OPNET仿真測試無線通信論文

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1無線通信模式介紹

1.1WLAN通信

WLAN是一類無線通信系統(tǒng)的簡稱，具有靈活性、移動性、易擴展性及成本低等特點。Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌，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線傳輸方法，即跳頻擴頻、直接序

1.23G通信

本文所采用的3G技術為UMTS（通用移動通信系統(tǒng)）。相對于功能單一WLAN或GSM，GPRS網絡，UMTS網絡的結構更加復雜，功能更加豐富，網絡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獲得不斷完善外，還相繼引入了TD-SCDMA和HSDPA技術。UMTS系統(tǒng)結構主要包括無線接入網絡和CN（核心網絡）兩部分，無線接入網絡部分包括UE（用戶設備）和UTRAN（陸地無線接入網）。UMTS支持1920kb/s的傳輸速率，其關鍵技術為切換技術，主要包括軟切換和硬切換，目的是保證移動節(jié)點良好的接入到當前的移動通信網絡。UMTS系統(tǒng)結構如

1.3WAVE通信

WAVE技術是車路協(xié)同系統(tǒng)產生后，為解決車車通信、車路通信問題而提出的一種高效的無線接入通信機制。WAVE的優(yōu)勢主要體現在消息傳輸延時、節(jié)點移動性、通信頻段的抗干擾性和IEEE802.11p對車路協(xié)同系統(tǒng)的適用性，其在網絡性能、實現成本及復雜程度方面的綜合評價均優(yōu)于普通的無線通信技術，WAVE的協(xié)議體系主要依托于IEEE802.11p協(xié)議，其是針對汽車通信的交通應用環(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，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（介質訪問控制子層），其中IEEE802.11p的MAC層是整個協(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，通過可靠的信道接入協(xié)議，更加高效的進行數據交換。WAVE在交通領域已經得到了大量的應用。

2性能仿真測試

2.1OPENT仿真原理

opnetModeler是當前領先的網絡技術開發(fā)環(huán)境，廣泛應用于設計和研究通信網絡、設備、協(xié)議和應用為開發(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采用離散事件驅動的模擬機理，通過事件驅動器以先進先出的方式對事件和事件時間列表進行維護，每當有一個事件出現后，仿真時間推進，仿真中各個模塊之間通過事件中斷方式傳遞事件信息。與時間驅動相比，這種機制的計算效率更高。構建OPNET仿真模型依次從進程模型、節(jié)點模型和網絡模型三部分進行。根據車路協(xié)同系統(tǒng)信息交互過程的特殊性，選取OPNETModeler模型庫中的MANET模型作為WLAN模式和WAVE模式的仿真實驗節(jié)點模型。車輛信息從WLAN收發(fā)信機進出，依次經過MAC層、數據鏈路層、IP層、UDP層、路由層、應用層，完成整個消息的通信流程。OPNET也提供了UMTS系統(tǒng)的仿真模型，可以根據用戶需求配置模型屬性。

2.2仿真結果評估

本文統(tǒng)計收集的無線性能指標為傳輸延時和丟包率。網絡的傳輸延時定義為一個數據分組從源節(jié)點發(fā)送到目的節(jié)點的時間差，它包括電（或光）信號在物理媒介中的傳輸延時和數據在網絡中的處理延時，也即指網絡中數據傳輸所用的時間。本文以數據分組發(fā)送和到達之間的時間差表示傳輸延時。丟包率是反映網絡質量的重要參數，它定義了傳輸期間網絡丟失分組的數量，通常指的是在仿真時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，比如網絡擁堵、接收分組的緩沖區(qū)太小、TTL值超過規(guī)定值以及無線信號的同頻干擾等。本文以丟失分組的數量與發(fā)送分組總量的比值來衡量丟包率的大小。仿真場景建立在一平方公里的范圍內，通過放置50到300個通信節(jié)點進行隨機通信和隨機移動（將節(jié)點假設為車輛），采用不同的通信模式進行仿真，仿真時間為10分鐘。三種無線通信模式的仿真結果如2及圖3所示。通過仿真結果可以看出，3G技術的延時較其他兩種方式較大，而其丟包率較小。WLAN和WAVE模式在傳輸延時和丟包率方面差別不大。隨著通信節(jié)點數目的增加，3G的性能是持續(xù)惡化，而另外兩種通信模式會出現一個較好的極值，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(jié)點的移動速度時會發(fā)現，WAVE通信模式的效果會突出的表現出來，在延時方面和丟包率方面較WLAN有很大的提高。

作者：張書僑 單位：北京東方波泰無線電頻譜技術研究所