ESIPE IR2 WFi 802.11 sur NS S. Lohier 1/3

TP Etude des caractristiques dun

rseau WiFi 802.11 sur simulateur -

Objectif : Le but du TP est dtudier les caractristiques des couches WiFi/802.11 sur le simulateur de rseau NS (Network Simulator).

Pr-requis : Technologie WiFi/IEEE 802.11, routage, Linux, (NS-2)

Quelques liens : http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/User_Information http://www.isi.edu/nsnam/ns/tutorial/ http://www-public.it-sudparis.eu/~gauthier/Courses/NS-2/ns-2.html http://www-sop.inria.fr/rodeo/personnel/Pierre.Ansel/Manuel_NS1.3.pdf

Installation de NS NS doit tre install sur votre machine. Si ce nest pas le cas, le plus simple est dinstaller la dernire version de NS sur une distribution Ubuntu. http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/User_Information

A. Scnario simple : 1 AP + 1 station

A1. Etude de la couche Application. Sur NS le scnario est crit dans un fichier script tcl et dcrit les caractristiques des couches physique et MAC, la topologie du rseau et la nature des sources de trafic. Les protocoles pour les diffrentes couches sont implments partir de fichiers sources C++, par exemple le fichier ns/mac/mac-802.11.cc dcrit la couche MAC avec le protocole daccs CSMA/CA.

Editez le script wifi1.tcl.

1. Quelle est la version 802.11 utilise, le dbit signal correspondant et la puissance dmission ? 2. Quelle est la surface totale du rseau pouvant tre dploy ? 3. Quelle est la distance entre lAP et la station ? 4. Quelles sont les caractristiques de lapplication source qui met les paquets sur la station ? Quel est le protocole de transport utilis ? Justifiez.

Lancez la simulation : ns wifi1.tcl

Suite lexcution de la simulation, NS a fabriqu deux fichiers : un fichier .tr (trace) qui contient la trace des trames et paquets changs et un fichier .nam qui permet de gnrer une animation graphique laide du programme nam (network animator). Lancez lanimation graphique (nam wifi1.nam). Etudiez la phase de transfert de donnes. Vous pouvez rgler la vitesse danimation avec le curseur step .

Editez le fichier trace. La signification des diffrents champs des lignes du fichier trace est donne dans la documentation ou sur : http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/NS-2_Trace_Formats

Note : pour plus de clart, il peut tre utile de dsactiver les traces au niveau application, routage ou MAC. Les directives agentTrace, routerTrace et macTrace du fichier tcl permettent dactiver ou de dsactiver les diffrents niveaux de trace.

Choisir un paquet de donnes et analysez sa trace complte pour tous les niveaux (AGT, RTR et MAC). 6. Quelle est la taille du paquet au niveau applicatif ? Quelles sont les tailles des en-ttes au niveau transport, routage et MAC ? 7. Pour quels nuds le paquet est-il remont au niveau routage et au niveau agent ? 8. A quoi correspondent les acquittements (ACK) ?

Un certain nombre dutilitaires permettent dexploiter le fichier trace pour en extraire le dbit moyen, le taux de perte Tlchargez et excutez le script metrics.awk : awk -f metrics.awk wifi.tr

9. Quel est le dbit moyen ? Comment est-il calcul ? Pouvez-vous le retrouver ? 10. Quel est le dlai moyen ?

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11. Quel est le taux de pertes ? 12. Quel est la diffrence entre le dbit mesur et le dbit thorique ? Expliquez. 13. Comment augmenter ce dbit ? 14. Tester les performances pour des dbits suprieurs. Quel est la limite ?

Modifiez le script tcl pour utiliser un flux TCP la place du flux UDP (voir exemples sur la documentation en ligne de NS).

Choisir un paquet de donnes et analysez sa trace complte pour tous les niveaux (AGT, RTR et MAC). 15. Quelle est la taille du paquet au niveau applicatif ? Quelles sont les tailles des en-ttes au niveau transport, routage et MAC ?

16. Quel sont les eux types dacquittement prsents dans la trace ? Sont-ils redondants ? Justifiez.

17. Quelles sont les performances donnes par le script metrics.awk ? Comparez avec celle obtenues pour un flux UDP. Quen concluez-vous ?

A2. Etude de la couche MAC Pour activer le mcanisme RTS/CTS, il est ncessaire de diminuer dans le script tcl la valeur dun seuil (RTSThreshold) qui correspond la taille minimum des paquets pour lesquels ce mcanisme sera utilis. 18. Rappeler le rle du mcanisme RTS/CTS. 19. Pourquoi son activation est-elle lie un seuil ? 20. Modifiez le script tcl pour activer le mcanisme et tudiez les changes RTS/CTS dans le fichier trace. Quel est lintrt du mcanisme RTS/CTS dans ce cas ? 21. Quel est limpact sur les performances ?

La mthode daccs CSMA/CA est implmente dans le fichier ns/mac/mac-802.11.cc. 22. Rappelez le fonctionnement de cette mthode. Etudiez les fonctions send(Packet) et recv(Packet). 23. Dans quel cas le paquet est-il transmis, dans quel cas est-il en attente ? Comment est gre lattente ? 24. Comment les collisions sont-elles gres ? 25. Rappeler le rle des seuils CWmin et CWmax. A quelles valeurs sont-ils fixs dans le script tcl ? Dans quelle mesure la modification de ces seuils permet-elle damliorer les performances ?

A3. Etude de la couche Physique 26. Quel est le modle de propagation de la couche radio ? A quoi correspond-t-il ? Quel est la relation entre la puissance reue et la distance ? 27. Critiquez ce modle utilis par dfaut. Quels sont les autres modles disponibles (voir documentation NS). Les dcrire succinctement. 28. Quelle est la porte des nuds ? A quoi correspondent les deux seuils utiliss (RXThresh et CSThresh) ? 29. Modifier les valeurs des seuils pour un scenario indoor avec une porte de 40 m et un seul de dtection de 80 m. 30. Pourquoi deux valeurs de dbit (BasicRate / DataRate) sont dfinies dans le script tcl ?

B. Scnario avec contentions : 1 AP + 2 stations Le script wifi2.tcl correspond un scnario avec 2 stations porte lune de lautre transmettant des flux UDP vers lAP. Lancez la simulation et observez les rsultats. 31. Quels est le dbit moyen global. Quel est le taux de perte de paquets ? 32. A quoi sont dues les pertes (analysez le fichier de trace, les pertes sont indiques par un D sur la 1re colonne) ? Comment les rduire ? 33. Que se passe-t-il en cas de collision (indicateur COL dans la 5me colonne)? Y-a-t-il des pertes par collision o celles-ci sont-elles rsolues ? A quoi correspond le paramtre RETRY LIMIT ?

Modifiez le script tcl pour utiliser un flux TCP la place du flux UDP sur la deuxime source. Refaites les mesures en faisant varier la priode de la source cbr/udp. Vous pouvez utiliser le script types (./type wifi.tr) qui vous donne le nombre de paquets reus pour chaque type

34. Que constatez-vous lorsque deux flux, lun UDP et lautre TCP, sont concurrents ?

C. Problme de la station cache : 3 stations 35. Rappeler le problme station cache. 36. Dfinir un scnario permettant de mettre en vidence ce problme et crire le script correspondant. 37. Lancez la simulation et ditez le fichier trace correspondant. Vrifiez que le problme existe bien entre les deux sources. 38. Comment peut-il tre rsolu ? Testez la solution et vrifiez dans le fichier trace.

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D. Scnario ad hoc : 5 stations Ecrire un script permettant de raliser le scenario reprsent ci-dessous (les lignes reprsentent les transmissions possibles entre les nuds, la source ne peut donc pas communiquer directement avec la destination). Pour que les nuds intermdiaires puissent relayer les paquets, il est ncessaire de rajouter un protocole de routage pour les rseaux ad hoc. Le protocole choisi est AODV (dans le script : set opt(adhocRouting) AODV ;# routing protocol).

39. Etudier le fonctionnement de ce protocole : http://fr.wikipedia.org/wiki/Ad-hoc_On-demand_Distance_Vector 40. Lancez la simulation et ditez le fichier trace correspondant. Etudiez le fonctionnement dAODV. 41 Comment la route vers la destination est-elle dcouverte ? 42. Comment la source est-elle avertie quune route existe ? 43. Il existe plusieurs routes possibles. Quelle route est privilgie ?