M2M承载网络及OPNET仿真

中国科技博览 / 2018年09月25日 06:22

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OPNET是一个开源的网络仿真软件。我们可以在OPNET上面进行各种网络的建模,进而进行网络业务流量的分析。OPNET采用离散事件驱动的模拟机理,其中“事件”是指网络状态的变化,即只有网络状态发生变化时,模拟机才会开始工作,若状态不发生变化,则模拟机不进行仿真[1]。基于事件出发的有限状态机建模(Finite State Machine Modeling),避免以时间出发,变成以事件出发的建模。 OPNET采用采用三层模型来建模实现网络的协议行为,三层模型分别是:网络模型、节点模型和进程模型。

做为短距离无线技术,WLAN(无线局域网)可以为用户提供高数据率,其中802.11a可以达到54Mbps。此外,WLAN还具有使用开放频段、组网方式灵活以及网络设备价格低廉等优点,这些优点使得WLAN越来越受到各个移动运营商的青睐。

(一)OPNET简介

层次化建模机制是 OPNET 仿真建模的基础。OPNET采用与实际系统相类似的三层建模机制。OPNET所提供的三层模型即进程模型(Process Model)、节点模型(Node Model)和网络模型(Network Model),它们分别与实际的协议、设备和网络一一对应,并全面反映了网络的相关特性。这种分层建模的方式给用户提供了直观的建模环境,最大限度的贴近实际的网络系统。

与三层模型的机制对应,OPNET 的建模工作是在三个不同的环境中完成的,这三个环境被分别称为网络域、节点域和进程域。网络域主要是面向地图的选择和网络的拓扑;节点域主要功能是将网络域的各个有形终端功能进行分割;进程域主要是基于FSM(有限状态机)的网络具体协议行为的编写和实现,是OPNET的最底层,FSM中个状态均是基于Proto_C的,程序员可已在这一级修改代码。

(二)IEEE 802.11无线局域网

目前,WLAN普遍采用IEEE 802.11,IEEE 802.11b,IEEE 802.11a和IEEE 802.1lg等技术标准。

1)IEEE 802.11

802.11适用于有线站台与无线用户或无线用户之间的沟通连结。IEEE 802.11初期的规格采用直接序列展频(扩频)技术(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)或跳频展频(扩频)技术(Frequency Hopping Spread Spectrum,FHSS)。其中DSSS使用高速伪随机序列直接与代表消息的信号相乘来实现扩频,具有码元速率高,通常是信息速率是的几十倍到上万倍,扩展了发射信号频谱等特点。FHSS是依靠快速地转换传输的频率来实现的,每一个时间段内使用的频率和前后时间段都不一样,所以发送者和接收者必须保持一致的跳变频率,这样才能保证接受的信号正确。它的缺点是传输速度慢,最高只能达到1Mbps。但FHSS得抗干扰能力很强,它可以避开许多干扰的出现,包括某些工作在特定频率下的信号,采用跳频后的802.11无线信号就只会丢失这个频率下的信息,损失不大;如果想分享带宽,也可以采用不同的跳频次序来实现。

2)IEEE 802.11a

IEEE 802.11a是802.11原始标准的一个修订标准,于1999年获得批准。IEEE 802.11a扩充了IEEE802.11的物理层并工作在U-N?波段的5GHz频段。802.11a标准采用了与原始标准相同的核心协议,使用52个正交频分多路复用副载波,其物理层速率可达54Mbps,这达到了现实网络中等吞吐量(20Mbps)的要求。传输层最高速率可达25Mbps。如果需要的话,数据率可降为48、36、24、18、12、9或者6Mbps。IEEE 802.1la选择了具有能有效降低多径衰落影响与有效使用频率的正交频分复用(OFDM)技术作为调制技术。OFDM技术是一种无线环境下的高速多载波传输技术。但是,同单载波系统相比,OFDM还存在一些缺点,易受频率偏差的影响。

3)IEEE 802.11b

IEEE 802.11b标准对IEEE 802.11标准进行了修改和补充,其载波的频率为2.4GHz。IEEE802.11b对IEEE802.11最重要的改进是在IEEE 802.11的基础上增加了5.5 Mbps和11 Mbps两种更高的通信速率。这样IEEE802.11就可提供1、2、5.5及11Mbps的多重传送速度。为了实现这一目标,IEEE 802.11b的物理层传输技术选择了DSSS,这使得802.11 b可以与1Mbps和2Mbps的802.11直接序列扩频技术系统相互操作。IEEE 802.11b的后继标准是IEEE 802.11g,其传送速度为54Mbit/s。

4)IEEE 802.11g

IEEE 802.11g在2003年7月被通过。它是IEEE为了解决802.11a与802.11b的互通而提出的另一个标准,是802.11b的延续,其载波的频率与802.11b相同,也为2.4GHz。802.11g的速率上限已经由11Mbps提升至54Mbps,原始传送速度为54Mbit/s,净传输速度约为24.7Mbit/s(跟802.11a相同)。但由于2.4 GHz频段干扰过多,802.11g在传输速率上低于802.1la。802.11g的设备向下与802.11b兼容。

IEEE 802.11无线局域网不拘范围且經常是移动的,它的联网形态的构架是用来支持一种移动站。主要DCF进行会话。组成IEEE 802.11无线局域网络有以下两种拓扑结构: 第一种的Basic Service Set (基本服务子集,BSS)是有同一台AP及数台无线工作站所组成的局域网;另一种Basic Service Set(基本服务子集,BSS)数台无线工作站所组成的局域网。当一个基本服务子集不符合要求时,我们就用到了ESS(扩展服务子集,ExtendedService Set)。一个或多个以上的BSS即可被定义成一个Extended Service Set ( ESS ),用户可在ESS上漫游及存取BSS系统中的任何资料,其中Access Points必须设定相同的ESSID才能允许漫游。

WLAN分为有基础设施的通信和无基础设施的通信,有基础设施的通信包括移动终端和接入点AP,AP的主要功能有:提供到有线网络的连接,中继功能,但AP之间不能进行通信。无基础设施模式,即我们常说的Ad Hoc Mode,其终端进行对等网(peer-to-peer)通信,不需要AP。

参考文献

[1] 辛文启,罗锋,自相似业务源在OPNET下的一种实现及其对队列性能的影响.解放军理工大学通信工程学院.

[2] 奚亮,金惠文,自相似VBR视频源业务流的建模和仿真.北京邮电大学电信工程学院北京100876.

作者简介

康凯杰,出生年月:1989.01.13,籍贯:吉林省吉林市。endprint

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