Фон

IEEE® 802.11™ является набором MAC и технических требований PHY для реализации WLAN. Типичная сеть WLAN будет иметь несколько устройств (узлы), совместно использующие те же ресурсы канала. Каждый узел может иметь различные типы приложений передающие или получающие пакеты от других узлов. Когда узлы совместно используют канал, их передачи могут столкнуться или вмешаться друг в друга.

Моделирование сети WLAN с несколькими узлами обычно включает моделирование слоя MAC, PHY, разделяемого канала связи, шаблона потока данных и интерференции. В этом примере показано, как смоделировать сеть WLAN мультиузла с 802.11a PHY и MAC с помощью дискретной симуляции события.

Мультиузел 802.11a сетевая модель

Этот пример демонстрирует сеть WLAN с пятью узлами. 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 выводит различную статистику, такой как количество переданных, полученных, и пропущенных пакетов на слоях PHY и MAC и графики, которые помогают в анализе/оценке эффективности уровня узла и сетевого уровня.

Моделирование включает:

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

Узел

Каждый узел моделируется как подсистема с сетевым стеком, который включает приложение, MAC и физические уровни.

Прикладной уровень

Прикладной уровень реализован, чтобы сгенерировать и получить трафик приложения. Это разделено на два подблока:

Слой MAC

Слой MAC реализует алгоритм DCF, заданный в разделе 10.3 из [1]. Прежде, чем передать пакет, слой MAC обнаруживает разделяемый канал, чтобы определить состояние канала. Если канал неактивен, пакетная передача инициируется. Если канал занят, пакетная передача задерживается. Пакеты, ожидающие передачи, ставятся в очередь.

В модели слой MAC имеет два компонента: управление очереди и состязательный алгоритм.

Управление очереди

Пакеты, полученные от прикладного уровня, ставятся в очередь, пока канал не доступен. Пакеты исключаются из очереди для передачи, если канал становится доступным. Размер очереди конфигурируем. Размер очереди по умолчанию равняется 10.

Состязательный алгоритм

Состязательный алгоритм, реализованный в слое MAC, является функциональностью DCF, заданной в разделе 10.3 из [1]. Это реализовано как конечный автомат с этими шестью различными состояниями:

Обработка государственного уровня в слое MAC

Параметры MAC, такие как порог RTS, повторите предел, и скорости передачи данных конфигурируемы для каждого узла.

PHY и канал

Цепь передачи:

Слой MAC инициирует передачу путем отправки передачи, запускаются, запрашивают содержащий информацию вектора Tx. При получении запроса запуска блок PhyTx80211aDES конфигурирует параметры передачи PHY с данным вектором Tx и отправляет, передача запускаются, подтверждают к слою MAC. Параметры PHY сконфигурированы в объекте настройки формата non-HT типа wlanNonHTConfig. При получении запуска подтверждают, слой MAC передает кадр с блоком PhyTx80211aDES.

Блок PhyTx80211aDES генерирует форму волны для системы координат MAC с помощью wlanWaveformGenerator функция. Это также масштабирует выборки формы волны со сконфигурированным усилением Tx. Сгенерированная форма волны передается через разделяемый канал.

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

Моделирование ухудшений канала:

Ухудшения канала, определенные моделью потери на пути свободного пространства и Рейли многопутевое исчезновение, добавляются к переданной форме волны PHY. Можно принять решение включить или отключить эти модели ухудшения. В дополнение к моделям ухудшения область значений приема сигнала может также быть ограничена дополнительной моделью распространения области значений потерь. Чтобы смоделировать любую из этих потерь, модель канала должна содержать и отправителя и положения приемника наряду с переданной силой сигнала. Канал моделируется в каждом узле получения, прежде, чем передать форму волны блоку PhyRx80211aDES.

Цепь приемника:

Когда блок PhyRx80211aDES получает форму волны, он масштабирует форму волны со сконфигурированным усилением Rx. Блок PhyRx80211aDES затем применяет тепловой шум и интерференцию к принятой форме волны. Это сделано путем вычисления ожидаемого сигнала к Отношению интерференции плюс шум (SINR) в конце преамбулы, заголовка и полезной нагрузки. Расчетный SINR добавляется к преамбуле, заголовку и полезной нагрузке принятой формы волны как Аддитивный белый Гауссов шум (AWGN). Блок PhyRx80211aDES затем сравнивает степень формы волны с порогом энергетического обнаружения (ED). Если степень формы волны больше порога ED, PHY отправляет CCA занятую индикацию слою MAC и начинает декодировать форму волны. В противном случае PHY рассматривает форму волны как шум и добавляет его как интерференцию к предстоящим формам волны на время формы тока. Если ошибка найдена при декодировании, PHY останавливает последующую обработку формы волны и отправляет ошибочную индикацию слою MAC. Если преамбула и заголовок декодируются успешно, блок PhyRx80211aDES отправляет индикацию запуска слою MAC. Если полезная нагрузка также декодируется успешно, полезная нагрузка передается слою MAC наряду с индикацией успеха.

Усиление Rx (дБ) и шумовая фигура (дБ) может быть сконфигурировано для блока PhyRx80211aDES.

Средство выделения положения узла

Средство выделения положения узла используется, чтобы присвоить исходное положение узлов. Это поддерживает линейный и стратегии выделения положения списка.

Стратегия Выделения Линейного положения – узлы Мест однородно в прямой линии, на 2D сетке.

Перечислите Стратегию Выделения Положения – положения узла Присвоений из списка [[x1 y1 z1] [x2 y2 z2]... [xn yn цинк]] таким образом, который (xk, yk, zk) положение k-ого узла для всего k в (1, 2..., n).

Результаты симуляции

Симуляция этой модели генерирует:

Дальнейшее исследование

Этот пример представляет мультиузел 802.11a сеть, и покажите вам, как смоделировать связь между несколькими узлами WLAN с помощью дискретной симуляции события. DCF в MAC моделируется как Дискретная Схема событий, тогда как PHY моделируется с помощью блока MATLAB Discrete Event System. Отображение визуализации во время выполнения, показывающее время, проведенное на конкуренции канала, передаче и приеме каждым узлом, помогает вам изучить и анализировать функциональность DCF. Эффективность сетевых коммуникаций каждого узла анализируется на основе графика, показывающего связанные с узлом метрики, такие как количество переданных, получила и пропустила пакеты на слоях PHY и MAC.

Ограничения

Приложение

Пример использует этих помощников:

Ссылки