جهت شبیه سازی رفتار کاربر اولیه است. از این رو جهت شبیه سازی رفتار کاربر اولیه از نرم افزار متلب بهره گرفته شده که رفتار کاربر اولیه را به صورت ON-OFF و پواسون در نظر می گیرد.
مقادیر تعداد کانال ها، نرخ خروج کاربران اولیه و همینطور زمان شبیه سازی را به عنوان پارامتر ورودی به نرم افزار MATLAB می دهیم و در خروجی رفتار کاربر اولیه را در یک فایل متنی از متلب خروجی می گیریم. نرم افزار شبیه ساز NS2 نیز از این فایل متنی، جهت شبیه سازی رفتار کاربر اولیه استفاده می کند. جهت آنالیز و مقایسه نتایج شبیه سازی از یک مقاله بیس کمک گرفتیم و روش ارائه شده را با دو شبکه ۳G و ۴G در مخابرات سلولی مقایسه و ارزیابی کردیم که بر اساس روش مقاله پایه با عنوان Spatial Disparity of QoS Metrics Between Base Stations in Wireless Cellular Networks است که در زیر نتایج حاصل از آن را مشاهده می کنیم.
شکل ۶ مربوط به نمودار میانگین گذردهی کاربر در شبکه ۳G است، همانطور که مشاهده می بینیم، با افزایش تقاضای ترافیک هر سلول میزان گذردهی کاهش پیدا می کند.
شکل ۶: میانگین گذردهی کاربر در شبکه ۳G
شکل ۷ مربوط نمودار به میانگین گذر دهی کار بر در شبکه است که در آن مشاهده می بینیم که با افزایش تقاضای ترافیک هر سلول میزان گذردهی کاهش پیدا می کند، البته در شبکه ۴G نوساناتی در محدوده ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ می بینیم و از ۳۰۰۰ به بعد روند کاهشی دارد.
شکل ۷: میانگین گذر دهی کاربر در شبکه ۴G
با مقایسه دو نمودار مشخص است که مقدار نوسانات در شبکه ۴G بیشتر است چرا که مقدار داده ارسالی بیشتر و در نتیجه سرعت آن بیشتر می باشد. در بحث بعدی مقدار تابع توزیع تجمعی بین روش ارائه شده و مقاله پایه می باشد، در این بخش به مقایسه این تابع بین روش ارائه شده و مقاله بیس در دو شبکه ۳G و ۴G پرداخته می شود.
شکل ۸ مربوط به نمودار تابع توزیع تجمعی در شبکه ۳G است که با مشاهده آن می توان به این نتیجه رسید که توزیع تابع تجمعی با افزایش میزان گذردهی از ۰ تا ۳۰۰۰ افزایش یافته و سپس مقدار ثابتی به خود گرفته است.
شکل ۸: تابع توزیع تجمعی در شبکه ۳G
شکل ۹ مربوط به نمودار تابع توزیع تجمعی در شبکه ۴G است که با توجه به این نمودار به این نتیجه می رسیم که با افزایش میزان گذر دهی، تابع توزیع تجمعی از ۰ تا ۳۰۰۰ افزایش و سپس مقدار ثابتی به خود گرفته است.
شکل ۹: تابع توزیع تجمعی در شبکه ۴G
شبیه سازی شبکه های کامپیوتری و مخابراتی
فیلم آموزش تصویری نرم افزار NS2 به زبان فارسی
پروژه ها و آموزش های برنامه نویسی
مشاهده ویدئو در این باره
تشکر