Simulando consumo de energía en NS3

El consumo de energía es un parámetro importante sobre todo en escenarios de nodos alimentados por batería. Tener el perfil de consumo de un nodo no es tarea fácil y menos estimar su tiempo de vida conforme a unos parámetros de transmisión, encendido, apagado, etc.
Por ello hacer simulaciones de energía puede ser una buena práctica para muchos proyectos.

En NS3 se modela el consumo de energía haciendo una abstracción de los elementos que existen en la realidad. En este enlace puedes consultar la documentación oficial.

Los tres elementos principales son, las fuentes de energía, el modelo de energía de un dispositivo y un recolector de energía.

Una fuente de energía (Energy Source) es, como su propio nombre indica, una batería o elemento proveedor de energía que se conecta a un dispositivo para suministrarle energía de acuerdo a un modelo de energía de ese dispositivo.
Un modelo de energía de un dispositivo es un modelo de consumo de acuerdo a una serie de estados en los cuales un dispositivo puede estar. Por ejemplo, un dispositivo inalámbrico puede estar dormido, enviando o recibiendo información y tendrá un consumo distinto en función de cada uno de esos tres estados estado. Por lo tanto, debemos conectar ese modelo de energía con los estados del dispositivo.

Finalmente el recolector de energía sirve para modelar un dispositivo (e.g un panel solar) y el entorno (e.g. radiación solar) para proveer energía a una fuente de energía de cara a su recarga.

Cada uno de esos tres elementos se configuran mediante su correspondiente asistente (Energy source helper, Device Energy Model Helper y Energy Harvesting Helper) que te ayuda a configurar los parámetros básicos mediante atributos.

Los asistentes de modelos concretos heredan de esos asistentes con las particularidades de cada modelo/tecnología. Por ejemplo, hay un asistente para configurar una batería que hereda del Energy source helper y que añade los elementos específicos que caracterizan a una batería de ese tipo partiendo de los parámetros básicos del modelo:

  • Energía inicial(J)
  • Voltage de partida (V)
  • Tiempo de actualización del nivel de la batería

Por ejemplo, una batería del tipo RV añade parámetros como los valores de voltage de corte, valores alfa, beta, etc.
Existen modelos de batería de Litio Y rv.

De igual forma, el modelo de consumo de energía de un dispositivo se realiza asociándolo a una tecnología concreta, modelando cada uno de los estados y su consumo en Amperios. El modelo mas estudiado y modelado es el modelo wifi que define el consumo para hasta 7 estados distintos.
Para los dispositivos con varias interfaces (e.g. pasarelas con varias interfaces inalámbricas), una fuente de energía puede estar conectado a varios modelos de consumo.

Veamos el ejemplo básico que viene con la instalación de ns3, ejecutamos el ejemplo energy-model-example y vemos la salida que nos proporciona:

ns-allinone-3.31/ns-3.31$ ./waf --run energy-model-example
Waf: Entering directory `/home/felix/tools/ns-allinone-3.31/ns-3.31/build'
Waf: Leaving directory `/home/felix/tools/ns-allinone-3.31/ns-3.31/build'
Build commands will be stored in build/compile_commands.json
'build' finished successfully (2.409s)
+0.000000000s -1 Assign IP Addresses.
0.000574667s Current remaining energy = 0.0995293J
0.000574667s Total energy consumed by radio = 0.000470652J
0.000762667s Current remaining energy = 0.0993754J
0.000762667s Total energy consumed by radio = 0.000624624J
0.00287467s Current remaining energy = 0.0973922J
0.00287467s Total energy consumed by radio = 0.00260779J
--
Received one packet! Socket: 10.1.1.1 port: 49153 at time = 0.00287467
--
0.106594s Total energy consumed by radio = 0.0875537J
0.106594s Current remaining energy = 0.0124463J
End of simulation (10s) Total energy consumed by radio = 0.0982333J
End of simulation (10s) Total energy consumed by radio = 0.0875537J

en el archivo $/ns-3.31/examples/energy/energy-model-example.cc podemos ver ese ejemplo. Es un ejemplo muy básico wifi donde se configura, mediante asistentes, una fuente de energía y se asocia a un modelo de consumo de wifi. Un aspecto a tener en cuenta es que si instalas el módulo de lorawan, también existe un ejemplo de energía energy-model-example.cc por lo que waf puede ejecutar el ejemplo que se encuentre antes en el orden de búsqueda. Si quieres asegurarte ejecutar el ejemplo citado, pon la ruta completa ./waf --run examples/energy/energy-model-example

Bien, expliquemos el ejemplo wifi, lo primero, creamos un asistente de fuentes de energía y lo configuramos con una energía inicial de 0.1 Julios.

BasicEnergySourceHelper basicSourceHelper;
basicSourceHelper.Set ("BasicEnergySourceInitialEnergyJ", DoubleValue (0.1));

Instalamos esa fuente de energía en todos los nodos de un contenedor previamente configurado (NodeContainer c) con los nodos wifi (2).

EnergySourceContainer sources = basicSourceHelper.Install (c);

A continuación configuramos el modelo de consumo que queremos para dichos dispositivos:

WifiRadioEnergyModelHelper radioEnergyHelper;
radioEnergyHelper.Set ("TxCurrentA", DoubleValue (0.0174));

Vemos que sólo configuramos el consumo cuando se transmite dejando el resto de consumos por defecto.
Finalmente, con las fuentes de energía y los modelos, creamos un contenedor asociando fuentes de energía y modelos de consumo:

DeviceEnergyModelContainer deviceModels = radioEnergyHelper.Install (devices, sources);

El resto de la configuración es exactamente igual a cualquier otro ejemplo de ns3 relacionado con WiFi.
Un aspecto a destacar es cómo se imprime la información de la energía restante en la batería. El mecanismo es algo diferente a lo visto en este tutorial y lo describiremos en detalle en otra entrada. Básicamente se asocia una función al cambio en el estado de la energía remanente de forma que cuando cambia esa variable se llama a esa función que imprime el valor.

Este mecanismo lo describiremos en profundidad en otra entrada.

1 comentario en “Simulando consumo de energía en NS3

  1. Pingback: Simulando consumo de energía en NS3 (II) | Félix Jesús Villanueva

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