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OPNET仿真测试无线通信论文

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  1无线通信模式介绍

  1.1WLAN通信

  WLAN是一类无线通信系统的简称,具有灵活性、移动性、易扩展性及成本低等特点。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌,其主要采用的通信协议也是IEEE802.11系列协议标准。IEEE802.11协议标准主要位于OSI协议的物理层和MAC层。物理层定义了三种无线传输方法,即跳频扩频、直接序

  1.23G通信

  本文所采用的3G技术为UMTS(通用移动通信系统)。相对于功能单一WLAN或GSM,GPRS网络,UMTS网络的结构更加复杂,功能更加丰富,网络管理需要考虑的因素也更加多元化。UMTS除了把WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外,还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术。UMTS系统结构主要包括无线接入网络和CN(核心网络)两部分,无线接入网络部分包括UE(用户设备)和UTRAN(陆地无线接入网)。UMTS支持1920kb/s的传输速率,其关键技术为切换技术,主要包括软切换和硬切换,目的是保证移动节点良好的接入到当前的移动通信网络。UMTS系统结构如

  1.3WAVE通信

  WAVE技术是车路协同系统产生后,为解决车车通信、车路通信问题而提出的一种高效的无线接入通信机制。WAVE的优势主要体现在消息传输延时、节点移动性、通信频段的抗干扰性和IEEE802.11p对车路协同系统的适用性,其在网络性能、实现成本及复杂程度方面的综合评价均优于普通的无线通信技术,WAVE的协议体系主要依托于IEEE802.11p协议,其是针对汽车通信的交通应用环境而设计的标准,主要作用于物理层和数据链路层。物理层处于协议的底层,且是基于正交频分复用的,主要负责为设备之间的数据通信提供传输媒介及互联设备,控制信道的激活或失效服务,为数据传输提供可靠的环境。数据链路层包括LLC(逻辑链路子层)和MAC(介质访问控制子层),其中IEEE802.11p的MAC层是整个协议架构中性能优势的集中体现。MAC层为数据传输的信道协调控制方面提供服务,通过可靠的信道接入协议,更加高效的进行数据交换。WAVE在交通领域已经得到了大量的应用。

  2性能仿真测试

  2.1OPENT仿真原理

  OPNETModeler是当前领先的网络技术开发环境,广泛应用于设计和研究通信网络、设备、协议和应用为开发人员提供了建模、仿真以及分析的集成环境,大大减轻了编程以及数据分析的工作量。OPNET采用离散事件驱动的模拟机理,通过事件驱动器以先进先出的方式对事件和事件时间列表进行维护,每当有一个事件出现后,仿真时间推进,仿真中各个模块之间通过事件中断方式传递事件信息。与时间驱动相比,这种机制的计算效率更高。构建OPNET仿真模型依次从进程模型、节点模型和网络模型三部分进行。根据车路协同系统信息交互过程的特殊性,选取OPNETModeler模型库中的MANET模型作为WLAN模式和WAVE模式的仿真实验节点模型。车辆信息从WLAN收发信机进出,依次经过MAC层、数据链路层、IP层、UDP层、路由层、应用层,完成整个消息的通信流程。OPNET也提供了UMTS系统的仿真模型,可以根据用户需求配置模型属性。

  2.2仿真结果评估

  本文统计收集的无线性能指标为传输延时和丢包率。网络的传输延时定义为一个数据分组从源节点发送到目的节点的时间差,它包括电(或光)信号在物理媒介中的传输延时和数据在网络中的处理延时,也即指网络中数据传输所用的时间。本文以数据分组发送和到达之间的时间差表示传输延时。丢包率是反映网络质量的重要参数,它定义了传输期间网络丢失分组的数量,通常指的是在仿真时间段内丢失的数据分组占传输的数据总量的比例。导致丢包的因素有很多,比如网络拥堵、接收分组的缓冲区太小、TTL值超过规定值以及无线信号的同频干扰等。本文以丢失分组的数量与发送分组总量的比值来衡量丢包率的大小。仿真场景建立在一平方公里的范围内,通过放置50到300个通信节点进行随机通信和随机移动(将节点假设为车辆),采用不同的通信模式进行仿真,仿真时间为10分钟。三种无线通信模式的仿真结果如2及图3所示。通过仿真结果可以看出,3G技术的延时较其他两种方式较大,而其丢包率较小。WLAN和WAVE模式在传输延时和丢包率方面差别不大。随着通信节点数目的增加,3G的性能是持续恶化,而另外两种通信模式会出现一个较好的极值,这是因为WLAN和WAVE独特的信道接入协议和路由协议决定的。当试图增加通信节点的移动速度时会发现,WAVE通信模式的效果会突出的表现出来,在延时方面和丢包率方面较WLAN有很大的提高。

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