802.11ax住宅场景中BSS着色的空间复用
本示例演示了如何使用SimEvents®、Stateflow®和WLAN Toolbox™模拟具有基本服务集(BSS)着色的空间重用(SR)对IEEE®802.11ax™住宅场景网络吞吐量的影响。这个例子模拟了IEEE®P802.11ax™/D4.1修正案中定义的重叠BSS数据包检测(OBSS PD)的非空间重用组[1]。该特性的基本目标是通过最大化bss之间的频率重用来提高密集网络场景中的网络性能。这是通过在[-62，-82]dBm范围内调整OBSS PD阈值来实现的。每个BSS都被分配了一个独特的颜色代码，称为BSS颜色。BSS颜色使802.11ax站(STA)能够决定是否允许与OBSS同时使用频谱。这样可以忽略来自OBSS的帧，并且可以在密集的网络场景中并发传输数据到多个设备，从而减轻暴露节点的问题。为了演示具有BSS着色特征的SR，本例对一个两层住宅公寓中由四个BSS组成的网络拓扑进行建模。每层包含两个BSS，每个BSS由一个接入点(AP)和一个STA组成。该模型使您能够在[-62，-82]dBm范围内配置OBSS PD阈值，并研究其对每个BSS吞吐量的影响。您还可以编写自己的算法来在仿真期间动态控制OBSS PD阈值水平。
基于IEEE 802.11ax OBSS pd的空间复用操作
在由传统IEEE®802.11设备组成的密集网络场景中，由于频谱有限，多个ap以相同的频率运行。这导致了一个低效的范例，导致网络拥塞和减速。此外，传统设备无法有效地相互通信以最大限度地利用信道资源。为了解决这个问题，IEEE®P802.11ax™/D4.1修正案[1]介绍了基于OBSS pd的SR操作，以优化密集网络场景下频谱的高效再利用。为了实现这一目标，可能提高以相同频率运行的bss的网络性能的并行传输的数量增加了。为了增加并行传输的数量，检测到的OBSS传输的清晰信道评估/载波检测(CCA/CS)阈值被调整为一个称为OBSS PD阈值的新值。OBSS PD阈值高于CCA/CS默认阈值。该图说明了OBSS中的SR操作。网络拓扑由两个bss组成，每个bss包含一个AP和一个STA。
默认的CCA/CS阈值(用蓝色虚线表示)不允许AP1和AP2之间同时传输。在这种情况下，如果BSS-1中的设备占用了传输通道，则BSS-2中的传输必须延迟。但是，通过最优选择OBSS PD阈值(用红色虚线表示)，两个ap可以同时发送到各自的sta。当与BSS着色技术一起使用时，这种SR操作提高了通道利用率并提供了更好的吞吐量。
BSS着色
SR操作使用BSS颜色标识，使802.11ax设备在同一信道上传输时，能够区分不同的BSS。BSS颜色是BSS的数值标识符，其取值范围为[1,63]。BSS颜色信息存在于HE SIG-A中的6位BSS颜色字段中，该字段存在于802.11ax物理层(PHY)报头的序言中。如果帧的颜色与BSS的颜色匹配，则表示发送设备与接收设备属于同一BSS，属于BSS内发送。如果检测到的帧的BSS颜色与其本身不同，则该帧为跨BSS帧。如果802.11ax AP检测到使用相同颜色的BSS，则可以更改其BSS颜色。这个流程图显示了BSS着色程序。
当检测传输时，802.11ax设备通过检测BSS颜色域来区分BSS内帧和BSS间帧。对于bss内部帧，802.11ax设备使用缺省的PD阈值-82 dBm。对于bss间帧，采用更激进的PD阈值来增加并行传输的数量。
这是带有BSS着色的SR的可能用例场景。
住宅的场景考虑一套两层的住宅公寓。
每层包含两个BSS，每个BSS由AP和STA组成。在这种情况下，带有BSS着色的SR将提高网络的总吞吐量和每个BSS的吞吐量。这个示例对这个用例场景进行建模和模拟。
带BSS着色的802.11ax住宅场景
本示例演示了在具有四个BSS的802.11ax网络中的通信，每个BSS包含一个AP和一个站点。这些站点实现了具有物理载波感知和虚拟载波感知的载波感知多路防撞(CSMA/CA)。物理载波传感采用清晰的CCA机制，在传输前确定介质是否繁忙。而虚拟载波感知则使用RTS/CTS握手来防止隐藏节点问题。所有节点都使用IEEE®P802.11ax™/D4.1修正案中定义的双网络分配向量(Intra NAV和Basic NAV)实现虚拟载波感知。1]。
节点配置
将节点指定为AP或STANodeType面具参数。要将节点配置为STA，必须通过配置文件指定与其关联的AP节点的名称美联社的名字参数。所有配置为STA的节点都具有相同的属性美联社的名字属于同一个BSS。
在“应用程序流量生成器”块中目的地名称参数始终配置给同一BSS的STA节点。而,目的地名称参数的值始终配置为与美联社的名字参数。
查看WLAN节点的组件，请参见具有物理层抽象的802.11ax系统级仿真的例子。
苹果电脑配置
实现以下步骤配置节点以执行SR操作。
集
PHY Tx格式至HE格式(HE-SU或HE-EXT-SU或HE-MU-OFDMA)作为MAC配置参数。若要启用SR操作，请选择
使用BSS颜色启用空间重用选择。通过将BSS color字段设置为[1,63]范围内的值来指定BSS颜色。BSS中的所有节点必须配置为相同的值
BSS颜色字段。每个BSS必须有一个唯一的BSS颜色。通过设置OBSS PD阈值
OBSS PD阈值字段设置为[-62，-82]范围内的值。
模拟结果
运行仿真以可视化并行传输并获得BSS的聚合吞吐量。
运行时可视化图，显示每个节点在信道争用、传输和接收上花费的时间。
在该图中，节点到BSS的映射如图所示:
BSS1 - Node1和Node2
BSS2 - Node3和Node4
BSS3 - Node5和Node6
BSS4 - Node7和Node8
观察节点并发传输帧。因此，SR操作可以同时传输数据，从而有效地利用信道。
每个BSS聚合吞吐量图
该图显示了网络的每个BSS的聚合吞吐量。
通过运行以下部分中详细介绍的模拟，您可以分析改变OBSS PD阈值对聚合网络吞吐量的影响。
提供的负载和OBSS PD阈值对网络吞吐量的影响
在每个BSS中指定STA和AP, AP服务于其对应的STA。若要使STA成为发送器，请设置应用程序状态将应用程序流量生成器块设置为“On”。对于每个BSS，使用下表所示的值配置AP和STA。
| 参数 | 价值 |
|---|---|
| 包大小(字节) | 1700 |
| 报文间隔(秒) | 0.0001 |
| 访问类 | 最大的努力 |
| 最大A-MPDU子帧数 | 64 |
| MCS | 0 |
| PHY Tx格式 | HE-SU |
| Ack政策 | 没有应答 |
| RTS阈值(字节) | 65535 |
| 最大短重试次数 | 10 |
| 最长重试次数 | 10 |
| 传输链数 | 1 |
| Tx队列大小(每个目的地和每个AC) | 64 |
| 仿真时间(秒) | 0.5 |
改变OBSS PD阈值分别为-82，-72，-68，-65，-62。在每次模拟运行结束时，从实例中检索获得的吞吐量值statistics.mat文件。绘制提供的负载和OBSS PD阈值对网络吞吐量的影响。
此代码绘制了当AP向其相应的STA传输时，提供的负载和OBSS PD阈值对平均网络吞吐量的影响。
提供的负载% (Mbps)offeredLoad = [40 64 88 112 126 160];在不同提供的负载下，OBSS PD阈值-82 dBm的吞吐量结果% (Mbps)Throughput1 = [1.7640 1.7152 1.8524 1.8536 1.8020 1.8320];在不同提供的负载下，OBSS PD阈值-72 dBm的吞吐量结果% (Mbps)Throughput2 = [2.5900 2.3392 2.4860 2.4416 2.4820 2.5360];在不同提供的负载下，OBSS PD阈值-68 dBm的吞吐量结果% (Mbps)Throughput3 = [3.0040 2.9632 2.9964 2.8112 2.9036 3.0480];在不同提供的负载下，OBSS PD阈值-65 dBm的吞吐量结果% (Mbps)Throughput4 = [3.0400 3.2672 3.4012 3.2984 3.3388 3.4320];在不同提供的负载下，OBSS PD阈值-62 dBm的吞吐量结果% (Mbps)Throughput5 = [2.8780 2.9952 3.0140 3.3320 3.2708 3.2720];%获取屏幕分辨率分辨率= get(0，“拉”);screenWidth =分辨率(3);screenHeight = resolution(4);figureWidth = screenWidth*0.7;figureHeight = screenHeight*0.7;%创建图形图(“位置”， [screenWidth*0.2, screenHeight*0.1, figureWidth, figureHeight])%保留地块持有在%在不同的情况下，OBSS PD阈值设置为-82 dBm时获得的图吞吐量%提供的负载(Mbps)和保留图情节(offeredLoad throughput1,“o”)举行在%在不同的情况下，OBSS PD阈值设置为-72 dBm时获得的图吞吐量%提供的负载(Mbps)和保留图情节(offeredLoad throughput2,“- x”)举行在%在不同的情况下，OBSS PD阈值设置为-68 dBm时获得的图吞吐量%提供的负载(Mbps)和保留图情节(offeredLoad throughput3,”——+ ')举行在%在不同的情况下，OBSS PD阈值设置为-65 dBm时获得的图吞吐量%提供的负载(Mbps)和保留图情节(offeredLoad throughput4,“s”)举行在%在不同的情况下，OBSS PD阈值设置为-62 dBm时获得的图吞吐量提供的负载% (Mbps)情节(offeredLoad throughput5,“- d”网格)在%添加x标签、y标签和图例包含(“提供的负载(Mbps)”) ylabel (吞吐量(Mbps)的)传说(“没有空间再利用”，空间复用OBSS PD - 72dbm，…空间复用OBSS PD - 68dbm，空间复用OBSS PD - 65dbm，…空间复用OBSS PD -62 dBm，“位置”，“northeastoutside”);%添加标题标题(“提供的负载和OBSS PD阈值对网络吞吐量的影响”）
观察到，当使能SR操作时，网络吞吐量更高。此外，吞吐量随着OBSS PD阈值的增加而增加。
OBSS PD阈值对每个BSS吞吐量的影响
将OBSS PD阈值设置为-82、-77、-72、-67和-62 dBm，并绘制对每个BSS吞吐量的影响。
numOBSSPDValues = 5;OBSSPDValues = {“-82”，“-77”，“-72”，“-67”，“-62”};初始SR统计信息吞吐量= 0 (nummobsspdvalues, 1);BSS1的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithOutSpatialBSS1 = [2.1216 4.5696 4.5696 4.7328 3.318];BSS2的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithSpatialReuseBSS2 = [1.9040 1.0336 1.7952 1.1686 2.448];BSS3的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithSpatialReuseBSS3 = [2.0672 2.0128 1.1088 2.23 3.590];BSS4的吞吐量结果% (Mbps)throughputWithSpatialReuseBSS4 = [1.1152 2.3120 4.1616 4.706 3.726];%创建具有不同统计数据的情节矩阵。PlotMatrix = [throughputWithOutSpatialBSS1' throughputWithSpatialReuseBSS2'…throughputWithSpatialReuseBSS3 ' throughputWithSpatialReuseBSS4 '];nextBarOffset = 1;设置条形图的颜色颜色= [0.9294 0.6941 0.1255;0.4941 0.1843 0.5569;0.4667 0.6745 0.1882;0.3020 0.7451 0.9333;[a]; [c];%获取屏幕分辨率分辨率= get(0，“拉”);screenWidth =分辨率(3);screenHeight = resolution(4);figureWidth = screenWidth*0.7;figureHeight = screenHeight*0.7;%创建图形图(“名字”，多节点802.11网络(PHY和MAC)统计，…“位置”， [screenWidth*0.2, screenHeight*0.1, figureWidth, figureHeight]);%设置图形轴。figAxis = gca;持有在%绘图使用已创建的绘图矩阵为i = 1: 5 bar(nextBarOffset, PlotMatrix(i,1)，“FaceColor”， colors(1，:)) nextBarOffset = nextBarOffset+1;酒吧(nextBarOffset PlotMatrix(我,2),“FaceColor”， colors(2，:)) nextBarOffset = nextBarOffset+1;酒吧(nextBarOffset PlotMatrix(我,3),“FaceColor”， colors(3，:)) nextBarOffset = nextBarOffset+1;酒吧(nextBarOffset PlotMatrix(我,4),“FaceColor”， colors(4，:)) nextBarOffset = nextBarOffset+6;结束lastBarOffset = nextBarOffset;%设置图例为情节传奇(“BSS1”，“BSS2”，…“BSS3”，“BSS4”，“位置”，“northeastoutside”);% Name绘图的x轴包含(“OBSS PD阈值(dBm)”）% Name绘图的y轴ylabel (吞吐量(Mbps)的）x轴上每个刻度之间的间隙tickInterval = (lastBarOffset-1)/numOBSSPDValues;%为x轴创建刻度xticks (1: tickInterval: numOBSSPDValues * tickInterval)将创建的刻度标签添加到轴上figAxis。XTickLabel = OBSSPDValues;%添加标题标题(“OBSS PD阈值对每个BSS吞吐量的影响”）
观察与没有SR相比，有SR的吞吐量增加(OBSS PD阈值-82 dBm)。随着OBSS PD阈值的增加，PHY会丢弃更多检测到的跨bss帧，从而使sta能够并发传输这些帧。因此，您还可以看到吞吐量随着OBSS PD阈值的增加而增加。
使用上表中指定的配置参数运行模拟:
对于BSS1和BSS4，当OBSS PD阈值设置为-67 dBm时，吞吐量达到最大。
对于BSS2和BSS3，当OBSS PD阈值设置为-62 dBm时，吞吐量达到最大。
您可以模拟多次运行的模型，以可视化OBSS PD阈值对网络吞吐量的真实影响。
此示例使您能够在多节点IEEE 802.11ax网络中建模住宅场景，以使用BSS着色研究SR。在PHY和MAC库块中增加了具有BSS着色支持的空间重用。金宝app该模型采用恒OBSS PD算法选择OBSS PD阈值。仿真结果验证了采用带BSS着色的SR可以提高吞吐量性能和信道效率。
进一步的探索
本例使用常量OBSS PD算法。该算法根据配置的OBSS PD值决定是否允许进入的OBSS帧进行进一步处理或丢弃。OBSS PD值可以通过使用各种PHY和MAC电平测量的自定义用户特定算法来改变。当需要修改OBSS PD算法时，可以更新constantOBSSPDAlgorithm类使用的Helper函数EDCA MAC块存在于MAC层。
在本例中，只有使能了SR功能，才能配置多bss。要比较有和没有SR操作的多bss场景的结果，请为OBSS PD阈值和ED阈值参数来模拟非sr操作，而不实际禁用使用BSS颜色启用空间重用参数。
附录
这个例子使用了这些帮助器:
edcaAssignBSSIDs.m:分配BSS id
edcagetBSSInfo.m:返回BSS信息
edcaValidateBSS.m:验证BSS
hDisplayNetworkStats.m:显示每个BSS的聚合吞吐量
constantOBSSPDAlgorithm.m:创建一个恒定的OBSS PD算法对象。
obssPDAlgorithm.m:创建OBSS PD算法对象。
edcaFrameFormats.m:创建物理帧格式枚举。
edcaNodeInfo.m:返回节点的MAC地址。
edcaPlotQueueLengths.m:绘制模拟中的MAC队列长度。
edcaPlotStats.m:绘制MAC状态转换与模拟时间的关系。
edcaStats.m:创建仿真统计枚举。
edcaUpdateStats.m:更新仿真统计信息。
helperSubframeBoundaries.m:返回A-MPDU的子帧边界。
phyTxAbstracted:对数据包传输相关的物理层操作进行建模
phyRxAbstracted:模拟与包接收相关的物理层操作
channelBlock:为节点建立通道模型
addMUPadding.m: HE-SU和HE-MU电源模块之间的填充差值
macQueueManagement.m:创建WLAN MAC队列管理对象
roundRobinScheduler.m:创建轮循调度程序对象
calculateSubframesCount.m:计算组成MU-PSDU所需的子帧数
hCreateWLANNetworkModel:创建具有给定节点数量的WLAN网络
hSetupAbstractChannel: TGax通道设置
rateAdaptationARF.m:创建一个自动速率回退算法对象。
rateAdaptationMinstrelNonHT.m:创建minstrel算法对象。
参考文献
IEEE P802.11ax™/ D4.1。信息技术标准草案。局域网和城域网系统之间的电信和信息交换。特殊要求。第11部分:无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范。
IEEE标准802.11ac™-2016。无线局域网介质访问控制(MAC)和物理层(PHY)规范。IEEE信息技术标准——系统、局域网和城域网之间的电信和信息交换。特殊要求。
Wilhelmi, Francesc, Sergio Barrachina Munoz, Cristina Cano, Ioannis Selinis和Boris Bellalta。IEEE 802.11ax无线局域网中的空间复用。中国机械工程，2019,11月29日。
Wilhelmi, Francesc, Sergio Barrachina-Munoz和Boris Bellalta。IEEE 802.11ax无线局域网空间复用性能研究2019年IEEE通信与网络标准会议(CSCN)， 1-6, 2019。
