Simulación de Eventos Discretos

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA “Simulación de Eventos Discretos” Autor: Elier Acea Zamora Tutor: Dr. Vitalio Alfonso Reguero. Santa Clara 2010 "Año 52 de La Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA “Simulación de Eventos Discretos” Autor: Elier Acea Zamora E-mail: [email protected] Tutor: Dr. Vitalio Alfonso Reguero E-mail: [email protected]. Santa Clara 2010 "Año 52 de La Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tene r un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Autor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. “Si avanzo, seguidme; si me detengo, empujadme; si me retrocedo, matadme.” Ernesto Che Guevara.

(5) ii. DEDICATORIA. A mi familia y a mi novia por ser un caudal inagotable de amor, por brindarme su apoyo incondicional, darme confianza y ser siempre la luz que ilumina mi camino..

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mis padres por su amor incondicional y porque siguiendo su ejemplo he logrado las mejores cosas de mi vida. A mis abuelos Mario y Fernando que ya no están pero siempre quisieron que este sueño se hiciera realidad. A mi abuela Esperanza por su amor y su incondicional apoyo todos estos años. A mi novia Vanesa por su amor y comprensión. A mi hermana por siempre estar ahí en los momentos más difíciles. Al resto de mi familia que han contribuido cabalmente en el transcurso de mi carrera y que han brindado todo su cariño, ayuda y confianza hacia mí. A mi tutor Vitalio por su dedicación, su tiempo y por haberme ofrecido todo su conocimiento y experiencia. A mis compañeros de aula y amigos de toda mi vida..

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1.. Buscar información relacionada con el tema de la simulación de eventos discretos.. 2. Estudiar el plan D de la carrera de Telecomunicaciones y Electrónica, identificando que elementos de los sistemas de telecomunicaciones tienen mayor peso entre los conocimientos que deben adquirir los estudiantes. 3. Proponer las herramientas de simulación a utilizar. 4. Programar las simulaciones y validar los resultados. 5. Elaborar una guía para que sirva de orientación a los estudiantes.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. Este trabajo se lleva a cabo con el objetivo de elaborar una guía que sirva de material de apoyo para la asignatura Simulación de Eventos Discretos del Plan D de la carrera de Telecomunicaciones y Electrónica. En el material se abordan los métodos propios de la simulación de redes de telecomunicaciones así como los procesamientos para evaluar el desempeño de las mismas. Se exponen una serie de herramientas que pueden ser utilizadas en la simulación de eventos discretos; se propone la utilización del OPNET por su versatilidad a la hora de simular los diferentes aspectos de una red de telecomunicaciones. El resultado final del presente trabajo es la técnica operatoria para la ejecución de los laboratorios de simulación, haciendo énfasis en. la creación de los modelos, la. configuración de los parámetros y el análisis de los resultados..

(9) vi. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO .....................................................................................................................i DEDICATORIA .................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ........................................................................................................ iii TAREA TÉCNICA ................................................................................................................iv RESUMEN..............................................................................................................................v INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 CAPÍTULO 1. 1.1. SIMULACIÓN DE EVENTOS DISCRETOS ..........................................4. Simulación ..............................................................................................................4 1.1.1. Simulación Basada en Eventos Discretos .........................................................6. 1.1.2. Terminología en Simulación Basada en Eventos Discretos .............................7. 1.2. Esquema de trabajo general en simulación basada en Eventos Discretos ..............8. 1.3. Enfoques de Desarrollo en Simulación basada en Eventos Discretos ..................10 1.3.1. Simulación basada en Planificación de Eventos Discretos .............................10. 1.3.2. Simulación basada en Procesos.......................................................................11. 1.3.3. Simulacón basada en la exploración de actividades .......................................12. 1.3.4. Exploración de las actividades en las tres fases ..............................................13. 1.4. Generación de números seudo-aleatorios .............................................................14. 1.5. Análisis de los resultados ......................................................................................16.

(10) vii CAPÍTULO 2.. HERRAMIENTAS. DISCRETOS. 18. 2.1. PARA LA SIMULACIÓN. DE EVENTOS. FLAN (F- Links And Nodes) .............................................................................18 2.1.1. Características generales .................................................................................18. 2.1.2. Requerimientos del sistema ............................................................................19. 2.1.3. Ventajas y desventajas ....................................................................................19 PACKET TRACER™ ..........................................................................................21. 2.2 2.2.1. Características generales .................................................................................21. 2.2.2. Requerimientos del sistema ............................................................................21. 2.2.3. Ventajas y desventajas ....................................................................................22. 2.3. KIVA ..................................................................................................................23 2.3.1. Características generales .................................................................................23. 2.3.2. Requerimientos del sistema ............................................................................24. 2.3.3. Ventajas y desventajas ....................................................................................24. 2.4. NS (Network Simulator) .....................................................................................25 2.4.1. Características generales .................................................................................25. 2.4.2. Requerimientos del sistema ............................................................................26. 2.4.3. Ventajas y desventajas ....................................................................................27 COMNET III™...................................................................................................28. 2.5 2.5.1. Características generales .................................................................................28. 2.5.2. Requerimientos del sistema ............................................................................29. 2.5.3. Ventajas y desventajas ....................................................................................30 OPNET MODELER™ .......................................................................................31. 2.6 2.6.1. Características generales .................................................................................32. 2.6.2. Requerimientos del sistema ............................................................................32.

(11) viii 2.6.3 2.7. Ventajas y desventajas ....................................................................................33 OMNET ++.........................................................................................................34. 2.7.1. Características generales .................................................................................34. 2.7.2. Ventajas y desventajas ....................................................................................35. 2.8. NCTUns ..............................................................................................................35 2.8.1. Características generales .................................................................................36. 2.8.2. Requerimientos del sistema ............................................................................37. 2.8.3. Ventajas y desventajas ....................................................................................38. 2.9. OPNET MODELER ...........................................................................................39 2.9.1. Justificación y resultados ................................................................................39. 2.9.2. Interfaz gráfica de usuario...............................................................................42. CAPÍTULO 3.. EJEMPLOS DE SIMULACIONES ........................................................45. 3.1. Definición de un nuevo Proyecto..........................................................................45. 3.2. Primer Ejemplo .....................................................................................................49 3.2.1. 3.3. Segundo Ejemplo ..................................................................................................53 3.3.1. 3.4. Análisis de los resultados Obtenidos ..............................................................54 Tercer Ejemplo......................................................................................................58. 3.4.1 3.5. Análisis de los resultados Obtenidos ..............................................................52. Análisis de los resultados Obtenidos ..............................................................59 Conclusiones del capitulo .....................................................................................64. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................................65 Conclusiones ......................................................................................................................65 Recomendaciones...............................................................................................................66 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................67.

(12) ix ANEXOS ..............................................................................................................................69 Anexo I Modelación y Simulación de una Red LAN ........................................................69 Anexo II. Interconexión de subredes LAN ....................................................................80.

(13) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. Los primeros intentos para simular sistemas de eventos discretos datan de la década de los años 60, donde se desarrollan las primeras simulaciones en computadora para planear proyectos de gran envergadura, aunque a un costo alto y utilizando lenguajes de propósito general (a menudo FORTRAN). Las primeras herramientas para facilitar el uso de la simulación de eventos discretos aparecen en la forma de lenguajes de simulación en la década de los años 70, aunque la programación en estos lenguajes se realiza todavía por medio de comandos escritos en un archivo. Lenguajes como GPSS, SIMSCRIPT, SLAM y SIMAN tienen una amplia difusión en los años 80, paralela a una gran producción científica relacionada con las posibles aplicaciones de la simulación de evento s discretos, y el desarrollo de métodos para el análisis de experimentos por simulación, para generar por computadora la ocurrencia de eventos siguiendo patrones probabilísticos, y para permitir que el motor del lenguaje pueda modelar una gama amplia de aplicaciones. En la década de los 90, la difusión de las computadoras personales, y la aparición de paquetes de simulación que se programan en ambientes gráficos, y con capacidades de animación, permite que la simulación se difunda ampliamente como herramienta para el diseño y análisis en diversos sectores tanto de la industria de manufacturas como de servicios (por ejemplo, telecomunicaciones, salud, transporte y cadenas de restaurantes). Actualmente se pueden distinguir en el mercado dos tipos de paquetes para simulación de eventos discretos: los de propósito general y los orientados hacia alguna aplicación o sector industrial específico. Entre los paquetes más conocidos de propósito general, se pueden mencionar a Arena, Simul8, GPSS/H, AweSim, y MODSIM III, mientras que entre los paquetes con orientación hacia alguna aplicación se puede mencionar a AutoMod, ProModel, SIMFACTORY II.5, QUEST y Arena Packaging Edition para manufactura,.

(14) INTRODUCCIÓN. 2. COMNET III y OPNET Modeler para redes de comunicaciones, SIMPROCESS, ProcessModel, ServiceModel y Arena Business Edition para analizar flujos en procesos de negocios, y MedModel para servicios del cuidado de la salud. Los paquetes mencionados permiten la programación en un ambiente gráfico por medio de módulos, y pueden incorporar animación a sus modelos, lo que además de facilitar la programación del modelo de simulación, se constituye en una herramienta valiosa para la verificación y demostración de las capacidades del modelo. (Negrón) El proceso de la simulación en un salón de clases se considera como una técnica para ilustrar los aspectos teóricos que definen el funcionamiento de una red mediante el simulado de sus características principales, ya que permite ligar la teoría y la práctica contemplada en un curso de red y de esta manera observar las operaciones de la misma.. Para este proceso existen simuladores comerciales y no comerciales, además, está la decisión de crear su propio programa de simulación de acuerdo a sus necesidades. En este documento en particular se enfoca la atención al OPNET y se emite un estudio sobre éste, una vez que se observó que para los propósitos de enseñanza a nivel superior, este simulador cumple los objetivos y características que se proponen en los esquemas de enseñanza-aprendizaje.(Ironelis Valdez Batista) La modificación de los planes de estudio de la Carrera de Telecomunicaciones y Electrónica trae consigo la incorporación de nuevos temas al currículo. Entre las asignaturas por la que podrán optar los estudiantes en Plan D de la carrera se encuentra “Simuladores de Eventos Discretos”. El objetivo que se pretende alcanzar con esta asignatura es desarrollar habilidades en los estudiantes en cuanto a la utilización de herramientas de simulación para modelar el comportamiento de los sistemas de telecomunicaciones. Este trabajo de diploma esta dirigido a identificar y proponer un conjunto de ejercicios de simulación que sirvan de apoyo a la asignatura antes descrita. Aún cuando en los planes de estudio precedentes (Plan C’) se han abordado. temas. relacionados con la simulación de eventos discretos en las asignaturas pertenecientes a la disciplina “Sistemas de Telecomunicaciones” no se satisfacen todos los objetivos en cuanto al desarrollo de habilidades en el manejo de las herramientas de simulación. Esto es debido fundamentalmente al reducido tiempo que se dispone para tratar estos tópicos. La inclusión.

(15) INTRODUCCIÓN. 3. de una nueva asignatura que permita fomentar estas capacidades es de gran ayuda en este sentido. Sin embargo, para lograr un óptimo desempeño en el proceso instructivo es necesario diseñar acertadamente los laboratorios de simulación, seleccionando el simulador a utilizar y los sistemas que serán modelados. Además se debe disponer de guías que permitan a los estudiantes alcanzar un máximo desempeño en los laboratorios. Todo esto debe hacerse de forma que se integre y complemente con el resto de las asignaturas que se imparten en el año, sentado las bases para la aplicación de los conocimientos adquiridos e n la solución de disímiles problemas. En tal sentido el problema central de esta investigación es la ausencia de materiales didácticos convenientemente diseñados para desarrollar habilidades en el manejo de las herramientas de simulación en estrecha vinculación con el sistema de conocimiento de la carrera de Telecomunicaciones y Electrónica. Este trabajo tiene como objetivo gene ral elaborar un conjunto de guías para modelar, simular y verificar mediante la experimentación algunos elementos de los sistemas de telecomunicaciones.. Organización del Informe Este trabajo presenta la siguiente estructura: Capítulo 1 Simulación de Eventos Discretos. En este capítulo se aborda lo concerniente a la simulación en sentido general, profundizando en la simulación de eventos discretos y los métodos y procedimientos propios de la misma. Capítulo 2 Herramientas para la simulación de eventos discretos. Aquí se exponen algunas de las características de diferentes simuladores de eventos discretos, haciendo énfasis en el estudio del OPNET MODELER. Capítulo 3 Ejemplos de Simulaciones. En este capítulo se representan una. serie de. simulaciones en el OPNET de las cuales se hace un análisis de los resultados con el objetivo de enseñar al estudiante a interpretar los gráficos obtenidos después de llevar a cabo la simulación. Al finalizar este capítulo aparecen las conclusiones y las referencias utilizadas en el trabajo Anexos. Guía de laboratorio. Se relacionan una serie ejercicios con la técnica operatoria correspondiente los cuales conforman una guía de laboratorio para la ejecución de las simulaciones..

(16) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 4. CAPÍTULO 1. SIMULACIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. El proceso de la simulación en un salón de clases se considera como una técnica para ilustrar los aspectos teóricos que definen el funcionamiento de una red mediante el simulado de sus características principales, ya que permite ligar la teoría y la práctica contemplada en un curso de red y de esta manera observar las operaciones de la misma. (Ironelis Valdez Batista). 1.1. Simulación. Una Simulación es la imitación de la operación o funcionamiento de algún sistema del mundo real (a través del tiempo). La simulación es usada para probar nuevas ideas o estrategias basadas en un modelo que representa una abstracción particular de ese sistema. Una clasificación de los tipos de simulación según el modelo y su forma de implementarlo es:  Determinística: cuando acciones sobre el modelo arrojan consecuencias predecibles en las variables de estado que describen el comportamiento del sistema.  Estocástica: cuando acciones sobre el modelo arrojan consecuencias que dependen de distribuciones probabilísticas en las variables de estado que describen el comportamiento del sistema.. La simulación también puede ser divida en dos categorías según la dependencia con el tiempo:.

(17) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. . 5. Simulación Estática: Es una simulación donde el variables de estado no dependen del tiempo y generalmente consiste en la resolución de las ecuaciones de estado del sistema en un instante dado.. . Simulación Dinámica: Este tipo de simulación a diferencia del anterior; las variables de estado si dependen del tiempo. Dentro de la simulación dinámica tenemos una subdivisión relacionada a como se maneja la variable tiempo.. . Simulación Discreta: Aquí el sistema cambia en puntos discretos del tiempo; un ejemplo simple de simulación discreta aplicaría en un banco con taquillas, donde las condiciones del sistema cambian sólo cuando entra o sale un cliente.. . Simulación Continua: Aquí el sistema cambia de forma continua a través del tiempo, por ejemplo, si el sistema se concentra en observar la temperatura de un componente.. Figura 1.1 Estado de un Sistema Discreto En la figura 1.1 se ve un ejemplo que muestra como el estado del sistema X (t) cambia en ciertos puntos definidos del tiempo t.. Figura 1.2 Estado de un Sistema Continuo.

(18) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 6. En la figura 1.2 se muestra un ejemplo que muestra como el estado del sistema X (t) cambia de forma continua en el tiempo t. En este caso, nos interesa estudiar las simulaciones del tipo discreta. (Rivas 2010) 1.1.1. Simulación Basada en Eventos Discretos. Cuando en una situación donde es necesario mover el tiempo como variable mientras se simula, existen diferentes estrategias para avanzar el reloj (emular el transcurso del tiempo), permitiendo así simular la dinámica de las entidades en el sistema. Una estrategia ineficiente consiste en mover el reloj en intervalos fijos del tiempo. El tamaño de estos intervalos se definen según la precisión que se quiera tener a fin de resolver ciertas interrogantes, por ejemplo: Simular clientes en un restaurante, situación en la cual se avanza el reloj en segundos. Esta estrategia sencilla que parece al transcurso del tiempo en el mundo real puede ser inadecuada, ya que avanzar el reloj sobre intervalos en donde no sucede ninguna acción que cambie el estado del sistema estaría usando inútilmente recursos computacionales (memoria y/o unidades de procesamiento). Una estrategia más eficiente consiste en ubicar el próximo momento del tiempo en donde cambiará el sistema, y luego, avanzar el reloj del sistema a ese momento del tiempo; en este principio se fundamenta la simulación basada en eventos discretos. La simulación basada en eventos discretos permite emular el transcurso del tiempo en saltos, evitando esperas o ejecuciones innecesarias. A continuación se describirá en detalle esta estrategia: La simulación basada en eventos discretos, permite capturar los cambios y sus consecuencias en el sistema en puntos separados en el tiempo, es decir, el estado del sistema va cambiando en determinados puntos en el tiempo; y la lógica de simulación solo se concentra en observar esos puntos para poder representar la situación modelada. Con esta estrategia se identifican y planifican los puntos donde cambia el estado del sistema, para así poder saltar el reloj a través de esos puntos en el tiempo, ejecutando acciones que reflejan el cambio del sistema en dichos puntos.(Rivas 2010).

(19) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 1.1.2. 7. Terminología en Simulación Basada en Eventos Discretos  Sistema: Colección de entidades (ejemplo: personas y máquinas) que interactúan en el tiempo para cumplir un objetivo.  Modelo: Una representación abstracta del sistema, que suele contener elementos, relaciones, estructura, que describen el sistema en función de sus atributos, eventos, actividades, etc.  Entidad: Cualquier objeto o componente que requiere una representación explícita en el modelo.  Atributos: Propiedades de las entidades.  Actividad: Cualquier cosa que consuma tiempo y recursos. Una actividad consume tiempo, el cual se sabe cuando comienza (ejemplo: el servicio de un cliente en un cajero).  Retardo: Una duración de tiempo de largo no definido, el cual se sabe hasta que se termina (ejemplo: el tiempo de espera por un cliente en un banco en la línea). . Estado del sistema: Conjunto de variables necesarias para describir el sistema en un tiempo determinado.. . Reloj de simulación: Una variable que contiene el valor actual del tiempo de simulación.. . Lista de eventos: Una lista que contiene los eventos a ocurrir en el futuro y su tipo.. . Indicadores estadísticos: Conjunto de variables necesarias para almacenar la información estadística del sistema.. . Rutina de inicialización: Un subprograma que inicializa el reloj de simulación y genera los primeros eventos en la lista de eventos.. . Rutina del tiempo: Una rutina que determina el próximo evento a ocurrir, adelanta el Reloj de Simulación, y procesa el evento próximo.. . Rutina de eventos: Es una rutina que actualiza el estado del sistema según el tipo de evento, esta rutina puede crear nuevos eventos y planificarlos.. . Rutinas de librerías: Rutinas de librerías varias para la simulación, de estas librerías se resaltarán tres funcionalidades generalmente implementadas como:.

(20) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 8. Rutinas para generar números seudo-aleatorios, o valores de variables aleatorias usados para modelar el comportamiento del sistema. Rutinas para estadísticas y sus cálculos. Rutinas varias: En versiones de lenguajes de programación nuevos existen rutinas para graficar, y generar interfaces, depurar el sistema, etc. . Generador de reportes: Un subprograma que genera los reportes y/o resultados de la simulación.. . Programa principal: Un programa que llama a la rutina de inicialización, la rutina de tiempo, y luego le da el control a la rutina de eventos para iniciar la simulación.(Rivas 2010). 1.2. Esquema de trabajo general en simulación basada en Eventos Discretos. La figura 1.3 muestra el esquema de trabajo para el manejo del avance del reloj en una simulación manejada por eventos discretos..

(21) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. Figura 1.3 Esquema de Trabajo en Simulación de Eventos Discretos (Berrones 2010) El esquema consiste en: 1.. Llamar a la rutina de inicialización donde:. 1.1. Se coloca el reloj del sistema en 0 1.2. Se inicia el estado del sistema 1.3. Se Inicializan los estimadores estadísticos 1.4. Se Inicia la lista de eventos: Colocar los eventos iniciales en la lista 2.. Llamar a la rutina del tiempo donde:. 2.1. Se determinar el próximo evento y el instante i en donde se ejecutará 2.2. Se avanza el reloj hasta el instante i. 9.

(22) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 3.. 10. Llamar a la rutina de eventos con el evento determinado en el paso 2.1; y de. acuerdo a las consecuencias de ocurrencia de ese tipo de evento: 3.1. Se actualiza el estado del sistema 3.2. Se actualizan estadísticos que se deseen obtener al final de la corrida 3.3. Se generan los futuros eventos consecuencia de la ejecución de este tipo de evento y se colocan en la lista de eventos 4.. Si la simulación no ha terminado de acuerdo a algún criterio (por ejemplo. tiempo o número de transacciones) ir al paso 2 sino: 4.1. Se calcula los indicadores de interés finales 4.2. Se muestran resultados 1.3. Enfoques de Desarrollo en Simulación basada en Eventos Discretos. Para implementar un simulador basado en eventos discretos existen distintos enfoques o niveles de abstracción. 1.3.1 Simulación basada en Planificación de Eventos Discretos Este es el esquema más simple o de bajo nivel de la Simulación Basada en Eventos, consiste en planificar los eventos que se presentan o pueden presentarse en el sistema. Las características de este enfoque son: 1. Describir los eventos que cambian el estado del sistema 2. Prever y ordenar los cambios futuros a través de una lista de eventos futuros. El enfoque de esta simulación es considerado de bajo nivel ya que se deben describir los eventos y manejarlos a través del tiempo. En una simulación que involucre muchas entidades interactuando entre sí, el número de eventos puede ser muy grande. Un ejemplo de herramientas para implementar Simulación basada en planificación de eventos es CSIM (Librería 2010). de. Simulación. basada. en. eventos discretos). (Rivas.

(23) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 11. 1.3.2 Simulación basada en Procesos La simulación basada en planificación de eventos requiere que el usuario maneje los conceptos de eventos y el esquema del tiempo muy bien, de hecho, el desarrollador debe estar consciente de cada uno de los eventos que existen en la situación que quiere representar. Hoy en día, los programadores están más enfocados en el sistema y la interacción entre las entidades que en los eventos; la programación orientada a objetos que proveen los lenguajes de programación de la actualidad y la tendencia de este enfoque orientado a objetos en la resolución de problemas computacionales estimula a poder simular en un nivel de abstracción donde el programador defina a alto nivel las entidades y su interacción. Un Proceso es el ciclo de vida de una entidad y consiste en un conjunto de eventos, actividades y retardos que incluyen demanda sobre los recursos del sistema.. Figura 1.4 Ejemplo de un Proceso En la figura1.4, se muestra un ejemplo de un cliente en una línea de espera donde se le brinda un servicio. La simulación basada en procesos o llamada también de interacción de procesos abstrae los eventos en la simulación de eventos discretos y permite concentrarse en los procesos y su interacción. Los aspectos a tomar en cuenta en este enfoque son: 1. La interacción de las entidades en el sistema. 2. La identificación de cada proceso y las actividades que definen su ciclo de vida en el sistema. 3. No existen explícitamente los eventos..

(24) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 12. A su vez bajo este enfoque se han hecho herramientas de uso específico y de alto nivel que permiten definir los procesos gráficamente o de forma esquemática, tal es el caso de WebGPSS (Sistema. de. simulación. versión. Web. de. GPSS), y por otro lado se. tienen herramientas como librerías de simulación o lenguajes de simulación en el cual se pueden definir procesos, y modelar los retrasos y actividades tal es el caso de SimPy (Librería de Simulación basada en Python) y MODSIM (Lenguaje de Simulación). (Rivas 2010) 1.3.3 Simulacón basada en la exploración de actividades La simulación basada en la exploración de actividades. consiste en ver cómo las. entidades se relacionan para llevar a cabo una actividad, pero el enfoque está en las actividades que hay que realizar mas no en el ciclo de vida de la entidad. En este enfoque el reloj del sistema se va cambiando en pequeños incrementos del tiempo, el inicio de un actividad se ejecuta si existen todos los recursos y condiciones para comenzar; el algoritmo general evalúa si comienza o termina una actividad en cada quantum de tiempo. Este enfoque puede ser mejor cuando se tienen eventos auto-programados y predecibles ya que ejecuta las acciones cuando existen las condiciones necesarias para llevarlas a cabo. El enfoque basado en procesos es. poco eficiente si se tienen. muchos eventos auto-programados y predecibles, ya que se deben agregar estos eventos a la lista de eventos ocupando así mucho espacio, en la simulación basada en actividades por el contrario lo que se almacena es la condición para iniciar una actividad. En este enfoque se toman los siguientes aspectos: 1. Incrementar el tiempo en intervalos de tiempo fijos 2. Verifica si existe una actividad a ejecutar dadas las condiciones para iniciarla.

(25) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 13. Figura 1.5 Enfoque de exploración de actividades En la figura 1.5 se muestra el enfoque con incrementos fijos del tiempo y exploración de las condiciones a ver si se inicia una actividad o no. 1.3.4 Exploración de las actividades en las tres fases Una de las mejoras para evitar avanzar el reloj a instantes de tiempo en los cuales no se inicia ninguna actividad, es mezclar la lógica del enfoque de interacción de procesos en el cual se avanza el reloj a los instantes donde se necesita cambiar el estado del sistema, con el inicio de actividades por condición. En la exploración de actividades en tres fases se toman en cuenta los siguientes aspectos: 1. Los eventos se consideran actividades de duración 0 (cero) 2. Existen dos tipos de actividades: a. Las actividades B: todos los eventos y actividades que se ejecutan sin condición alguna. b. Las actividades C: son actividades que se inician bajo alguna condición. 3. Las actividades B se planifican en una lista de eventos igual que en la simulación basada en eventos. Estas actividades avanzan el reloj hasta la próxima actividad tipo B. (El reloj no se incrementará en tiempos fijos) 4. Todas las actividades C son evaluadas cada vez que se avanza el reloj por una actividad tipo B y se inician al presentarse su condición de activación..

(26) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 14. El algoritmo de tres fases de este enfoque es: • Fase 1: Buscar el próximo evento en la lista de eventos (Actividad B) y avanzar el reloj hasta ese instante. • Fase 2: Ejecutar todas las actividades tipo B que correspondan con ese instante y modificar el estado del sistema. •. Fase 3: Explorar todas las condiciones de actividades tipo C que puedan activarse e. iniciarlas si es el caso. El algoritmo de tres fases permite combinar los beneficios de planificar eventos y saltar a instantes cuando se necesita cambiar el estado del sistema, y por otro lado, mantener la lógica de inicio de actividades dada una condición. Uno de los lenguajes para usar este en enfoque es STROBOSCOPE (Lenguaje de Simulación basado en exploración de actividades de tres fases), usado para la simulación de sistemas de construcción. (Rivas 2010) 1.4. Generación de números seudo-aleatorios. Existen dos tipos de números aleatorios, los generados aritméticamente por medio de computadoras y los generados por fenómenos físicos. En sentido estricto los números aleatorios los números aleatorios generados por computadoras son una serie de números no aleatorios con un período de repetición suficientemente largo. Por lo que estos también son denominados números seudo-aleatorios. Las condiciones requeridas de los números seudo-aleatorios para la simulación son: 1. La capacidad de generar suficientes números aleatorios con rapidez. 2. Se debe tener suficiente aleatoriedad con un período largo de repetición. 3. Números aleatorios estadísticamente iguales deben ser generados rápidamente. 4. Sus características estadísticas se deben corresponder con los objetivos de la simulación..

(27) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 15. Números Aleatorios Uniformes Los números aleatorios distribuidos uniformemente en determinado rango son llamados números aleatorios uniformes. Estos también son usados para generar números aleatorios con distribuciones arbitrarias. En los primeros métodos usados para la generación de números aleatorios uniformes se encuentra el método del cuadrado medio. Este método consiste en tomar un número x 0 con 2n cifras, elevarlo al cuadrado y hacer x 1 igual al número compuesto por las 2n cifras centrales del resultado. Repitiendo de forma similar la operación se obtiene la serie x 0 , x1 , x2 …. Este método tiene un período de repetición relativamente corto y no se usa en la actualidad.. Método Cogruencial Multiplicativo La serie de números aleatorios x 0 , x1 , x2 … se obtiene según la expresión: xn= kxn-1 ( mod M) Donde mod M es el residuo de la división por M. Para k= ± 3 (mod 8), x 0= 1 (mod 2) y M= 2b se obtiene un período de repetición máximo igual a 2 b-2 . (Alfonso Reguero).

(28) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 1.5. 16. Análisis de los resultados. Figura 1.6 Métodos para el cálculo del intervalo de confianza. La simulación de tráfico es interpretada como la aplicación de métodos de muestreo aleatorio a problemas determinísticos y probabilísticos. Por tanto, es necesario estimar el intervalo de confianza de los resultados de la simulación. Mientras más corto sea el intervalo, mayor será la estimación..

(29) CAPÍTULO 1. SIM ULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 17. Los límites de confianza se calculan agrupando los resultados en lotes. Los métodos que se utilizan son: el método de la réplica, el método del promedio de lotes, y el método regenerativo. La figura 1.6 ilustra el concepto de estos métodos. Método de la réplica El método de réplica consiste en la realización de un número independiente de simulaciones, calcular la media y el intervalo de confianza de las muestras obtenidas, rechazando el período transitorio inicial. Este período puede ser eliminado comenzando la simulación a partir de cierto estado inicial; por ejemplo el estado de equilibrio. Método del promedio de lotes En el método del promedio de lotes las muestras de una corrida de simulación son divididas en varios lotes para los cuales se calcula la media y el intervalo de confianza. Para evitar la correlación entre lotes algunos datos de los mismos deben ser eliminados. Sin embargo, en la mayoría de los casos, después de rechazar el período de transitorio inicial todos los datos son usados. En la práctica se demuestra que para un número de muestras por lotes mayor que 25 la correlación entre lotes es despreciables. Método regenerativo Un proceso estocástico es llamado proceso regenerativo si se comporta para determinado período de tiempo con una regla probabilística independiente de la historia pasada. A estos períodos de tiempo se les denomina períodos regenerativos. El método regenerativo basa su principio en formar lotes entre los períodos regenerativos lo cual es ventajoso en el tratamiento estocástico. (Alfonso Reguero).

(30) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 18. CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PARA LA SIMULACIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. En este capítulo se hace una comparación de algunas de la herramienta software de simulación, las cuales han evolucionado permitiendo facilitar la implementación y el análisis de sistemas de comunicación cada vez más complejos. Para la realización del mismo, se tomaron algunas de las principales herramientas que se utilizan actualmente para la simulación de modelos y aplicaciones de red, con el fin de evaluar sus prestaciones, ventajas y desventajas. En este capítulo se enfoca la atención al OPNET debido a que este simulador cumple los objetivos y características que se proponen en los esquemas de enseñanza-aprendizaje. 2.1. FLAN (F- Links And Nodes). Es un software desarrollado con el lenguaje de programación Java y se distribuye con licencia pública GNU. Se considera que pertenece al grupo de los simuladores de propósito general, ya que por medio de Java se pueden crear y configurar nuevos dispositivos, aplicaciones o protocolos de red, aun si no están incluidos dentro de las librerías del programa, inclusive se pueden realizar modificaciones al código fuente de FLAN ( F- Links And Nodes). 2.1.1. Características generales. FLAN es una herramienta de simulación que permite el diseño, la construcción, y la prueba de una red de comunicaciones en un ambiente simulado. El programa hace el análisis de las redes asociando su estructura basada en nodos y enlaces, con bloques simples, por medio de los cuales se puede entender el funcionamiento especialmente de los protocolos de enrutamiento que maneja la capa de red..

(31) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 2.1.2. 19. Requerimientos del sistema. Para instalar el simulador FLAN, es necesario tener previamente el Kit de Desarrollo de Java J2SE (Java 2 Platform Standard Edition); este kit incluye una JVM (Java Virtual Machine, Máquina Virtual de Java), una API (Application Programming Interfaces, Interface de Programación de Aplicaciones) y un compilador que se necesita para desarrollar y compilar el FLAN. Una vez, se haya instalado el kit de desarrollo, la máquina virtual de Java (JVM), permite que el programa funcione sobre cualquier sistema que la contenga. En la tabla 1.1 se resumen los principales requerimientos del sistema. Tabla 1.1 Requerimientos mínimos del software FLAN Sistema Operativo. Requerimientos del Sistema. Plataformas Microsoft Windows 98/. Es necesario instalar el kit de desarrollo. 2000, Linux, UNIX, Mac OS X.. Java 2 Platform Standard Edition (J2SE) el cual es necesario para compilar y ejecutar FLAN.. Hardware:. Procesador. Intel. Pentium 250 MHz o equivalente, 64 MB RAM, espacio disponible en D.D. 20 MB.. El proceso de instalación consiste en la descarga y compilación del programa, para finalmente poder acceder al modelado y posterior simulación de una red de comunicaciones.. 2.1.3. Ventajas y desventajas. En la tabla 1.2 se resumen las principales ventajas que se tienen al utilizar el software de FLAN, además se incluyen algunas falencias y dificultades que se presentan con el programa. (2005).

(32) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 20. Tabla 1.2 Ventajas y Desventajas del simulador FLAN. Ventajas. Desventajas. Este es un software multiplataforma, es. Flan está diseñado para la prueba de. decir que puede ser implementado sobre. protocolos en redes pequeñas, es decir, que. cualquier sistema operativo que soporte la. tengan menos de 100 nodos.. máquina virtual de Java.. Aunque el usuario puede tener tantos nodos como desee, el funcionamiento se verá. El. programa. contiene. además,. unas. herramientas llamadas manejadores, que son protocolos específicos que ayudan a determinar cómo es recibida la información, cómo procesarla y además cómo dirigir la simulación. Los manejadores podrían incluir Protocolo. afectado mientras se agreguen más y más nodos. El programa permite que se trabaje con la interfaz gráfica, sin embargo es necesario tener conocimientos básicos sobre el lenguaje de programación Java, para poder hacer más configuraciones. IP por ejemplo, que conduce la simulación con el software y dar solución a problemas hacia el mundo del IP. que se presenten al momento de definir Esto incluiría tomar datos abstractos tales. características. o. parámetros. de. como entradas y direcciones de la tabla de. dispositivos, protocolos y/o aplicaciones.. los. encaminamiento, y el proceso de ellas según Por otra parte, pueden presentarse el estándar del IP. Los manejadores problemas al compilar los instaladores de también incluyen paquetes de datos para. FLAN, si no se tiene la versión apropiada. distintos tipos de datos.. del JDK de JAVA.. Teniendo en cuenta las desventajas que presenta FLAN, sus desarrolladores crearon el programa GFlan. Este software sirve como complemento del simulador Flan, y permite hacer más fácil el diseño y la construcción de una red con distintos protocolos en un ambiente aun más amigable para el usuario, que el que se tiene con FLAN..

(33) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 2.2. 21. PACKET TRACER™. Es un simulador gráfico de redes desarrollado y utilizado por Cisco como herramienta de entrenamiento para obtener la certificación CCNA (Cisco Certified Network Associate). Packet Tracer es un simulador de entorno de redes de comunicaciones de fidelidad media, que permite crear topologías de red mediante la selección de los dispositivos y su respectiva ubicación en un área de trabajo, utilizando una interfaz gráfica.. 2.2.1. Características generales. Packet Tracer es un simulador que permite realizar el diseño de topologías, la configuración de dispositivos de red, así como la detección y corrección de errores en sistemas de comunicaciones. Ofrece como ventaja adicional el análisis de cada proceso que se ejecuta en el programa de acuerdo a la capa de modelo OSI que interviene en dicho proceso; razón por la cuál es una herramienta de gran ayuda en el estudio y aprendizaje del funcionamiento y configuración de redes de comunicaciones y aplicaciones telemáticas. En la figura 1.7, se muestra una topología de red, modelada con el programa Packet Tracer V3.2.. Figura 1.7 Topología de Red con el Packet Tracer 2.2.2. Requerimientos del sistema. Para una correcta instalación y posterior uso del software de Packet Tracer, se hacen las recomendaciones de la tabla 1.3..

(34) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 22. Figura 1.3 Requerimientos del sistema para el Simulador Packet Tracer. Sistema Operativo Microsoft Windows 98,. Requerimientos del Sistema Procesador. Intel Tarjeta. Pentium200. ME, 2000, o XP y. Recomendaciones. MHz. de. sonido. y. o parlantes.. equivalente, 64MB RAM, Macintosh. espacio disponible en D.D. 30 MB. Macromedia Flash Player 6.0 o superior La versión 3.2 Tracer. no. de Packet soporta. computadores Macintosh.. 2.2.3. Ventajas y desventajas. En la tabla 1.4 se resumen las principales ventajas del programa Packet Tracer, así como algunas desventajas del sistema. (2005) Tabla 1.4. Ventajas y desventajas del simulador Packet Tracer Ventajas. Desventajas. El enfoque pedagógico de este simulador,. Es un software propietario, y por ende se. hace que sea una herramienta muy útil. debe pagar una licencia para instalarlo.. como complemento de los fundamentos. Solo permite modelar redes en términos de. teóricos sobre redes de comunicaciones.. filtrado y retransmisión de paquetes.. El programa posee una interfaz de usuario. No permite crear topologías de red que. muy. involucren. fácil. de. manejar,. e. incluye. documentación y tutoriales sobre el manejo del mismo.. la. implementación. de. tecnologías diferentes a Ethernet; es decir, que con este programa no se pueden.

(35) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 23. Permite ver el desarrollo por capas del implementar simulaciones con tecnologías proceso de transmisión y recepción de. de red como Frame Relay, ATM, XDSL,. paquetes de datos de acuerdo con el modelo. Satelitales, telefonía celular entre otras.. de referencia OSI.. Ya que su enfoque. es pedagógico, el. Permite la simulación del protocolo de. programa se considera de fidelidad media. enrutamiento RIP V2 y la ejecución del. para implementarse con fines comerciales.. protocolo STP y el protocolo SNMP para realizar. diagnósticos. básicos. a. las. conexiones entre dispositivos del modelo de la red. 2.3. KIVA. Es un simulador de redes basado en Java que permite especificar diferentes esquemas de redes de datos y simular el encaminamiento de paquetes a través de dichas redes. 2.3.1. Características generales. Kiva es una herramienta software orientada principalmente a simular el comportamiento del protocolo IP, y especialmente para el estudio del tratamiento de los datagramas y el encaminamiento de los mismos por una red. También al utilizarlo, se puede estudiar el funcionamiento de los protocolos auxiliares ARP e ICMP y emular el funcionamiento básico de tecnologías de enlace como Ethernet. Con esta herramienta, se puede diseñar una topología de red con la interfaz gráfica, configurar el direccionamiento y las tablas de encaminamiento para los dispositivos y simular el envío de paquetes de un equipo a otro. La principal aplicación del programa es en la enseñanza de los fundamentos sobre el funcionamiento de redes de datos; pero este entorno, también puede ser muy útil para el diseño y comprobación del encaminamiento en redes de datos a nivel comercial. El objetivo principal de este programa, es ayudar a diseñar y comprender el funcionamiento de redes de datos y en especial el encaminamiento de paquetes en la arquitectura TCP/IP, sin necesidad de una infraestructura real y de herramientas de análisis de tráfico; éste programa, también es capaz de simular distintos tipos de errores en el funcionamiento de las redes, como la pérdida de paquetes o fallos en tablas de encaminamiento..

(36) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 24. El programa es multiplataforma, dado que todo su entorno fue desarrollado con el programa de simulación Java, además Kiva ofrece un API que permite usar las funciones de simulación desde otras aplicaciones de Java. 2.3.2. Requerimientos del sistema. Para instalar el simulador. de. redes KIVA es necesario tener un sistema con las. características de la tabla 1.5. Tabla 1.5. Requerimientos básicos de Kiva Sistema Operativo Plataformas Microsoft Windows y Linux.. Requerimientos Mínimos Procesador Pentium de 250. MHz o. equivalente 32 MB de RAM y 20 MB de espacio libre en el disco. 2.3.3. Ventajas y desventajas. Kiva es uno de los programas más completos,. para la simula ción de redes de. comunicaciones, sin embargo no tienen la misma orientación de la mayoría de simuladores que se desarrollaron para evaluar los parámetros de carga y rendimiento en las redes, Kiva se orienta al estudio del protocolo IP y las arquitecturas TCP/IP. En la tabla 1.6, se resumen las principales ventajas y desventajas del simulador KIVA. (2005) Tabla 1.6. Ventajas y desventajas del Simulador Kiva Ventajas. Desventajas. El programa se distribuye con software libre. En la versión actual, la interfaz de usuario. y además es multiplataforma.. está implementada con un conjunto de. Permite el estudio de las redes IP y clases, las cuales deben ejecutarse en el especialmente el seguimiento y análisis del equipo del usuario, cada vez que se desee funcionamiento, el envío, el tratamiento y la. trabajar con éste programa.. recepción de los datagramas a través de. Se deben descargar varios archivos para. arquitecturas TCP/IP.. poder instalar el programa; además se debe.

(37) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. Su orientación académica, hacen que sirva. 25. tener especial cuidado en descargar las. de ayuda para el diseño y comprensión del versiones que se especifican ya que otras funcionamiento de redes de datos. Sirve. como. versiones de dichos paquetes, no permitirán. complemento. de. los. fundamentos teóricos sobre arquitecturas por. niveles,. protocolos. de. enlace. arquitecturas TCP/IP.. que se complete la instalación. Para. el diseño. y. comprobación. del. y encaminamiento en redes de datos a nivel comercial o para fines de investigación y desarrollo; se debe hacer programación en Java.. 2.4. NS (Network Simulator). El Network Simulator más conocido como NS, es un software orientado a simular eventos discretos; se desarrolló con base a dos lenguajes de programación: uno de ellos es un simulador escrito en C++ y el otro es una extensión de TCL, orientada a objetos; este programa ha sido diseñado especialmente para. el área de la investigación de redes. telemáticas. 2.4.1. Características generales. NS es una herramienta con un amplio rango de uso y que continuamente sirve como base para el desarrollo de otros programas de simulación; además este software soporta una gran cantidad de protocolos de las capas de aplicación y transporte, además de otros utilizados para el enrutamiento de los datos, entre los cuales están: HTTP, FTP CBR, TCP, UDP, RTP, SRM, entre otros; los cuales pueden ser implementados tanto en redes cableadas, como inalámbricas locales. o vía satélite; y que son aplicables a grandes redes con. topologías complejas y con un gran número de generadores de tráfico. Para visualizar los resultados es necesario instalar el Network Animador (NAM), el cual es una herramienta de interfaz gráfica muy sencilla de utilizar. NS depende de algunos componentes externos como: Tcl/TK, Otcl, TclCL que hacen parte del compilador de Linux, además del xgraph, que es un componente opcional solo para cuando se necesite evaluar series. Como se observa en la figura 1.8, NS es un intérprete de scripts del lenguaje TCL orientado a objetos, el cual tiene un planificador de eventos de simulación y librerías de objetos de.

(38) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 26. componentes de red y librerías de módulos de instalación de red. Esto quiere decir que la simulación se debe programar en el lenguaje de scripts OTCL.. Figura 1.7 Esquema de Simulación en NS 2.4.2. Requerimientos del sistema. NS es un paquete compuesto por un conjunto de componentes requeridos y otros tantos opcionales, este paquete contiene un script de instalación para configurar, compilar e instalar estos componentes. Para instalar este software se requiere cumplir con las especificaciones de la tabla 1.7. Tabla 1.7. Requerimientos básicos para instalar NS Sistema Operativo. Requerimientos Mínimos. Requerimientos Software. Hardware Plataformas BSD,. Unix. Linux,. Solaris). (Free. Procesador Pentium II de Para plataformas tipo UNIX. SunOS, 200 MHz o equivalente, Tcl release 8.4.5, Tk release 32MB de memoria RAM y 8.4.5,. Otcl. release. 1.9,. Windows mínimo 320 MB de espacio TclCL release 1.16, Ns libre en el disco. release 2.28, otros desde la versión 95. componentes opcionales: Plataformas. Nam release 1.11, Xgraph version 12, CWeb version.

(39) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 27. 3.4g, SGB version 1.0. En sistemas Windows es necesario MS Visual C++ 5.0 (o superior). Otra forma de instalarlo, es a través de un programa de emulación de Linux,. tal. como Cygwin. 2.4.3. Ventajas y desventajas. Ver tabla 1.8. (2005) Tabla 1.8. Ventajas y Desventajas del Simulador NS. Ventajas. Desventajas. Este programa contiene módulos que cubren La configuración de las simulaciones a un. extenso. grupo. de. aplicaciones,. través de código, hace que sea mayor el. protocolos de ruteo, transporte, diferentes. tiempo de desarrollo. Además también se. tipos de enlaces, estrategias y mecanismos. incrementa el tiempo necesario para el. de ruteo; entre otros. Algunos de estos son:. aprendizaje del software.. http, TcpApp, telnet, CBR (Constat Bit. NS. Rate), TCP, RTP, algoritmos de ruteo, enrutamiento jerárquico y enrutamiento manual. Por. ser. uno. de. las. más. antiguas. herramientas de simulación, el NS se ha convertido en un estándar de su área, esto ha llevado a que sea ampliamente utilizado y a que se encuentren en Internet un gran número de ayudas y proyectos realizados. requiere. varios. componentes. adicionales instalados para su correcto funcionamiento..

(40) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 28. sobre NS. 2.5. COMNET III™. COMNET III es una herramienta comercial orientada al diseño, configuración y estudio de las redes de comunicaciones, desarrollado por CACI Products Inc; haciendo uso del lenguaje de programación MODSIM II. Por medio de este programa es posible crear topologías de redes complejas, configurar varias tecnologías, protocolos y dispositivos de red, para hacer un análisis detallado del funcionamiento y del rendimiento de redes tipo LAN, MAN y WAN, utilizando una interfaz gráfica en un ambiente de ventanas.. 2.5.1. Características generales. Este software gráfico permite analizar y predecir el funcionamiento de redes informáticas, desde topologías básicas de interconexión hasta esquemas mucho más complejos de simulación con múltiples redes interconectadas con diversos protocolos y tecnologías como Ethernet, ATM, Satelitales, Frame Relay, X25, etc. Dentro del área de trabajo del programa, se hace la descripción gráfica del modelo de red, se asocian las fuentes generadoras de tráfico en la red, se configuran los parámetros y las características de los dispositivos de acuerdo a la aplicación que se desea implementar; luego se pone en marcha la simulación y finalmente, se analizan los resultados estadísticos sobre el desempeño de la red, los cuales son programados antes de iniciar la simulación y que se generan automáticamente cuando se concluye la simulación. Algunos de los parámetros que se pueden incluir dentro de los informes de la red esta: la ocupación de enlaces o nodos, la cantidad de mensajes generados, las colisiones, entre otros. Este programa contiene una gran variedad de dispositivos de red como: hosts, hubs, switches, routers, access points, satélites, entre otros; los cuales pueden ser interconectados con enlaces y tecnologías como: Ethernet, FDDI, punto a punto, Frame relay, Aloha, PVC, CSMA, entre otros; a la vez que permite implementar gran variedad de protocolos; es decir COMNET III presenta características muy completas e interesantes, en cuanto a las interfaces que soporta para su uso, sin embargo cabe.

(41) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 29. mencionar que el máximo desempeño de este simulador se alcanza al utilizar las librerías para los diferentes tipos de dispositivos de redes con sus diferentes parámetros. Además, esta herramienta es muy útil para fines didácticos en el área de las telecomunicaciones ya que adentra al usuario al mundo de las redes de forma amena, obligándolo a familiarizarse con los términos reales de los estándares existentes en las redes de comunicaciones independientemente de cuál sea la aplicación. El simulador es capaz de soportar cualquier tipo de redes de comunicaciones, aunque se necesita un panorama muy completo en cuanto a lo que existe en el mercado y la implementación de redes en la práctica. COMNET III es un software muy poderoso, sin embargo en la edición universitaria, presenta algunas limitaciones ya que no se pueden realizar las simulaciones que involucren más de 20 nodos. En la figura 1.8, se muestra un modelo de red diseñada en COMNET III.. Figura 1.8 Topología de red modelada con COMNET III 2.5.2. Requerimientos del sistema. El software de COMNET III, puede ser instalado sobre plataforma Windows y Unix. Los requerimientos básicos para instalar y trabajar este programa se especifican en la tabla 1.9 y tabla 1.10 respectivamente..

(42) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 30. Tabla 1.9. Requerimientos de instalación para plataformas Microsoft Windows Sistema Operativo Plataformas. Requerimientos Mínimos. Recomendaciones. Microsoft Procesador Pentium, 32 MB Procesador Pentium de 250. Windows 95 en adelante.. RAM, 25 MB de espacio MHz o equivalente, 64 MB. Aunque también existe una. libre en el disco.. RAM y 40 MB de espacio. versión para Win3.1.. libre en el disco.. Tabla 1.10. Requerimientos de instalación para plataformas Unix Sistema Operativo Solaris 2.5 o SunOS 5.5. Requerimientos Mínimos. Procesador Pentium w/32 Procesador Pentium w/64 MB. RAM,. 50MB. espacio libre en el disco. HP- UX 10.2. Recomendaciones. de MB RAM y 50MB de espacio libre en el disco.. Serie HP 700 w/32 MB Serie HP 700 w/64 MB RAM, 50 MB de espacio RAM y 50 MB de espacio libre en el disco.. SGI - IRIX 6.3. 32 MB RAM, 50 MB de 64 MB RAM y 50MB de espacio libre en el disco.. 2.5.3. libre en el disco.. espacio libre en el disco.. Ventajas y desventajas. COMNET III es una de las herramientas más eficientes para el estudio de redes de comunicaciones, sin embargo se pueden presentar algunas dificultades a la hora de trabajar con este programa. En la tabla1.11, se resumen las principales ventajas y desventajas del software COMNET III. (2005) Tabla 1.11. Principales ventajas y desventajas de COMNET III. Ventajas El programa ofrece la posibilidad de simular una gran cantidad de protocolos y. Desventajas Es un software propietario..

(43) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. tecnologías de red, y ofrece la posibilidad. 31. Por ser una de las herramientas de. de crear protocolos a medida que se van simulación más completas del mercado, la necesitando.. programación de los parámetros de los. Permite configurar y observar una gran cantidad. de. parámetros. durante. la. dispositivos y enlaces de la red tiende a ser compleja.. simulación como: colisiones, capacidad de. Además de los conocimientos sobre el. los buffers de entrada y salida de los. manejo. dispositivos, utilización del canal, anchos. comunicaciones,. de banda, etc.. conocimientos en otras áreas como por. Ofrece la posibilidad de ver el intercambio. y. el. diseño. de. se. redes. de. requieren. ejemplo la estadística.. de mensajes entre los nodos de la red de La versión universitaria del software, solo manera. gráfica,. según. avanza. la. permite la implementación de redes con un. simulación.. máximo de 20 nodos.. Permite obtener gráficos y/o archivos de. Por ser un simulador de lenguaje específico,. texto con las estadísticas de la simulación.. es. Se pueden diseñar, configurar y simular. un. poco. rígido. para. fines. de. investigación y desarrollo.. redes complejas, que incluyan planes de contingencia, seguridad e implementación de tecnologías de superposición como LAN Emulation. 2.6. OPNET MODELER™. OPNET Modeler™ es un programa ampliamente utilizado en la industria para modelar y simular sistemas de comunicaciones; permite diseñar y estudiar redes, dispositivos, protocolos y aplicaciones, brindando escalabilidad y flexibilidad, cualidades que le permiten ofrecer a sus usuarios, trabajar en procesos de investigación y desarrollo. MODELER es un software desarrollado por OPNET;. orientado a simular objetos. mediante un editor gráfico que permite diseñar una topología de red, soporta un amplio rango de tecnologías tipo LAN, MAN y WAN..

(44) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 2.6.1. 32. Características generales. Originalmente fue desarrollado por MIT e introducido al mercado en 1987 como el primer simulador comercial. Esta herramienta se utiliza para el modelado y simulación; está basada en la teoría de redes de colas e incorpora las librerías para facilitar el modelado de las topologías de red. El desarrollo de los modelos se realiza mediante la conexión de diferentes tipos de nodos, utilizando diferentes. tipos de enlaces. Mediante OPNET. MODELER, se deben especificar tres tipos de modelos, como se muestra en la tabla 1.12. Tabla 1.12. Jerarquía de diseño en OPNET MODELO DE RED. Redes y subredes. MODELO DE NODOS. Nodos y estaciones. MODELO DE PROCESOS. Especifica la funcionalidad de cada nodo. El modelo de la red, involucra la creación de nodos, los cuales internamente están constituidos por distintos tipos de módulos y conexiones; finalmente se define la función que desempeñará cada módulo o nodo durante la simulación, a través de los mode los de proceso. 2.6.2. Requerimientos del sistema. Este programa es multiplataforma y requiere las siguientes especificaciones para su correcta instalación y posterior uso. Ver tabla 1.13. Tabla 1.13. Requerimientos básicos para la instalación de OPNET MODELER Sistema Operativo Windows NT, 2000, XP y UNIX. Requerimientos Mínimos del Sistema Procesador Intel Pentium III de 500 MHz, 64 MB en RAM y 100 MB disponibles en disco duro. Monitor SVGA, 8 MB en memoria de video y tarjeta de sonido..

(45) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 2.6.3. 33. Ventajas y desventajas. Mediante el uso de MODELER es posible acceder a una amplia gama de beneficios, sin embargo presenta algunas desventajas, tal y como se resume en la tabla 1.14. (2005) Tabla 1.14. Ventajas y desventajas de OPNET MODELER Ventajas. Desventajas. El programa incluye las librerías para. Es un software propietario, lo cual lo hace. acceder a un extenso grupo de aplicaciones. costoso para ambientes universitarios.. y protocolos como: HTTP, TCP, IP, OSPF, Es necesario obtener la licencia para poder BGP, EIGRP, RIP, RSVP, Frame Relay, utilizar el software, ya que no existen FDDI,. Ethernet,. ATM,. LANs 802.11. versiones académicas o de prueba.. (Wireless), aplicaciones de voz, MPLS, PNNI, DOCSIS, UMTS, IP Multicast, Circuit Switch, MANET, IP Móvil; entre. Complicada determinación de los intervalos de confianza.. otras. Tiene interfaces para visualización El tiempo de aprendizaje es elevado. del modelo en 3D. Los APIs de simulación permiten acceder libremente al código fuente, lo cual facilita la programación de nuevos protocolos de red. Las librerías de modelos de red estándar, incluyen dispositivos de red comerciales y genéricos. Modelos de red jerárquicos. Maneja topologías de red complejas con subredes anidadas ilimitadas. Permite mostrar el tráfico por la red a través de una animación, durante y después de la simulación. Los resultados se exhiben mediante gráficos estadísticos..

(46) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 2.7. 34. OMNET ++. Es un programa orientado a simular objetos y a modular eventos discretos en redes de comunicaciones, posee una gran cantidad de herramientas y una interfaz que puede ser manejada en plataformas Windows y en distribuciones tipo Unix; haciendo uso de varios compiladores de C++. OMNET ++ es una versión libre, para fines académicos, de la versión comercial OMNEST desarrollado por Omnest Global, Inc. 2.7.1. Características generales. OMNeT++ es una herramienta eficiente, enfocada al área académica y desarrollada para modelar y simular eventos discretos en redes de comunicaciones; básicamente este simulador de redes recrea dichos eventos discretos por medio de módulos orientados a objetos; puede ser utilizado para modelar el tráfico de información sobre las redes, los protocolos de red, las redes de colas, multiprocesadores y otros sistemas de hardware distribuido; además para validar arquitecturas de hardware y evaluar el rendimiento de sistemas complejos. Este simulador, utiliza el lenguaje de programación NED, que se basa en el lenguaje C++; como herramienta para modelar topologías de red; este lenguaje facilita la descripc ión modular de una red, es decir, un modelo en OMNET ++ se construye con módulos jerárquicos mediante el lenguaje NED, dichos módulos pueden contener estructuras complejas de datos y tienen sus propios parámetros usados para personalizar el envío de paquetes a los destinos a través de rutas, compuertas y conexiones. Los módulos de más bajo nivel son llamados “simple modules” y son programados en C++ usando la librería de simulación. Básicamente, con el lenguaje NED se definen tres módulos: módulos simples, módulos compuestos y de redes; dentro de los cuales se encuentran los componentes y especificaciones de la descripción de una red de comunicaciones. Con el fin de facilitar el diseño de redes y la simulación de eventos sobre las mismas, OMNET ++, permite al usuario trabajar gráficamente empleando el editor del lenguaje NED (GNED). Este editor es la interfaz gráfica que permite crear, programar, configurar y.

(47) CAPÍTULO 2. HERRAMIENTAS PA RA LA SIMULA CIÓN DE EVENTOS DISCRETOS. 35. simular redes de comunicaciones, sin necesidad de hacerlo utilizando la codificación del lenguaje NED;. ya que automáticamente, GNED se encarga de generar el código del. lenguaje, de acuerdo al diseño y configuración que realiza el usuario en forma gráfica. Además GNED, permite acceder fácilmente a dicho código. 2.7.2. Ventajas y desventajas. OMNET++ provee un amplio panorama para la realización de simulaciones. En la tabla 1.15, se resumen a algunas de las principales ventajas y desventajas que presenta OMNET++. (2005) Tabla 1.15. Ventajas y desventajas de OMNET++. Ventajas. Desventajas. OMNET++ es gratuito solamente para. Para fines de investigación y desarrollo, es. propósitos académicos, lo que facilita su necesario saber programar en lenguaje utilización en universidades y grupos de. NED, ya que el trabajo con el editor gráfico,. investigación.. es un poco más rígido.. Es multiplataforma.. Por ser un software de aplicación en áreas. Gracias a la programación por módulos, es. comerciales y para efectos de investigación. posible. simular. procesos. paralelos. y. distribuidos, los cuales pueden utilizar. y desarrollo, tiene un alto grado de complejidad en su manejo.. varios mecanismos para comunicarse entre si. 2.8. NCTUns. NCTUns (National Chiao Tung University, Network Simulator) es un simulador y emulador de redes y sistemas de telecomunicaciones avanzado. NCTUns es software libre y se ejecuta sobre Linux; además utiliza una metodología de simulación que entra y modifica el Kernel de Linux, lo cual hace que el programa tenga ventajas únicas en comparación con otros simuladores y emuladores de redes de comunicaciones..