CC BY
13
doi: 10.36724/2409-5419-2022-14-6-40-52
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ СЕТИ БЕСПРОВОДНОГО ШИРОКОПОЛОСНОГО ДОСТУПА СТАНДАРТА 802.16 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ NETWORK SIMULATION 2 (NS-2)
ЛЕГКОВ АННОТАЦИЯ
Константин Евгеньевич1 Введение. в работе рассмотрен процесс разработки имитационной модели
беспроводного широкополосного доступа стандарта 802.16 с использованием Network Simulation 2. Такой подход позволяет быстро построить требуемую модель сети с помощью скриптового языка OTcl без необходимости вникать в структуру компилируемой части ns-2. В случае если необходима модификация или дополнение компилируемой части, это может быть сделано путем добавления (или изменения) C++ кода и перекомпиляции системы. Единственный недостаток такого подхода это трудности при изучении системы и отладке программ (моделей), возникающие вследствие использования двух языков. Цель исследования: В работе с использованием симулятора NS-2 необходимо было выявить возможности различных стандартов беспроводного широкополосного доступа, провести и анализ и сравнение. Результаты: Для реализации цели исследования был проведен процесс имитационного моделирования. На основании эксперимента было выявлено снижение потери пакетов и времени задержки при применении стандарта 802.16. по сравнению с другими стандартами беспроводного широкополосного доступа. Практическая значимость: применение данной модели при проектировании беспроводных сетей позволяет повысить эффективность передачи данных. Обсуждение: в качестве дальнейшего исследования требуется детальное рассмотрение влияние современных протоколов передачи данных с использованием имитационной модели.грамм-ного управления, в том числе - реакции разложения или синтез наночастиц из меди и других металлов.
Сведения об авторе:
1 к.т.н., главный редактор журнала
"Наукоемкие технологии в космических КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: компьютерное моделирование,
исследованиях Земли", Москва, Россия, инофкоммуникационные сети, беспроводный широкополосный доступ,
ht-esresearch@yandex.ru симулятор, имитационное моделирование.
Для цитирования: Легков К.Е. Разработка имитационной модели сети беспроводного широкополосного доступа стандарта 802.16 с использованием network simulation 2 (NS-2) // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2022. Т. 14. № 6. С. 40-52. doi: 10.36724/2409-5419-2022-14-5-40-52
Введение
В настоящее время наблюдается активное развитие как инофкоммуникационных сетей, так и услуг, предоставляемых этими сетями [1-5]. Этот процесс требует не только разработки нового технологического оборудования, программных продуктов и стандартов, но и подготовки квалифицированных специалистов. Компьютерное моделирование, как показала практика, играет существенную роль при решении как тех, так и других задач [6-10]. В процессе разработки модель, аппроксимирующая свойства и поведение исследуемой сети, позволяет решать задачи по оптимизации и управлению [11-14]. Апробация тех или иных решений на модели несравнимо дешевле, чем на реальной системе, и позволяет исключить возможные ошибки [15-19].
В процессе разработки имитационной модели сети беспроводного широкополосного доступа стандартов 802.11 и 802.16 был использован программный продукт Network Simulation 2 (ns-2).
Симулятор ns-2 осуществляет имитационное моделирование сети на уровне пакетов, то есть, моделирует генерацию пакетов и прохождение их по сети. На прикладном уровне моделируется характер трафика, порождаемого различными приложениями: Web, FTP, Telnet, RealAudio. Кроме того, имеются абстрактные модели трафика, например Constant Bitrate. Возможно моделирование работы протоколов транспортного уровня UDP и различных реализаций TCP, multicast-протоколов, различных протоколов маршрутизации впроводных и беспроводных сетях, очередей с дисциплинами обслуживания DropTail и RED. Также моделируются некоторые факторы, относящиеся к физическому уровню, такие как задержка пакетов в каналах, возникновение ошибок, видимость/невидимость узлов в беспроводных сетях (как наземных, так и спутниковых), расход энергии батарей в устройствах с автономным питанием.
Результатом работы симулятора ns-2 являются выходные текстовые файлы, в которых регистрируется ход моделирования (моменты генерации/получения пакетов, состояние очередей, отброс пакетов в очередях и т. д.). Кроме того, в модель могут быть включены инструкции, вычисляющие любые величины, измерение которых требуется в конкретной задаче (задержка пакетов, пропускная способность и т. п.). Значения этих величин в ходе моделирования также могут регистрироваться в выходных файлах.
Для визуализации результатов служат аниматор NAM (Network Animator) и построитель графиков Xgraph. Кроме того, система содержит генератор топологий, упрощающий описание топологии больших сетей.
Симулятор ns-2 состоит из двух частей. Одна из них написана на языке С++ и должна быть перекомпилирована в случае внесения изменений и дополнений; другая написана на интерпретируемом языке OTcl (объектно-ориентированное расширение языка сценариев Tel) и, соответственно, не требует компиляции. При этом иерархии классов в обеих частях имеют совпадающие части и в терминологии ns-2 называются компилируемой и интерпретируемой иерархиями, соответственно. Взаимодействие между частями, написанными на таких принципиально разных языках программирования,
осуществляется согласно спецификации, определяющей способ обращения из tcl-сценария (скрипта) к любому методу классов компилируемой иерархии и возвращение назад результатов, а также способ обращения из программы на С++ к любому методу, описанному в Тс1-сценарии. Во втором случае, фактически, интерпретатор языка Tel вызывается из С++ как функция. По замыслу создателей ns-2, все методы, имеющие дело с отдельными пакетами и потому требующие высокого быстродействия, относятся к компилируемой части. Интерпретируемая часть отвечает за менее частые события, чем передача пакетов, обеспечивающие управление ходом моделирования, и манипуляцию объектами, описанными в компилируемой части. Также, Tcl-скриптом является собственно описание модели сети, подлежащей исследованию.
Такой подход позволяет быстро построить требуемую модель сети с помощью скриптового языка OTcl без необходимости вникать в структуру компилируемой части ns-2. В случае если необходима модификация или дополнение компилируемой части, это может быть сделано путем добавления (или изменения) С++ кода и перекомпиляции системы. Единственный недостаток такого подхода - это трудности при изучении системы и отладке программ (моделей), возникающие вследствие использования двух языков.
Network Simulation 2 разработан для операционных систем Linux, поэтому программный продукт для работы в операционных системах семейства Windows запускается с помощью эмулятора Ubuntu, и эмулятора терминала Xming (рис. 1).
O imjBUttKTW ijiflNIi /rwftlfJNH — □ X
(gcdit :H>) UAfWtNG *': : itt docix»wi «etidata failed: Vetting attribute «ctadata: :gc<fit position not --'j
(g«!ifit:56): dtonf №KN1№ ": : failed to coamt (hanged to cltunf: trror spawning toaadnd line "[»u:. Jjuntti
aiitnlaunrh- hln.iry -.yntax rkir r.Tdrrr": rhlld prutc-r-tlrrd ulTh . ndr I dlnBiiSSKTW-C.tneitl i id /«nt/t JindjiCCSKTCe-GlJIfin: • S tJ /N52 fcu'^h: td: /Hi: Mt> iinh fill." pr direttpry d I : SKTOP-G13 TG7 L: t rd /«nt/f/NSJ
dmafKKSKTGP-GlHGIi: ;S «edit «tanplez.tii
(geditOlib'GlO'WltML **: • : gj*n»i_pri«y_ittw_iyni: assertion 'G_14_0GU$_CPWECU0W (tonneitiart)" fat
(gedit:6J): ittonf WftKNlWCi ": : failed to coanit changed to tteonf: trror ¡.pawning toaaamJ line "dbul-launch
aiitolaunrh- hln.iry '.yntax rlr.'.r lidrrr": Child pirore-.'. r-xlrrd ulTh rndr 1
(K«dit:63}: dtwif-WASHING : failed to CO^it than*« to tkont; irnOr Spawning coward line "dtioi-launch
■ autolaunch- . binjry iyiilax tlOM vtderr": thild procen exiled with tOdC 1
(Redlt:63}r dcont-WVfiNIMG *": : failed tD cc*slt changes to if<ont: Error spawning c&ward line "dUtis-launiti
--iutolaunch- --binary-synta* '•tloie-ilderr": child process exiled with iOde 1
(g*riJr:fil): rfconl -WftSNIHG : u'.lnd tD roanlT changes to tfconl : Frr-or spawning fOMund ll№ "dhtii-launch
- -uUlaunch- --MAftry-ftrntoa - tlttae ltderr"! Child praceSi exiled with iude 1
igf.l5;rf.l): dcunf KAiNIMfi ": : failed to coaalt change-, ro drnnf: frrar -.panning rcoaarid Hnr "dhu', launch
- -sum: aunrh- --binary-syntax --e In-tp-stdprr"! Child process p*ttPd with r ndp 1
Рис. 1. Окно Ubuntu в ОС Windows 10
Ubuntu имеет вид командной строки, при этом работа в эмуляторе после установки и настройки среды ограничивается двумя командами:
- gedit example.tcl где команда gedit запускает файл ех-ample.tcl для редактирования через оболочку Xming (рис. 2);
- s example.tcl запускает файл example.tcl для исполнения.
Xming - это эмулятор терминала X-Windows с открытым
исходным кодом (Х-сервер), который работает на компьютерах с операционной системой (ОС) Microsoft Windows. Контент Xming позволяет машинам с ОС Windows отображать графические программы для ОС Linux, выполняемые на удаленных серверах с ОС Linux. В дополнение к базовой процедуре установки покажем, как использовать клиентскую программу PuTTY SSH для защиты рабочей фазы терминала X-Window под оболочку Xming (рис. 3).
Эр«П » a НмркМс! i
кг val(chan) С hanrnel/Wlre te b&Chaina t .1 Channel Type
wt val(prop) l'ropaqat lon/TttoAayC round radia propagation model
»ft vaH net J f) Phy/Wirete«Pliy i» network Interface type
wt val(mac 1 Иаг/&в2_П HT type
ut val(lfq) Ouetw/Dгор Г л 11/Рг1Queue : * interface que«о t pe
vaHlU LL ;t link layer type
val ( *nt ) Antetwia/Onoi An tonna anteflna nwJel
Mrt vaMlfqlenf « пак pocket In ifq
«■1 val | m | IB ;Я пшКшг of Hbl tanaitot
ЧГ1 V«l(rp) AODV ;t routing protocol
val< и > ÏS9
»r| vally) ?»
tEl П%_ S;r lol.
> ; I < I al u' ) . t ) uprii W I ' ы ]
ir\\ и.иган H^qietltf itl Л4М11Й I h tj) in 1.Ш Uj
in* ЫI I :l ; L Л . ' I . I ' fV'L t Kj *. J I ' Y I
lit 1DpO тон Topoçiaphyt
\1чр<> load Fiaiflritf i.1 i ■ : > .1 -1 > •
vit oo<3_ ; ■ ья-- . f I ! - : ! ir| rlidn Гпгцт 1 » г I • " fti. 11
liih nadci en f It) : '111..): : г о ivjltrp} V L t Typo W ill) \ ■мсТуре WuHMC] N irqType Wulfifq) \ . 1—. ь.щ^«! 1
?d ~ TJII Wrtrt в T ьл [. Enl 1 - >f%
Рис. 2. Xming - эмулятор терминала X-Windows
Рис. 3. Внешний вид разработанной модели
После проведения моделирования проводится анализ результатов эксперимента:
1. Визуальный - при помощи файла <mov_wireless.nam>.
2. Аналитический - при помощи файла <graph.tr> и программы Trace Graph, в результате должна быть получена таблица, описывающая общую информацию о сети.
3. Графический - при помощи файла <graph.tr> и программы Trace Graph.
Описание процесса моделирования
Функционирование сети моделируется в виде прохождения по ней потоков требований в виде пакетов, причем эти пакеты в модели представляются транзактами (динамическими модельными объектами, перемещающимися по модели сети). Транзакты генерируются пунктами отправления (отправителями, или источниками) и через сеть доходят до пункта назначения (приемника, или получателя), подвергаясь по пути задержкам в элементах сети. Множества источников и получателей будут задаваться пользователем в составе исходных данных модели как подмножества общего множества узлов сети.
Пример установки потоков трафика между узлами:
# TCP connections between node_(0) and node_(1)
set tcp [new Agent/TCP]
$tcp set class_ 2
set sink [new Agent/TCPSink]
$ns_ attach-agent $node_(0) $tcp
$ns_ attach-agent $node_(1) $sink
$ns_ connect $tcp $sink
set ftp [new Application/FTP]
$ftp attach-agent $tcp
$ns_ at 10.0 "$ftp start"
Кроме источников и получателей транзактов, стационарными элементами уровневой сети являются также коммутаторы или маршрутизаторы (со своими портами) и каналы (тракты). Они размещаются в узлах (так же как источники и получатели), а каналы (тракты) их соединяют. Пропускные способности каналов и коммутационных портов могут задаваться в составе исходных данных модели.
В момент генерации очередного транзакта (в конкретном узле) определяется его пункт назначения. Прохождение транзакта по сети производится с использованием упрощенной версии известных протоколов RIP, OSPF, а также разработанных на основе методов, обеспечивающих прохождение пакетов требований по кратчайшим маршрутам. Выбирается метрика определения длин маршрутов (количество узлов на маршруте, текущая совокупная длина очередей на маршруте или др.). В процессе модельного прогона производится регулярное измерение длин очередей, и в случае превышения ими заданного (достаточно высокого) уровня, будет индицироваться перегрузка сети, информация об этом доводится до сведения должностного лица (ДЛ, оператора) и прогон модели прекращаться.
Пакетная CS
Уровень CS находится поверх уровня MAC и выполняет следующие функции:
- получает PDU более высокого уровня;
- выполняет классификацию;
- доставляет PDU CS в MAC SAP;
- получает PDU CS от равноправного объекта.
В текущей реализации Packet CS выполняет только классификацию. Метод, используемый для классификации пакетов, зависит от реализации. Также может быть полезно реализовать несколько решений, чтобы найти подходящее соединение. Модель поддерживает определяемые пользователем классификаторы.
Структура класса классификатора
Чтобы реализовать новый классификатор, необходимо создать подкласс класса SDUClassifier и реализовать метод classify (Packet *). SDUClassifier поддерживает приоритет, который можно использовать для указания порядка вызова классификаторов. Чем меньше значение приоритета, тем раньше он будет вызван (значение по умолчанию = 0).
Рис. 4. Диаграмма классов классификатора пакетов
Приоритет должен быть установлен до добавления классификатора в MAC, так как он используется для упорядочения списка классификаторов.
Sclassifier set-priority $prio
Изменяется приоритет классификатора. Значение по умолчанию - 0.
$mac reset-classifiers
Очищается список классификатора в MAC. Это должно быть вызвано перед добавлением пользовательского классификатора пакетов.
$mac add-classifier Sclassifier
Добавляется классификатор в список используемых классификаторов пакетов.
Подуровень MAC
В этом разделе представлен подуровень MAC, который в настоящее время поддерживает РМР.
Структура модуля MAC
Мас802.16 является подклассом класса MAC. Это абстрактный класс, который содержит общие элементы BS и MS. Например, он хранит MAC MIB и PHY MIB. Это интерфейс с другими уровнями для отправки и получения пакетов (рис. 5).
MAC имеет список классификаторов пакетов (SDUClassifier), который сопоставляет каждый исходящий пакет с надлежащим идентификатором соединения (CID). Используя TCL, пользователь настраивает список используемых классификаторов. Текущая реализация использует IP-адрес назначения в качестве классифицирующего элемента.
ServiceFlowHandler отвечает за обработку запросов/ответов потока. Он также хранит список потоков для узла.
SS регистрируется в BS, и BS может быть подключен к нескольким SS. Класс PeerNode содержит информацию об одноранговом узле, такую как его соединения и статус. Соединения также доступны через ConnectionManager, который содержит список входящих и исходящих соединений.
Абстрактный класс WimaxScheduler используется для создания интерфейса с MAC. В основном существует два типа планировщиков: один для BS, а другой для SS. Поскольку планировщик указан в TCL, легко реализовать абстрактный класс и изменить его.
Рис. 5. Диаграмма классов MAC 802.16
Наконец, MAC вычисляет статистику с помощью объектов StatWatch и ThroughputWatch для информации о пакетах и трафике. Значения используются для запуска событий, но их также можно распечатать во время моделирования для последующей обработки.
Поскольку BS и SS имеют разные конечные автоматы, мы определили 2 подкласса, а именно
Mac802_16BSrn Mac802_16SS, как показано на рисунке 6.
-macmlbj Мас802_16М1В ■phymibj Phy802_Î6MIB #scheduler_ : WimaxScheduler1"" iinitTimer_: InitTimer""" #map_ : FrameMap""" #frame_number_: int MJimerj MTimer'"" WJimerj LUTImer""'
tvatch_: StatWatch #last_t?i_delay_ : double Per" watch." StatWatch ftss.watch.: StatWatch <_data_watch_: ThroughputWatch x_traffic_watch_: ThroughputWatch (_data_watch_; ThroughputWatch <Jraffic_watch_: ThroughputWatch <_datajlmer_: StatTimer""" <_trafflcjmer_: StatTlmer""1 <_datajimer_: StatTlmer'"" <JrafficJimer_: StatTimer""" #print_stats_: int ¡Wogtargetj NsObject1"" tfpktRxj Packet1"" fpkffiufj Packet"1" flype_: station JypeJ #rxTimer_: WlmaxRxTimer ^collision.; bool #notify_upper_: bool ¡WastJxJimej double
#connectionManager_ : ConnectionManager"'" SserviceFlowHandler. : ServiceFlowHandler""" +peerjst_: peerNode1"" +nbjeer_:lnt ■nbr_db_: NeighborDB'"" •classifierjist.: sduClassitier
feendDCD : bool Mcccjint isendUCD : bool
+t17Jiead_:t17element +cl_head_ : new.clientj""" +cl_tail_: new_cllentj""' +bw_nodeJndex_: int tbw_peer_: PeerNode""" +dcdtimer_: WimaxDCDTimer""" +ucdtimer_ : WimaxUCDTimer""" +nbradvtimer_ : WimaxMobNbrAd' +scan_stations_: scannlngStation ♦ctrlagent_ : WimaxCtrlAgent""" +fast .ranging Jiead_ : fastRanginglnfo
AdvTlmer'""
sg_retry_: ujnt32j sn_réq_: u_int32_t
•t1timer_:WimaXT1 Timer""" ■t2timer_ : WimaxT2Tlmer"*" -t6timer_ : WimaxT6Tlmer'"" -t12tlmer_ : WimaxTI 2Tlmer""' -t21timer_:WlmaxT21 Timer""" •lostDLMAPtimer. : WimaxLostDLMAPTimer""" •lostULMAPtimer. : WimaxLostULMAPTimer""" -t44timer_ : WimaxT44Tlmer'"" +scan Jnfo_ : scanningjtructure'"" tscanjlag_: bool +default_diuc_: u.char
<<constructor»+Mac802J 6() «getter»+getCManager() : ConnectionManager'"" igetter»tgetServiceHandler() : ServiceFlowHandler""" igetter»+getScheduler() : WimaxScheduler""" !getter»+getFrameDuration() : double «setter»+setFrameDuratlon( duration : double ) : void «getter»+getFrameNumber() : Int i<getter»+getNodeType() : stationJypeJ ■command( argc ; int, argv : char""const"" ) : int wsetter»+setChannel( channel : int ) : void wgetter»+getChannel() : int <<getter»+getChannel( freq : double ) : Int +nextChannel() : void t-sendDown( p : Packet""" ) : void rtransmit(p: Packet"""): void 4endUp( p : Packet""" ) : void +recelve() : void
«setter»+setNotify_upper( notify : bool ) : void «getter»+getPeerNode_head() : PeerNode""" «getter»+getPeerNode( index : int ) : PeerNode""" -addPeerNode( node ; PeerNode""" ) : void +removePeerNode( node : PeerNode1"" ) : void <<getter»+getNbPeerNodes() : int ■start_dlsubframe() : void ■stait_ulsubframe() : void •expire( id : timer jd ) : void Kgetter»+getMap() : FrameMap""1 <<getter»+getPhy(): OFDMPhy""' MO : void
!getter»#getPacketO : Packet""" igetter»#getFrameDuratlonCode() : int <setter»#setFrameDurationCode( code : int ) : void #addClassifier( : SDUClassifier""1 ) : void #classify( p : Packet'"" ) : int
#update_watch( watch : StatWatch""", value : double ) : void #update_throughput( watch : ThroughputWatch""", size : double ) : void ftnac_log( p : Packet""" ): void «setter»#setStatlonType(type : station JypeJ ) : void
«constructor»+Mac802J 6BS() +command( argc : int, argv : char'"const"' ) : Int +sendDown( p : Packet""" ) : void +transmit( p : Packet""" ) : void +sendUp(p: Packet"""): void +receive(): void M() : void
ftiit_default_connections() : void ftipdate_watch( watch : StatWatch""", value : double ) : void ftipdateJhroughput( watch : ThroughputWatch""", size : double ) : void №xpire( id : timer Jd ) : void #start_dlsubframe() : void #startjilsubframeO : void «getter»#isPeerScanning( nodeid : int ) : bool «setter»#setCtrlAgent( agent : WimaxCtrlAgent""" ) : void MdNewFastRanging(time : double, macAddr : Int ) : void #send_scan_response( rsp : mac802J6_mob_scnjspJrame""", cid : int îss_mac jacket( con : Connection'"", p : Packet'"" ) : void ;ss janging_req( p : Packet""" ) : void ;ss_bw_req( p : Packet""" ) : void :ss jeg_req( p : Packet""" ) ; void
is_msho_re iss Jw Jnd( p : P
«constructor»+Mac882J 6SS()
+command( argc : int, argv : char"'const"' ) : inr
«setter»+setMacState( state : Mac802J6State ) : void
«getter»+getMacState() : Mac802J6State
+backup_state() : state Jnfo"""
+restore_state( state : state Jnfo'"" ) : void
+transmit( p : Packet'"" ) : void
tsendDown( p : Packet""" ) : void
+sendUp(p: Packet"""): void
+receive() ; void
Лп10: void
W_default_connections() : void flostjynchO : void fstartJIsubframeO : void #start_ulsubframe() : void #resume_scanning(): void #pause_scanning() : void
fcjpdate_watch( watch : StatWatch'"", value : double ) : voii tupdateJhroughput( watch : ThroughputWatch""", size : doi #expire( id : timer Jd ) : void
sjnac_packet( p : Packet""" ) : void Drocess_dl_map( frame : mac882J6_dl_mapJrame'"" ) : v srocess_dcd( frame : mac802J6_dcdJrame"" ) : void
s_ucd( frame : mac802J6_ucdJrame-"" ) : void
sjanging_rsp( frame : ir srocess jeg_rsp( frame : mac8 t_ranging() : void ind jegistrationO : void send.scan_request() : void
s.scan_rsp( frame : mac orocess_bsho_rsp( frame ; mac srocess_nbr_adv( frame : macf id_msho_req() : void ckjdvo'void
)2J6_mob.scn_rspJrame""" ) : void )2J6_mob.bshojspJrame'"" ) : void ?J6_mobjtr_advJrame""' ) : void
Рис.6. КлассыМас802 16,Mac802 16BSnMac802 16SS
Адресация и подключение
Каждый MAC имеет уникальный адрес, закодированный как int, который определен в классе MAC NS-2.
Модель также определяет идентификаторы соединения как int, но в сообщениях они передаются как 16-битные. CID назначаются во время инициализации и динамической настройки соединений.
При инициализации на БС создаются следующие соединения:
- начальный диапазон (входящий и исходящий);
- за олнение (входящее и исходящее);
- трансляция (исходящая);
- адаптивная антенная система (AAS) (исходящая, не используется).
При инициализации на SS создаются следующие соединения:
- начальный диапазон (входящий и исходящий);
- за олнение (входящее и исходящее);
- рансляция (входящая).
Дополнительно при входе в сеть настраиваются следующие соединения и назначаются CID:
- базовый CID (входящий и исходящий);
- первичный CID (входящий и исходящий);
- вторичный CID (входящий и исходящий);
- CID данных.
В настоящее время модель поддерживает только одно подключение для передачи данных.
Формат MAC PDU
Модель определяет новый заголовок для переноса пакетов IEEE 802.16.
Структура заголовка пакета
Диаграмма классов класса hdr_mac802_16 показана на рисунке 7.
собой запрос пропускной способности.
- Структуры для хранения различных подзаголовков. Структуры присутствуют во всех пакетах, но атрибут типа общего заголовка указывает, является ли запись допустимой или нет.
Когда ARQ включен, заголовок также содержит информацию обратной связи.
Для сообщений управления MAC полезная нагрузка содержит информацию о переменном размере.
Поскольку не рекомендуется использовать указатели в пакетах, мы реализуем список в виде массивов и включаем количество элементов в списке. При необходимости можно обновить максимальное количество элементов.
В таблице 1 указаны пакеты, определенные в настоящее время в модели. Все определения пакетов находятся в файле mac802_16pkt.h. Для вычисления размера пакета в файле mac802_16pkt.cc реализованы служебные функции.
Таблица 1
Категория Сообщения определены
Синхронизация DL-MAP/DCD UL-MAP/UCD RNG-REQ/RSP REG-REQ/RSP
Сервисные потоки DSA-REQ/RSP/ACK
Мобильность MOB NBR ADV MOB SCN-REQ/RSP MOB BSHO-REQ/RSP MON SSHO-REQ MOB HO-IND MOB SCN-REP MOB ASC-REP
Рис. 7. Диаграмма классов заголовка MAC
Заголовок содержит три основных элемента:
- Виртуальный физический заголовок типа phy info t. Эта структура используется для переноса физической информации, такой как частота, модуляция и циклический префикс.
- Общий заголовок MAC типа gen mac header t, содержащий общую информацию MAC. Структура может быть преобразована в bw_req_header_t, когда пакет представляет
Построение и передача блоков PDU MAC
Построение и передачу пакетов можно разделить на три этапа:
1. Прием исходящего пакета с верхнего уровня: MAC просматривает классификаторы, чтобы найти правильный CID. Если найден допустимый СГО, он добавляет заголовок MAC по умолчанию и помещает пакет в очередь соединений.
2. Планирование: каждый кадр планировщики просматривают список соединений, чтобы найти пакеты для передачи. В BS планировщик выполняет распределение пакетов, а затем передает пакеты из очереди соединений в пакеты. В MS он использует полученную карту UL для определения распределения и передачи пакетов в пакеты.
3. Передача: два таймера проходят через DL и UL MAP для передачи пакетов, хранящихся в пакетных очередях.
Фрагментация
Фрагментация может быть включена/отключена в зависимости от соединения. В настоящее время значением по умолчанию является включение фрагментации.
При планировании пакетов для передачи планировщик проверяет, включена ли фрагментация для соединения, и разбивает пакет, чтобы он соответствовал пакету. Контекст фрагментации хранится в файле Connection.
Метод transfert_packets в файле scheduling/wimaxscheduler.cc обеспечивает передачу пакета из очереди соединения в пакеты.
Услуги планирования
Структура класса позволяет указывать различные службы данных, а именно UGS, rtPS, nrTPS и Best Effort. Службы указаны в классе ServiceFlow. Подробную информацию о QoS.
Планирование пакетов осуществляется планировщиком. Этот планировщик взаимодействует с MAC через четко определенный API, позволяющий выполнять индивидуальные реализации.
Планировщики
Для разных типов узлов требуются разные планировщики пакетов. В IEEE 802.16 BS управляет распределением пропускной способности, и существует бесконечное количество реализаций. Модель включает абстрактный класс WimaxScheduler, созданный для простого использования различных планировщиков пакетов. Этот класс уже содержит две реализации: SSscheduler для SS и BSscheduler для BS (рис. 8). Эти планировщики можно заменить с помощью TCL.
Рис. 8. Диаграмма классов планировщика пакетов
При реализации нового планировщика должны быть реализованы следующие методы:
- init ():: инициализировать планировщик;
- process (Packet *): этот метод используется для обработки пакетов, полученных планировщиком (например, сообщений синхронизации);
- startulsubframe (): код, который должен выполняться в начале нового подкадра восходящей линии связи;
- startdlsubframe (): код, который должен выполняться в начале нового подкадра нисходящей линии связи.
Подробное описание планировщиков по умолчанию доступно в разделах PHY.
TCL-команды
$mac set-scheduler $scheduler
Установите планировщик MAC. Он удаляет ранее назначенный планировщик, если он присутствует.
Распределение пропускной способности и механизмы запроса
В этом разделе описывается реализация различных механизмов, с помощью которых 88 может запрашивать пропускную способность.
Разрешение конфликтов
В8 выделяет слоты, подверженные коллизиям, в направлении восходящей линии связи. Эти слоты используются в двух случаях:
- ервоначальный запрос ранжирования;
- запрос пропускной способности.
Модель поддерживает усеченную двоичную экспоненциальную отсрочку для разрешения конфликтов. Сообщения иСО, передаваемые В8, содержат размеры окна (в виде степени двойки). БС также принимает решение о количестве слотов, выделенных в каждом кадре.
На рисунке 9 показана структура класса, используемая для разрешения конфликтов. Подкадр восходящей линии связи содержит BwContentionslot и Р^СотеШ:юп81о1 Оба являются подклассами Соп1еШюп81о1, которые предоставляют основные механизмы, связанные с конкуренцией.
Во время входа в сеть 88 выполняет определение дальности, чтобы отрегулировать мощность своей передачи. На этом этапе 88 генерирует Ка^^Р^иев! 88 выбирает случайную отсрочку в пределах окон, предоставленных В8, и сохраняет ее. Затем 88 уменьшает значение счетчика каждый раз, когда в кадре обнаруживается новый конкурирующий слот. Когда счетчик достигает 0, пакет передается.
Рис. 9. Конкурентные слоты и конкурирующие запросы
TCL-команды
Mac/802_16rng_backoff_start_2
Mac/802_16rngbackoff_stop_6
Необходимо установить размер окна отсрочки для начальных запросов ранжирования
Mac/802_16bw_backoff_start_2
Mac/802_16bw_backoff_stop_6
Необходимо установить окна отсрочки для запросов пропускной способности
Mac/802 1 6 set contention_rng_retry_16
Количество повторных передач для отправки запросов на определение дальности.
Mac/802_16 set request_retry_2
Количество повторных передач для запросов пропускной способности.
Окна отсрочки - это параметры MAC, а количество конкурирующих слотов для ранжирования и полосы пропускания - это параметр планировщикаВ8.
MAC-поддержка PHY
В настоящее время модель поддерживает TDD. В этом режиме передача по восходящей линии связи происходит после нисходящей линии в каждом кадре.
Сообщения DLMAP и ULMAP, отправляемые в каждом кадре, определяют распределение пакетов и возможности передачи для каждой станции.
Информация, содержащаяся в ULMAP, относится к тому же кадру (рис. 10).
получила параметры передачи от обслуживающей BS или во время сканирования.
Ранжирование
Ранжирование - это механизм, позволяющий SS поддерживать хорошее качество связи, регулируя мощность передачи и модуляцию.
Во время начального ранжирования SS включает профиль DIUC по умолчанию для использования при передаче. Это позволяет моделировать узлы, передающие данные с разной скоростью.
В настоящее время не реализован алгоритм, позволяющий использовать возможности измерения дальности. Он используется для добавления дополнительной задержки к сетевой записи. Периодическое ранжирование и запрос CDMA также не реализованы.
TCL-команда:
$mac set-diuc ProfileID ;#
1<= ProfileID < = 11
Рис. 10. Релевантность по времени DL_MAP и UL_MAP Вход в сеть и инициализация
Когда SS хочет присоединиться к сети, ему необходимо выполнить вход в сеть. Модель реализует следующие компоненты входа в сеть:
- сканирование нисходящего канала;
- получение параметров передачи;
- начальное ранжирование;
- регистрация.
Можно настроить следующие параметры:
- та меры для сканирования каналов;
- частота сообщений DCD/UCD;
- параметры для начального ранжирования (размер окна отсрочки и количество слотов на кадр);
- распределение каналов.
Некоторые аспекты реализуются в соответствии с IEEE 802.1бе, поэтому вход в сеть может быть уменьшен, если SS
Необходимо установить профиль для использования МАС. Команда действительна только в М8.
Качество обслуживания
Платформа определяет структуры для поддержки реализации планировщиков, которые используют различные классы обслуживания.
Каждое соединение может быть связано с ServiceFlow и соответствующими параметрами Оо8.
Потоки Оо8 в настоящее время не реализованы в модели №8Т. По умолчанию при входе в сеть устанавливается одно соединение для передачи данных в каждом направлении, и для распределения используется ВЕ.
ТСЬ-команды
$mac set-servicehandlerFlowHandler
Замените обработчик потока службы по умолчанию.
Процедуры передачи обслуживания на уровне МАС
Модель поддерживает мобильность уровня 2. В зависимости от конфигурации М8 может выполнять сканирование и передачу обслуживания между В8. В этом разделе представлены параметры конфигурации, влияющие на возможность передачи обслуживания.
Сканирование
Когда качество связи ухудшается, М8 может послать МОВ-8СМ_РЕ0 обслуживающей В8, чтобы запросить интервал сканирования с целью обнаружения окружающих В8. На рисунке 11 показана последовательность сообщений во время сканирования, реализованная в модели.
Чтобы инициировать отправку МОВ-ЗСМИЕО, М8 отслеживает уровень сигнала входящих пакетов. Когда уровень пересекает порог, отправляется сообщение.
По умолчанию для порога установлено значение РХТИгевИоШ, поэтому сканирование не используется. Чтобы включить сканирование, измените атрибут ^_1асЮг_ М1В на значение больше 1,0. Чем выше значение, тем раньше начнется сканирование.
-mac_: MacSQ2je"*" +f low Jiead_ : serviceflow +pendingflowJiead_: servicetlow ♦static flow head : serviceflow
SerwceFlowHandler
«constructor»+ServiceFlQwHandlerO +process( p : Packet"*" ) : void +addFlow( qos : ServiceFlowQoS"*" ) : ServiceFlow"' -removeFlow( id : int ) : void +sendFlowRequest( index : int, out : bool ) : void +addStaticFlow( argc : int, argv : char"*const*" ) : int +init_static Jiows( index : int ) : void tfproc ess DS A_req ( p : Packet"*" ) : void #processDSA_rsp( p : Packet"*" ) ; void #processDSA_ack( p : Packet"*" ) : void «setter»+setMac( mac : Mac802_16"*" ) : void
<<constructor»+ServiceFlow( : ScheduiingTypeJ, : ServiceFlowQoS"*" <«getter»+getlDO : int <<setter»+setlD( id : int ) : void ♦picklDO : void
«setter»+setScheduling( scheduling : ScheduiingTypeJ ) : void <<getter»+getScheduling() : ScheduiingTypeJ «setter»+setQoS( qos : ServiceFlowQoS"*" ) : void <<getter»+getDirectionQ : dir_t «setter?M-setDirection( dir : dir J ) : void «getter»+getQoS() : ServiceFlowQoS'"" +insert_entry_head( head : serviceilow"*" ) : void +insert_entry( elem : ServiceFlow"*" ) : void +next_entry( : void ): ServiceFlow"*"{ query) +remoVe_entryO : void +LIST_ENTRY( : ServiceFlow)
+scheduling_
«¿enumeration» ScheduiingTypeJ
SERVICE_UGS SERVICE_rtPS SERVICE_nrtPS SERVICE_BE
SeruiceFlowQoS
deiay_: double datarate_ : double burstsize_ : int data_size_ : double period_ : u_int16J is_arq_enabled_: u_char jetrans Jime_ : double _msx_window_ : u_int32J ack_period_: u_int8J
■=wconstructor№+ServiceFlowQoS( delay : int, datarate : int, burstsize : int ) «getterw+getDelayO : double <getter»+getDatarate() : double <getter»+getBurstSize() : int <getter»+getDataSizeO : double <getter»+getPeriodO : ujnt16j «getterw+getlsArqEnabledQ : u_char <getter»+getArqRetransTimeO : double <<getter»+getArqMaxWlnd0W0 : ujnt32j
:getter»+getArqAckPeriod() : u jnt8J <<setter»+setDelay( delay : double ) : void «setter»+setDatarate( datarate : double ) : void <<setter»+setBurstSize( size : int ) : void <<setter»+setDataSize( data_size : double ) : void «setterw+setPeriodC period : uJnJISJ ) : void <<setter»+setlsArqEnabled( is_arq_enabled : u_char ) : void « sett er =•>+set A rqRetr a ns Ti m e( arq_retransjime : double ) : void «setter»+setArqMa:tfAJÎndow( arq_max_window : ujnt32J ) : void «setter»+setArqAckPeriod( ack_period : uJntSJ ) : void
Рис. 11. Потокобслуживания
Во время сканирования МЕ собирает значения Я881 входящих пакетов. Эти значения сообщаются обслуживающей БС, которая использует эту информацию для выбора наилучшей целевой БС. После того, как МБ получает указание на выбранную В8, она ожидает несколько кадров, прежде чем сообщить о своем намерении выполнить передачу обслуживания. Задержка введена для того, чтобы обеспечить обмен трафиком, буферизованным во время сканирования, перед переключением БС.
Реализованы различные режимы сканирования:
- При сканировании без ассоциации М8 пытается идентифицировать и синхронизироваться с одной или несколькими В8. Он также оценивает качество сигнала.
- На уровне ассоциации 0 целевая В8 не имеет информации о сканирующей М8 и предоставляет только распределения ранжирования на основе конкуренции. После отправки запроса на ранжирование М8 ожидает ответа от В8 со значением тайм-аута по умолчанию, равным 50 мс.
- На уровне ассоциации 1 обслуживающая БС согласовывает с целевыми БС время, в которое МС найдет выделенную область ранжирования. После отправки запроса на ранжирование М8 ожидает ответа от В8 со значением тайм-аута по умолчанию, равным 50 мс.
Уровень ассоциации 2 в настоящее время не реализован.
Чтобы разрешить эти различные режимы сканирования и выполнять быструю передачу обслуживания, требуется WiMAXCtrlAgent. WiMAXCtrlAgent — это агент, выполняющий 3 функции. Первый заключается в обмене информацией ОСО/иСО между соседними В8. Во-вторых, инициировать отправку сообщений КВЯ-АБУ на М8. Третий — синхронизировать обслуживающую БС и целевую БС при выполнении сканирования уровня 1 или 2. Обмен сообщениями осуществляется по проводным каналам с использованием стандартных 1Р-пакетов.
TCL-команды
Mac/802 1 6 set lgd_factorfactor ;# factor >= 1.0
Необходимо установить коэффициент, используемый для генерации ссылки, которая не работает. Когда полученная мощность меньше фактора *RXThresh_, генерируется триггер для запуска сканирования. Чем выше коэффициент, тем быстрее сгенерируется триггер.
Mac/802_16 set scan_duration_50
Необходимо установить количество кадров для сканирования.
Mac/802_16 set interleaving_interval_50
Количество кадров, чередующихся между двумя итерациями сканирования.
Mac/802_16 set scan_iteration_2
Необходимо установить количество итераций для выполнения сканирования.
Mac/802_16 set nbr_adv_interval_0.5 ;#in seconds
Интервал времени между двумя сообщениями MOBNBR-ADV
Mac/802_16 set scan_req_retry_3
Необходимо установить количество повторных передач для MOBSCAN-REQ
Agent/WimaxCtrl set debug_0 ;#set to 1 to print debug
Указывает, следует ли печатать отладочную информацию о контроллере сканирования.
Agent/WimaxCtrl set adv_interval_1.0 ;# in seconds
Необходимо установить временной интервал между обменами информацией DCD/UCD между соседними BS.
Этот обмен осуществляется с использованием магистральной сети.
Agent/WimaxCtrl set default_association_level_0
Установите используемый уровень сканирования. Информация включена в сообщение MOBSCAN-RSP, отправляемое BS HaMS.
Agent/WimaxCtrl set synch_frame_delay_ 50;#
Задержка обработки между приемом MOB SCAN-REQ и отправкой MOB SCAN-RSP, когда требуется синхронизация с целевыми BS.
Каркасная структура
Схема, используемая для представления кадра, очень похожа на структуру, определенную в IEEE 802.16 для TDD. Кадр (класс FrameMap) содержит подкадр нисходящей линии связи и восходящей линии связи (абстрактный класс SubFrame, классы DISubFrame и UlSubFrame). Сами подкад-ры разделены на интервалы PHY PDU.
В каждом из этих интервалов полоса пропускания выделяется пакетами (абстрактный класс Burst, класс UlBurst и класс DIBurst) для разных станций. Каждый из этих пакетов может иметь различную модуляцию и частоту, называемую профилем (класс Profile).
Исходящий
Протоколы
г СнипраИЩа^ш
СйоБщемЮ!
ПлЗНИрЮ« ШИН пд- Г/Ьи№ГМНл1* CDofiJltlW» r.tUKutu io^-v'«1 at Й4 РйспмЫмм Ь5 гснсаираагтъ сшоишнив Синфйниэ&цмя Сообщении Кидры D5*
Сборка рамы
Обрайатмии пптйна
Рис. 12. Диаграмма классов кадров
Обычно БС выделяет пропускную способность станции для передачи своих данных. В некоторых случаях, как правило, при начальных запросах диапазона и полосы пропускания, SS должны конкурировать друг с другом за доступ к среде. Эти интервалы (класс ContentionSlot) присутствуют только в восходящей линии связи, поскольку BS имеет полный контроль над трафиком нисходящей линии связи.
Класс FrameMap также содержит методы для извлечения и анализа управляющих сообщений. В BS планировщик создает структуру карты в соответствии с алгоритмом распределения, а затем вызывает функции getDL MAP, getULMAP, getDCD и getUCD для извлечения пакетов, содержащих необходимую информацию для отправки HaSS.
На SS планировщик вызывает обратные функции parseDL MAP, parseUL MAP, parseDCD и parseUCD для воссоздания структуры данных, необходимой для правильного приема и передачи пакетов.
Пакетная обработка
На рисунке 13 показаны потоки пакетов для входящих и исходящих пакетов.
Пакет, полученный от верхнего уровня, классифицируется с использованием зарегистрированных классификаторов. Поскольку классификаторов может быть несколько, MAC обращается к ним один за другим, пока не будет найден действительный СЮ. или все классификаторы были протестированы. Если CID действителен, пакет добавляется в соответствующую очередь, в противном случае он отбрасывается.
При получении нового пакета, т. е. его первого бита, выполняются шаги, показанные на рисунке 13. По окончании приема пакет обрабатывается PHY.
Физический уро&еиь
Рис. 13. Обзор обработки пакетов
BS-планировщик
Планировщика пакетов для БС можно настроить с помощью следующих команд:
set scheduler [new WimaxScheduler/BS]
Создает планировщик пакетов для BS.
$scheduler set-contention-size $size
Необходимо установить количество конкурирующих слотов, которые будут выделены для начальных запросов диапазона и пропускной способности в каждый кадр.
Планировщик реализует планировщик Best-Effort в сочетании с алгоритмом циклического перебора для распределения пропускной способности между пользователями.
Для поддержки BE на SS генерируются запросы пропускной способности, указывающие объем данных для передачи.
Соотношение между подкадрами нисходящего и восходящего каналов фиксировано и настраивается через TCL.
WimaxScheduler/BS set dlratio_0.3
Указывает, что 30% кадра предназначено для нисходящей линии связи, а 70% - для восходящей.
Планировщик также позволяет пользователям иметь различные модуляции.
$scheduler set-default-modulation $modulation
Он устанавливает модуляцию, используемую для начальных интервалов запросов диапазона и пропускной способности. Пакеты профилей создаются по умолчанию следующим образом:
Имя профиля Модуляция
DIUC_PROFILE_l, UIUC_PROFILE_l OFDM_BPSK_l_2
DIUC_PROFILE_2, UIUC_PROFILE_2 OFDM_QPSK_l_2
DIUC_PROFILE_3, UIUC_PROFILE_3 OFDM_QPSK_3_4
DIUC_PROFILE_4, UIUC_PROFILE_4 OFDM_16QAM_l_2
DIUC_PROFILE_5, UIUC_PROFILE_5 OFDM_16QAM_3_4
DIUC_PROFILE_6, UIUC_PROFILE_6 OFDM_64QAM_2_3
DIUC_PROFILE_7, UIUC_PROFILE_7 OFDM_64QAM_3_4
Пользователь может выбрать пакетный профиль для использования с помощью TCL, используя следующее:
[$SSWithWiMaxsetmac_(0)]set-diuc 7
По умолчанию профиль (модуляция) одинаков для ОБА нисходящей линии связи и восходящей линии связи.
SS планировщик
set scheduler [new WimaxScheduler/SS] Создает планировщик пакетов для SS. Конфигурация TCL
Phy/WirelessPhy/OFDM set g_0 ;# cyclic prefix
Установлен циклический префикс для использования. Допустимые значения: 0,25 (1/4), 0,125 (1/8), 0,0625 (1/16), 0,03125 (1/32). При увеличении циклического префикса накладные расходы увеличиваются, что снижает максимальную пропускную способность.
Mac/802 16 setfbandwidth_5e+6 ;# frequency bandwidth (MHz)
Настроена полоса пропускания частот. Установка более высокой пропускной способности увеличивает пропускную способность.
Mac/802 1 6 set rtgstate 10 ;# number of PS to switch from receiving to transmitting
Время, необходимое для переключения с приема на передачу. Увеличение значения уменьшает максимально достижимая пропускная способность.
Mac/802 1 6 set ttgstate 10 ;# number of PS to switch from transmitting to receiving
Время, необходимое для переключения с передачи на прием. Увеличение значения уменьшает максимально достижимое значение пропускной способности.
Mac/802 1 6 set channel_0 ;# channel number
Выбран канал для использования. Это настраивается на MAC и передается на физический уровень. Необходимо установить его на БС. MS будет сканировать каналы для обнаружения окружающих BS.
Конфигурация
Чтобы начать использовать модель IEEE 802.16 в симуляциях, необходимо выполнить несколько шагов.
Настройка узла
Уровни MAC и физический уровеньзадаются с помощью метода node-config в TCL:
$BSWithWiMax node-config -macType Mac/802_16/BS -phyType Phy/WirelessPhy/OFDM
$SSWithWiMax node-config -macType Mac/802_16/SS -phyType Phy/WirelessPhy/OFDM
Настройка классификатора пакетов
В IEEE 802.16 пакеты, полученные уровнем MAC от верхних уровней, классифицируются, чтобы направить их на соответствующее соединение. Модель предлагает классификатор на основе МАС-адреса назначения и типа пакета.
# Create classifier
set classifier [new SDUClassifier/Dest]# Set the classifier priority
$classifer set-priority 1
# Retrieve the MAC layer and delete all registered classifiers [$nodeWithWiMax set mac_(0)] reset-classifiers
# Retrieve the MAC layer and set classifier [$node-WithWiMax set mac_(0)] add-classifier $classifier
К MAC добавляется классификатор по умолчанию (DestClassifier). Чтобы добавить изменение классификатора, необходимо сбросить список и добавить новый классификатор.
Настройка планировщика
Для обеспечения гибкости уровень MAC может использовать различные типы планировщиков. В основном есть один для базовых станций (BS) и один для абонентских станций (SS).
Для BS следующий код TCL устанавливает планировщик
# Create scheduler
set scheduler [new WimaxScheduler/BS] # Add scheduler [$nodeWithWiMax set mac_(0)] set-scheduler $scheduler
Этот планировщик создается автоматически при создании базовой станции MAC 802.16. Для SS необходимо использовать следующее
# Create scheduler
set scheduler [new WimaxScheduler/SS] # Add scheduler [$nodeWithWiMax setmac_(0)] set-scheduler $scheduler
Этот планировщик теперь создается автоматически при создании MAC 802.16 SS.
Настройка канала
Чтобы обеспечить многосотовую топологию, уровни MAC могут работать на разных частотах. Чтобы установить частоты, пользователь может установить номер канала для MAC.
# Retrieve the MAC layer and set classifier [$nodeWithWiMax set mac_(0)] set-channel 1 #valid 0-4
Статистика
Некоторые статистические данные собираются на уровне MAC. Следующая команда используется для отображения их значений во время моделирования.
Mac/802_16 set printstatstrue
Отслеживание
Модель IEEE 802.16 вводит новые значения в файл трассировки. Появляются две новые причины отбрасывания пакета:
- CID: этот код причины используется, когда пакет, полученный на уровне MAC, не может быть сопоставлен ни с одним соединением.
- QWI: у каждого соединения есть очередь для хранения ожидающих кадров. Когда очередь заполнена, пакет отбрасывается с использованием этого кода причины.
-F G: указывает на ошибку при передаче фрагмента.
Введен новый тип пакета. Иногда БС необходимо обмениваться данными для целей синхронизации. Новый агент под названием Agent/WimaxCtrl обрабатывает эту связь и отправляет пакеты, помеченные как WimaxCtrl.
Примечание о трассировках при использовании фрагментации:
Если трассировка MAC включена и используется фрагментация, фрагменты будут отображаться как отправленные, но не полученные. В последнем фрагменте весь пакет может быть декодирован и передан на верхний уровень, который затем создаст запись трассировки на стороне получателя. Например, рассмотрим пакет размером 1520 байт, который будет фрагментирован на четыре фрагмента по 396, 396, 396 и 364 байта. Файл трассировки будет содержать четыре записи «отправить» для каждого из фрагментов, но только одну запись «получено» размером 1520 байт для всего пакета.
Заключение
В работе рассмотрен процесс разработки имитационной модели беспроводного широкополосного доступа стандарта 802.16 с использованием Network Simulation 2. С использованием симулятора NS-2 необходимо было выявить возможности различных стандартов беспроводного широкополосного доступа, провести анализ и сравнение. Для реализации цели исследования был проведен процесс имитационного моделирования. На основании эксперимента было выявлено снижение потери пакетов и времени задержки при применении стандарта 802.16.
По сравнению с другими стандартами беспроводного широкополосного доступа. Применение данной модели при проектировании беспроводных сетей позволяет повысить эффективность передачи данных. В качестве дальнейшего исследования требуется детальное рассмотрение влияние современных протоколов передачи данных с использованием имитационной модели.
Литература
1. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Обеспечение эффективного функционирования информационных подсистем автоматизированных систем управления сложными организационно-техническими объектами на основе процедур оперативного управления ресурсами информационных служб II Информация и космос. 2017. №3. С. 64-72.
2. Гмурман В.Е. Теория вероятностей. Математическая статистика. М.: Высшая школа, 2004. 480 с.
3. Барабаш П.А., Воробьев С.П., Курносое В.И., Советов Б.Я. Информационные технологии в глобальной информационной инфраструктуре. СПБ.: ООО «Наука», 2008. 552 с.
4. Буренин А.Н., Легкое К.Е., Боговик A.B. Модели систем телекоммуникаций современной системы связи специального назначения II Технологии информационного общества. X Международная отраслевая научно-техническая конференция: сборник трудов. 2016ю. С. 209-210.
5. Буренин А.Н., Легкое К.Е. К вопросу мониторинга параметров, характеризующих состояние инфокоммуникационной системы специального назначения II Технологии информационного общества. X Международная отраслевая научно-техническая конференция: сборниктрудов. 2016. С. 211-212.
6. Буренин А.Н., Легкое К.Е., Боговик A.B. Моделирование процедур поддержки процессов организационного управления системами специального назначения II Технологии информационного общества. X Международная отраслевая научно-техническая конференция: сборниктрудов. 2016. С. 215-216.
7. Легкое К.Е., Буренин АН. Модели и методы оперативного мониторинга информационных подсистем перспективных автоматизированных систем управления II Информация и космос. 2016. № 4. С. 46-60.
8. Буренин А.Н., Нестеренко O.E., Ледянкин И.А., Легкое К.Е. Алгоритм оценивания целесообразности распараллеливания вычислительной задачи II Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. 2016. №1.С. 68-71.
9. Буренин А.Н., Легкое К.Е., Емельянов А.В. Основные положения системного анализа и подход к построению модели информационной подсистемы инфокоммуникационной системы специального назначения II Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2016. Т. 7. № 3. С. 17-23.
10. Буренин А.Н., Нестеренко O.E., Легкое К.Е. К вопросу моделирования процесса мониторинга параметров управления инфо-коммуникационных сетей специального назначения II Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связииинформатики. 2015. № 1. С. 60-63.
11. Буренин А.Н., Легкое К.Е. К вопросу моделирования процессов управления качеством функционирования инфокоммуника-ционных сетей специального назначения II Труды СевероКавказского филиала Московского технического университета связииинформатики. 2015. № 1. С. 63-67.
12. Васильев В.А., Буренин А.Н., Легкое К.Е. Модели управления качеством функционирования инфокоммуникационных сетей специального назначения II Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. 2015. № 1. С. 84-88.
Таблица 2
Результаты моделирования
Параметры качества функционирования УСЛУГИ в сетях WiMAX
VoIP Видеосвязь пд Видео
Скорость передачи 128 Кбит/с 300 Кбит/с 256 кБит/с 3 Мбит/с
Поток трафика В реальном масштабе времени Изменяемый, пакетами Non-real time, bursty Изменяемый
Общее число сгенерированных пакетов 2433337 2434585 254323 234344
Число ретранслированных пакетов 2433337 2434585 254323 234344
Число недоставленных пакетов 178 435 112 341
Средняя задержка 0,1276279901 0,1749320837 0,1122044363 0,1744543423
Максимальная задержка 0,17423 0,23435 0,17491 0,29045
Вероятность своевременной передачи сообщения 0,99 0,99 0.99 0,99
Потери пакетов < 1% <1% для аудио; <2% для видео Нет < 10-8
Изменение времени задержки < 20 мсек < 2 сек Не приемлемо < 2 сек
Время задержки <100 мсек < 250 мсек Гибкое < 100 мсек
13. Буренин А.Н., Легкое К.Е., Емельянов A.B. Модели организации управления процессами файлового обмена в инфокоммуни-кационных сетях специального назначения II Труды Ростовского государственного университета путей сообщения. 2015.№З.С.5-11.
14. Легкое К.Е. Основные подходы к управлению процессами функционирования сложных инфокоммуникационных систем II Вестник воздушно-космической обороны. 2015. № 4. С. 69-75.
15. Буренин А.Н., Легкое К.Е., Нестеренко O.E. Основные положения управления контентом специального назначения II Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2015. Т.6.№4.С.210-212.
16. Старцев Д.В., Легкое К.Е. Анализ современных компьютерных сетей и среды передачи данных II Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. 2014. № 1. С. 111-114.
17. Кудрявцев Д.Ю., Легкое К.Е. Состав и способы защиты сетей на основе технологии long term evolution II Труды СевероКавказского филиала Московского технического университета связииинформатики. 2014. № 1.С. 261-264.
18. Федоров А.Е., Легкое К.Е. Моделирование упреждающего и реагирующего протоколов маршрутизации в беспроводной мобильной адаптивной сети II Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. 2014. №1.С. 362-365.
19. Легкое К.Е. К вопросу о самоорганизации, самовосстановлении и самодиагностики распределенных сетей специального назначения II Труды Северо-Кавказского филиала Московского технического университета связи и информатики. 2014.№1.С. 62-65.
DEVELOPMENT OF A SIMULATION MODEL OF AN 802.16 WIRELESS BROADBAND ACCESS NETWORK USING NETWORK SIMULATION 2 (NS-2)
KONSTANTIN E. LEGKOV
Moscow, Russia
ABSTRACT
Introduction: the paper considers the process of developing a simulation model of wireless broadband access of the 802.16 standard using Network Simulation 2. This approach allows you to quickly build the required network model using the OTcl scripting language without having to delve into the structure of the compiled part of ns-2. If modification or addition of the compiled part is necessary, this can be done by adding (or changing) the C++ code and recompiling the system. The only drawback of this approach is the difficulties in studying the system and debugging programs (models) arising from the use of two languages. The purpose of the
KEYWORDS: computer modeling, foreign communication networks, wireless broadband access; simulator; simulation modeling.
study: In the work using the NS-2 simulator, it was necessary to identify the capabilities of various wireless broadband access standards, to conduct both analysis and comparison. Results: In order to realize the purpose of the study, a simulation modeling process was carried out. Based on the experiment, a decrease in packet loss and delay time was revealed when using the 802.16 standard. compared to other wireless broadband access standards. Practical significance: the use of this model in the design of wireless networks makes it possible to increase the efficiency of data transmission. Discussion: As a further study, a detailed consideration of the impact of modern data transmission protocols using a simulation model is required.
REFERENCES
1.A.N. Burenin, K.E. Legkov (2017). Ensuring the effective functioning of information subsystems of automated control systems for complex organizational and technical objects based on procedures for operational management of resources of information services. Information and space. No. 3, pp. 64-72.
2. V.E. Gmurman (2004). Probability theory. Mathematical statistics. Moscow: Higher School. 480 p.
3. P.A. Barabash, S.P. Vorobyov, V.I. Kurnosov, B.Ya. Sovetov (2008). Information technologies in global information infrastructure. St. Petersburg: Nauka LLC. 552 p.
4. A.N. Burenin, K.E. Legkov, A.V. Bogovik (2016). Models of telecommunication systems of the modern special-purpose communication system. Technologies of the information society. X International Industry Scientific and Technical Conference: a collection of works, pp. 209-210.
5. A.N. Burenin, K.E. Legkov (2016). On the issue of monitoring parameters characterizing the state of a special purpose
infocommunication system. Information society technologies. X International Industry Scientific and Technical Conference: proceedings, pp. 211-212.
6. A.N. Burenin, K.E. Legkov, A.V. Bogovik (2016). Modeling of procedures for supporting organizational management processes of special purpose systems. Information society technologies. X International Branch Scientific and Technical Conference: proceedings, pp. 215-216.
7. A.N. Burenin, K.E. Legkov (2016). Models and methods of operational monitoring of information subsystems of advanced automated control systems. Information and Cosmos. No. 4, pp. 46-60.
8. A.N. Burenin, O.E. Nesterenko, I.A. Ledyankin, K.E. Legkov (2016). Algorithm for evaluating the feasibility of paral-lelization of computing tasks. Proceedings of the North Caucasus Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 68-71.
9. A.N. Burenin, K.E. Legkov, A.V. Emelyanov (2016). The main provisions of system analysis and an approach to building a model of the information subsystem of a special purpose infocommunication system. Synchronization systems, signal generation and processing. Vol. 7. No. 3, pp. 17-23.
10. A.N. Burenin, O.E. Nesterenko, K.E. Legkov (2015). On the issue of modeling the process of monitoring control parameters of special purpose infocommunication networks. Proceedings of the North Caucasus Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 60-63.
11. A.N. Burenin, K.E. Legkov (2015). On the issue of modeling quality management processes of functioning of special purpose infocommunication networks. Proceedings of the North Caucasus Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 63-67.
12. V.A.Vasiliev, A.N. Burenin, K.E. Legkov (2015). Models of quality management of functioning of special purpose infocommunication networks. Proceedings of the North Caucasus
Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 84-88.
13. A.N. Burenin, K.E. Legkov, A.V. Emelyanov (2015). Models of organization of management of file exchange processes in special purpose infocommunication networks. Proceedings of the Rostov State University of Railways. No. 3, pp. 5-11.
14. K.E. Legkov (2015). Basic approaches to managing the processes of functioning of complex information and communication systems. Bulletin of Aerospace Defense. No. 4, pp. 69-75.
15. A.N. Burenin, K.E. Legkov, O.E. Nesterenko (2015). Basic provisions of special purpose content management. Synchronization systems, signal generation and processing. Vol. 6. No. 4, pp. 210-212.
16. D.V. Startsev, K.E. Legkov (2014). Analysis of modern computer networks and data transmission media. Proceedings of the North Caucasus Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 111114.
17. D.Yu. Kudryavtsev, K.E. Legkov (2014). Composition and methods of network protection based on long term evolution technology. Proceedings of the North Caucasus branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 261-264.
18. A.E. Fedorov, K.E. Legkov (2014). Modeling of proactive and responsive routing protocols in wireless mobile adaptive network. Proceedings of the North Caucasus branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 362-365.
19. K.E. Legkov (2014). On the issue of self-organization, self-healing and self-diagnosis of distributed special purpose networks. Proceedings of the North Caucasus Branch of the Moscow Technical University of Communications and Informatics. No. 1, pp. 62-65.
INFORMATION ABOUT AUTHOR:
Konstantin E. Legkov, Ph.D., editor-in-chief of H&ES Research, Moscow, Russia
For citation: Legkov K.E. Development of a simulation model of an 802.16 wireless broadband access network using network simulation 2 (NS-2). H&ES Reserch. 2022. Vol. 14. No 6. P. 40-52. doi: 10.36724/2409-5419-2021-14-6-40-52 (In Rus)
