Статья: Анализ качества передачи голосового трафика в подвижных беспроводных самоорганизующихся сетях со смешанными каналами связи: имитационная модель

Примечание. В квадратных скобках приведены значения имитационной модели по умолчанию.

Пример применения модели

Проверка разработанной имитационной модели БСС со смешанными КС проводилась на основе следующих исходных данных:

1) общее количество узлов сети - 10;

2) количество ЛГУ - 2;

3) количество передаваемых UDP пакетов - 1000;

4) протокол динамической маршрутизации - OLSR;

5) количество оптических КС - 1;

6) пограничные узлы - неподвижны.

Остальные параметры модели были выбраны по умолчанию согласно табл. 1. Выбор значения интенсивности битовых ошибок производился на основе результатов, приведенных в [Konstantinov, 2019]. ЛГУ1 и ЛГУ2 содержали по 4 узла в каждой (рис. 3). Каждая ЛГУ была расположена в пределах квадрата со стороной 1 км. ПУ5 и ПУ6 были связаны оптическим КС O^2 протяженностью d=1 км.

Рис. 3. Структура БСС с одним оптическим каналом связи

Fig. 3. Structure of MANET with one optical channel

На рис. 4 представлен фрагмент начальной работы БСС. После запуска моделирования начинается процесс обнаружения маршрутов. На рис. 3 показано как узел У2 ЛГУ1 рассылает пакеты OLSR для обнаружения маршрутов. Маршрутные таблицы на узлах БСС обновляются после изменения местоположения узлов. Типовая схема обнаружения маршрутов для узла из ЛГУ1 приведена в табл. 2.

Рис. 4. Обнаружение маршрутов в БСС (отображение в программе NetAnim) Fig. 4. Route detection in the MANET (display in the NetAnim program)

После обнаружения маршрутов БСС оценивались характеристики БСС по передаче голосового трафика. Для этой цели проводилось генерирование на узле П4 (Tx) голосового трафика в виде пакетов UDP, передача голосового трафика из ЛГУі в ЛГУ2 через оптический КС СК12 и потребление голосового трафика на узле n9 (Rx), при этом узлы ЛГУ і и ЛГУ2 перемещались по случайным траекториям с заданной максимальной скоростью внутри своих локальных областей.

Таблица 2. Схема обнаружения маршрута для узла П1 из ЛГУ1

Table 2 Route detection scheme for node ni from local group of nodes

Фрагмент процесса доставки UDP пакетов от источника - узла П4 (Tx) к приемнику - узлу П9 (Rx) приведен на рис. 5. Видно, что непосредственный канал доставки от ПУ6 до приемника - узла П9 (Rx) отсутствует, поэтому пакеты UDP маршрутизировались и ретранслировались на промежуточных узлах ЛГУ2

Рис. 5. Фрагмент процесса доставки UDP-пакетов (отображение в программе NetAnim)

Figure 5. Fragment of the UDP packet delivery process (displayed in the NetAnim program)

Результаты моделирования процесса передачи голосового трафика, полученные путем анализа потоков пакетов с помощью программы NetAnim, приведены на рис. 6 и 7, где представлены гистограммы времени задержки и фазового дрожания (англ. jitter) UDP-пакетов соответственно.

Анализ представленных на рис. 6 и 7 данных показывает, что при определенных настройках модели БСС возможно добиться передачи UDP-пакетов с характеристиками, приемлемыми для обмена голосовым трафиком:

1) время задержки голосовых пакетов составляло менее 20 мс;

2) фазовое дрожание UDP-пакетов - менее 7 мс;

3) потеря UDP-пакетов - менее 2,5 %.

Рис. 6. Гистограмма времени задержки UDP-пакетов Fig. 6. The histogram of the time delay of UDP packets

Рис. 7. Гистограмма фазового дрожания UDP-пакетов Fig. 7. The histogram of the jitter of UDP packets

Заключение

Таким образом, разработана многопараметрическая имитационная модель БСС со смешанными каналами связи для передачи голосового трафика, которая может служить основой для исследований качества передачи голосового трафика в БСС в учебных и научных целях. Учитывая возможности получения при моделировании неожиданных результатов, планируется продолжить работы по совершенствованию имитационной модели БСС в направлении определения допустимых границ и оптимальных значений параметров модели.

Список литературы

1. Датьев И.О., Павлов А.А., Шишаев М.Г. 2015. Моделирование беспроводных многошаговых самоорганизующихся мобильных сетей. Труды Кольского научного центра РАН, 3(29): 137-150.

2. Константинов И.С., Польщиков К. А., Лазарев С. А. 2015. Имитационная модель передачи информационных потоков в мобильной радиосети специального назначения. Научные ведомости БелГУ, 35(1): 156-163.

3. Щетинин Ю.И., Поллер Б.В., Бритвин А.В. 2007. Использование ультрафиолетовых каналов с рассеянием в беспроводных информационных системах и микросистемах. Специализированное приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника. Сб. материалов Международного научного конгресса «Гео-Сибирь». Новосибирск, 4: 176-180.

4. ACM. 2020. Available at: https://dl.acm.org/action/doSearch?AllField=WNS3. (date of the application: 12.11.2020).

5. Aldalbahi A, Rahaim M, Khreishah A. et al. 2017. Visible Light Communication Module An Open Source Extension to the ns3 Network Simulator With Real System Valida. IEEE Access, 5: 22144-22158.

6. Bakhtin А., Volkov A., Muratchaev S. et al. 2017. Development of MANET Network Model for Space Environment in NS3. Proc. of the 2017 IEEE Russia Section Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (2017 ElConRus). St. Petersburg, 31-34.

7. Di Perna M. 2016. Optical Satellite Systems for ns-3. Available at: https://www.nsnam.org/ wiki/SOCIS2016 (date of the application: 12.11.2020).

8. Eclipse IDE for C/C++ Developers. 2020. Available at: https://www.eclipse.org/downloads/ packages/release/2020-03/r/eclipse-ide-cc-developers-includes-incubating-components (date of the application: 12.11.2020).

9. Konstantinov I., Polshchykov K., Lazarev S., Polshchykova O. 2016. The Usage ofthe Mobile Ad- Hoc Networks in the Construction Industry. Proc. of the 10th Int. Conf, on Application of Information and Communication Technologies (AICT). Baku, 455-457.

10. Konstantinov I.S., Vasyliev G.S., Kuzichkin O.R. et al. 2019. AUV link mobile ad-hoc network examination. Int. Journal of Engineering and Advanced Technology, 8(5S): 512-517.

11. Konstantinov I.S., Vasyliev G.S., Kyzichkin O.R. et al. 2019. Modeling and analyzing of UV channels characteristics in various configuration of transmitters and receivers for building manet. International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 8(6S3): 576-581.

12. Kurkowski S., Camp T., Colagrosso M. 2005. MANET simulation studies: the incredible. ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review, 9(4): 50-61.

13. Miletic V., Mikac B., Dzanko M. 2012. Modelling Optical Network Components: A Network Simulator-Based Approach. Proc. of the IX International Symposium on Telecommunications (BIHTEL), 1-6.

14. NetAnim. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/wiki/NetAnim (date of the application: 12.11.2020).

15. NS-3. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/ (date of the application: 12.11.2020).

16. NS-3 Allinone. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/releases/ns-allinone-3.30.1.tar.bz2 (date of the application: 12.11.2020).

17. NS-3 Consortium. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/consortium/ (date of the application: 12.11.2020).

18. NS-3 Documentation. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/docs/release/ 3.30/doxygen/index.html (date of the application: 12.11.2020).

19. NS-3 Manual. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/docs/release/3.30/manual/ns-3- manual.pdf (date of the application: 12.11.2020).

20. NS-3 Model library. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/docs/release/ 3.30/models/ns-3-model-library.pdf (date of the application: 12.11.2020).

21. NS-3 Tutorial. 2020. Available at: https://www.nsnam.org/docs/release/3.30/tutorial/ns-3- tutorial.pdf (date of the application: 12.11.2020).

22. Polshchykov K.O., Lazarev S.A., Zdorovtsov A.D. 2017. Neuro-Fuzzy Control of Data Sending in a Mobile Ad Hoc Network. Journal of Fundamental and Applied Sciences, 9(2S): 1494-1501.

23. Regis P., Bhunia S, Sengupta S. 2016. Implementation of 3D Obstacle Compliant Mobility Models for UAV Networks in ns-3. Proc. of the Workshop on ns-3, 148.

24. Sevincer A, Karaoglu H, and Yuksel M. 2011. Performance Analysis of Voice Transfer Using Multi-Transceiver Optical Communication Structures. International Conference on Space Optical Systems and Applications, 73-77.

25. Uysal M., Capsoni C., Ghassemlooy Z. et al. 2016. Optical Wireless Communications: An Emerging Technology. Seria «Signals and Communication Technology». Springer International Publishing, 635.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Охрименко Александр Григорьевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник учебно-научной лаборатории информационноизмерительных и управляющих комплексов и систем Белгородского государственного национального исследовательского университета, Белгород, Россия

Лазарев Сергей Александрович, кандидат экономических наук, заместитель директора по научной и международной деятельности Института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета, Белгород, Россия

Польщиков Константин Александрович, доктор технических наук, доцент, директор Института инженерных и цифровых технологий Белгородского государственного национального исследовательского университета, Белгород, Россия

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Alexander G. Okhrimenko, Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher of the Educational and Scientific Laboratory of Information-Measuring and Control Complexes and Systems, Belgorod State National Research University, Belgorod, Russia

Sergey A. Lazarev, Candidate of in Economic Sciences, Deputy Director for Scientific and International activities of the Institute of Engineering and Digital Technologies, Belgorod State National Research University, Belgorod, Russia

Konstantin A. Polschikov, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Director of the Institute of Engineering and Digital Technologies, Belgorod State National Research University, Belgorod, Russia