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OPNET仿真測試無(wú)線(xiàn)通信論文
1無(wú)線(xiàn)通信模式介紹
1.1WLAN通信
WLAN是一類(lèi)無(wú)線(xiàn)通信系統的簡(jiǎn)稱(chēng)，具有靈活性、移動(dòng)性、易擴展性及成本低等特點(diǎn)。Wi-Fi是一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的品牌，其主要采用的通信協(xié)議也是IEEE802.11系列協(xié)議標準。IEEE802.11協(xié)議標準主要位于OSI協(xié)議的物理層和MAC層。物理層定義了三種無(wú)線(xiàn)傳輸方法，即跳頻擴頻、直接序
1.23G通信
本文所采用的3G技術(shù)為UMTS（通用移動(dòng)通信系統）。相對于功能單一WLAN或GSM，GPRS網(wǎng)絡(luò )，UMTS網(wǎng)絡(luò )的結構更加復雜，功能更加豐富，網(wǎng)絡(luò )管理需要考慮的因素也更加多元化。UMTS除了把WCDMA作為首選空中接口技術(shù)獲得不斷完善外，還相繼引入了TD-SCDMA和HSDPA技術(shù)。UMTS系統結構主要包括無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )和CN（核心網(wǎng)絡(luò )）兩部分，無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)絡(luò )部分包括UE（用戶(hù)設備）和UTRAN（陸地無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)）。UMTS支持1920kb/s的傳輸速率，其關(guān)鍵技術(shù)為切換技術(shù)，主要包括軟切換和硬切換，目的是保證移動(dòng)節點(diǎn)良好的接入到當前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )。UMTS系統結構如
1.3WAVE通信
WAVE技術(shù)是車(chē)路協(xié)同系統產(chǎn)生后，為解決車(chē)車(chē)通信、車(chē)路通信問(wèn)題而提出的一種高效的無(wú)線(xiàn)接入通信機制。WAVE的優(yōu)勢主要體現在消息傳輸延時(shí)、節點(diǎn)移動(dòng)性、通信頻段的抗干擾性和IEEE802.11p對車(chē)路協(xié)同系統的適用性，其在網(wǎng)絡(luò )性能、實(shí)現成本及復雜程度方面的綜合評價(jià)均優(yōu)于普通的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，WAVE的協(xié)議體系主要依托于IEEE802.11p協(xié)議，其是針對汽車(chē)通信的交通應用環(huán)境而設計的標準，主要作用于物理層和數據鏈路層。物理層處于協(xié)議的底層，且是基于正交頻分復用的，主要負責為設備之間的數據通信提供傳輸媒介及互聯(lián)設備，控制信道的激活或失效服務(wù)，為數據傳輸提供可靠的環(huán)境。數據鏈路層包括LLC（邏輯鏈路子層）和MAC（介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制子層），其中IEEE802.11p的MAC層是整個(gè)協(xié)議架構中性能優(yōu)勢的集中體現。MAC層為數據傳輸的信道協(xié)調控制方面提供服務(wù)，通過(guò)可靠的信道接入協(xié)議，更加高效的進(jìn)行數據交換。WAVE在交通領(lǐng)域已經(jīng)得到了大量的應用。
2性能仿真測試
2.1OPENT仿真原理
OPNETModeler是當前領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)開(kāi)發(fā)環(huán)境，廣泛應用于設計和研究通信網(wǎng)絡(luò )、設備、協(xié)議和應用為開(kāi)發(fā)人員提供了建模、仿真以及分析的集成環(huán)境，大大減輕了編程以及數據分析的工作量。OPNET采用離散事件驅動(dòng)的模擬機理，通過(guò)事件驅動(dòng)器以先進(jìn)先出的方式對事件和事件時(shí)間列表進(jìn)行維護，每當有一個(gè)事件出現后，仿真時(shí)間推進(jìn)，仿真中各個(gè)模塊之間通過(guò)事件中斷方式傳遞事件信息。與時(shí)間驅動(dòng)相比，這種機制的計算效率更高。構建OPNET仿真模型依次從進(jìn)程模型、節點(diǎn)模型和網(wǎng)絡(luò )模型三部分進(jìn)行。根據車(chē)路協(xié)同系統信息交互過(guò)程的特殊性，選取OPNETModeler模型庫中的MANET模型作為WLAN模式和WAVE模式的仿真實(shí)驗節點(diǎn)模型。車(chē)輛信息從WLAN收發(fā)信機進(jìn)出，依次經(jīng)過(guò)MAC層、數據鏈路層、IP層、UDP層、路由層、應用層，完成整個(gè)消息的通信流程。OPNET也提供了UMTS系統的仿真模型，可以根據用戶(hù)需求配置模型屬性。
2.2仿真結果評估
本文統計收集的無(wú)線(xiàn)性能指標為傳輸延時(shí)和丟包率。網(wǎng)絡(luò )的傳輸延時(shí)定義為一個(gè)數據分組從源節點(diǎn)發(fā)送到目的節點(diǎn)的時(shí)間差，它包括電（或光）信號在物理媒介中的傳輸延時(shí)和數據在網(wǎng)絡(luò )中的處理延時(shí)，也即指網(wǎng)絡(luò )中數據傳輸所用的時(shí)間。本文以數據分組發(fā)送和到達之間的時(shí)間差表示傳輸延時(shí)。丟包率是反映網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量的重要參數，它定義了傳輸期間網(wǎng)絡(luò )丟失分組的數量，通常指的是在仿真時(shí)間段內丟失的數據分組占傳輸的數據總量的比例。導致丟包的因素有很多，比如網(wǎng)絡(luò )擁堵、接收分組的緩沖區太小、TTL值超過(guò)規定值以及無(wú)線(xiàn)信號的同頻干擾等。本文以丟失分組的數量與發(fā)送分組總量的比值來(lái)衡量丟包率的大小。仿真場(chǎng)景建立在一平方公里的范圍內，通過(guò)放置50到300個(gè)通信節點(diǎn)進(jìn)行隨機通信和隨機移動(dòng)（將節點(diǎn)假設為車(chē)輛），采用不同的通信模式進(jìn)行仿真，仿真時(shí)間為10分鐘。三種無(wú)線(xiàn)通信模式的仿真結果如2及圖3所示。通過(guò)仿真結果可以看出，3G技術(shù)的延時(shí)較其他兩種方式較大，而其丟包率較小。WLAN和WAVE模式在傳輸延時(shí)和丟包率方面差別不大。隨著(zhù)通信節點(diǎn)數目的增加，3G的性能是持續惡化，而另外兩種通信模式會(huì )出現一個(gè)較好的極值，這是因為WLAN和WAVE獨特的信道接入協(xié)議和路由協(xié)議決定的。當試圖增加通信節點(diǎn)的移動(dòng)速度時(shí)會(huì )發(fā)現，WAVE通信模式的效果會(huì )突出的表現出來(lái)，在延時(shí)方面和丟包率方面較WLAN有很大的提高。
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