instalación | Félix Jesús Villanueva

[Adaptado a la versión 3.36 con cmake]

LoRaWAN es una tecnología especialmente diseñada para IoT en dispositivos alimentados por baterías, con necesidades de comunicación bidireccional y un ancho de banda limitado (entre 0.3kbps y 50kbps). La topología por excelencia es la de estrella, con la pasarela en el centro de la estrella (que conecta la red LoRaWAN a una red IP convencional).

Existen tres clases de dispositivos en LoRaWAN (clase A, B, C) asociados a tres funcionalidades muy concretas. La clase A está asociado a un dispositivo final que periódicamente o bajo requerimientos de la aplicación, manda la información a la pasarela y espera una ventana de tiempo por si hubiera algún tipo de necesidad de comunicación en el sentido pasarela->dispositivo. Este esquema permite dormir el dispositivo de clase A entre transmisiones y obliga a guardar todas las comunicaciones en el sentido pasarela-> dispositivos y esperar a que se produzca una comunicación en el sentido dispositivo -> pasarela.

La clase B se sincroniza con la red y habilita un periodo de escucha de forma periódica (ventana máxima de 128 segundos) por si hubiera un mensaje hacia el dispositivo. De esta forma se puede hacer determinista cuanto tiempo tarda en recibir un mensaje de la red enviado por la pasarela. No obstante este despertar periódico consume batería y los hace menos eficiente que la clase A desde el punto de vista del consumo energético.

Finalmente, la clase C está siempre escuchando por lo que cualquier transmisión desde la red (pasarela) es inmediatamente recibido a menos que el propio dispositivo esté transmitiendo. Se pueden intercambiar los modos de funcionamiento entre la clase A y la clase C si necesitamos, por ejemplo, enviar una actualización de firmware a través de la interfaz inalámbrica.
En NS3 hay varias implementaciones de un módulo de NS3 para simular la tecnología LoRaWAN. El mas estable está disponible en la App Store de NS3.
La instalación es sencilla, pasa por bajarse el código en el directorio src de la instalación NS3 con git clone y la dirección https://github.com/signetlabdei/lorawan, y volver a configurar y compilar todo:
$ns-allinone-3.36/ns-3.36/src$ git clone https://github.com/signetlabdei/lorawanClonando en 'lorawan'... remote: Enumerating objects: 37, done. .. .. Resolviendo deltas: 100% (906/906), listo.
A continuación, en el directorio principal, la configuración y compilación habitual, habilitando los test y los ejemplos:
$ns-allinone-3.36/ns-3.36/$./ns3 configure --enable-test --enable-examples .. ..
a la hora de construir, fijarnos que el módulo lorawan aparece en los módulos compilados:
$/ns-allinone-3.36/ns-3.36$ ./ns3 build

Para comprobar que todo ha ido bien, podemos ejecutar sus test específicos del módulo:
$/ns-allinone-3.36/ns-3.36$./test.py -s lorawan ..... [1/1] PASS: TestSuite lorawan 1 of 1 tests passed (1 passed, 0 skipped, 0 failed, 0 crashed, 0 valgrind errors)
y el ejemplo básico:
/ns-allinone-3.36/ns-3.36$ ./ns3 run simple-network-example SimpleLorawanNetworkExample:main(): Creating the channel... +0.000000000s -1 SimpleLorawanNetworkExample:main(): Setting up helpers... +0.000000000s -1 LoraPhyHelper:LoraPhyHelper(0x7fff858a3a70) +0.000000000s -1 SimpleLorawanNetworkExample:main(): Creating the end device... +0.000000000s -1 LoraPhyHelper:SetDeviceType(0x7fff858a3a70, 1) +0.000000000s -1 LorawanMacHelper:SetDeviceType(0x7fff858a3aa0, 1) +0.000000000s -1 LoraHelper:Install() +0.000000000s -1 LoraPhyHelper:Create(0x7fff858a3a70, 0, 0x5617411f0970) +0.000000000s -1 LoraInterferenceHelper:LoraInterferenceHelper(0x5617411f0bf8) +0.000000000s -1 LoraInterferenceHelper:SetCollisionMatrix(): Setting the GOURSAUD collision matrix +0.000000000s -1 LoraPhy:SetChannel(0x5617411f0bc0, 0x5617411f0090) +0.000000000s -1 LoraPhy:SetDevice(0x5617411f0bc0, 0x5617411f0970) +0.000000000s -1 LoraHelper:Install(): Done creating the PHY ....

También hay un ejemplo de energía, que genera un archivo de texto battery-level.txt que guarda el nivel de batería para un dispositivo de clase A, a lo largo de una simulación:
/ns-allinone-3.36/ns-3.36$ ./ns3 run energy-model-example +0.000000000s -1 Assign IP Addresses. 0.000574667s Current remaining energy = 0.0995293J 0.000574667s Total energy consumed by radio = 0.000470652J 0.000714667s Current remaining energy = 0.0994147J 0.000714667s Total energy consumed by radio = 0.000585312J 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 .....
En futuras entradas, utilizaremos esta tecnología para ir creando una serie de escenarios de IoT con los que poder estudiar aspectos concretos.

Instrucciones actualizadas a la versión 3.36 (mayo 2022)

La forma mas simple de instalación del simulador NS3 pasa por bajarse el paquete completo de la web de versiones del simulador y descomprimirla en el directorio de trabajo. El tutorial de instalación completo puede consultarse en la wiki de instalación. En mi sistema Debian Buster, tras bajarme el archivo ns-allinone-3.36.tar.bz2 se descomprime:
$ tar -xf ns-allinone-3.36.tar.bz2 $ ls ns-allinone-3.36 ns-allinone-3.36.tar.bz2 $ cd ns-allinone-3.36/ ns-allinone-3.36$ ls bake build.py constants.py netanim-3.108 ns-3.36 pybindgen-0.22.1 README util.py
Atendiendo al sistema operativo donde estés trabajando, necesitas instalar una serie de dependencias y librerías que ns3 utiliza para los diferentes módulos. Hay dependencias que no necesitas instalar si el módulo que depende de esas librerías no lo vas a emplear. Si estás empezando, instala todas las dependencias que se indican en el wiki de instalación para tu sistema operativo. También te indican para qué sirve cada dependencia, mi recomendación es que, como ya he dicho, si estás empezando, las instales todas. En mi caso, las dependencias para Debian Buster vienen especificadas en su sección correspondiente usando la herramienta apt-get.
Una vez instaladas las dependencias existen varias alternativas para la instalación. Nosotros vamos a utilizar el script ns3, dentro del directorio ns-3.36. Este script tiene una funcionalidad parecida al antiguo sistema de compilación y configuración waf. Ese sistema, a partir de la versión 3.36 ha sido cambiado por Cmake. En el directorio donde hemos descomprimido el archivo ns-allinone-3.36.tar.bz2, , dentro de la carpeta ns-3.36, encontramos el archivo ns3. Lo ejecutamos para compilar el simulador:
./ns3 configure --enable-test --enable-examples
Se configura el simulador y al final te informa de qué módulos se compilarán. Las opciones habilitan los test y los ejemplos respectivamente, una opción que, si estás empezando, te servirán de guía en tus simulaciones. En mi caso, la información final es:
Modules configured to be built: antenna aodv applications bridge buildings config-store core csma csma-layout dsdv dsr energy fd-net-device flow-monitor internet internet-apps lr-wpan lte mesh mobility netanim network nix-vector-routing olsr point-to-point point-to-point-layout propagation sixlowpan spectrum stats tap-bridge test topology-read traffic-control uan virtual-net-device wave wifi wimax

Modules that cannot be built: brite click mpi openflow visualizer

-- Configuring done -- Generating done

Si algún módulo te interesa y no está en la lista, analiza la salida del comando por que posiblemente, el script ns3 no haya encontrado algo que necesita para compilar ese módulo o no lo tiene habilitado por defecto. Mas adelante veremos las opciones para habilitar distintos módulos.
Para compilar el simulador:
./ns3 build
Si todo ha ido bien, de nuevo, debería informarse de los módulos compilados:

Como último paso, comprobamos que todos los test pasan satisfactoriamente:
ns-allinone-3.36$cd ns-3.36 ns-allinone-3.36/ns-3.36$./test.py .. .. 657 of 660 tests passed (657 passed, 3 skipped, 0 failed, 0 crashed, 0 valgrind errors) List of SKIPped tests: ns3-tcp-cwnd (requires NSC) ns3-tcp-interoperability (requires NSC) nsc-tcp-loss (requires NSC)

y vemos que hemos pasado todos los test excepto tres relacionados con tcp que requieren de Network Simulation Cradle (NSC). Deberemos habilitar esa dependencia (y compilar todo) para pasar esos test.

De esta forma, ya tendríamos el simulador listo para trabajar y poder empezar a simular nuestros escenarios.

Félix Jesús Villanueva

Universidad de Castilla-La Mancha

Archivo de la etiqueta: instalación

Instalar el módulo LoRaWAN en NS3

Instalación del simulador NS3