Interprétation physique des excitations

Na propagac¸˜ao de sinais em ambiente de r´adio m´ovel, as ondas eletromagn´eticas trans- mitidas interagem com as irregularidades do ambiente, tais como obst´aculos e topografia do ter- reno, gerando diversas ondas que podem apresentar amplitudes e fases diferentes. Estas ondas, provenientes de diferentes caminhos somadas a ru´ıdos no canal de transmiss˜ao, atingem o re- ceptor e geram uma onda resultante que provoca desvanecimento na potˆencia do sinal recebido.

Para simular este comportamento no ambiente de propagac¸˜ao sem fio, o simulador de rede escolhido no presente trabalho foi o Network Simulator 3 (NS-3), devido seu grande uso na comunidade cient´ıfica. O desenvolvimento deste simulador iniciou-se em 2006 e sua primeira vers˜ao (NS-3.1) foi lanc¸ada em 2008. O n´ucleo do NS-3, assim como seus modelos de propagac¸˜ao s˜ao implementados em linguagem C++. Ele ´e constru´ıdo como uma biblioteca e, portanto, pode ser chamado a partir de um programa principal escrito em C++.

Este simulador possui modelos para TCP/IP, Wireless Fidelity (WiFi), Optimized Link State Routing Protocol(OLSR), Carrier Sense Multiple Access (CSMA), rede ponto-a-ponto, dentre outros (GUSTAVO et al., 2009).

O NS-3 possui 11 modelos de propagac¸˜ao, que podem ser classificados em trˆes cate- gorias (STOFFERS; RILEY, 2012):

• Modelos de propagac¸˜ao Abstratos:

– N´ıvel fixo de sinal recebido (FixedRssLossModel): a potˆencia do sinal recebido ´e fixada em um valor pr´e-definido e independente da distˆancia;

– Modelo matricial: o n´ıvel do desvanecimento do sinal propagado ´e fixado entre cada par de n´os;

– Alcance m´aximo (RangePropagationLossModel): ´e determinado um alcance m´aximo para o sinal, dentro do qual ´e poss´ıvel ocorrer comunicac¸˜ao;

– Perda aleat´oria: a perda de propagac¸˜ao do sinal segue uma distribuic¸˜ao de probabi- lidade;

• Modelos de propagac¸˜ao Determin´ısticos

– Modelo COST-Hata: um modelo baseado em v´arios experimentos usados para pre- ver a perda de caminho em ´areas urbanas;

– Modelo de Propagac¸˜ao Livre (Friis Propagation Model): descreve a transmiss˜ao de sinal entre um objeto transmissor e um receptor, considerando que a comunicac¸˜ao entre eles ocorra em visada direta, ou seja, sem a presenc¸a de obst´aculos. Este modelo ´e descrito matematicamente pela Equac¸˜ao 4, conhecida como equac¸˜ao de Friis (FRIIS, 1946):

Pr(d) =

PtGtGrλ2

onde Pt ´e a potˆencia transmitida, Gt ´e o ganho da antena transmissora, Gr ´e o ganho

da antena receptora, d ´e a distˆancia entre Transmissor e Receptor, L ´e o fator de perda do sistema (filtros, antenas) e Pr ´e a potˆencia recebida;

– Modelo Log Distance: este modelo pressup˜oe que a perda do sinal ´e exponencial- mente proporcional `a distˆancia entre o emissor e receptor. Este modelo ´e ampla- mente usado na literatura para simulac¸˜oes de comunicac¸˜ao sem fio, pois simula a perda de percurso de um sinal na presenc¸a de obst´aculos, como pr´edios e ve´ıculos; – Modelo Three Log Distance: este modelo ´e uma variac¸˜ao do modelo anterior (Log

Distance) e aplica perdas diferentes para diferentes intervalos de distˆancia. Este mo- delo considera trˆes distˆancias diferentes, formando quatro campos, conforme mos- trado na Figura 8. Em cada campo ´e poss´ıvel aplicar uma reduc¸˜ao diferente no sinal. Este modelo ´e descrito matematicamente pela Equac¸˜ao 5 (BENIN et al., 2012);

Figura 8: Diagrama dos campos considerados pelo modelo de propagac¸˜ao Three Log Distance.

L=              0 d< d0 L0+ 10n0log10(dd0) d0≤ d < d1 L0+ 10n0log10(dd10) + 10n1log10( d d1) d1≤ d < d2 L0+ 10n0log10( d1 d0) + 10n1log10( d2 d1) + 10n2log10( d d2) d2≤ d (5) onde L ´e a perda de percurso (dB), d ´e a distˆancia entre as antenas (m), d0, d1e d2s˜ao

as distˆancias que delimitam cada campo de propagac¸˜ao do modelo (m), n0, n1 e n2

s˜ao os expoentes indicativos da severidade da interferˆencia no sinal para cada campo e L0 ´e a perda considerada `a distancia de referˆencia. Neste trabalho foi mantido o

valor padr˜ao do NS-3 para comunicac¸˜oes WAVE (L0= 46, 67 dB).

– Modelo de Propagac¸˜ao de Dois Raios (Two Ray Reflection Model): consiste de uma superposic¸˜ao de dois sinais no receptor: um sinal em visada direta e, portanto, sem obst´aculos, e outro sinal proveniente da reflex˜ao do sinal com o solo, conforme mostrado na Figura 9.

• Modelos Estoc´asticos: Esses s˜ao modelos de desvanecimentos de sinal, que combinados com os modelos descritos anteriormente, aumentam o grau de realismo nas simulac¸˜oes

Figura 9: Modelo de Propagac¸˜ao de Dois Raios - fonte (SOMMER et al., 2012). de transmiss˜ao de dados via r´adio (comunicac¸˜ao wireless).

– Modelo de Jakes: este modelo calcula a perda de propagac¸˜ao modelando um con- junto de raios transmitidos do emissor para o receptor atrav´es de diferentes cami- nhos;

– Modelo de Nakagami-m: este modelo simula o sinal recebido de diversas fontes. Ele tem sido muito usado em simulac¸˜oes por ser o modelo que melhor se aproxima de dados reais como, por exemplo, para descrever a interferˆencia de m´ultiplas fontes em sistema de comunicac¸˜ao celular. Neste modelo o desvanecimento do sinal se- gue a distribuic¸˜ao estat´ıstica de Nakagami, em que h´a dois parˆametros: o parˆametro m, que descreve a forma ou contorno da func¸˜ao densidade de probabilidade e um parˆametro que controla o espalhamento da distribuic¸˜ao. Para m< 1 o modelo ´e mais severo, considerando um alto desvanecimento por m´ultiplos percursos, e para mtendendo ao infinito (m→ ∞) o modelo ´e menos severo, reduzindo o desvaneci- mento por m´ultiplos caminhos e o canal tende a se comportar como puramente Ad- ditive White Gaussian Noise(AWGN), ou seja, um canal em que o ru´ıdo segue uma distribuic¸˜ao normal e possui potˆencia uniformemente distribu´ıda em frequˆencia.

Segundo Benin et al. (2012) alguns dos modelos oferecidos pelo NS-3 n˜ao s˜ao indi- cados para uso em VANETs, tais como os modelos FixedRssLossModel, RangePropagation- LossModele COST Hata. O NS-3 possui quatro modelos que podem ser aplicados em redes VANETs: Log Distance, Three Log Distance, Friis, e TwoRayGround. Esses quatro modelos podem ser combinados com os modelos de desvanecimento de sinal, tal como Nakagami-m, para simular ambientes de propagac¸˜ao mais realistas.

2.5.1.1 FLOW MONITOR

Flow Monitor ´e um framework para monitoramento de fluxos em uma simulac¸˜ao de rede, desenvolvido para o NS3 (GUSTAVO et al., 2009). Este m´odulo de monitoramento utiliza

sensores instalados em cada n´o da rede, que permitem coletar e salvar um conjunto de m´etricas na simulac¸˜ao de uma rede, monitorando os fluxos que passam atrav´es dos n´os (pacotes enviados, encaminhados, recebidos ou perdidos).

Os pacotes s˜ao rastreados no n´ıvel IP. Portanto, qualquer retransmiss˜ao de pacotes causada pelo protocolo em uso ser´a considerado como um novo pacote pelo sensor e, assim, ser´a contabilizado como tal.

Os dados coletados por cada fluxo s˜ao (GUSTAVO et al., 2009):

• timeFirstTxPacket: instante de tempo quando o primeiro pacote foi transmitido; • timeLastTxPacket: instante de tempo quando o ´ultimo pacote foi transmitido;

• timeFirstRxPacket: instante de tempo quando o primeiro pacote foi recebido por um n´o destino;

• timeLastRxPacket: instante de tempo quando o ´ultimo pacote foi recebido por um n´o destino;

• delaySum: soma do atraso fim a fim para o conjunto de pacotes recebidos;

• jitterSum: soma da variac¸˜ao do atraso fim a fim para o conjunto de pacotes recebidos • txBytes, txPackets: quantidade de bytes e pacotes transmitidos, respectivamente; • rxBytes, rxPackets: quantidade de bytes e pacotes recebidos, respectivamente;

• lostPackets: quantidade de pacotes perdidos. Por padr˜ao, um pacote desaparecido por um per´ıodo acima de 10 segundos ´e considerado perdido (MaxPerHopDelay);

• timesForwarded: Quantidade de vezes que um pacote foi encaminhado;

• delayHistogram, jitterHistogram, packetSizeHistogram: Histogramas para atraso, variac¸˜ao de atraso e tamanho de pacotes, respectivamente;

• packetsDropped, bytesDropped: quantidade de pacotes e bytes perdidos, respectivamente, separados de acordo com o motivo (falta de caminho para o pacote, tempo de vida do pacote expirado, pacote corrompido).