802.11网络的吞吐量

IEEE®802.11™工作组正在不断向802.11规范添加特性[1提高WLAN网络的吞吐量和可靠性。吞吐量是一段时间内传输的数据量。MAC (Medium Access Control)层吞吐量是指MAC层在一段时间内成功传输的数据量。MAC协议数据单元(MPDU)是MAC层的传输单位。在802.11n协议中，为了提高吞吐量，引入了MPDU聚合。当支持MPDU聚合时，MAC层将多个MPDU聚合为一个A-MPDU (aggregate -MPDU)进行传输。这减少了传输多帧的信道竞争开销，从而提高了吞吐量。在802.11 ac (1]及802.11ax [2]， A-MPDU长度的最大限制被提高，从而在WLAN网络中获得更好的吞吐量。

802.11网络模型

本示例模拟一个具有五个节点的WLAN网络，如图所示。这些节点实现了具有物理载波感知和虚拟载波感知的防碰撞载波感知多路访问(CSMA/CA)。物理载波传感采用CCA (clear channel assessment)机制，在传输前判断介质是否繁忙。而虚拟载波传感采用RTS/CTS握手的方式来防止隐藏节点的问题。

示例中的模型显示了PHY层和MAC层上传输、接收和丢弃数据包的数量等各种统计信息。此外，该模型还显示了有助于分析/估计节点级和网络级性能的运行时图。根据TGax任务小组发表的校准结果验证了该模型[4对于TGax评估方法中指定的方框3场景(测试1a、1b和2a) [3.］．

WLAN网络

WLAN节点组成

WLAN节点的组成如图所示。通过按下上面图中每个节点的箭头按钮来检索信息。

应用程序，EDCA MAC, PHY和通道块能力

应用程序:

应用层能够生成具有不同优先级的数据，如图所示。这些优先级级别是使用访问类属性中的“应用程序流量生成器”块的掩码参数。还可以配置应用层的报文大小、报文间间隔和目的节点。

EDCA麦克:

本例中使用的EDCA MAC块具有以下功能:

体育:

PHY发射器和PHY接收器块具有生成和解码非ht, HT-MF, VHT, HE-SU和HE-EXT-SU格式波形的能力。可以配置发送增益和发送功率Tx获得而且发射功率属性在WLAN节点内部的PHY发射器块的掩码参数中。

方法可以配置接收增益和接收噪声值Rx获得而且Rx噪声图属性在WLAN节点内部的PHY Receiver块的掩码参数中。

渠道:

由自由空间路径损耗模型和瑞利多径衰落确定的信道损耗被添加到传输的PHY波形中。您可以选择启用或禁用这些损害模型。除了减值模型外，信号接收范围也可以由可选的范围传播损耗模型来限制。为了模拟任何这些损失，信道模型必须包含发送方和接收方位置以及传输信号强度。通道在每个接收节点内部建模，然后将波形传递到PHY接收器块。

吞吐量测量

吞吐量因应用程序、MAC和PHY层的不同配置参数而不同。配置中的任何更改都可能增加或减少吞吐量。您可以改变这些参数的组合，以测量和分析吞吐量。

除了上述参数，您还可以改变节点位置、Tx和Rx增益、信道损耗、网络中节点数量、MAC竞争参数、传输链数量和速率自适应算法，以分析MAC吞吐量。这个例子演示了通过改变数据包大小来测量和分析MAC吞吐量应用程序流量发生器块。

应用程序包的大小

吞吐量与应用程序包大小成正比。数据包大小越小，要传输的数据包数量就越多。在MAC层，每个传输的包都有争用时间的开销。这是因为MAC层确保通道在特定的时间内处于空闲状态(参考[1])，然后再传送数据包。因此，当包大小减小时，争用开销就会增加，从而导致吞吐量降低。

模型配置

您可以通过以下步骤配置应用程序包的大小:

运行模拟并观察吞吐量。测试-1a的TGax校准结果[4]，如下所示:

上图将WLAN Toolbox的校正结果与[4］．蓝色的曲线代表WLAN工具箱的结果，灰色的曲线代表其他公司的结果。

仿真结果

对模型的模拟生成:

此图显示了MAC状态相对于模拟时间的转换。

您还可以使用上面可视化中的“观察MAC队列长度”按钮来观察MAC层传输缓冲区的实时状态。

该图显示了仿真结束时的网络统计信息。

使用TGax校准结果验证应用层吞吐量

TGax工作小组[4发布了针对不同场景的应用程序吞吐量结果。您可以在'statistics.mat'中存储的'statisticsTable'中的' throughput '列中观察网络中每个节点的第三层(MAC层以上)吞吐量。MAC模拟器的TGax校准场景公布了具有逻辑链路控制(LLC)层开销的用户数据报协议(UDP)的应用程序吞吐量结果。

要根据模拟结果计算应用程序吞吐量，请使用下面的代码:

%的负载数据。mat(模拟输出)文件simulationResults =负载(“统计数据”，“statisticsTable”）;%的统计数据统计= simulationResults.statisticsTable;%网络中MAC层字节传输成功totalMACTxBytes =总和(stats.MACTxBytes);% UDP和LLC开销(字节)udpOverhead = 36;llcOverhead = 8;% UDP和LLC网络开销(字节)udpAndLLCOverhead = sum(stats.MACTxSuccess)*(udpOverhead + llcOverhead);成功传输的应用程序字节数totalAppTxBytes = totalMACTxBytes - udpAndLLCOverhead;网络中最后一次完成传输的时间%(微秒)simulationTime = max (stats.MACRecentFrameStatusTimestamp);%应用程序吞吐量(Mbps)applicationThroughput = (totalAppTxBytes * 8) / simulationTime;disp (['应用程序吞吐量= 'num2str (applicationThroughput)“Mbps”]);

应用程序吞吐量= 4.7276 Mbps

在30秒的模拟时间内，不同TGax校准场景下的应用吞吐量根据不同MAC服务数据单元(MSDU)大小绘制，如下图所示:

进一步的探索

配置选项

您可以更改这些配置参数以进一步探索这个示例:

相关的例子

参考以下例子进行进一步的探索:

本示例使您能够使用Simulink模型创建和配置多节点802.11网络，以分析MAC和应用层吞吐量。在该模型中，通过仿真结果得到的MAC吞吐量用于计算应用层吞吐量。使用TGax评估方法中指定的框3场景(测试1a、1b和2a)验证了该模型[3.]，以确定它符合IEEE 802.11标准[1］．此示例的结论是，计算得到的应用层吞吐量在已公布的校正结果中指定的最小和最大吞吐量范围内[4］．

附录

本例中使用的helper函数和对象是:

参考文献