Абстракция физического слоя

В этом примере показано, как смоделировать сеть 802.11ax с абстрагированным PHY. Пример представляет изменение системной модели, используемой в примере 802.11 MAC и измерении пропускной способности приложения (WLAN Toolbox). В примере 802.11 MAC и измерения пропускной способности приложения (WLAN Toolbox) полная обработка PHY моделируется, где формы волны генерируются и декодируются на физическом слое. Однако этот пример моделирует абстрагированный PHY, где никакие формы волны не генерируются и не декодируются. Абстрагирование физического слоя сокращает время, затрачиваемое на симуляцию, за счет точности. Fidelity относится к степени точности, с которой PHY моделируется в симуляции. Симуляции, которые переносят низкую точность на физическом слое, могут использовать абстрагированную модель PHY.

Абстрагированный PHY работает с предварительно вычисленными таблицами и уравнениями вероятности пакетной ошибки (PER). Эти таблицы и уравнения используются, чтобы оценить поврежденный пакет без какой-либо фактической модуляции или демодуляции пакетов, что приводит к модели низкой точности. Для получения дополнительной информации, связанной с абстракцией PHY, см. пример «Абстракция физического слоя для симуляции уровня системы (WLAN Toolbox)».

Абстрагированные блоки физического слоя

В этом разделе объясняются блоки, используемые для моделирования абстрагированного PHY, и то, как он вписывается в сетевую модель 802,11 [2]. Полное моделирование PHY включает операции, связанные с передачей и приемом формы волны через канал с замираниями. Абстрагированный PHY моделирует мощность сигнала, усиление, задержку, потерю и интерференцию на каждом пакете, не генерируя пакеты физического слоя. Этот пример предоставляет PHY Transmitter, а Statistical Channel, и PHY Receiver для моделирования абстрагированного PHY. Эти блоки доступны в библиотеке wlanAbstractedPHYLib.

Абстрагированный PHY-передатчик:

The Abstracted PHY Transmitter блок моделирует передающую цепь физического слоя. Этот блок использует систему координат и соответствующие параметры передачи с слоя MAC. Такие параметры, как степень передачи, длительность преамбулы, длительность заголовка и длительность полезной нагрузки, вычисляются в блоке. Эта информация передается вместе с MAC- системы координат в качестве метаданных для симуляции передачи формы волны.

Интерфейсы к Abstracted PHY Transmitter блоки:

Статистический канал:

The Statistical Channel блок моделирует pathloss, задержку распространения и область значений приема пакета. Чтобы включить оценку потерь, задержки и области значений в каждом приемнике, Statistical Channel блок должен быть смоделирован внутри каждого узла, связанный с Abstracted PHY Receiver. Задержка распространения применяется к каждому принятому пакету, и уровень сигнала каждого пакета ухудшается с помощью опционального патологоанатома. Если приемный узел находится в пределах области значений, пакет пересылается на Abstracted PHY Receiver с эффективной силой сигнала. Пакет отбрасывается, если приемный узел находится вне области значений передатчика.

Интерфейсы к Statistical Channel являются:

Абстрагированный приемник PHY:

The Abstracted PHY Receiver блок моделирует цепь приема физического слоя. Этот блок получает и обрабатывает пакет на основе полученных метаданных. The Abstracted PHY Receiver блок моделирует интерференцию на основе пакетов, полученных в перекрывающиеся временные линии. Полученные пакеты обрабатываются только в этих контрольных точках: (a) Конец длительности преамбулы (b) Конец длительности каждого подкадра в полезной нагрузке для агрегированных систем координат (или) конец длительности полезной нагрузки для неагрегированных систем координат.

Этот блок также предоставляет опцию для настройки уровня абстракции через PHY Abstraction параметр маски. Можно настроить его так, чтобы он 'TGax Evaluation Methodology Appendix 1' [3], чтобы предсказать эффективность ссылки с моделью канала TGax с помощью эффективного отображения SINR. Подробную информацию об этой процедуре можно найти в примере Абстракция физического слоя для симуляции уровня системы (WLAN Toolbox). Также можно сконфигурировать его так, чтобы 'TGax Simulation Scenarios MAC Calibration' [4], чтобы предположить отказ пакета при помехах, не вычисляя на самом деле эффективность ссылки. Обратите внимание, что опция 'TGax Evaluation Methodology Appendix 1' работает только для значений MCS в области значений [0-9], так как методология оценки TGax [3] определяется только для этих значений.

Интерфейсы к Abstracted PHY Receiver блоки:

Симуляция уровня системы

Этот пример описывает сеть с 10 узлами в модели, WLANMultiNodeAbstractedPHYModel, 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. Измерение виртуальной несущей использует квитирование RTS/CTS, чтобы предотвратить проблему скрытого узла.

Позиции для всех узлов в сети конфигурируются через распределитель положения узла (NPA) блок в модели. Состояние каждого узла может быть визуализировано во время выполнения через строение, доступную в Visualizer блок. The Channel Matrix блок является памятью хранилища данных. При инициализации реализация канала TGax генерируется между каждой парой узлов в сети, и полученная матрица канала на поднесущую сохранена в блоке. Во время симуляции каждый узел приемника обращается к памяти, чтобы получить матрицу канала между собой и передающим узлом, чтобы определить качество ссылки. В этой модели узлы 1, 2, 3, 6, 7 и 8 действуют как передатчики, так 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 слой приложения, MAC- слоя и физический слой. Физический слой моделируется с использованием абстрагированных блоков PHY, описанных в предыдущем разделе. Можно сконфигурировать узел для передачи и приема пакетов по конкретному каналу (частоте) путем изменения Multicast tag параметр Entity Multicast и Multicast Receive Queue блоки. По умолчанию все узлы работают на одном и том же канале. Можно также сконфигурировать область значений приема для определенного узла с помощью Packet Receive Range параметр Statistical Channel блок.

Можно легко переключаться между абстрагированными блоками PHY, доступными в wlanAbstractedPHYLib, и полными блоками обработки PHY, доступными в wlanFullPHYLib.slx библиотека примера 802.11 MAC и измерение пропускной способности приложения (WLAN Toolbox). Интерфейсы к блокам передатчика, приемника и канала остаются неизменными. По умолчанию абстрагированные блоки PHY выполняются в Interpreted execution режим. Для более длительного времени симуляции сконфигурируйте все блоки так, чтобы они Code generation способ для повышения эффективности.

Результаты симуляции

Выполнение модели имитирует сеть WLAN в течение заданного времени симуляции. График со статистикой сетевого уровня (соответствующей слою MAC) генерируется в конце симуляции. Подробная статистика уровня узла (соответствующая приложению, MAC и физическим слоям) собирается во время симуляции и сохраняется в базовое рабочее пространство файле statistics.mat. Можно также включить необязательную живую визуализацию, чтобы увидеть состояние каждого узла во время выполнения через маску строения Visualizer блок.

Масштабируемость

Вышеописанная модель показывает сеть из 10 узлов. Можно создать сеть с большим числом узлов 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 создать различные сценарии симуляции и проанализировать статистику уровня узла или уровня сети с различным числом узлов. Например, график ниже показывает повторные передачи и успешные передачи относительно общего количества передач, когда число узлов в сети увеличивается. Для сбора результатов используются следующие параметры конфигурации:

График ниже показывает, что симуляция выполняется быстрее с абстрагированным PHY по сравнению с полной обработкой PHY, что делает ее более масштабируемой. Параметры конфигурации, используемые для сбора результатов эффективности:

Этот пример объяснил абстракцию физического слоя и продемонстрировал 10-узловую сеть WLAN с абстрагированной PHY. Этот пример показывает, что симуляция сети с абстрагированным PHY быстрее и масштабируемее по сравнению с использованием полной обработки PHY.

Дальнейшие исследования

В этом примере блоки A-MPDU, обменивающиеся между узлами, деагрегируются на блоки MPDU в узле-получателе. Эти MPDU экспортируются в файл захвата пакетов (PCAP) и формат захвата пакетов следующей генерации (PCAPNG) с помощью pcapDump Блок DES. Как использовать pcapDump Блок DES, перейдите к wlanSystemLevelComponentsLib

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. Основными преимуществами использования файлов PCAP/PCAPNG во время уровня системы симуляций являются:

Чтобы дублировать MAC- слоя входа сущностей (полученные A-MPDU, FrameToMAC, и PhyRxIndicator вектор) и выходные сущности (переданные A-MPDU, FrameToPHY, и MACReqToPHY вектор), используйте Entity Replicator блоки. MAC- слоя обеспечивает RxFrameToPCAP, PhyIndToPCAP, TxFrameToPCAP, и MACReqToPCAP как входы в pcapDump Блок DES.

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

Выберите формат захвата pcap или pcapng. Когда симуляция начинается, пакеты, обменивающиеся между узлами, регистрируются в выбранном файле формата захвата.

Чтобы захватить пакет, дважды нажатие кнопки pcapDump Блок DES и выберите параметр Capture as Enable.

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

Приложение

В примере используются следующие помощники:

Ссылки