Фон

ALOHA: ALOHA является оригинальным протоколом произвольного доступа, который стал операционным в 1 971. В ALOHA узлы передают пакеты, как только они доступны, не обнаруживая оператор беспроводной связи. В результате беспроводные пакеты могут столкнуться в приемнике, если они передаются одновременно. Следовательно, успешный пакетный прием подтверждается путем передачи короткого пакета подтверждения. Если подтверждение не получено достаточно своевременное, то пакет данных снова посылается в более поздний определенный момент, e.g., к бинарной экспоненциальной задержке.

CSMA/CA: Множественный доступ с контролем несущей с Предотвращением Столкновения является улучшенной схемой произвольного доступа, согласно которой беспроводные узлы сначала обнаруживают беспроводной носитель прежде, чем передать их пакеты данных. Если носитель обнаруживается занятый, то передачи задерживаются, e.g., согласно бинарной экспоненциальной задержке. Предотвращение столкновения включено путем: (i) ожидания межкадрового интервала (IFS) длительности после того, как канал был обнаружен неактивный, (ii) передачи только после определенного числа (не обязательно непрерывный) обнаруженные пазы времени простоя, выбранные случайным образом из состязательного окна (i.e., адаптивная область значений возможной длительности возврата), (iii) обмена Request To Send и системами координат Clear to Send (RTS и CTS). Из этих трех методов этот пример демонстрирует первые два (IFS и состязательное окно). CSMA/CA использовался в Ethernet, IEEE® 802.11 и IEEE 802.15.4, среди других стандартов.

Обзор

Этот пример демонстрирует сеть PHY/MAC с тремя узлами. Все узлы в области значений; передачи между двумя узлами могут быть получены и вмешаться в третий.

Настройка по умолчанию включает передачи системы координат данных из узла 1 к узлу 3 от узла 3 к узлу 2, и от узла 2 к узлу 1. Кадры подтверждения передаются от узла 3 к узлу 1 от узла 2 к узлу 3, и от узла 1 к узлу 2.

Схема MAC может быть или ALOHA или CSMA/CA, как определено переключателем верхнего уровня. Системы координат MAC кодируются к или декодируются от формы волны PHY с помощью основанного на QPSK слоя PHY.

Слой MAC действует в очень прекрасном масштабе времени (каждые 0.8 микросекунды), когда длительность возврата обычно намного короче, чем длительность системы координат данных. В результате модель Simulink основана на скаляре (i.e., длина большинства сигналов равна 1), и слои MAC/PHY не обрабатывают кадры, i.e., пакеты выборок.

Радио-приемопередатчик

Каждый радио-приемопередатчик, объединенный PHY и реализация MAC, включающая и, получают и передают операции. Левая сторона следующей схемы соответствует слою PHY, в то время как правая сторона соответствует Слою Канала передачи данных (MAC и Управление Логической ссылкой).

На получать-боковой-цепи приемопередатчик декодирует слой PHY принятых форм волны и передает соответствующий Модуль данных о протоколе MAC (MPDU) слою MAC, который обрабатывает системы координат подтверждения и данные.

На боковой цепи передачи слой Data Link инициирует передачи системы координат MAC или когда подуровень Управления Логической ссылкой решает, что введена новая система координат данных или когда подуровень MAC должен передать подтверждение для системы координат принятых данных. Системы координат MAC данных сгенерированы путем предварительного ожидания заголовка MAC и добавления нижнего колонтитула MAC CRC к полезной нагрузке, которая является входом от выше, третий слой (слой сети). Системы координат MAC подтверждения не содержат полезную нагрузку; они только содержат заголовок MAC и нижний колонтитул CRC.

Управление логической ссылкой

Подуровень Управления логической ссылкой (LLC) ответственен за введение пакетов данных в приемопередатчик. Это в основном реализовано с помощью диаграммы Stateflow. Пакетное межвремя поступления экспоненциально распределяется, который соответствует Пуассоновскому процессу.

Затем диаграмма Stateflow считает в обратном порядке пакетное межвремя поступления, пока следующий пакет не прибывает. Этот график также моделирует сегментацию больших пакетов в меньшие системы координат данных путем определения количества дополнительных передач системы координат ("TxMore").

Слой MAC ALOHA

Когда переключатель MAC верхнего уровня установлен в ALOHA, подсистема MAC слоя Канала передачи данных по существу действует в качестве следующей диаграммы Stateflow:

Левая сторона графика ответственна за подтверждение системы координат принятых данных. Прежде, чем передать подтверждение, передатчик сначала ожидает короткого межкадрового интервала (SIFS). Затем это выводит положительный сигнал 'TxAckOn' на время системы координат подтверждения.

Правая сторона графика ответственна за передачу кадра данных. Прежде, чем передать кадр данных, передатчик сначала ожидает короткого межкадрового интервала (SIFS). Затем это передает сигнал, не обнаруживая беспроводной носитель, путем вывода положительного сигнала 'TxDataOn' на время системы координат данных. Впоследствии, узел ждет, чтобы получить подтверждение в определенном временном интервале. Если подтверждение получено перед тайм-аутом завершена текущая передача системы координат данных. Если это не, то узел вводит состояние возврата, и это удваивает свое состязательное окно (CW) каждый раз за исключением первого экземпляра возврата. Длительность возврата случайным образом выбрана из [0, CW] интервал. Если максимальное количество попыток возврата достигнуто, то приемопередатчик объявляет отказ в передаче этого кадра данных.

Слой MAC CSMA/CA

Когда переключатель MAC верхнего уровня установлен в CSMA/CA, подсистема MAC слоя Канала передачи данных по существу действует в качестве следующей диаграммы Stateflow:

График CSMA/CA имеет некоторые общие черты с графиком ALOHA, но это также имеет некоторые различия:

Физический уровень

Передатчик: передатчик выполняет модуляцию QPSK на битах MPDU. Битрейт составляет 20 МГц, и уровень символа составляет 10 МГц. Символы QPSK впоследствии отфильтрованы с фильтром приподнятого косинуса "подсистемы" Переключателя Tx/Rx.

Канал: отфильтрованная форма волны PHY проходит через сетевой канал, который налагает многопутевое исчезновение и белый гауссов шум. Сетевой канал позволяет каждому узлу получать наложенные сигналы, переданные несколькими другими узлами. Многопутевое исчезновение применяется с помощью блока NetworkChannel System. Белый шум добавляется с помощью многоканальной возможности блока AWGN Channel.

Приемник: Приемопередатчики обрабатывают форму волны сигнала только, когда ее амплитуда превышает определенный порог (см. подсистему Обнаружения Сигнала). Впоследствии, принятая форма волны компенсируется с помощью Эквалайзера обратной связи решения (DFE); этот компонент уменьшает интерференцию межсимвола (ISI), вызванный многопутевым исчезновением, корректирует смещения синхронизации мелкого символа и смещения несущей, и ее быстрая сходимость удовлетворяет packetized сетям. Затем компенсируемые символы QPSK демодулируются. Соответствующие биты передаются детектору CRC для того, чтобы идентифицировать, что система координат запускается, длина полезной нагрузки PHY и тип системы координат (данные или подтверждение).

Результаты симуляции

Симуляция модели показывает один осциллограф для каждого приемопередатчика. Каждый осциллограф изображает переданный сигнал (главные оси) и счетчик возврата (нижние оси) для каждого приемопередатчика.

В то же время модель верхнего уровня изображает пропускную способность на узел в трех блоках отображения. Пропускная способность вычисляется путем измерения количества успешно подтвержденных пакетов данных.

Дальнейшее исследование

Выбранная библиография