Абстракция физического уровня

В этом примере показано, как моделировать сеть 802.11ax с абстрактным PHY. В примере представлен вариант модели системы, используемой в примере измерения MAC 802.11 и пропускной способности приложений (панель инструментов WLAN). В примере 802.11 MAC и Application Through Measurement (WLAN Toolbox) полная обработка PHY моделируется, где формы сигналов генерируются и декодируются на физическом уровне. Однако в этом примере моделируется абстрагированный PHY, где не генерируются или не декодируются никакие формы сигнала. Абстрагирование физического уровня сокращает время моделирования за счет точности. Точность относится к степени точности, с которой PHY моделируется при моделировании. Моделирование, допускающее низкую точность на физическом уровне, может использовать абстрактную PHY-модель.

Абстрагированный PHY работает с предварительно вычисленными таблицами и уравнениями частоты ошибок пакетов (PER). Эти таблицы и уравнения используются для оценки поврежденного пакета без какой-либо фактической модуляции или демодуляции пакетов, что приводит к модели низкой точности. Дополнительные сведения об абстракции PHY см. в примере Абстракция физического уровня для моделирования на уровне системы (панель инструментов WLAN).

Абстрактные блоки физического уровня

В этом разделе поясняются блоки, используемые для моделирования абстрактного PHY, и его соответствие сетевой модели 802.11 [2]. Полное PHY-моделирование включает в себя операции, связанные с передачей и приемом сигнала через канал замирания. Абстрагированный PHY моделирует мощность сигнала, усиление, задержку, потери и помехи для каждого пакета без генерации пакетов физического уровня. В этом примере представлен PHY Transmitter, a Statistical Channelи PHY Receiver для моделирования абстрактного PHY. Эти блоки доступны в библиотеке wlanAbstratePHYLib.

Абстрактный PHY-передатчик:

Abstracted PHY Transmitter блок моделирует цепь передачи физического уровня. Этот блок потребляет кадр и соответствующие параметры передачи от уровня MAC. В блоке вычисляют такие параметры, как мощность передачи, длительность преамбулы, длительность заголовка и длительность полезной нагрузки. Эта информация передается вместе с кадром MAC в качестве метаданных для имитации передачи формы сигнала.

Интерфейсы с Abstracted PHY Transmitter блоки:

Статистический канал:

Statistical Channel блок моделирует путь, задержку распространения и диапазон приема пакета. Для обеспечения возможности оценки потерь, задержки и диапазона в каждом приемнике, Statistical Channel блок должен быть смоделирован внутри каждого узла, связанного с Abstracted PHY Receiver. Задержка распространения применяется к каждому принятому пакету, и уровень сигнала каждого пакета ухудшается с помощью необязательного патлосса. Если принимающий узел находится в пределах диапазона, пакет пересылается в Abstracted PHY Receiver с эффективным уровнем сигнала. Пакет отбрасывается, если принимающий узел находится вне диапазона передатчика.

Интерфейсы с Statistical Channel являются:

Абстрактный PHY-приемник:

Abstracted PHY Receiver блок моделирует цепочку приема физического уровня. Этот блок принимает и обрабатывает пакет на основе принятых метаданных. Abstracted PHY Receiver блок моделирует помехи на основе пакетов, принятых в перекрывающихся временных шкалах. Принятые пакеты обрабатываются только в этих контрольных точках: (a) Конец длительности преамбулы (b) Конец длительности каждого подкадра в полезной нагрузке для агрегированных кадров (или) конец длительности полезной нагрузки для неагрегированных кадров.

Этот блок также предоставляет возможность настройки уровня абстракции через PHY Abstraction параметр маски. Вы можете настроить его для 'TGax Evaluation Methodology Appendix 1' [3], чтобы предсказать производительность линии связи с моделью канала TGax, используя эффективное отображение SINR. Подробные сведения об этой процедуре можно найти в примере Абстракция физического уровня для моделирования на уровне системы (панель инструментов WLAN). Кроме того, его можно настроить на 'TGax Simulation Scenarios MAC Calibration' [4], чтобы предположить отказ пакета при помехах без фактического вычисления производительности линии связи. Обратите внимание, что опция 'TGax Evaluation Methodology Appendix 1' работает только для значений MCS в диапазоне [0-9], так как методология оценки TGax [3] определена только для этих значений.

Интерфейсы с Abstracted PHY Receiver блоки:

Моделирование на уровне системы

В этом примере моделируется сеть с 10 узлами в модели, WLANMultiNaseAbstrainingPHYModel, как показано на этом рисунке. Эти узлы реализуют множественный доступ с учетом несущей с предотвращением коллизий (CSMA/CA) с физическим восприятием несущей и виртуальным восприятием несущей. Физическое обнаружение несущей использует механизм оценки свободного канала (CCA), чтобы определить, занята ли среда перед передачей. Датчик виртуальной несущей использует квитирование RTS/CTS для предотвращения проблемы скрытого узла.

Позиции для всех узлов в сети конфигурируются через распределитель позиций узлов (NPA) блок в модели. Состояние каждого узла можно визуализировать во время выполнения с помощью конфигурации, доступной в Visualizer блок. Channel Matrix блок является памятью хранилища данных. При инициализации между каждой парой узлов в сети генерируется реализация канала TGax, и результирующая матрица канала на поднесущую сохраняется в блоке. Во время моделирования каждый узел приемника обращается к памяти для получения канальной матрицы между собой и передающим узлом для определения качества линии связи. В этой модели узлы 1, 2, 3, 6, 7 и 8 действуют как передатчики и приемники, в то время как узлы 4, 5, 9 и 10 являются просто пассивными приемниками.

Подсистема узлов

Каждый узел в вышеупомянутой модели является подсистемой, представляющей устройство WLAN. Каждый узел содержит прикладной уровень, уровень MAC и физический уровень. Физический уровень моделируется с использованием абстрактных блоков PHY, описанных в предыдущем разделе. Можно настроить узел для передачи и приема пакетов по определенному каналу (частоте) путем изменения Multicast tag параметра Entity Multicast и Multicast Receive Queue блоки. По умолчанию все узлы работают на одном канале. Можно также настроить диапазон приема для определенного узла с помощью Packet Receive Range параметра Statistical Channel блок.

Вы можете легко переключаться между абстрактными блоками PHY, доступными в wlanAbstratePHYLib, и полными блоками обработки PHY, доступными в wlanFullPHYLib.slx библиотека примера стандарта 802.11 MAC и измерения пропускной способности приложений (WLAN Toolbox). Интерфейсы с блоками передатчика, приемника и канала остаются прежними. По умолчанию абстрактные блоки PHY выполняются в Interpreted execution режим. Для увеличения времени моделирования настройте все блоки на Code generation режим для повышения производительности.

Результаты моделирования

Запуск модели имитирует сеть WLAN в течение указанного времени моделирования. График со статистикой сетевого уровня (соответствующей уровню MAC) генерируется в конце моделирования. Подробные статистические данные на уровне узла (соответствующие уровню приложения, MAC и физическому уровню) собираются во время моделирования и сохраняются в базовом файле рабочей области. statistics.mat. Можно также включить опциональную визуализацию в реальном времени для просмотра состояния каждого узла во время выполнения с помощью конфигурации маски Visualizer блок.

Масштабируемость

Приведенная выше модель показывает сеть из 10 узлов. Сеть с большим количеством узлов можно создать с помощью функции hCreateWLANNetworkModel. Эта вспомогательная функция использует подсистему узлов из этого примера и создает сеть узлов WLAN, расположенных линейно на расстоянии 10 метров друг от друга. Можно создавать различные сценарии моделирования и анализировать статистику на уровне узла или сети с различным количеством узлов. Например, график ниже показывает повторные передачи и успешные передачи относительно общего количества передач, поскольку количество узлов в сети увеличивается. Для сбора результатов используются следующие параметры конфигурации:

График ниже показывает, что моделирование выполняется быстрее с абстрагированным PHY по сравнению с полной обработкой PHY, что делает его более масштабируемым. Параметры конфигурации, используемые для сбора результатов производительности:

В этом примере поясняется абстракция физического уровня и демонстрируется 10-узловая сеть WLAN с абстрагированным PHY. Этот пример показывает, что моделирование сети с абстрагированным PHY является более быстрым и масштабируемым по сравнению с использованием полной обработки PHY.

Дальнейшие исследования

В этом примере блоки A-MPDU, которыми обмениваются узлы, деагрегируются в блоки MPDU в принимающем узле. Эти MPDU экспортируются в файл формата packet capture (PCAP) и packet capture (PCAPNG) следующего поколения с помощью pcapDump Блок DES. Для использования pcapDump Блок DES, перейдите в wlanSystemLearch ComponityLib

Экспорт в файл формата PCAP/PCAPNG

Файлы формата PCAP/PCAPNG содержат пакетные данные сети. Эти файлы в основном связаны с сетевыми анализаторами, такими как Wireshark [5], сторонний инструмент, используемый для визуализации и анализа файлов PCAP/PCAPNG. Основные преимущества использования файлов PCAP/PCAPNG при моделировании на уровне системы:

Для дублирования входных объектов уровня MAC (принятых блоков A-MPDU, FrameToMAC, и PhyRxIndicator векторные) и выходные объекты (переданные A-MPDU, FrameToPHY, и MACReqToPHY вектор), используйте Entity Replicator блоки. Уровень MAC обеспечивает RxFrameToPCAP, PhyIndToPCAP, TxFrameToPCAP, и MACReqToPCAP в качестве входных данных для pcapDump Блок DES.

pcapDump Блок DES содержит два входных порта, один для блоков Tx/Rx A-MPDU и другой для информации Tx/Rx.

Выберите формат захвата pcap или pcapng. При запуске моделирования пакеты, которыми обмениваются узлы, регистрируются в выбранном файле формата захвата.

Чтобы захватить пакет, дважды щелкните значок pcapDump DES-блок и выберите параметр Capture как Enable.

Для каждого узла создается новый файл захвата (формат PCAP/PCAPNG). Имя файла соответствует имени узла. Если имя узла равно Node1, захваченное имя файла равно Node1.pcap или Node1.pcapng.

Приложение

В примере используются следующие помощники:

Ссылки