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Network simulation tools are frequently used for the performance
analysis of mobile networks. Their common shortcoming lies within
the approaches they use for the modeling of user mobility and radio
wave propagation. The provided mobility models describe random
movements within the area, which is similar to the motion of
molecular particles. For the modeling of a radio channel, the tools
assume a line of sight between communicating nodes, and thus, a
simple dependency of the signal loss to the distance from the
transmitter. These models poorly reflect real scenarios, in which
the characteristics of the spatial environment have a significant
impact on the network performance.
In this thesis more realistic mobility and radio propagation models
are described and integrated into a network simulation. These models
are based on the solutions from related research areas like physics,
transportation planning, traffic modeling, and electrical
engineering, which have been validated against real-world data. They
consider digital maps of the simulation area, which are taken from a
geographic information system (GIS). This thesis analyzes common
geospatial data standards to provide input to the used mobility and
radio propagation models.
The evaluations show significant differences between the simulation
results obtained with simpler and more realistic models. It is
caused by the changes in the distribution of network users due to
their mobility in the area and the obstacles of the propagation
environment, which simple models cannot reflect.
Kurzfassung auf Deutsch:
Netzsimulatoren werden häufig für die Leistungsanalyse von mobilen
Netzen benutzt. Jedoch bieten die Werkzeuge für die Modellierung
von Benutzermobilität und Wellenausbreitungsmodellierung sehr
einfache Modelle an. Die Mobilitätsmodelle beschreiben eine
zufällige Bewegung in einem Gebiet, ähnlich zur Brownschen
Molekularbewegung. Um die Kanaleigenschaften bzw. Empfangsleistung
zu berechnen, setzen die Werkzeuge ungestörte Wellenausbreitung und
einfachen Zusammenhang zwischen dem Pfadverlust und dem Abstand zum
Sender voraus. Solche Modelle sind für realistische Szenarien, in
denen die Umgebung die Netzleistung stark beeinflusst, schlecht
geeignet.
Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Entwicklung von
realistischeren Modellen und deren Integration in eine
Netzsimulation. Diese Modelle basieren auf den Methoden aus
verwandten Forschungsgebieten, wie Physik, Verkehrsplanung,
Verkehrsdynamik, Nachrichtentechnik, und sind aus realen Daten
validiert. Sie berücksichtigen digitale Karten von dem
Simulationsgebiet, die aus einem geographischen Informationssystem
entnommen wurden. Die gebräuchlichen standardisierten
Beschreibungsformen für Umgebungsdaten werden dabei analysiert, um
den Input für die beschriebene Mobilitäts- und
Wellenausbreitungsmodellierungsverfahren zu beschaffen.
Evaluationen zeigen dabei signifikante Unterschiede zwischen den
Simulationsergebnissen von einfachen und realistischeren Modellen.
Sie entstehen durch die Veränderungen in Verteilung der mobilen
Knoten im Gebiet und die Hindernisse der räumlichen Umgebung, was
die einfachen Modelle nicht nachbauen können.
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