UFPA PPGCC LPRAD 2014-02 - Edinaldo La-Roque - OPNET - Tutorial Rede LTE - VoIP e Videoconferencia - v1 - 20141111-0827

UFPA – UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ ICEN - INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS

PPGCC – PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO – 2014.2 – MESTRADO

ORIENTADOR: PROF. DR. CARLOS RENATO LISBOA FRANCÊS

CO-ORIENTADOR: DOUTORANDO CARLOS PATRICK ALVES

EDINALDO J.C. LA-ROQUE

[email protected]

http://www.lprad.ufpa.br

TUTORIAL - SIMULAÇÃO DE CENÁRIO DE REDE LTE – VOIP E

VIDEOCONFERÊNCIA COM OPNET MODELER

Tutorial contendo laboratório com simulação de cenário de Rede LTE envolvendo a configuração dos serviços de VoIP e Videoconferência, usando o simulador discreto OPNET Modeler, versão 17.5 (Educational Version).

BELÉM

novembro/2014

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4

1. INSTALANDO UM SERVIDOR DE APLICAÇÃO ........................................... 5

1.1 Duplicando um cenário .................................................................................. 5

1.1.1 Visualizando a lista de cenários existentes ................................................ 5

1.1.2 Duplicação de cenário ................................................................................ 6

1.2 Selecionando um servidor ethernet ............................................................... 7

1.3 Selecionando um tipo de link de dados para o servidor ................................ 8

1.4 Conectando o servidor ao backbone IP ......................................................... 9

2. CONFIGURANDO UMA APLICAÇÃO DE VIDEOCONFERÊNCIA ............... 11

2.1 Selecionando o configurador de aplicações .................................................. 11

2.2 Configurando aplicação de videoconferência de alta resolução .................... 12

2.3 Selecionando o configurador de perfis .......................................................... 13

2.4 Configurando um perfil para videoconferência .............................................. 14

2.5 Instalando a aplicação de videoconferência no servidor ............................... 15

2.6 Configurando um UE como cliente de videoconferência ............................... 17

2.7 Renomeando um UE cliente de videoconferência ......................................... 18

2.8 Selecionando estatísticas para avaliar o desempenho da videoconferência 19

2.8.1 Selecionando estatísticas para as eNodeBs .............................................. 19

2.8.2 Selecionando estatísticas para UE de videoconferência ............................ 21

2.9 Compilando o cenário com videoconferência ................................................ 24

2.10 Visualizando os resultados da videoconferência ......................................... 25

3. AVALIANDO UE DE VIDEOCONFERÊNCIA COM TRAJETÓRIA ESPECÍFICA ....................................................................................................... 28

3.1 Definindo trajetória específica para UE_Videoconf_Client ............................ 28

3.2 Visualizando as definições da trajetória para UE_Videoconf_Client ............. 33

3.3 Simulando e visualizando resultados para UE com trajetória definida .......... 34

4. CONFIGURANDO UMA APLICAÇÃO VOIP COM QOS ................................ 36

4.1 Duplicando cenário ........................................................................................ 36

4.2 Visualizando as pré-configurações de QoS para LTE ................................... 37

4.3 Configurando aplicação VoIP com qualidade PCM 64 Kbps ......................... 39

4.4 Configurando um perfil para a aplicação VoIP .............................................. 40

4.5 Instalando a aplicação VoIP nos UEs ............................................................ 42

4.5.1 Selecionando UEs que farão VoIP ............................................................. 42

4.5.2 Configurando o nível de QoS para os UEs de VoIP ................................... 43

4.5.3 Configurando UEs como servidores VoIP .................................................. 46

4.5.4 Aplicando as configurações nos UEs selecionados ................................... 48

4.5.5 Identificando os UEs configurados para VoIP ............................................ 49

4.5.6 Selecionando estatísticas para avaliar o desempenho do VoIP ................. 50

4.6 Compilando o cenário com videoconferência e VoIP .................................... 53

4.7 Visualizando os resultados da aplicação VoIP .............................................. 54

4.7.1 Visualizando os resultados para o UE_0_1_1_VoIP .................................. 54

4.7.2 Visualizando os resultados específicos de VoIP ........................................ 56

4.7.3 Visualizando os resultados específicos de controle de admissão .............. 58

CONCLUSÃO ...................................................................................................... 61

UFPA PPGCC 2014.2 – LPRAD – Tutorial – Simulação de Cenário de Rede LTE – VoIP e Videoconferência com OPNET Modeler 4

INTRODUÇÃO

Este documento tem por objetivo servir de tutorial básico sobre o uso do

software simulador de eventos discretos, o OPNET Modeler, versão 17.5 (Educational

Version), de maneira a proporcionar um rápido aprendizado por parte de iniciantes na

área de simulação de redes LTE. O conteúdo aqui apresentado não tem a pretensão

de aprofundar ou esgotar os conhecimentos sobre essa ferramenta complexa e

bastante completa, mas apenas de servir como ponto de partida para aqueles que

precisam reduzir o tempo de aprendizado do simulador para, então, poder focar na

investigação da tecnologia objeto de estudo e na geração de resultados para as suas

pesquisas.

Os conteúdos abordados neste tutorial são a continuação do conteúdo abordado no

primeiro tutorial, cujo nome é: TUTORIAL - SIMULAÇÃO DE CENÁRIO BÁSICO DE

REDE LTE COM OPNET MODELER.


1. INSTALANDO UM SERVIDOR DE APLICAÇÃO

1.1 Duplicando um cenário

1.1.1 Visualizando a lista de cenários existentes

A duplicação de cenário pode ser usada quando se objetiva manter o cenário

inicial (baseline) intacto por uma questão de segurança (cópia do cenário inicial), que,

por exemplo, permita voltar ao ponto de partida sem erros inseridos posteriormente à

criação desse ponto inicial do projeto; ou por uma questão de separar etapas

evolutivas dos experimentos de simulação; ou ainda (e talvez um dos motivos mais

importantes) para que se possa ter um cenário inicial padrão e compará-lo com um

outro cenário que, por exemplo, represente uma evolução do cenário padrão. Essa

comparação poderá se dar através de gráficos contendo curvas de ambos os cenários.

Este último recurso não será abordado neste tutorial.

Neste tutorial, o objetivo da duplicação de cenário é meramente o de criar

instâncias evolutivas separadas, à medida em que vamos tornando nossos cenários

mais completos e complexos. Por exemplo, esse recurso nos permite revisitar os

vários estágios evolutivos de nossos projetos de simulação no OPNET Modeler.

Então, antes de duplicarmos um cenário, precisamos visualizar a lista de

cenários já criados. Para isso, basta selecionar a opção Scenarios / Manage

Scenarios, conforme abaixo:

O resultado é uma janela que mostra o número do cenário, o seu nome, o

status de salvo ou não-salvo, o status da coleta de resultados (up to date indica que o

cenário foi simulado e encontra-se com os resultados atualizados) e o tempo de

simulação.


1.1.2 Duplicação de cenário

Para duplicar um cenário é necessário estar com esse cenário selecionado, o

que pode ser feito com as teclas de atalho Ctrl-1 para o cenário 1, Ctrl-2 para o

cenário 2, e assim sucessivamente. Também pode-se utilizar a opção Scenarios /

Switch to Scenario.

Então, com o cenário selecionado, escolha a opção Scenarios / Duplicate

Scenario ou tecle Ctrl+Shift+D e dê um nome para a cópia do cenário que está sendo

criado. No exemplo abaixo, o cenário baseline (cenário atualmente selecionado) está

sendo clonado com o nome de “VoIP e Videoconferencia”.

→


Após a duplicação, além do cenário inicial de número 1 (baseline), teremos

mais um cenário, com as seguintes informações:

• Número (#): 2

• Nome do cenário: VoIP e Videoconferência

• Status de salvamento: não-salvo

• Status de coleta de resultados: não-coletado (uncollected)

• Duração da simulação: 5.0 minutos

1.2 Selecionando um servidor ethernet

Clique na paleta de objetos, conforme indicado na figura abaixo à esquerda, e

dentre os modelos de nó de rede, selecione o nó fixo ethernet_server, conforme figura

abaixo à direita:

→


Atribua um nome ao servidor de aplicação, conforme mostrado abaixo. No

exemplo, optou-se por um nome sugestivo (Apl_Server).

→

1.3 Selecionando um tipo de link de dados para o servidor

Novamente na paleta de objetos, faça uma busca pela palavra-chave link

através do campo Search by name e clique no botão Find Next. Para o nosso

exemplo, o tipo de link de dados escolhido foi um link duplex Ethernet de 10 Gbps.


1.4 Conectando o servidor ao backbone IP

Agora, basta arrastar o ícone do link de dados da paleta de objetos e fazer a

conexão do backbone IP (nuvem IP, no exemplo) ao servidor de aplicação Apl_Server.

Além disso, precisamos verificar se o backbone IP e o servidor são conectáveis

entre si. Ou seja, precisamos verificar se os dois nós a serem conectados apresentam

os mesmos tipos de interface de rede e protocolos, e se essas interfaces estão

disponíveis. Por exemplo, não podemos conectar uma simples porta de antena a uma

porta ethernet, bem como não podemos conectar uma porta que fala o protocolo PPP

a uma porta que fale o protocolo ATM. Portas e protolos precisam ser compatíveis

entre si.

→

→

Para nos certificarmos de que estamos fazendo as conexões de maneira

correta, usamos a opção Topology / Verify Link (Ctrl-L). No nosso exemplo, o resultado

da verificação indica que todos os links e caminhos estão conectados adequadamente.


A figura abaixo indica que o nosso cenário 2 (VoIP e Videoconferencia)

recebeu a instalação de um servidor de aplicação diretamente conectado ao backbone

IP.

Caso houvesse um erro de conexão do servidor à nuvem IP, teríamos a figura

de um “X” em cima da linha do link de dados.


2. CONFIGURANDO UMA APLICAÇÃO DE VIDEOCONFERÊNCIA

Para que possamos instalar aplicações nos nós de uma rede LTE simulada no

OPNET Modeler, primeiramente precisamos configurar essas aplicações

separadamente para, só então, vinculá-las a nós clientes e nós servidores.

2.1 Selecionando o configurador de aplicações

Para incluir o configurador de aplicações (Application Config) em nosso

cenário, basta selecioná-lo a partir da paleta de objetos e arrastá-lo para o nosso

cenário.

→


2.2 Configurando aplicação de videoconferência de alta resolução

Uma vez no cenário, precisamos editar as propriedades do configurador de

aplicações e adicionar as aplicações com suas configurações desejadas (figura

anterior).

Neste primeiro exemplo, a aplicação a ser configurada é uma videoconferência,

com vídeo de alta resolução, conforme mostrado nas figuras abaixo:

→

Observe que para cada aplicação adicional, acrescentamos uma linha na

propriedade Application Definition / Number of Rows. Uma vez acrescentada a linha,

basta atribuir um nome à aplicação (ou conjunto de aplicações) que estamos

configurando. No nosso caso, as seguintes configurações foram feitas:

Number of Rows 1

Name Videoconf_Hi_Res

Videoconferencing High Resolution Video

Essas configurações são o suficiente. Basta clicar no botão OK para salvar.


2.3 Selecionando o configurador de perfis

Para incluir o configurador de perfis (Profile Config) em nosso cenário, basta

selecioná-lo a partir da paleta de objetos e arrastá-lo para o nosso cenário. Podemos

ver o configurador de perfis como uma espécie de agrupador de aplicações que

atendem a determinados perfis de usuários.

→


2.4 Configurando um perfil para videoconferência

Uma vez no cenário, precisamos editar as propriedades do configurador de

perfis (figura anterior) e adicionar aplicações que foram pré-definidas no configurador

de aplicações.

Neste primeiro exemplo, o perfil a ser criado é para usuários de

videoconferência, com vídeo de alta resolução, conforme mostrado nas figuras abaixo:

→

Observe que para cada perfil adicional, acrescentamos uma linha na

propriedade Profile Configuration / Number of Rows. Uma vez acrescentada a linha,

basta atribuir um nome ao perfil que estamos criando. No nosso caso, as seguintes

configurações foram feitas:

Number of Rows 1

Profile Name Videoconf_Hi_Res_profile

Applications / Number of Rows 1

Name Videoconf_Hi_Res

As demais propriedades foram mantidas em seus valores default. No entanto,

vale a pena mencionar que esse perfil inclui uma aplicação (Videoconf_Hi_Res) cuja

execução é iniciada 100 segundos após o início da simulação, e dura por todo o tempo

de execução da simulação, sendo executada uma única vez após o instante do seu


início. Ou seja, a aplicação não é iniciada e parada várias vezes durante a simulação.

Ela roda apenas uma vez.

2.5 Instalando a aplicação de videoconferência no servidor

Com a aplicação configurada e alocada em um perfil, agora basta editar as

propriedades dos nós de rede que funcionarão como clientes (usuários da aplicação)

ou servidores (provedores da aplicação para os usuários) e vincular o perfil desejado

ao nó de rede.

Primeiramente, iremos instalar a aplicação de videoconferência, através de seu

perfil, no servidor de aplicação Apl_Server. Isso é feito adicionando-se uma linha na

propriedade Applications / Application: Supported Profiles / Number of Rows e

atribuindo-se o nome de perfil (Profile Name) Videoconf_Hi_Res_Profile.

→


No entanto, isso não basta para que o nó de rede se comporte como servidor

de uma aplicação. Para isso, é necessário editar a propriedade Application: Supported

Services e incluir o nome da aplicação definida no configurador de aplicações

Application Config), conforme mostrado abaixo:

→

A partir deste ponto, podemos afirmar que o nó de rede Apl_Server agirá como

servidor de aplicação de videoconferência (Videoconf_Hi_Res).


2.6 Configurando um UE como cliente de videoconferência

Para que um nó de rede se comporte como cliente de um servidor de

aplicação, precisamos editar suas propriedades, indicando tanto os destinos

preferenciais onde rodam as aplicações (Applications / Application: Destination

Preference) quanto os perfis de aplicações suportadas (Applications / Application:

Supported Profiles).

A figura abaixo e à direita mostra que o endereço (destino preferencial) para a

aplicação Videoconf_Hi_Res é Wireless Subnet_0.Apl_Server. Ou seja, o servidor de

aplicação está na subrede 0 (zero) de uma rede wireless.

Além do endereço de destino do servidor, precisamos configurar os perfis de

aplicações suportadas para este UE (cliente), que no caso é Application: Supported

Profiles: Videoconf_Hi_Res_Profile, conforme mostrado abaixo:

→


2.7 Renomeando um UE cliente de videoconferência

Para facilitar o rastreamento do UE usuário de videoconferência no cenário

LTE, é desejável que esse UE tenha um nome sugestivo, que indique o tipo de serviço

que ele consome da rede.

No exemplo abaixo, o UE_0_4_2 (UE da subrede 0, eNodeB 4, ID 2) é

renomeado para UE_Videoconf_Client.

→

A mudança de nome do UE acima facilitará a localização dos resultados

(estatísticas) coletados durante a simulação, relativos ao lado cliente do serviço de

videoconferência.


2.8 Selecionando estatísticas para avaliar o desempenho da videoconferência

Com servidor de aplicação (Apl_Server) e cliente (UE_Videoconf_Client)

configurados com o serviço de videoconferência de alta resolução

(Videoconf_Hi_Res), agora precisamos selecionar algumas métricas para avaliar o

comportamento da rede diante dessa carga, que é a aplicação videoconferência.

Essa operação será feita tanto nas eNodeBs, por onde o UE cliente de

videoconferência pode transitar, quanto no nó cliente do serviço em questão

(UE_Videoconf_Client).

2.8.1 Selecionando estatísticas para as eNodeBs

Para as eNodeBs, é necessário configurar individualmente a seleção de

estatísticas para cada uma delas, conforme mostrado na figura abaixo:


Neste exemplo, as estatísticas coletadas para as eNodeBs serão as seguintes:

• LTE

� Load (bits/sec)

� Load (packets/sec)

• LTE PHY

� Downlink BLER

� Downlink Packets Dropped (packets/sec)

� Downlink SNR (dB)

� PDCCH Utilization (%)

� PDSCH Utilization (%)

� PUSCH Utilization (%)

� Uplink BLER

� Uplink Packets Dropped (packets/sec)

� Uplink SNR (dB)

Atenção: esse processo deve ser repetido para cada eNodeB presente no cenário.


2.8.2 Selecionando estatísticas para UE de videoconferência

Para o UE cliente de videoconferência, o processo de seleção de estatísticas é

similar ao das eNodeBs, conforme mostrado na figura abaixo:

Como existe apenas um UE configurado para acessar a aplicação de

videoconferência, o UE_Videoconf_Client, esse processo será realizado apenas uma

vez, em comparação com as eNodeBs onde o processo precisa ser repetido para cada

estação base existente no cenário.


Para o UE cliente de videoconferência, selecionaremos não apenas métricas

relativas ao rádio acesso LTE, mas também métricas específicas da aplicação de

videoconferência:

• LTE

� Associated eNodeB

� Handover

� Load (bits/sec)

� Radio Link Failures

� Scanned eNodeB

� Throughput (bits/sec)

� Throughput (packets/sec)

• LTE PHY

� Associated eNodeB RSRP (dBm)

� Associated eNodeB RSRQ (dB)

� Best Operational Wideband MCS Index

� DL Carrier Frequency (GHz)

� Downlink BLER

� Downlink Packets Dropped (packets/sec)

� Downlink SNR (dB)

� Pathloss (dB)

� Scanned eNodeB RSRP (dBm)

� Tx Power per Physical Resource Block (dBm)

� Uplink BLER

� Uplink Packets Dropped (packets/sec)

� Uplink SNR (dB)

• Videoconferencing

� Packet Delay Variation

� Packet End-to-End Delay (sec)

� Traffic Received (bytes/sec)

� Traffic Sent (bytes/sec)


As telas a seguir mostram as métricas selecionadas para o dispositivo móvel

UE_Videoconf_Client:

Help sobre as métricas:

Observe que quando você clica sobre uma métrica, normalmente (quando

disponível) é apresentado um texto de ajuda sobre o item clicado. No exemplo acima,

o texto de ajuda é sobre a métrica Throughput (packets/sec), que indica que essa

métrica refere-se ao tráfego entrega da camada LTE para as camadas mais altas

deste nó, em bits por segundo.


2.9 Compilando o cenário com videoconferência

Para este experimento, faremos uma simulação com duração de apenas 5

minutos, com um único seed (uma única simulação) e sem o recurso de depuração

(OPNET Simulation Debugger(ODB)).

Clique no botão Run para realizar a compilação e a simulação.


2.10 Visualizando os resultados da videoconferência

A simulação levou 3 minutos e 36 segundos para ser concluída. Para um

tempo simulado de 5 minuitos, 20.335.599 eventos foram gerados a uma velocidade

média de 93.942 eventos por segundo.

Para visualizar os resultados com base nas métricas pré-selecionadas, clique

no botão Results Browser, conforme indicado na figura acima.


Para avaliar o desempenho da aplicação de videoconferência de alta

resolução, configurada nesse cenário, geramos gráficos empilhados a partir das

seguintes métricas, do ponto de vista do cliente móvel UE_Videoconf_Client:

• eNodeB associada ao dispositivo móvel;

• Taxa de pacotes descartados no downlink;

• Intensidade de sinal ente UE e eNodeB associada (RSRP);

• Tráfego recebido pelo UE;

• Tráfego enviado pelo UE;

A partir dos gráficos acima, podemos fazer algumas observações:

• A simulação iniciou-se após terem transcorridos 100 segundos. Esse tempo

é configurável e, normalmente, pode ser visto como o tempo necessário

para o sistema se estabilizar antes da simulação de eventos realmente


começar. No entanto, o tráfego de dados só iniciou-se após uns 5 a 7

segundos após a seleção da eNodeB 4.

• O usuário de videoconferência se manteve o tempo todo dentro do raio de

cobertura da eNodeB 4.

• A taxa máxima de perda de pacotes não ultrapassou 7 pacotes.

• Embora a potência do sinal (RSRP) tenha caído mais da metade (-98 dBm

– (-94 dBm) = -4 dB, onde cada 3 dB corresponde à metade da potência), a

eNodeB 4 manteve tanto o tráfego transmitido quanto o tráfego recebido

acima de 500.000 bytes por segundo (ou 500.000 bytes/seg x 8 bits =

4.000.000 bits/seg = 4 Mbps).

• O tráfego enviado (sentido uplink) pelo UE mostrou-se mais estável

(praticamente plano) em comparação com o tráfego recebido pelo UE

(sentido downlink), que mostrou variação aproximada de + ou - 20.000

bytes/seg em torno dos 500.000 bytes/seg.


3. AVALIANDO UE DE VIDEOCONFERÊNCIA COM TRAJETÓRIA ESPECÍFICA

Diferentemente dos demais dispositivos móveis, que assumem trajetórias

aleatórias dentro dos limites de cobertura das 4 eNodeBs, neste ponto do tutorial

iremos configurar uma trajetória específica para o UE_Videoconf_Client.

3.1 Definindo trajetória específica para UE_Videoconf_Client

Podemos sobrescrever a trajetória aleatória inicialmente definida para o

UE_Videoconf_Client, clicando com o botão direito do mouse sobre o UE e

selecionando a opção Define Trajectory.

→

Agora, precisamos definir um nome para a nova trajetória do

UE_Videoconf_Client, que será inserida na propriedade Trajectory name. O nome

definido para a trajetória foi UE_Videoconf_Client_Traj, conforme mostrado na figura

abaixo.


Após clicar em Define Path, a seguinte tela surgirá, onde podemos definir a

velocidade para o trecho inicial do trajeto. Neste caso, foi definida a velocidade de 30

km/h (velocidade veicular).

O primeiro trecho do trajeto é definido clicando-se sobre o UE a arrastando-se

até o segundo ponto desejado.

No exemplo acima, o primeiro trecho do trajeto fará com que o

UE_Videconf_Client se movimente da área de cobertura da eNodeB 4 e entre na área

da eNodeB 1, o que forçará o handover entre células, que é a garantia de mobilidade

de um UE por entre as células, mantendo-se a conexão do dispositivo móvel com a

rede.

Para continuar definindo trechos adicionais para o trajeto, clique em Continue.


O segundo trecho do trajeto forçará o UE a sair da área de cobertura da

eNodeB 1 e passar brevemente pela borda da célula mantida pela eNodeB 3,

obrigando um handover para a eNodeB 3, cuja conexão terá curta duração até que

entre na área de cobertura da eNodeB 2.

Iremos definir mais um terceiro trecho para este trajeto. Clique no botão

Continue.


Finalmente, o terceiro trecho do trajeto fará com que o dispositivo móvel

UE_Videoconf_Client permaneça na célula mantida pela eNodeB 2, porém movendo-

se nas proximidades da borda dessa célula em trajetória que se aproxima da torre

onde encontra-se a antena da eNodeB 2.

Neste ponto, podemos encerrar a edição do trajeto UE_Videoconf_Client_Traj,

clicando no botão Complete.


Como resultado final desse processo, obtem-se uma trajetória para o

dispositivo móvel UE_Videoconf_Client que obriga este UE a atravessar todas as 4

células criadas para este cenário LTE.

Este recurso pode ser bastante interessante para avaliar o comportamento de

uma aplicação (videoconferência, neste caso), quando forçamos o UE a afastar-se de

sua estação base de conexão inicial (eNodeB 4, neste caso), passando por áreas de

cobertura de domínio de outras eNodeBs, com diferentes cargas de usuários,

diferentes níveis de utilização (usuários consumindo larguras de banda diferentes pelo

uso de aplicações leves, pesadas, etc) e/ou capacidades diferentes dessas outras

eNodeBs (20 MHz, 10 MHz, 5 MHz, 3 MHz e 1.4 MHz, por exemplo).

A definição de trajetórias é um recurso valioso para escapar da aleatoriedade

de certos parâmetros, como a mobilidade dos UEs, por exemplo, para que possamos

fazer uma investigação em um ambiente mais controlado. Neste caso, podemos

avaliar o comportamento de várias métricas à medida em que o usuário se aproxima

ou se afasta do centro de uma célula, como: recursos consumidos (largura de banda),

relação sinal/ruído (SNR), intensidade do sinal (RSRP), qualidade do sinal (RSRQ),

throughput das aplicações, etc.


3.2 Visualizando as definições da trajetória para o UE_Videoconf_Client

Podemos visualizar e/ou alterar informações sobre uma trajetória definida para

um UE. Para isso, basta clicar com o botão direito do mouse sobre um ponto qualquer

da trajetória e selecionar a opção Edit Trajetory.

Como resultado, teremos uma janela que mostra informações sobre a

trajetória, como:

• As posições iniciais para cada trecho no plano cartesiano (X,Y);

• A distância percorrida em cada trecho do trajeto;

• O tempo de travessia para cada trecho do trajeto;

• A Velocidade usada em cada trecho.


3.3 Simulando e visualizando resultados para UE com trajetória definida

Desta vez, aumentaremos o tempo de simulação de 5 para 10 minutos,

mantendo um único seed (simulação única).

Observa-se que com o tempo de simulação duplicado e com uma trajetória

definida, a quantidade de eventos gerados saltou de 20 para 49 milhões, com um

tempo transcorrido de 9 minutos e 14 segundos.


Observe que, conforme planejamos através da definição de uma trajetória, o

UE_Videoconf_Client partiu da eNodeB 4, onde permaneceu aproximadamente uns 12

segundos, fez handover para a eNodeB 1, onde permaneceu por uns 3 minutos,

entrou na área da eNodeB 3 (terceiro handover), onde permaneceu por mais uns 25

segundos, e finalmente fez handover para a eNodeB 2, onde permaneceu pela resto

do tempo de simulação, que foi quase de 5 minutos do total de 10 minutos.

Outra observação importante, indicada pelas duas setas na figura abaixo, é

que no instante aproximado de 4 minutos e 45 segundos, houve uma falha de link de

rádio, indicado pelo ponto cuja eNodeB apresenta ID = -1. Ou seja, nesse instante,

nenhuma eNodeB (-1) estava selecionada.

Em todo esse trajeto, o throughput (taxa de bits nominal menos o overhead)

ficou pouco acima dos 4 Mbps.

Outra observação importante é que, segundo o gráfico acima, a degradação da

qualidade do sinal (RSRQ) foi determinante para o processo de handover.


4. CONFIGURANDO UMA APLICAÇÃO VOIP COM QOS

Para que possamos configurar uma aplicação (VoIP ou outra qualquer) com

garantia de qualidade de serviço (QoS – Quality of Service), precisaremos ativar o

controle de admissão através de Dedicated EPS Bearers (canais virtuais dedicados

aos quais o QoS está vinculado).

4.1 Duplicando o cenário

A fim de manter intacto nosso experimento de cenário LTE com

videconferência, iremos duplicar o cenário 2, criando o cenário 3, onde configuraremos

a aplicação VoIP com QoS.

Usando a opção Scenarios / Duplicate Scenario (Ctrl-Shift-D), faremos a

clonagem do cenário 2 (VoIP e Videoconferência) para o cenário 3 (VoIP e

Videoconferência 2), conforme mostrado abaixo:

→


Como resultado, teremos a seguinte lista de cenários criados:

Observe que o cenário 3 consta como não-salvo (unsaved) e com resultados

não-coletados (uncollected).

4.2 Visualizando as pré-configurações de QoS para LTE

A partir da paleta de objetos, clique e arraste o objeto lte_attr_definer_adv para

o cenário.

Neste tutorial, usaremos este recurso apenas para visualizar de onde virão as

configurações relativas a QoS quando configurarmos nossas EPS Bearers (canais

virtuais dedicados aos quais o QoS está vinculado).


Conforme podemos observar na figura abaixo, temos 4 definições default de

EPS Bearers, cujos nomes são: Platinum, Gold, Silver e Bronze. Isso já vem pré-

configurado no OPNET Modeler.

Para a aplicação VoIP, usaremos a definição Gold de EPS Bearer, que nos

garantirá os seguintes parâmetros relativos a QoS para uma aplicação:

Identificador de Classe de QoS 1 (GBR – Taxa de Bit Garantida)

Prioridade de Retenção de Alocação (ARP) 1 (alta prioridade)

Garantia de Taxa de Bit para Uplink 96 Kbps

Garantia de Taxa de Bit para Downlink 96 Kbps

Taxa de Bit Máxima para Uplink 96 Kbps

Taxa de Bit Máxima para Downlink 96 Kbps


4.3 Configurando aplicação VoIP com qualidade PCM 64 Kbps

Da mesma forma como foi feito para a aplicação videoconferência, precisamos

editar as propriedades do configurador de aplicações e adicionar a aplicação VoIP

com qualidade PCM 64 Kbps, conforme mostrado na figura abaixo:

→

Essas configurações são o suficiente. Basta clicar no botão OK para salvar.


4.4 Configurando um perfil para a aplicação VoIP

Da mesma forma como foi feito para a aplicação videoconferência, edite as

propriedades do configurador de perfis e adicione um perfil para a aplicação VoIP.

→

Conforme mostrado abaixo, além do perfil Videoconf_Hi_Res_Profile, agora

passaremos a ter também o perfil VoIP_Profile. Para finalizarmos essa configuração,

precisamos vincular o perfil VoIP Profile à aplicação de nome VoIP.


A figura abaixo mostra o resumo das configurações de perfil para as 2

aplicações (Videoconf_Hi_Res e VoIP).

Observe que a aplicação VoIP se iniciará após 5 segundos do início da

simulação (100 + 5 segundos), permanecendo em execução até o fim da simulação.


4.5 Instalando a aplicação VoIP nos UEs

A aplicação VoIP será instalada em 1 UE de cada célula. Ou seja, teremos 2

pares de dispositivos móveis fazendo chamadas de voz via VoIP. Então, de um total

de 8 UEs, 4 estarão rodando a aplicação VoIP.

4.5.1 Selecionando UEs que farão VoIP

Com a tecla Ctrl pressionada, clique em cada um dos dispositivos móveis,

conforme mostrado na figura do cenário abaixo:

Então, com o ponteiro do mouse sobre um dos UEs, clique no botão direito do

mouse e selecione a opção Edit Attributes.


4.5.2 Configurando o nível de QoS para os UEs de VoIP

Em um cenário LTE, a qualidade de serviço (QoS) é definida através de EPS

Bearers, que são como túneis virtuais aos quais se pode vincular classes de QoS.

Assim, com os UEs que farão VoIP já selecionados, incluiremos uma linha de

configuração em LTE / EPS Bearer Configurations, conforme indicado na figura

abaixo:

Para a linha adicionada (Row 0), o nome do Bearer selecionado foi Gold. Esse

perfil de QoS consta da lista de perfis pré-definidos para LTE no OPNET Modeler,

conforme mostrado no item 4.2:

Identificador de Classe de QoS 1 (GBR – Taxa de Bit Garantida)

Prioridade de Retenção e Alocação (ARP) 1 (alta prioridade)

Garantia de Taxa de Bit para Uplink 96 Kbps

Garantia de Taxa de Bit para Downlink 96 Kbps

Taxa de Bit Máxima para Uplink 96 Kbps

Taxa de Bit Máxima para Downlink 96 Kbps

Observaremos nos gráficos que apesar da taxa de bit garantida ser de 96

Kbps, a aplicação VoIP PCM não deverá consumir nada além de 64 Kbps, pois essa é

a característica dessa qualidade de voz. O perfil gold de QoS apenas determina que

os 96 Kbps não deverão ser ultrapassados.


Basicamente, além do perfil de QoS (Gold, no caso), no nível mais alto da

árvore de propriedades, um EPS Bearer apresenta mais 4 itens configuráveis:

• TFT Packet Filters;

• Radio Bearer RLC Configuration (2 linhas = uplink e downlink);

• Action If Not Admitted (ação caso o bearer não seja admitido);

• Radio Bearer PDCP Configuration.

A figura abaixo mostra esses itens:

O TFT (Traffic Flow Template) Packet Filters é um conjunto de filtros de

pacotes associados a um EPS Bearer. Para o nosso caso, os valores indicam que os

filtros usarão o campo Tipo de Serviço IP (IP ToS), do cabeçado dos pacotes IP, para

detectar o tipo de serviço. O tipo de serviço ficará configurado como qualquer um (any)

e a direção será tanto para entrada quanto para saída de pacotes (bidirectional).

Os valores para o item Radio Bearer RLC (Radio Link Control) Configuration

permanecerão no default, tanto no sentido uplink quanto no sentido downlink.

Com relação ao item Action If Not Admitted, faremos a opção pelo descarte dos

pacotes, caso o EPS Bearer não seja admitido pelo sistema.


Observe que para o item Radio Bearer PDCP Configuration, o tempo de espera

para que pacotes sejam descartados será de 50 milissegundos, e o repasse de

informações sobre handover permanecerá ativado (enabled). Esses valores serão

usados tanto no sentido uplink quanto no sentido downlink.

Essas configurações são suficientes para termos VoIP com QoS com as

seguintes características: Classe de QoS 1 (taxa de bit garantida), ARP 1 (alta

prioridade para o serviço) e taxa máxima de bit de 96 Kbps bidirecional (uplink e

downlink).


4.5.3 Configurando UEs como servidores VoIP

Além dos UEs selecionados se comportarem como iniciadores de chamadas

VoIP (clientes), eles serão configurados também como fornecedores do serviço VoIP

(servidores). Ou seja, os UEs selecionados poderão tanto fazer quanto receber

chamadas VoIP.

Para configurar os UEs como servidores VoIP (atendedores), selecione

Applications / Application: Supported Services / Edit.


Então, conforme mostrado na figura abaixo, insira uma linha para o serviço

VoIP e certifique-se de que o campo Description esteja no estado Supported.

Neste ponto das configurações, a aplicação VoIP está completamente

configurada e pronta para ser aplicada aos 4 UEs, que ficarão preparados tanto para

iniciar quanto para receber chamadas de voz, usando o recurso de voz sobre IP

(VoIP).


4.5.4 Aplicando as configurações nos UEs selecionados

Para que as configurações de VoIP com QoS sejam aplicadas aos UEs

selecionados, basta marcar a opção Apply to selected objects e clicar no botão OK.

Após clicar em OK, a janela abaixo aparecerá, avisando que as configurações

serão aplicadas a múltiplos objetos e que essa operação não poderá ser revertida.

Confirme a operação, clicando no botão Yes.

Após isso, no canto inferior esquerdo da janela do cenário, aparecerá a

indicação do número de objetos alterados, conforme mostrado na figura a seguir:


4.5.5 Identificando os UEs configurados para VoIP

A fim de facilitar a identificação dos UEs configurados com o serviço VoIP, no

momento de visualizar os resultados a partir das metricas que serão selecionadas

para esses UEs, é conveniente tornar os nomes dos UEs mais sugestivos. No nosso

exemplo, optamos por adicionar o sufixo _VoIP a cada UE, conforme mostrado na

figura que segue:

A alteração do nome de cada UE envolvido com o serviço VoIP é feita clicando-

se com o botão direito do mouse sobre cada UE, e selecionando-se a opção Set

Name.

A partir deste ponto, podemos facilmente identificar os dispositivos móveis que

executarão a aplicação de videoconferência e de VoIP, bem como os demais

dispositivos que estarão presentes e ativos no cenário, porém sem rodar nenhuma

aplicação, nem prover qualquer tipo de serviço para a rede.


4.5.6 Selecionando estatísticas para avaliar o desempenho do VoIP

Para cada UE com a aplicação VoIP configurada, precisamos selecionar as

estatísticas para avaliação de desempenho.

Isso é feito clicando-se com o botão direito do mouse sobre cada UE, e

selecionando a opção Choose Individual DES Statistics, conforme mostrado a seguir:

Atenção: essa operação deverá ser repetida para cada UE de interesse.


Então, primeiramente iremos selecionar algumas métricas LTE:

• Associated eNodeB;

• EPS Bearer Delay (sec);

• EPS Bearer Traffic Received (bits/sec);

• EPS Bearer Traffic Sent (bits/sec);

• Handover Delay (sec);

• Radio Link Failures;

• Throughput (bits/sec).

As métricas acima referem-se somente ao LTE propriamente dito. Ou seja,

somente métricas de rádio acesso, sem considerar nenhuma aplicação

especificamente.


Para selecionar métricas específicas da aplicação de voz, a partir da subárvore

Voice Application, selecione o seguinte:

• Jitter (sec);

• MOS Value (teste subjetivo de medida de qualidade de voz);

• Packet Delay Variation;

• Packet End-to-End Delay (sec);

• Traffic Received (bytes/sec);

• Traffic Sent (bytes/sec);

Com todas as métricas selecionadas para coleta de estatísticas relativas aos

UEs rodando VoIP, agora basta clicar no botão OK.


4.6 Compilando o cenário com videoconferência e VoIP

Para este experimento, faremos uma simulação com duração de 10 minutos,

com um único seed (uma única simulação) e sem o recurso de depuração (OPNET

Simulation Debugger(ODB)).

Clique no botão Run para realizar a compilação e a simulação.


4.7 Visualizando os resultados da aplicação VoIP

A simulação levou 16 minutos e 48 segundos para ser concluída. Para um

tempo simulado de 10 minuitos, 78.636.938 eventos foram gerados a uma velocidade

média de 77.999 eventos por segundo.

Para visualizar os resultados com base nas métricas pré-selecionadas, clique

no botão Results Browser, conforme identificado na figura acima.

4.7.1 Visualizando os resultados para o UE_0_1_1_VoIP

Para avaliar o desempenho da aplicação VoIP, configurada nesse cenário,

geramos gráficos empilhados a partir das seguintes métricas, do ponto de vista do

cliente móvel UE_0_1_1_VoIP:

• LTE

• Associated eNodeB (eNodeB associada ao dispositivo móvel);

• Throughput (bits/sec);

• LTE PHY

• Associated eNodeB RSRQ (dB) (qualidade de sinal);


A partir dos gráficos empilhados criados pela seleção de 3 métricas, podemos

fazer algumas observações sobre o comportamento do UE_0_1_1_VoIP, no que se

refere ao processo de handover, throughput e qualidade de sinal.

Por exemplo, podemos observar que a aplicação VoIP iniciou-se em torno de 5

segundos após o início da simulação (conforme programamos), que ocorreu no

instante 100 segundos, com a seleção da eNodeB 1, que permaneceu selecionada

desde o instante 100 segundos até aproximadamente o instante 7 minutos e 40

segundos. Porém, aproximadamente no instante 5 minutos, ocorreu uma brevíssima

falha de link de rádio, indicada pelo círculo no gráfico da enodeB associada.

Também, podemos observar que devido à degradação da qualidade de sinal

(RSRQ), aproximadamente no instante 7 minutos e 40 segundos ocorreu handover

para a eNodeB 4, nela permanecendo até o fim da simulação (10 minutos).

Quanto ao throughput, a taxa de bit oscilou entre 125.000 e 200.000 bits/seg,

aproximadamente, sendo que as menores taxas ocorreram próximo ao ponto de

handover.


4.7.2 Visualizando os resultados específicos de VoIP

A seguir, alguns gráficos relativos espeficicamente à aplicação VoIP rodando

no UE_0_2_1_VoIP.

Atenção: nesta versão do tutorial, não entraremos nos detalhes de análise dos

próximos gráficos por motivo de exiguidade de tempo.

Gráfico de MOS Value (teste subjetivo de medida de qualidade de voz)

Gráfico de variação de atrazo de pacote


Gráfico de retardo de pacote fim-a-fim

Gráfico de tráfego recebido (bytes/segundo)

Gráfico de tráfego enviado (bytes/segundo)


4.7.3 Visualizando os resultados específicos de controle de admissão

A seguir, alguns gráficos relativos espeficicamente à coleta de estatísticas de

controle de acesso LTE (Dedicated EPS Bearers).

Esse processo deve ser repetido para cada eNodeB, caso seja desejável obter

resultados de controle de admissão para cada eNodeB presente no cenário LTE.

Atenção: nesta versão do tutorial, não entraremos nos detalhes de análise dos

próximos gráficos por motivo de exiguidade de tempo.


Gráfico de controle de admissão para a eNodeB 1






CONCLUSÃO

Este tutorial mostrou um passo-a-passo do uso da ferramenta de simulação

OPNET Modeler, versão 17.5 (Educational Version), representando uma extensão do

cenário básico LTE configurado no tutorial anterior (TUTORIAL - SIMULAÇÃO DE

CENÁRIO BÁSICO DE REDE LTE COM OPNET MODELER), porém incluindo a

configuração de serviços de videoconferência, VoIP, criação de trajetos, controle de

admissão LTE (QoS), usando tecnologia LTE, incluindo a coleta de estatísticas,

compilação do cenário, execução da simulação, visualização e interpretação de alguns

gráficos de resultados básicos.

O principal objetivo deste documento é reduzir a curva de aprendizado para

iniciantes em simulação discreta, usando como ferramenta o software simulador

OPNET Modeler.

Documents

UFPA PPGCC LPRAD 2014-02 - Edinaldo La-Roque - OPNET - Tutorial Rede LTE - VoIP e Videoconferencia - v1 - 20141111-0827