Optimización de Peersim: un simulador de eventos discretos para redes 5G

Díez Muñoz, Fernando (2020). Optimización de Peersim: un simulador de eventos discretos para redes 5G. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Optimización de Peersim: un simulador de eventos discretos para redes 5G
Author/s:
  • Díez Muñoz, Fernando
Contributor/s:
  • López Presa, José Luis
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Telemática
Date: October 2020
Subjects:
Freetext Keywords: Tecnología 5G; Simuladores de red
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Telemática y Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El proceso de evaluación de protocolos y algoritmos de red es esencial para asegurar que su despliegue se realice correctamente. Destinar recursos para llevar a cabo baterías de prueba en entornos reales puede resultar especialmente costoso y muchas veces supone una inversión irrecuperable de tiempo y dinero. Esto lleva a la búsqueda de alternativas más rentables para validar los diseños, como pueden ser los simuladores de red. Los simuladores de red ofrecen un entorno virtual sobre el cual se puede modelar el intercambio de información entre las distintas entidades que conforman una red. Con la llegada de la tecnología 5G, se prevé un incremento exponencial en el número de dispositivos conectados a las redes actuales. Este hecho exige a los simuladores de red actuales contar con la capacidad de realizar simulaciones que permitan modelar y procesar un gran número de entidades y de eventos. En este contexto, Peersim destaca como uno de lo simuladores mejor preparados para simular con precisión las redes que caracterizan las comunicaciones actuales. Se enmarca dentro de los simuladores de eventos discretos, los más populares en la actualidad, gracias a su capacidad de modelar los cambios de estado en el sistema mediante una serie de eventos repartidos de forma discreta en el tiempo. Sin embargo, la popularidad de otras plataformas, como NS2, han hecho que Peersim no cuente con una comunidad de desarrolladores fuerte, a lo que también se suma un entorno de programación que no facilita al usuario el despliegue de sus prototipos. El presente proyecto aborda el desarrollo de un nuevo motor de simulación para Peersim y la definición del framework asociado al simulador, con el objetivo de aumentar su grado de usabilidad, aprovechar todas las capacidades que el simulador ofrece y reducir el tiempo de ejecución de escenarios con un gran número de componentes. En una primera instancia se analiza la evolución de las estructuras de ordenación y almacenamiento de eventos para encontrar la que presenta un mayor rendimiento y escalabilidad. Se describen las modificaciones realizadas a dicha estructura para favorecer su integración dentro del motor de simulación y mejorar los tiempos de procesamiento de los eventos. Posteriormente, se explica la funcionalidad e implementación de las clases desplegadas para el marco de desarrollo, así como las mejoras realizadas a las clases base sobre las que se construyen los elementos a simular. Asimismo, se detalla el framework desarrollado para la interacción entre nodos, enlaces y protocolos, haciendo una breve descripción de los modelos de abstracción comunicativa sobre los que se basan. Para ilustrar el uso y funcionalidades que ofrece el simulador, se describe el despliegue del protocolo B-neck, cuyas características generales son enunciadas en la memoria. En el proyecto se detalla la configuración y la ejecución de una serie de escenarios para evaluar el rendimiento del simulador. Las pruebas realizadas demuestran que la versión optimizada del simulador no solo presenta unos tiempos de ejecución mucho menores que su antecesor, sino que también amplía la funcionalidad del simulador base y permite configurar de forma más fácil y efectiva la simulación. Los resultados atestiguan una mejora en el rendimiento de la versión optimizada del simulador, logrando un nivel de escalabilidad prácticamente lineal para los escenarios simulados. Abstract: The evaluation process of network protocols and algorithms is essential to ensure their successful deployment. However, allocating the necessary resources to carry out tests in real-life environments has proven to be expensive and often involves a sunk investment of time and money. This leads to the search for cost-effective alternatives for network design validation, for example, network simulators. Network simulators offer a virtual environment upon which the exchange of information between different network entities can be modelled. With the arrival of 5G technology, an exponential increase in the number of devices connected to the network is expected. This situation requires network simulators to permit the configuration and execution of scenarios where a large number of events and entities come into play. In this context, Peersim stands out as one of the simulators with better capabilities to provide accurate simulation of current communication networks. Peersim belongs to the category of Discrete Event Simulators (DES), characterized by the modelling of state changes as a series of events scattered along discrete instants of time. However, the popularity of other platforms, such as NS2, has resulted in Peersim lacking a strong developer community. This has been accentuated by the presence of a programming framework that does not facilitate the implementation of user-specific protocols. The present project tackles the development of a new simulation engine for Peersim, as well as the definition of a new framework built over the simulator. The objective is to improve the degree of usability of the simulator, leverage all the capabilities it offers and ensure the reduction of the execution time demanded by specially large scenarios. Firstly, the project discusses the evolution of sorted data structures designed for storing events, in order to discover which one presents a higher degree of scalability and performance. Afterwards, the tuning applied to the selected data structure in order to integrate it in the simulation engine is described. Subsequently, the functionality and implementation of the framework’s classes is detailed. The project details the framework proposed for the interaction of the different simulation components, giving a brief overview of the different abstract communication models upon which it has been developed. To illustrate the use and functionality offered by the improved simulator, the implementation of BNeck protocol is discussed, together with its main characteristics. A series of tests with scenarios of different size is conducted to evaluate the performance of the simulator. The collected results prove that the optimized version of Peersim not only contributes to a considerable reduction in the time taken to simulate highly-populated environments, but also extends the functionality of the base simulator and allows for a more intuitive and user-friendly configuration of scenarios. The results prove a notable improvement in the performance of the optimized version of the simulator, achieving a practically linear degree of scalability for the scenarios simulated.

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Item ID: 68357
DC Identifier: https://oa.upm.es/68357/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:68357
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 01 Sep 2021 05:47
Last Modified: 01 Nov 2021 23:30
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