IEEE 802.11ax Операция пространственного повторного использования на основе ПД OBSS

В сценариях плотной сети, состоящих из устаревших устройств IEEE ® 802.11, несколько AP работают с одной частотой из-за ограниченного спектра. Это привело к неэффективной парадигме, вызывающей перегрузку сетей и замедление. Кроме того, унаследованные устройства не смогли эффективно взаимодействовать друг с другом, чтобы максимизировать ресурсы канала. Чтобы решить эту проблему, IEEE ® P802.11ax™/D4.1 поправка [1] представила операцию SR на основе OBSS PD для оптимизации эффективного повторного использования частотного спектра в сценариях плотной сети. Для достижения этого количество параллельных передач, которые потенциально могут улучшить эффективность сети BSS, работающих на одной частоте, увеличивается. Для увеличения количества параллельных передач порог оценки четкого канала/определения несущей (CCA/CS) для обнаруженных передач OBSS настраивается на новое значение, называемое порогом PD OBSS. Порог PD OBSS выше порога CCA/CS по умолчанию. Этот рисунок иллюстрирует операцию SR в OBSS. Сетевая топология состоит из двух BSS, каждый из которых содержит AP и STA.

Порог CCA/CS по умолчанию (обозначаемый синими штриховыми линиями) не включает одновременные передачи между AP1 и AP2. В этом случае передача в BSS-2 должна быть отложена, если устройства в BSS-1 занимают канал для передачи. Однако, оптимально выбирая значение порога PD OBSS (обозначенного красными штриховыми линиями), обе AP могут одновременно передавать на свои соответствующие STA. Эта операция SR при использовании с методом раскраски BSS улучшает использование канала и дает лучшую пропускную способность.

Раскраска BSS

Операция SR использует идентификатор цвета BSS, чтобы позволить устройствам 802.11ax различать различные BSS, когда другие устройства передают по тому же каналу. Цвет BSS является числовым идентификатором BSS, имеющим значение в области значений [1, 63]. Информация о цвете BSS присутствует в 6-битном поле цвета BSS в HE SIG-A, которое присутствует в преамбуле заголовка физического слоя (PHY) 802.11ax. Если цвет системы координат совпадает с цветом BSS, это передача внутри BSS, поскольку передающее устройство принадлежит той же BSS, что и приемник. Если обнаруженный кадр имеет другой цвет BSS по сравнению со своим собственным, кадр является межBSS-кадром. AP 802.11ax может изменить свой цвет BSS, если обнаруживает OBSS с тем же цветом. Эта блок-схема показывает процедуру раскраски BSS.

При обнаружении передачи устройство 802.11ax различает системы координат внутри и между BSS путем проверки цветового поля BSS. Для систем координат внутри BSS устройства 802.11ax используют порог PD по умолчанию -82 дБм. Для систем координат между BSS применяются более агрессивные значения порога PD, чтобы увеличить количество параллельных передач.

Это возможный сценарий использования SR с раскраской BSS.

Жилой сценарий Рассмотрим двухплатную жилую квартиру.

Каждый этаж содержит две BSS, и каждая BSS состоит из AP и STA. В этом сценарии SR с раскраской BSS улучшит совокупную пропускную способность сети и пропускную способность каждой BSS. Этот пример моделирует и моделирует этот сценарий использования.

Модель 802.11ax Жилой сценарий с раскраской BSS

Этот пример демонстрирует связь в сети 802.11ax с четырьмя BSS, содержащими одну AP и одну станцию на BSS. Эти станции реализуют чувствительный к несущей множественный доступ с предотвращением столкновения (CSMA/CA) с физическим восприятием несущей и виртуальным значением несущей. Измерение физической несущей использует механизм clear CCA, чтобы определить, занята ли среда перед передачей. В то время как виртуальное измерение несущей использует рукопожатие RTS/CTS, чтобы предотвратить проблему скрытого узла. Все узлы реализуют измерение виртуальной несущей, используя векторы выделения двойной сети (NAVs) (Intra NAV и Basic NAV), определенные в IEEE ® P802.11ax™/D4.1 Administration [1].

Строение узла

Задайте узел как AP или STA через NodeType параметр маски. Чтобы сконфигурировать узел как STA, необходимо задать имя связанного с ним узла AP через AP Name параметр. Все узлы, сконфигурированные как STA с одинаковыми AP Name принадлежат одному BSS.

В блоке Application Traffic Generator Destination Name параметр AP всегда сконфигурирован на узлах STA одной и той же BSS. Тогда как, Destination Name параметр узла STA всегда сконфигурирован на одно и то же значение AP Name параметр.

Для просмотра компонентов узла WLAN смотрите пример симуляции уровня системы 802.11ax с абстракцией физического слоя.

MAC- Строения

Реализуйте эти шаги, чтобы сконфигурировать узлы для выполнения операции SR.

Результаты симуляций

Запустите симуляцию, чтобы визуализировать параллельные передачи и получить совокупную пропускную способность для BSS.

На этом графике отображение узлов в BSS показано следующим образом:

Обратите внимание, что узлы передают системы координат одновременно. Таким образом, операция SR позволяет одновременно передавать данные, что приводит к эффективному использованию канала.

Этот график показывает агрегированную пропускную способность сети по BSS.

Можно проанализировать влияние изменения пороговых значений OBSS PD на агрегированную пропускную способность сети, запустив симуляции, подробно описанные в следующих разделах.

В каждой BSS задайте STA и AP, при этом AP будет служить соответствующему STA. Чтобы включить STA в качестве передатчиков, установите App State блока генератора трафика приложений на ' on '. Для каждой BSS сконфигурируйте AP и STA со значениями, показанными в этой таблице.

Варьируйте OBSS PD Threshold как -82, -72, -68, -65, -62, для каждой симуляции. В конце каждого прогона симуляции полученное значение пропускной способности извлекается из statistics.mat файл. Постройте график влияния предлагаемой нагрузки и порога PD OBSS на пропускную способность сети.

Этот код строит график влияния предлагаемой нагрузки и порога PD OBSS на среднюю пропускную способность сети, когда AP передает на свой соответствующий STA.

% Offered load (Mbps)
offeredLoad = [40 64 88 112 126 160];

% Throughput results for OBSS PD threshold -82 dBm at varying offered loads (Mbps)
throughput1 = [1.7640 1.7152 1.8524 1.8536 1.8020 1.8320];

% Throughput results for OBSS PD threshold -72 dBm at varying offered loads (Mbps)
throughput2 = [2.5900 2.3392 2.4860 2.4416 2.4820 2.5360];

% Throughput results for OBSS PD threshold -68 dBm at varying offered loads (Mbps)
throughput3 = [3.0040 2.9632 2.9964 2.8112 2.9036 3.0480];

% Throughput results for OBSS PD threshold -65 dBm at varying offered loads (Mbps)
throughput4 = [3.0400 3.2672 3.4012 3.2984 3.3388 3.4320];

% Throughput results for OBSS PD threshold -62 dBm at varying offered loads (Mbps)
throughput5 = [2.8780 2.9952 3.0140 3.3320 3.2708 3.2720];

% Get screen resolution
resolution = get(0, 'screensize');
screenWidth = resolution(3);
screenHeight = resolution(4);
figureWidth = screenWidth*0.7;
figureHeight = screenHeight*0.7;

% Create figure
figure('Position', [screenWidth*0.2, screenHeight*0.1, figureWidth, figureHeight])

% Retain plot
hold on

% Plot throughput obtained with OBSS PD threshold set to -82 dBm at varying
% offered loads (Mbps) and retain plot
plot(offeredLoad, throughput1,'-o')
hold on

% Plot throughput obtained with OBSS PD threshold set to -72 dBm at varying
% offered loads (Mbps) and retain plot
plot(offeredLoad, throughput2,'-x')
hold on

% Plot throughput obtained with OBSS PD threshold set to -68 dBm at varying
% offered loads (Mbps) and retain plot
plot(offeredLoad, throughput3,'-+')
hold on

% Plot throughput obtained with OBSS PD threshold set to -65 dBm at varying
% offered loads (Mbps) and retain plot
plot(offeredLoad, throughput4,'-s')
hold on

% Plot throughput obtained with OBSS PD threshold set to -62 dBm at varying
% offered loads (Mbps)
plot(offeredLoad, throughput5,'-d')
grid on

% Add X-label, Y-label, and legend
xlabel('Offered load (Mbps)')
ylabel('Throughput (Mbps)')
legend('No Spatial Reuse', 'Spatial Reuse OBSS PD -72 dBm', ...
    'Spatial Reuse OBSS PD -68 dBm', 'Spatial Reuse OBSS PD -65 dBm', ...
    'Spatial Reuse OBSS PD -62 dBm', 'Location', 'northeastoutside');

% Add title
title('Impact of offered load and OBSS PD threshold on the network throughput')

Заметьте, что пропускная способность сети выше, когда операция SR включена. Кроме того, пропускная способность увеличивается с увеличением порога PD OBSS.

Измените порог PD OBSS на -82, -77, -72, -67 и -62 д Бм и постройте график влияния на пропускную способность каждой BSS.

numOBSSPDValues = 5;

OBSSPDValues = {'-82', '-77', '-72', '-67', '-62'};

% Initial SR statistics
throughput = zeros(numOBSSPDValues, 1);

% Throughput results for BSS1 (Mbps)
throughputWithOutSpatialBSS1 = [2.1216 4.5696 4.5696 4.7328 3.318];

% Throughput results for BSS2 (Mbps)
throughputWithSpatialReuseBSS2 = [1.9040 1.0336 1.7952 1.1686 2.448];

% Throughput results for BSS3 (Mbps)
throughputWithSpatialReuseBSS3 = [2.0672 2.0128 1.1088 2.23 3.590];

% Throughput results for BSS4 (Mbps)
throughputWithSpatialReuseBSS4 = [1.1152 2.3120 4.1616 4.706 3.726];

% Create a plot matrix with different statistics.
PlotMatrix = [throughputWithOutSpatialBSS1' throughputWithSpatialReuseBSS2'...
    throughputWithSpatialReuseBSS3' throughputWithSpatialReuseBSS4'];

nextBarOffset = 1;

% Set colors for the bars
colors = [ 0.9294    0.6941    0.1255;
    0.4941    0.1843    0.5569;
    0.4667    0.6745    0.1882;
    0.3020    0.7451    0.9333;
    0.6353    0.0784    0.1843;];

% Get screen resolution
resolution = get(0, 'screensize');
screenWidth = resolution(3);
screenHeight = resolution(4);
figureWidth = screenWidth*0.7;
figureHeight = screenHeight*0.7;

% Create figure
figure('Name', 'MultiNode 802.11 Network (PHY and MAC) Statistics', ...
    'Position', [screenWidth*0.2, screenHeight*0.1, figureWidth, figureHeight]);

% Set figure axis.
figAxis = gca;
hold on

% Plot using the plot matrix created
for i = 1: 5
    bar(nextBarOffset, PlotMatrix(i,1), 'FaceColor', colors(1, :))
    nextBarOffset = nextBarOffset+1;
    bar(nextBarOffset, PlotMatrix(i,2), 'FaceColor', colors(2, :))
    nextBarOffset = nextBarOffset+1;
    bar(nextBarOffset, PlotMatrix(i,3), 'FaceColor', colors(3, :))
    nextBarOffset = nextBarOffset+1;
    bar(nextBarOffset, PlotMatrix(i,4), 'FaceColor', colors(4, :))
    nextBarOffset = nextBarOffset+6;
end
lastBarOffset = nextBarOffset;

% Set legend to the plot
legend('BSS1', 'BSS2', ...
    'BSS3', 'BSS4', 'Location', 'northeastoutside');

% Name X-axis of the plot
xlabel('OBSS PD Threshold (dBm)')

% Name Y-axis of the plot
ylabel('Throughput (Mbps)')

% Gap between each tick on X-axis
tickInterval = (lastBarOffset-1)/numOBSSPDValues;

% Create ticks for X-axis
xticks(1:tickInterval:numOBSSPDValues*tickInterval)

% Add created tick labels to axis
figAxis.XTickLabel = OBSSPDValues;

% Add title
title('Impact of OBSS PD threshold on the throughput of each BSS')

Наблюдайте увеличение пропускной способности при SR по сравнению с отсутствием SR (порог PD OBSS -82 д Бм). Когда порог PD OBSS увеличивается, PHY отбрасывает больше системы координат, которые обнаруживаются как межBSS, что позволяет STA передавать системы координат одновременно. Следовательно, вы также можете увидеть, что пропускная способность увеличивается с порогом OBSS PD.

Выполнение симуляции с использованием параметров конфигурации, указанных в предыдущей таблице:

Можно симулировать модель для нескольких запусков, чтобы визуализировать истинное влияние пороговых значений OBSS PD на пропускную способность сети.

Этот пример позволяет вам смоделировать жилой сценарий в многочленовой сети IEEE 802.11ax для изучения SR с раскраской BSS. Пространственное повторное использование с поддержкой раскраски BSS добавляется к библиотечным блокам PHY и MAC. Модель использует постоянный алгоритм OBSS PD, чтобы выбрать порог OBSS PD. Результаты симуляции подтверждают, что производительность и эффективность канала увеличиваются при использовании SR с раскраской BSS.

Дальнейшие исследования

Этот пример использует постоянный алгоритм OBSS PD. Этот алгоритм решает, должен ли входящая система координат OBSS быть разрешен для дальнейшей обработки или сброшен на основе сконфигурированного значения PD OBSS. Можно изменить алгоритм OBSS PD, обновив вспомогательную функцию constantOBSPDAlgorithm, используемую EDCA MAC блок, присутствующий на слое MAC.

В этом примере строение нескольких BSS возможно только при включенном SR. Чтобы сравнить результаты сценария с несколькими BSS с операцией SR и без нее, сконфигурируйте одно и то же значение для OBSS PD Threshold и ED Threshold параметры для симуляции операции без SR без фактического отключения Enable Spatial Reuse with BSS Color параметр.

Приложение

В примере используются следующие помощники:

Ссылки