802.11网络中的吞吐量

IEEE®802.11™工作组不断向802.11规范添加新功能[1提高WLAN网络的吞吐量和可靠性。吞吐量是指在一段时间内传输的数据量。MAC (Medium Access Control)层吞吐量是指一段时间内MAC层成功传输的数据量。MAC协议数据单元MPDU (MAC protocol data unit)是MAC层的传输单元。802.11n中引入了MPDU聚合来提高吞吐量。当支持MPDU聚合时，MAC层将多个MPDU聚合成一个聚合的MPDU (A-MPDU)进行传输。这减少了传输多帧时信道争用的开销，从而提高了吞吐量。在802.11ac [1]及802.11ax [2]，增加了A-MPDU长度的最大限制，从而在WLAN网络中获得更好的吞吐量。

802.11模型网络

本例模拟了一个具有5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载波感知多址防碰撞(CSMA/CA)。物理载波传感采用CCA (clear channel assessment)机制，在传输之前判断介质是否繁忙。而虚拟载波传感则采用RTS/CTS握手来防止隐藏节点问题。

示例中的模型显示了各种统计信息，例如PHY层和MAC层上传输、接收和丢弃的数据包数量。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。该模型是根据TGax任务小组公布的校准结果进行验证的[4]用于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。通过按上图中每个节点的箭头按钮来检索信息。

应用程序，EDCA MAC, PHY和通道块功能

应用程序:

应用层可以生成不同优先级的数据，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、目的节点等。

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接收器模块能够生成和解码非ht, HT-MF, VHT, HE-SU和HE-EXT-SU格式的波形。可以配置发送增益和发送功率Tx获得和发射功率WLAN节点内PHY发射器块的掩码参数中的属性。

属性配置接收增益和接收噪声图Rx获得和噪声值WLAN节点内PHY Receiver块的掩码参数中的属性。

渠道:

将由自由空间路径损耗模型和瑞利多径衰落确定的信道损伤添加到传输的PHY波形中。您可以选择启用或禁用这些损伤模型。除了减值模型外，信号接收范围还可以通过可选的范围传播损失模型来限制。为了模拟这些损失中的任何一种，信道模型必须包含发送方和接收方位置以及传输的信号强度。在将波形传递到PHY接收器块之前，通道在每个接收节点内部建模。

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来测量和分析吞吐量。

除了上述参数，您还可以改变节点位置、Tx和Rx增益、信道损失、网络中的节点数量、MAC竞争参数、传输链数量和速率自适应算法来分析MAC吞吐量。该示例演示了通过改变数据包大小来测量和分析MAC吞吐量应用流量发生器块。

应用数据包大小

吞吐量与应用程序数据包大小成正比。报文大小越小，发送的报文数量越多。在MAC层，每个传输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是空闲的(参见[10.3.2.3节])。1])才传送任何封包。因此，随着数据包大小的减小，争用开销会增加，从而导致吞吐量降低。

模型配置

可以通过以下步骤配置应用报文大小:

运行模拟并观察吞吐量。测试-1a的TGax校准结果4]如下图所示:

上图将WLAN工具箱的校准结果与[4］．蓝色曲线表示WLAN Toolbox的结果，灰色曲线表示其他公司的结果。

仿真结果

模型的模拟生成:

该图显示了MAC状态随模拟时间的变化。

您还可以使用上面可视化中的“观察MAC队列长度”按钮观察MAC层传输缓冲区的活动状态。

该图显示了模拟结束时的网络统计信息。

用TGax校准结果验证应用层吞吐量

TGax工作小组[4]针对不同场景发布了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三层(MAC层以上)吞吐量。MAC模拟器的TGax校准场景发布了具有逻辑链路控制(LLC)层开销的用户数据报协议(UDP)的应用程序吞吐量的结果。

从模拟结果计算应用程序吞吐量使用以下代码:

%负载统计信息。mat(模拟的输出)文件simulationResults = load(“统计数据”，“statisticsTable”）;%的统计数据stats = simulationResults.statisticsTable;网络中成功传输MAC层字节数totalMACTxBytes = sum(stats.MACTxBytes);% UDP & LLC开销(字节)udpOverhead = 36;llcOverhead = 8;网络中的UDP & LLC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;网络中最后一次传输完成的时间%(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校准场景下的应用程序吞吐量对应不同的MAC业务数据单元(MSDU)大小，如下图所示:

进一步的探索

配置选项

你可以改变这些配置参数来进一步探索这个例子:

相关的例子

请参考以下示例进行进一步探索:

本例允许您使用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评估方法中指定的方框3场景(测试1a、1b和2a)验证了该模型[3.]以确认其符合IEEE 802.11 [1］．这个例子的结论是，计算的应用层吞吐量在已公布的校正结果所指明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