Пропускная способность в 802.11 сетях

Рабочая группа IEEE® 802.11™ постоянно добавляет опции к 802,11 спецификациям [1], чтобы улучшить пропускную способность и надежность в сетях WLAN. Пропускная способность является объемом данных, переданным в течение времени. Пропускная способность слоя Medium Access Control (MAC) относится на сумму данных, успешно переданных слоем MAC в течение времени. Модуль данных о протоколе MAC (MPDU) является модулем передачи на слое MAC. В 802.11n, агрегация MPDU была введена, чтобы увеличить пропускную способность. Когда агрегация MPDU поддерживается, слой MAC агрегировал несколько MPDUs в агрегированный MPDU (A-MPDU) для передачи. Это уменьшает издержки конкуренции канала для передачи нескольких кадров, приводящих к расширенной пропускной способности. В 802.11ac [1] и 802.11ax [2], максимальные пределы для длины A-MPDU были увеличены, приведя к еще лучшей пропускной способности в сетях WLAN.

Модель 802.11 Сеть

Этот пример демонстрирует сеть WLAN с пятью узлами как показано в этом рисунке. Эти узлы реализуют обнаружение несущей, к которому несколько получают доступ с предотвращением столкновения (CSMA/CA) с физическим и виртуальным обнаружением несущей с обнаружением несущей. Физическая несущая, распознающаяся, использует механизм ясной оценки канала (CCA), чтобы определить, занят ли носитель перед передачей. Принимая во внимание, что, виртуальная несущая, распознающаяся, использует квитирование RTS/CTS, чтобы предотвратить скрытую проблему узла.

Модель в примере отображает различную статистику, такую как количество переданных, полученных, и пропущенных пакетов на слоях PHY и MAC. Кроме того, время выполнения полагает, что справка в анализе/оценке эффективности уровня узла и сетевого уровня также отображена в этой модели. Эта модель подтверждена против опубликованной калибровки, следует из Исследовательской группы TGax [4] для сценариев Поля 3 (Тесты 1a, 1b, и 2a) заданный в методологии [3] оценки TGax.

Сеть WLAN

Компоненты узла WLAN

Компоненты узла WLAN показывают в этом рисунке. Информация получена путем стремления кнопки стрелки каждого узла на вышеупомянутом рисунке.

Приложение, ЭДКА МАК и PHY блокируют улучшения

Этим примером является улучшение по Мультиузлу 802.11a Моделирование Сети с PHY и МАКом (WLAN Toolbox) пример. Обратитесь к странице документации в качестве примера для получения дополнительной информации о каждом слое в узле WLAN. У приложения, ЭДКИ МАКА и блоков PHY, используемых в этом примере, есть эти улучшения по Мультиузлу 802.11a Моделирование Сети с PHY и МАКом (WLAN Toolbox).

Приложение:

Прикладной уровень имеет возможность сгенерировать данные с различными приоритетными уровнями как показано в этом рисунке. Эти приоритетные уровни сконфигурированы с помощью Access Category свойство в параметрах маски блока Application Traffic Generator в узле WLAN.

ЭДКА МАК:

Блок EDCA MAC, используемый в этом примере, имеет эти улучшения по блоку MAC, используемому в Мультиузле 802.11a Моделирование Сети с PHY и MAC (WLAN Toolbox) пример

PHY:

Возможность сгенерировать и декодировать формы волны Non-HT, HT-MF, VHT, HE-SU и форматов HE-EXT-SU

Измерение пропускной способности

Пропускная способность варьируется для различных параметров конфигурации, имеющих отношение к приложению, слоям MAC & PHY. Любое изменение в настройке может или увеличить или уменьшить пропускную способность. Можно варьироваться комбинация этих параметров, чтобы измерить и анализировать пропускную способность.

Наряду с вышеупомянутыми параметрами, можно также варьироваться положения узла, усиления Tx & Rx, потеря канала, количество узлов в сети, параметрах конкуренции MAC, количестве цепей передачи и алгоритмов адаптации уровня, чтобы анализировать пропускную способность MAC. Этот пример демонстрирует измерение и анализ пропускной способности MAC различным пакетным размером в Application Traffic Generator блок.

Пакетный размер приложения

Пропускная способность прямо пропорциональна пакетному размеру приложения. Меньший пакетный размер приводит к большему количеству пакетов, которые будут переданы. На слое MAC существуют издержки состязательного времени для каждого переданного пакета. Это вызвано тем, что слой MAC убеждается, что канал неактивен для определенного количества времени (Раздел Refer 10.3.2.3 из [1]) прежде, чем передать любой пакет. Поэтому когда пакетный размер уменьшается, конкуренция наверху увеличивается получившийся в более низкой пропускной способности.

Настройка модели

Можно сконфигурировать пакетный размер приложения с помощью этих шагов:

Запустите симуляцию и наблюдайте пропускную способность. Калибровочные результаты TGax для теста-1a в [4] показывают ниже:

Вышеупомянутый график сравнивает калибровочные результаты для WLAN Toolbox против опубликованных результатов других компаний, перечисленных в [4]. Синяя кривая представляет результаты WLAN Toolbox, в то время как серые кривые представляют результаты других компаний.

Результаты симуляции

Симуляция модели генерирует:

Этот рисунок показывает изменения состояния MAC относительно времени симуляции.

Можно также наблюдать живое состояние буферов передачи слоя MAC с помощью кнопки 'Observe MAC queue lengths' в вышеупомянутой визуализации.

Этот рисунок показывает сетевую статистику в конце симуляции.

Проверка пропускной способности прикладного уровня калибровочными результатами TGax

Исследовательская группа TGax [4] опубликованная пропускная способность приложения заканчивается для различных сценариев. Можно наблюдать Слой 3 (выше слоя MAC) пропускная способность каждого узла в сети в столбце 'Пропускной способности' в 'statisticsTable', сохраненном в 'statistics.mat'. Калибровочные сценарии TGax для средства моделирования MAC опубликовали результаты пропускной способности приложения для Пользовательского дейтаграммного протокола (UDP) со слоями Logical Link Control (LLC) наверху.

Чтобы вычислить пропускную способность приложения от результатов симуляции используют 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 калибровочных сценариев TGax построена против различных размеров Модуля эксплуатационных данных MAC (MSDU) для времени симуляции 30 секунд как показано ниже:

Дальнейшее исследование

Параметры конфигурации

Можно изменить эти параметры конфигурации, чтобы далее исследовать этот пример:

Связанные примеры

Отошлите эти примеры для дальнейшего исследования:

Этот пример позволяет вам создать и сконфигурировать мультиузел 802,11 сети с помощью модели Simulink для анализа пропускная способность прикладного уровня и MAC. В этой модели пропускная способность MAC, полученная через результаты симуляции, используется, чтобы вычислить пропускную способность прикладного уровня. Эта модель подтверждена с помощью сценариев Поля 3 (Тесты 1a, 1b, и 2a) заданный в методологии [3] оценки TGax, чтобы подтвердить, что это выполняет IEEE 802.11 [1]. Этот пример приходит к заключению, что расчетная пропускная способность прикладного уровня в области значений минимальной и максимальной пропускной способности, заданной в опубликованных калибровочных результатах [4].

Приложение

Помощник функционирует, и объекты, используемые в этом примере:

Ссылки