Simuladores para engenharia de telecomunicações.

Simulação é o processo de modelagem de sistemas via um modelo lógico-matemático no qual são conduzidos experimentos que permitem fazer inferências sobre tal sistema. Em outras palavras, simulação é a construção de modelos computacionais que imitam processos ou operações do mundo real.[1]

Que definição!!! Bom, a verdade é que Simulação não é coisa de hoje. Os nazistas já haviam percebido que era importante simular o comportamento mecânico dos seus caças-bombardeiros perante situações de adversa turbulência aerodinâmica:

nazi aerodinamics

Engenheiros Nazistas testam avião em túnel de vento

 

E nós aqui no século 21 espantados com tuneis de vento do ArrivaBene da Ferrari.

Voltando a batata quente. A tecnologia electro-mecânica desenvolveu-se. Surgiu um artefato bem interessante chamado computador, que nada mais é que uma portentosa maquina de multi-calculo. E depois existe essa maravilhosa criação de Deus, Jeová que é o Homem, enquanto ser mais complexo do universo. O ser humano sabe que perturbações climatéricas são difíceis de serem preditas, as probabilidades são pequenas. Contudo, ele sabe que consegue descrever o comportamento de certos tipos dessas perturbações por meio de expressões matemáticas. Ora, se ele pode fazer isso com fenômenos absolutamente aleatórios, seria ainda mais fácil descrever matematicamente o comportamento dum avião e correlaciona-lo com as expressões matemáticas de fenômenos climatéricos. E como são cálculos complexos e que precisam receber entradas e originar saídas do sistema processual, nada mais logico que usar um computador para executar esses cálculos. O ser humano ainda é o melhor calculador, mas o computador é mais rápido.

Ora, isso vem provar que a maior parte dos processos em engenharia podem ser descritos por expressões matemáticas das mais complexas possíveis, e eu não sou matemático digo já. Um exemplo simples: o desvanecimento rápido e/ou lento dum sinal dum receptor radio-GSM pode ser descrito por certas funções probabilísticas apropriadas a cada caso. Mais outro: Os modelos de enfileiramento e buffering da memoria de circuitos electrónicos podem ser simulados em programas escritos em linguagem de computador de alto nível.

No ramos das telecomunicações existe uma amalgama de simuladores. Infelizmente durante nosso tempo na universidade não nos foram introduzidos a maior parte desses. Simuladores de circuitos eléctricos, de antenas, planeamento radio, GSM, comutação de pacotes e circuitos, IP Routing, etc etc.

No vídeo abaixo um funcionário da Riverbed explica como o OPNet Modeler pode ser utilizado para simular o desempenho de Aplicações:

 

Este artigo da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, que descobri em mero ocaso, faz menção de inúmeras dessas ferramentas. Ficamos feliz pelo facto do artigo ter o nosso blog como fonte de informação, já que mencionou uma matéria que havíamos publicado sobre o simulador OPNet, este que serviu como ferramenta de estudo de caso da minha Monografia a 5 anos atrás.

Fontes

[1]http://blogdaengenharia.com/por-que-e-importante-que-engenheiro-de-producao-aprenda-simulacao/

 

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GNS3 e o problema da escalabilidade

Das melhores ferramentas de estudo, design e projecto de redes o GNS3 ocupa uma posição primordial, porque passamos do processo da simples simulação de redes para a emulação dos próprios encaminhadores (routers) em si. Ou seja você roda em cima do seu computador pessoal versões robustas de encaminhadores Cisco. Ferramentas de simulação como o Cisco Packet Tracer ou outras ajudam muito pouco quando você sobe de nível nas carreiras Cisco. Os comandos são limitados, os serviços são limitados, algumas configurações assumem um carácter básico, quando não são, etc, etc.

Eu não tenho nada contra ferramentas de simulação, pelo contrario, o meu Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) foi baseado numa ferramenta desse gênero, ou seja se eu quisesse projectar uma rede metropolitana de Fibra Óptica eu recorreria ao OPNet, poderoso simulador, agora adquirido pela Riverbed.

O bom do GNS3 é que você pode ir adicionando maquinas virtuais e conectar a sua topologia a elas. O mau dele é que isso requer demasiado espaço em Memoria de Acesso Aleatório (RAM). Com 4 (quatro) encaminhadores a 512 MBytes você tem no minimo 2048 GBytes de RAM, e isso é muito para um computador pessoal meu caro. Situação: Você usa o GNS3 e não usa mais nada. Se apertar muito você pode nem o GNS3 conseguir usar mais.

Solução? Ter uma boa maquina com uns bons MB de RAM. Essa maquina pode ser um servidor, uma workstation ou mesmo um portentoso laptop. Depois disso você instala um gerenciador de maquinas visuais, ou seja, um Hypervisor que nada mais nada é, um servidor de maquinas virtuais. Depois de instalado, você pode acessar as suas maquinas virtuais a rodarem imagens de roteadores Cisco, via rede. Tao simples quanto isso, ou seja, você tem um Servidor/Hypervisor que roda os seus laboratórios Cisco, o que o deixa sem necessidade de se preocupar com a memoria RAM do seu computador pessoal. Se quiser escalar, aumenta a memoria RAM do Hypervisor e ponto final. Quer ‘brincar ‘mais? Experimente utilizar Drives de Estado Solido (SSD), placas de rede Gigabit Ethernet, mini clusters etc etc. Se quiser ‘piorar’ a brincadeira ‘ alugue um endereço IP fixo e mesmo quando você se viajar ou se ausentar você ainda poderá usar seu laboratório.

vmware esxi

Existem algumas dicas de como fazer isso disponíveis na net, não são muitas. A maior parte delas de pessoal com grau CCIE, porque a esse nível é exigível determinada topologia que ou está disponível fisicamente ou você emula ela por meio de computador, o que não é fácil dada a parca disponibilidade de memoria RAM. Deixo com vocês 3 (três) links bem interessantes de como configurar um laboratório Hypervisor de encaminhadores Cisco.

The “Perfect” virtual Lab (será?)
How to build CCIE v5 Lab with Cisco CSR 1000v Routers
VMs Running In My ESXi Networking Lab as of 23-Dec-2014

 

 

OPNet: O verdadeiro simulador para engenheiros de Telecomunicaçoes

Enquanto andei na universidade, tive a oportunidade de ser confrontado com o desafio de dominar diversos simuladores. Os simuladores são programas computadorizados (software) que servem para simular uma situação que aconteceria da mesma forma no mundo real. Por exemplo na cadeira de Teoria dos Circuitos Eléctricos usei simuladores para medir diversos parâmetros da corrente eléctrica, como voltagem, tensão, potencia, impedância, etc, ou testar in loco o funcionamento de circuitos próprios como Thevenin.

Em redes de computadores era muito usual o Packet Tracer da Cisco. Trata-se dum simulador com características próprias. Como a Cisco fabrica equipamentos de redes tais como encaminhadores (routers) e comutadores (switchs) eles resolveram se concentrar nestes equipamentos, por isso o Packet serve mais para quem quer aprender a trabalhar com equipamentos e protocolos que a Cisco utiliza em redes de baixa a media escala.
O problema é que o engenheiro de Telecomunicações é essencialmente alguém que se pode também especializar em transmissao, e quando falamos de transmissao, estamos falando de transmissao em toda gama de frequências, utilizando todo tipo de emissores e receptores. Portanto isso inclui, desde transmissao por meio de feixes hertzianos, feixes de luz ou mesmo batuque e fumo (se você tiver uma maquina do tempo e assistir Mr Bean).

Voltando a falar a serio. O Packet Tracer, simplesmente se marimba para esse facto. É engraçado um engenheiro projectar uma ligação ponto-a-ponto e dizer apenas que a ligação é serial. Ora, isto não basta. Na basta configurar um clock rate qualquer no encaminhador sem consultar o engenheiro de Transmissão. A transmissao é mais importante que o processamento, porque sem um meio de transmissao fiável, não existe processamento que seja útil.

Hoje em dia virou moda qualquer um achar que pode projectar um meio de transmissao. É verdade que você pode até ter recepção de sinal, mas pode ter certeza que a cobertura e qualidade podiam ser melhores. É necessário projectar com clareza antes de sair por aí montando antenas e esticando cabos de fibra óptica.

Na minha monografia para a defesa do titulo de engenharia em Telecomunicações, foi-me colocado o desafio de projectar um sistema de Voz por IP num ambiente Multi-Serviços. Utilizei o simulador OPNet (utilizado pela NASA, FBI, Harvard University, Cisco, BT e milhares de universidades e estudantes de nível superior) para simular diversos cenários da rede Multi- Serviços projectada em que o objectivo era conseguir um atraso nas chamadas de voz que estivessem dentro dos padrões internacionais.
Sendo assim, estes cenários incluíam por exemplo, o caso em que um técnico inexperiente substituía numa interface dum Core router um cabo de débito STM-x e substituía por um de débito binário menor (tal como um DSx). Por fim um cenário em que todas as interfaces estavam padronizadas com débitos recomendados pela industria.

O ambiente de comunicação Multi- Serviços é este:


Tecnologias e padrões de comunicação usados nas interfaces dos quatro cenários:

Nome do Cenário/Interfaces Borda_Este àCore_2 Borda_Oeste àCore_1 Core_1 àCore_2 Codec Técnica de QoS
Cenário I PPP SONET/OC48
(STM-16)
DS3 DS1 G.711 Nenhuma
Cenário II PPP SONET/OC48
(STM-16)
DS3 DS1 G.729 com VAD Nenhuma
Cenário III DS1 DS1 DS1 G.729 com VAD LLQ
Cenário IV PPP
SONET/OC48
(STM-16)
PPP SONET/OC 48       (STM-16) PPP SONET/OC48
(STM-16)
G.729 com VAD LLQ

Quem entende um bocado de SDH e QoS não deve ter dificuldade de perceber o que se pretende na tabela acima.  Mas realmente não é difícil de de entender. Compare os cenários I e III. Uma interface óptica OC48 ou STM-16 tem 2.5Gbps de débito binário. Por seu lado um DS1 ou T1 (24 DS0 + 1 bit de framing, cada a 64Kbps) tem 1,544Mbps. Claramente na óptica de alguém que não domina conceitos de transmissao o cenário I teria melhor capacidade que o cenário III de enviar os dados do processamento, afinal as suas interfaces possuem um debito mais alto. Isto também eu pensava, mas os resultados obtidos em simulação com o OPNet mostraram a verdade:

Este é o resultado duma simulação realizada numa chamada de voz entre qualquer dispositivo de voz duma das filiais. A chamada passa pelo provedor Multi-Serviços e o atraso fim-a-fim (o tempo que leva de um extremo a outro) é medida nos quatro cenários. Os resultados são apresentados no cenário acima. No eixo das ordenadas temos o atraso medido em segundos e no eixo das abcissas o tempo de simulação.

O cenário III não tem esse resultado a toa. Isso tem que ver com o facto de ela ter todas as suas interfaces padronizadas (todas DS1) ao contrario do cenário I onde a falta de padronização acaba por criar gargalos que na linguagem rodoviária conhecemos como engarrafamentos.
No cenário IV a aplicação duma técnica de qualidade de serviço como a LLQ (Low Latency Queue) ordena a saída dos pacotes e descarta os pacotes que não sejam de voz concedendo prioridade a voz, ou seja é um agente regulador de transito para os pacotes de voz.

Como puderam reparar, tudo isso só é possível quando está um engenheiro de transmissao na empresa. De nada adianta sair por aí criando ligações VoIP entre sedes e filiais sem ter em conta factores como atraso, variação de atraso, descarte de pacotes etc. Você pode aumentar muito débito, os resultados mostram que é inútil, não funcionará, a rede terá sempre muito atraso e as chamadas não terão qualidade. O mesmo se aplica ao vídeo como no caso da tecnologia IPTv.

Olho hoje para o mercado e observo um desprezo total aos engenheiros de telecomunicações. Isso é grave, as empresas deveriam repensar melhor a sua estratégia de melhoria dos serviços, e isto passa por contratar mais engenheiros de transmissao.