关于wlan 若干问题opnet 仿真研究

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1、 关于 WLAN 若干问题的 OPNET 仿真研究 1/56 电信工程学院 99108 班 朱延峰 第 1 页 2003-6-12 摘要摘要 随着无线通信的迅速发展， 越来越多的移动终端需要采用一种方便快捷的方式接入 Internet， 于是 WLAN 应运而生。 作为计算机网络与无线通信技术相结合的产物， WLAN 一经出现，立刻成为通信领域的热点，相应的标准层出不穷，其中尤以 IEEE802.11 家 族制定的最为详尽，而且版本丰富，性能也最好。 由于当初设想的 WLAN 模式是一个用来代替有线连接的灵活的小范围的无线接入 局域网，所以存在很多不适应当前无线通信需求的地方。例如没有设定子网

2、内切换的办 法，对实时业务支持能力差等等。 本文的主要工作就是就上面提到的 WLAN 标准中存在的一些问题进行仿真，采用 的仿真工具是 MIL3 公司的 OPNET。鉴于 OPNET 中关于 WLAN 的模块的一些错误以 及本身的缺陷，必须经过修改其源代码并追加新的模块才能完成预定的任务。本文在除 了搭建了用于仿真切换和用于支持实时业务的 PCF 模块外， 还对包的分片问题给出了大 量的仿真，并提出了针对仿真结果的一些看法。 关于 WLAN 若干问题的 OPNET 仿真研究 2/56 电信工程学院 99108 班 朱延峰 第 2 页 2003-6-12 Abstract With the de

3、velopment of wireless communication, a convenient and fast function for accessing Internet is needed for more and more mobile station, therefore WLAN is brought forward. As the combination of computer network and wireless communication technique, WLAN quickly became the Hotpoint of communication fie

4、ld at the initial stages, and IEEE802.11 family, which is one of the corresponding standards put forward for WLAN, is the most elaborate one, and it has a lot of versions and the performance is best. Because the mode of WLAN is seen as the replacer of wired link and flexible wireless access LAN with

5、 small range, there are many places which isnt adapt for requirement of wireless communication now. For example, there is no scheme for handoff in one subnet, and the standard is not fit for supporting real time services, and so on. Our work is solve these problems mentioned above using simulation,

6、the simulation tool is MIL3s OPNET. Because there are some errors and inherent insufficiency in WLAN blocks, we must modify and add lots of source code to it for completing scheduled task. Besides making the blocks for supporting handoff and real time services, we simulate the fragment of packet and

7、 give some advices for the result of simulation. 关于 WLAN 若干问题的 OPNET 仿真研究 3/56 电信工程学院 99108 班 朱延峰 第 3 页 2003-6-12 摘要. 1 Abstract. 2 绪论. 5 1仿真工具的选择. 5 2 本文的主要工作 5 第一章 WLAN 简介. 7 1.1 无线局域网概述 7 1.1.1 传输媒体 . 8 1.1.2 网络结构 . 9 1.2 分组无线电接入方式 10 1.3 无线局域网标准与应用 12 1.3.1 IEEE 802.11 系列 . 13 1.3.2 HiperLAN/Hip

8、erLAN2 系列 . 15 1.4 无线局域网 IEEE 802.11 标准中若干问题的详述 . 15 1.4.1 物理层 . 16 1.4.2MAC 层. 16 第二章 OPNET 简介及 WL AN 模型的分析 . 21 2.1 OPNET 简介 21 2.1.1 产品体系简介 . 21 2.1.2 OPNET 结构剖析 22 2.2 WLAN 模块简介. 23 2.2.1 source 和 sink 的 Process 模型简介 24 2.2.2 Wlan_mac_intf 的 Process 模型简介 26 2.2.3 wlan_mac 节点的 Process 模型简介. 27 2.

9、2.4 Pipleline 简介. 30 第三章 WLAN 越区切换仿真模型的实现 32 3.1 算法描述 32 3.1.1 传统算法描述 . 32 3.1.2 ISLT 算法描述. 32 3.2 OPNET 模型实现 33 3.2.1 原有模块的不足 . 33 3.2.2 相应的解决办法 . 33 3.2.3 模型描述 . 35 3.3 仿真结果 36 第四章 WLAN 吞吐量性能的研究 38 4.1 分片对误帧率的影响 38 4.2 冲突对系统的影响 39 4.3 应用 OPNET 建模仿真. 42 4.3.1 不同误比特率下的分片性能仿真 . 43 4.3.2 误比特为零的分片性能仿真

10、. 44 第五章 WLAN 中 PCF 模式的研究 47 5.1 PCF 接入方式简介 47 5.2 PCF 模型实现过程 48 5.2.1 设计外部参数入口 . 49 关于 WLAN 若干问题的 OPNET 仿真研究 4/56 电信工程学院 99108 班 朱延峰 第 4 页 2003-6-12 5.2.2 信号帧的发送 . 50 5.2.3 后续工作的展望 . 52 第六章 总结 53 参考文献. 54 致谢. 55 附录. 56 关于 WLAN 若干问题的 OPNET 仿真研究 5/56 电信工程学院 99108 班 朱延峰 第 5 页 2003-6-12 绪论绪论 1仿真工具的选择仿真

11、工具的选择 目前世界上的网络仿真软件可以分为高端和低端两类产品。 高端产品一般具有复杂 的建模机制、比较完备的模型库、完善的外部接口、强大的功能并能够得到比较可靠的 仿真结果，价位一般在数万美元/每个用户 License 左右，当然也有类似 LINUX 的自由 软件，其主流产品基本上都来自美国公司，例如 MIL3 公司的 OPNET、CACI 公司的 COMNET、自由软件 NS2 等；低端产品一般只有简单的建模机制、较小的模型库、简 单的外部接口，功能单一且仿真结果的可靠性较差，价位在数百至数千美元之间，比较 知名的产品也大都产自美国，例如 SES 公司的 Strategizer。通过初步权

12、衡几种软件的功 能，发现只有 OPNET 和 NS2 比较适合 WLAN 的仿真工作。 由于 NS2 是自由软件， 其源码开放， 同时有相当多的研究也是利用 NS2 来进行仿真 的，因此 NS2 具有相当灵活的应用，然而 NS2 的仿真主要面向网络层以上的部分，而 本文所要研究的对象都集中在数据链路层， 通过阅读 NS2 中关于 WLAN 的源代码发现， 其关于 MAC 层的描述仅有 1000 行， 这势必导致其功能上的欠缺， 带来的直接后果是仿 真过程中要编写大量的源代码，会使工作量变得很大。而其竞争对手 OPNET 在 WLAN 模块中设定了比较完备的功能体系，仅 MAC 层就有 4600

13、 多行源代码，如实地履行了 IEEE802.11b 协议。所以本文最终选定 OPNET 做为主要仿真工具，同时使用了 Mathematica, Matlab 和 C语言做为辅助仿真工具。 仿真工具版本： OPNet8.0.C_for_Win_Solaris Mathematica 4.0.0.0 Matlab 6.1.0.450 Release 12.1 Microsoft Visual C+ 6.0 2 本文的主要工作本文的主要工作 为了最终完成关于 WLAN 的各项仿真工作，主要的工作共有以下几部分： 一总结当前 WLAN 的发展动向以及概括 IEEE802.11 协议家族的主要内容。 二

14、OPNET 的使用，掌握 OPNET 的运行模式，并通过阅读其源代码，深入了解其 运行机制。 三 在 OPNET 中已有模块的基础上添加代码实现同一子网内不同 AP 间的切换功 关于 WLAN 若干问题的 OPNET 仿真研究 6/56 电信工程学院 99108 班 朱延峰 第 6 页 2003-6-12 能。 四 通过理论分析和仿真研究影响 WLAN 系统吞吐量的几个因素，并给出优化的 方向和策略。 五 分析 IEEE802.11b 中给出的两种接入方式 DCF 和 PCF，并尝试在 OPNET 中 引入 PCF 接入方式以实现保证 Qos 的实时业务（阶段性工作） 。 关于 WLAN 若干

15、问题的 OPNET 仿真研究 7/56 电信工程学院 99108 班 朱延峰 第 7 页 2003-6-12 第一章第一章 WLAN 简介简介 1.1 无线局域网概述无线局域网概述 WLAN 是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。通俗点说，WLAN 就是在不 采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能，网络所需的基础设施不需要 再埋在地下或隐藏在墙里， 网络却能够随着你的需要移动或变化。 WLAN 利用无线射频 技术在空中传输数据、话音和视频信号。作为传统布线网络的一种替代方案或延伸，无 线局域网将企业和个人从办公桌边解放了出来，使他们可以随时随地获取信息。因此， WLAN 可以为各

16、类企业及他们的移动办公的员工带来很多好处。 ? 移动性移动性 通过实施 WLAN 解决方案，无论是参加会议的时候、与同事进行协作的时候还是 在办公地点之间进行移动的时候，企业单位都可以使其员工能够方便、迅速地对共享信 息进行访问而无需电缆的插接。这样提高了员工的办公效率，也使员工能够利用手头丰 富的实时信息做出决定。 ? 易用性易用性 WLAN 解决方案还可以简化很多困扰着网络主管的复杂的安装与配置过程。 由于仅 仅是无线局域网的接入点需要使用布线电缆， 网络主管们省去了为每一个桌面用户单独 布线的麻烦。此外，利用 WLAN 灵活简单的特点，网络主管们还可以在实际安装之前 在远端对整个网络进行预先配置与调试，并且一旦配置完毕，即可以对整个网络进行随 意移动而无需或仅仅需要做出很少的调整。 ? 灵活性灵活性 当今众多迅速发展和变化的企业要求他们获得的网络技术也能够做到灵活应变、 日 新月异，从而跟上这些公司快速的发展步伐。WLAN 技术赋予了