Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/88536
Author(s): Tiago Bluemel Cardoso
Title: Improving ns-3 Emulation Performance for Fast Prototyping of Network Protocols
Issue Date: 2015-07-14
Abstract: The development of new protocols for communication systems usually starts in anetwork simulator, such as ns-3, where the variables that influence the networkscenario can be easily controlled to create specific and reproducible testconditions. The results of such simulations are then analyzed and used to tweakand improve the protocol. After this phase, the protocol must also be tested ina real environment to obtain more accurate and credible results. To do this, thesimulation code must be ported to a real system. This process of porting codefrom the simulation to the implementation of the protocol leads to an increasein development time and in the chance of introducing errors.Fast prototyping is a protocol development process that attempts to solve thisproblem by reusing ns-3 simulation code for the implementation. This is possiblebecause ns-3 provides emulation capabilities that allow nodes inside thesimulator to communicate with those outside through an emulated network device.The problem with this approach is that emulation introduces overhead to packetprocessing which degrades the node's performance limiting the amount of networktraffic that can be processed.We propose an approach to reduce the performance problem associated with fastprototyping that consists in migrating the data plane operations processing tooutside of ns-3. In a network node, there are two planes of operation: controland data. The control plane is responsible for discovering and maintainingnetwork routes and ensuring connectivity. The data plane uses the routinginformation generated by the control plane to forward network packets. In a welldesigned network, most of the traffic corresponds to data. By moving the dataplane operations outside of ns-3 the overhead associated with this kind oftraffic is greatly reduced.To validate our proposed solution, we extended the Wireless MetropolitanRouting Protocol (WMRP) and Optimized Link State Routing (OLSR) protocols to usethe developed architecture, tested their performance in real environments andverified the amount of code reuse between the simulator and the real system.
Description: O desenvolvimento de novos protocolos de comunicação começa tipicamente comrecurso a um simulador de redes, como o ns-3, onde as variáveis que influenciamo cenário da rede são facilmente controladas para criar condições de testeespecíficas e reproduzíveis. Os resultados da simulação são então analisados eusados para ajustar e melhorar o protocolo. Posteriormente a esta fase, oprotocolo deve também ser testado em ambiente real de forma a serem obtidosresultados mais precisos e credíveis. Para isso, o código anteriormentedesenvolvido para simulação tem que ser reimplementado num sistema real. Esteprocesso conduz a um aumento do tempo de desenvolvimento e da hipótese deintrodução de erros na implementação.A prototipagem rápida é um processo de desenvolvimento de protocolos que tentaresolver este problema através da reutilização do código de simulação ns-3 emsistemas reais. Esta reutilização é possível porque o ns-3 disponibilizadafuncionalidades de emulação que permitem que os nós simulados comuniquem com oexterior da simulação. No entanto, a emulação degrada o desempenho dos nós o quelimita a quantidade de tráfego de rede que pode ser processada.Neste trabalho, propomos uma abordagem para reduzir os problemas de desempenhoassociados à prototipagem rápida que consiste em migrar as operações do plano dedados para fora do ns-3. Há dois planos de operações num nó de rede: controlo edados. O plano de controlo é responsável por descobrir e manter as rotas de redee assegurar a conetividade. O plano de dados usa a informação das rotas geradapelo plano de controlo para encaminhar os pacotes de rede. Numa rede típica, amaioria do tráfego corresponde a dados. Mover o plano de dados para fora do ns-3pode, então, reduzir o custo associado ao processamento deste tipo de tráfego.De forma a validar a solução proposta, estendemos os protocolos WirelessMetropolitan Routing Protocol (WMRP) e Optimized Link State Routing (OLSR) parausarem a arquitetura desenvolvida, testámos o seu desempenho em ambientes reaise verificámos a quantidade de código que foi reutilizada entre a simulação e osistema real.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
Scientific areas: Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
TID identifier: 201321670
URI: https://repositorio-aberto.up.pt/handle/10216/88536
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
Appears in Collections:FEUP - Dissertação

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