Пропускная способность в сетях 802,11

Рабочая группа 802.11™ IEEE ® постоянно добавляет функции к спецификации 802.11 [1], чтобы улучшить пропускную способность и надежность в сетях WLAN. Пропускная способность - это объем данных, передаваемых в течение определенного периода времени. Пропускная способность уровня управления доступом к среде (MAC) относится к объему данных, успешно переданных слоем MAC в течение определенного периода времени. Модуль данных протокола MAC (MPDU) является модулем передачи на уровне MAC. В 802.11n была введена агрегация MPDU для увеличения пропускной способности. Когда поддерживается агрегирование MPDU, слой агрегирует несколько MPDU в агрегированный MPDU (A-MPDU) для передачи. Это уменьшает накладные расходы канала на передачу нескольких систем координат, что приводит к увеличению пропускной способности. В 802.11ac [1] и 802.11ax [2] максимальные пределы для длины A-MPDU были увеличены, что привело к еще большей пропускной способности в сетях WLAN.

Модель 802.11 Сеть

Этот пример моделирует сеть WLAN с пятью узлами, как показано на этом рисунке. Эти узлы реализуют чувствительный к несущей множественный доступ с предотвращением коллизий (CSMA/CA) с физическим восприятием несущей и виртуальным восприятием несущей. Измерение физической несущей использует механизм оценки четкого канала (CCA), чтобы определить, занята ли среда перед передачей. В то время как виртуальное измерение несущей использует рукопожатие RTS/CTS, чтобы предотвратить проблему скрытого узла.

Модель в примере отображает различные статистические данные, такие как количество переданных, принятых и отброшенных пакетов в слоях PHY и MAC. Кроме того, во время выполнения в этой модели также отображаются цифры, которые помогают в анализе/оценке эффективности уровня узла и уровня сети. Эта модель проверяется на соответствие опубликованным результатам калибровки из целевой группы TGax [4] для сценариев Box 3 (Тесты 1a, 1b и 2a), заданных в методологии оценки TGax [3].

Сеть WLAN

Компоненты узла WLAN

Компоненты узла WLAN показаны на этом рисунке. Информация извлекается нажатием кнопки со стрелой для каждого узла на приведенном выше рисунке.

Усовершенствования приложений, MAC-адресов EDCA и блоков PHY

Этот пример является расширением по сравнению с моделированием сети Multi-Node 802.11a с примером PHY и MAC (WLAN Toolbox). Дополнительные сведения о каждом слое в узле WLAN см. на странице примера документации. Используемые в этом примере блоки EDCA MAC и PHY имеют эти улучшения по сравнению Мультиузла 802.11a Network Modeling с PHY и MAC (WLAN Toolbox).

Применение:

Прикладной слой имеет возможность генерировать данные с различными уровнями приоритета, как показано на этом рисунке. Эти уровни приоритета сконфигурированы с помощью Access Category свойство в маскированных параметрах блока Application Traffic Generator внутри узла WLAN.

MAC-АДРЕС EDCA:

Блок MAC EDCA, используемый в этом примере, имеет эти улучшения по сравнению с блоком MAC, используемым в примере Multi-Node 802.11a Network Modeling с PHY и MAC (WLAN Toolbox)

PHY:

Возможность генерировать и декодировать формы сигналов форматов Non-HT, HT-MF, VHT, HE-SU и HE-EXT-SU

Измерение пропускной способности

Пропускная способность изменяется для различных параметров конфигурации, относящихся к слоям приложения, MAC и PHY. Любое изменение строения может либо увеличить, либо уменьшить пропускную способность. Можно варьировать комбинацию этих параметров, чтобы измерить и проанализировать пропускную способность.

Наряду с вышеуказанными параметрами можно также варьировать положения узлов, усиления Tx & Rx, потери канала, число узлов в сети, параметры противостояния MAC, количество цепей передачи и алгоритмы адаптации скорости для анализа пропускной способности MAC. Этот пример демонстрирует измерение и анализ пропускной способности MAC путем изменения размера пакета в Application Traffic Generator блок.

Размер пакета приложения

Пропускная способность прямо пропорциональна размеру пакета приложения. Меньший размер пакета приводит к большему количеству пакетов, которые должны быть переданы. На уровне MAC существует служебная информация времени состязания для каждого переданного пакета. Это происходит потому, что слой гарантирует, что канал находится в простое в течение определенного периода времени (см. раздел 10.3.2.3 [1]), прежде чем передавать какой-либо пакет. Поэтому, когда размер пакета уменьшается, накладные расходы на конкуренцию увеличиваются, что приводит к снижению пропускной способности.

Моделирование Строения

Размер пакета приложения можно настроить с помощью следующих шагов:

Запустите симуляцию и наблюдайте за пропускной способностью. Результаты калибровки TGax для теста-1a в [4] показаны ниже:

Приведенный выше график сравнивает результаты калибровки WLAN Toolbox с опубликованными результатами других компаний, перечисленных в [4]. Синяя цветная кривая представляет результаты WLAN Toolbox, в то время как серые цветные кривые представляют результаты других компаний.

Результаты симуляции

Симуляция модели генерирует:

Этот рисунок показывает изменения состояния MAC относительно времени симуляции.

Можно также наблюдать текущее состояние буферов передачи MAC слоя с помощью кнопки 'Наблюдать длины очереди MAC' в вышеописанной визуализации.

Этот рисунок показывает статистику сети в конце симуляции.

Проверка пропускной способности слоя приложений с помощью результатов калибровки TGax

Группа задач TGax [4] опубликовала результаты пропускной способности приложения для различных сценариев. Можно наблюдать Слой 3 (выше MAC- слоя) пропускную способность каждого узла в сети в столбце "Пропускная способность" в statisticsTable, хранящемся в statistics.mat ". Сценарии калибровки TGax для MAC-симулятора опубликовали результаты пропускной способности приложения для протокола UDP с логическим управлением Ссылки (LLC) слоев накладными расходами.

Чтобы вычислить пропускную способность приложения из результатов симуляции, используйте код ниже:

% Load statistics.mat (Output of the simulation) file
simulationResults = load('statistics', 'statisticsTable');
% Statistics
stats = simulationResults.statisticsTable;

% Successfully transmitted MAC layer bytes in the network
totalMACTxBytes = sum(stats.MACTxBytes);

% UDP & LLC overheads (bytes)
udpOverhead = 36;
llcOverhead = 8;

% UDP & LLC overhead (bytes) in the network
udpAndLLCOverhead = sum(stats.MACTxSuccess)*(udpOverhead + llcOverhead);

% Successfully transmitted application bytes
totalAppTxBytes = totalMACTxBytes - udpAndLLCOverhead;

% Time at which last transmission is completed in the network (Microseconds)
simulationTime = max(stats.MACRecentFrameStatusTimestamp);

% Application throughput (Mbps)
applicationThroughput = (totalAppTxBytes*8)/simulationTime;
disp(['Application Throughput = ' num2str(applicationThroughput) ' Mbps']);

Application Throughput = 4.7276 Mbps

Пропускная способность приложения для различных сценариев калибровки TGax строится относительно различных размеров модуля данных MAC (MSDU) для времени симуляции 30 секунд, как показано ниже:

Дальнейшие исследования

Опции строения

Можно изменить эти параметры конфигурации, чтобы дополнительно изучить этот пример:

Похожие примеры

Для дальнейшего изучения см. следующие примеры:

Этот пример позволяет вам создать и сконфигурировать мультиузел 802.11 с помощью модели Simulink для анализа пропускной способности MAC и прикладного слоя. В этой модели пропускная способность MAC, полученная по результаты симуляции, используется, чтобы вычислить пропускную способность прикладного слоя. Эта модель проверяется с помощью сценариев Box 3 (Тесты 1a, 1b и 2a), заданных в методологии оценки TGax [3], чтобы подтвердить, что она соответствует IEEE 802.11 [1]. В этом примере делается вывод, что вычисленная пропускная способность слоя находится в области значений минимальной и максимальной пропускной способности, заданных в опубликованных результатах калибровки [4].

Приложение

Вспомогательные функции и объекты, используемые в этом примере:

Ссылки