Фон

802.11™ IEEE ® является набором спецификаций MAC и PHY для реализации WLAN. Типичная сеть WLAN будет иметь несколько устройств (узлов), совместно использующих одни и те же ресурсы канала. Каждый узел может иметь различные типы приложений, передающих или принимающих пакеты от других узлов. Когда узлы совместно используют канал, их передачи могут сталкиваться или мешать друг другу.

Моделирование сети WLAN с несколькими узлами обычно включает моделирование слоя MAC, PHY, общего канала связи, шаблона трафика данных и помех. В этом примере показано, как смоделировать многоузловую сеть WLAN с PHY и MAC 802.11a с помощью дискретной симуляции событий.

Многоузловая сетевая модель 802.11a

Этот пример моделирует сеть WLAN с пятью узлами. 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 выводит различные статистические данные, такие как количество переданных, принятых и отброшенных пакетов в слоях PHY и MAC, и графики, которые помогают в анализе/оценке эффективности на уровне узла и сети.

Моделирование включает в себя:

В этом примере узлы 1, 2 и 3 являются активными участниками связи, в то время как узлы 4 и 5 пассивно принимают пакеты по каналу.

Узел

Каждый узел моделируется как подсистема с сетевым стеком, который включает в себя прикладные, MAC и физические слои.

Прикладной слой

Прикладной слой реализован, чтобы генерировать и принимать трафик приложения. Она разделена на два подблока:

MAC- Слоя

MAC-уровень реализует алгоритм DCF, указанный в разделе 10.3 [1]. Перед передачей пакета слой определяет общий канал, чтобы определить состояние канала. Если канал находится в простое, инициируется пакетная передача. Если канал занят, передача пакета откладывается. Пакеты, ожидающие передачи, находятся в очереди.

В модели MAC- слоя имеет два компонента: управление очередью и алгоритм оспаривания.

Управление очередями

Пакеты, полученные с прикладного слоя, ставятся в очередь до тех пор, пока канал не станет доступен. Пакеты отключаются для передачи, как только канал становится доступным. Размер очереди настраивается. Размер очереди по умолчанию равен 10.

Алгоритм оспаривания

Алгоритм конкуренции, реализованный на уровне MAC, является функциональностью DCF, указанной в разделе 10.3 [1]. Он реализован как конечный конечный автомат с этими шестью различными состояниями:

Обработка уровня состояния на слое

Параметры MAC, такие как порог RTS, предел повторных попыток и скорости передачи данных, настраиваются для каждого узла.

PHY и канал

Передающая цепь:

Слой инициирует передачу путем отправки запроса начала передачи, содержащего информацию вектора Tx. При получении запроса на запуск PhyTx80211aDES блок конфигурирует параметры передачи PHY с заданным вектором Tx и отправляет подтверждение начала передачи на слой. Параметры PHY сконфигурированы в объекте типа, не формата строения HT wlanNonHTConfig. При получении подтверждения запуска MAC- слоя отправляет систему координат в блок PhyTx80211aDES.

Блок PhyTx80211aDES генерирует форму волны для MAC- системы координат, используя wlanWaveformGenerator функция. Он также масштабирует выборки формы волны с сконфигурированным усилением Tx. Сгенерированная форма волны передается через общий канал.

Можно сконфигурировать свойства маски степени Tx (dBm) и усиления Tx (dB) для блока PhyTx80211aDES.

Моделирование повреждений канала:

К переданной форме волны PHY добавляют искажения канала, определенные моделью потерь при распространении в свободном пространстве и многолучевым замираниями Релея. Можно принять решение включить или отключить эти модели обесценения. В дополнение к моделям обесценения область значений приема сигнала также может быть ограничен опциональной моделью потерь распространения области значений. Чтобы смоделировать любую из этих потерь, модель канала должна содержать как положение отправителя, так и приемник наряду с уровнем передаваемого сигнала. Канал моделируется внутри каждого приемного узла, перед передачей формы волны в блок PhyRx80211aDES.

Цепь получателя:

Когда блок PhyRx80211aDES получает форму волны, он масштабирует форму волны с сконфигурированным усилением Rx. Блок PhyRx80211aDES затем применяет тепловой шум и помехи к принятой форме волны. Это осуществляется путем вычисления ожидаемого отношения сигнал-помеха-плюс-шум (SINR) в конце преамбулы, заголовка и полезной нагрузки. Вычисленный SINR добавляется к преамбуле, заголовку и полезной нагрузке принятой формы волны в виде аддитивного белого гауссова шума (AWGN). Блок PhyRx80211aDES затем сравнивает степень формы волны с порогом обнаружения энергии (ED). Если степень формы волны больше, чем порог ED, PHY отправляет индикацию занятости CCA на слой MAC и начинает декодировать сигнал. В противном случае PHY рассматривает форму волны как шум и добавляет ее как помеху предстоящим формам волны для длительности формы волны тока. Если при декодировании обнаруживается ошибка, PHY останавливает дальнейшую обработку формы волны и отправляет индикацию ошибки на слой. Если преамбула и заголовок декодированы успешно, PhyRx80211aDES блок отправляет начальное указание на слой. Если полезная нагрузка также декодирована успешно, полезная нагрузка передается на слой MAC вместе с индикацией успеха.

Коэффициент усиления Rx (дБ) и рисунок шума (дБ) могут быть сконфигурированы для блока PhyRx80211aDES.

Распределитель положения узла

Выделитель положения узла используется для присвоения начального положения узлов. Он поддерживает линейные и перечислить стратегии распределения позиций.

Стратегия линейного распределения позиций - равномерно размещает узлы по прямой линии на 2D сетке.

Список Стратегия распределения позиций - Присвоения позиций узлов из списка [[x1 y1 z1] [x2 y2 z2]... [xn yn zn]] таким образом (xk, yk, zk) является положением k-го узла для всех k в (1, 2,..., n).

Результаты симуляции

Симуляция этой модели генерирует:

Дальнейшие исследования

Этот пример представляет сеть 802.11a с мультиузлами и показывает, как смоделировать коммуникацию между несколькими узлами WLAN с помощью дискретной симуляции событий. DCF в MAC моделируется как дискретный график событий, в то время как PHY моделируется с помощью блока MATLAB Discrete Event System. Отображение визуализации во время выполнения, показывающий время, потраченное на конкуренцию, передачу и прием канала каждым узлом, помогает вам изучить и проанализировать функциональность DCF. Эффективность сетевой связи каждого узла анализируется на основе графика, показывающего связанные с узлом метрики, такие как количество переданных, принятых и отброшенных пакетов в слоях PHY и MAC.

Ограничения

Приложение

В примере используются следующие помощники:

Ссылки