Aloha和CSMA / CA包装无线网络

此示例使用：

开放模型

此示例演示如何使用Simulink®、Stateflow®和通信工具箱模拟基本ALOHA或CSMA/CA MAC™.金宝app

背景

阿罗哈：ALOHA是一种开创性的随机接入协议，1971年开始使用。在ALOHA中，节点在数据包可用时立即发送数据包，而不感知无线载波。结果，如果同时发送无线分组，则它们可能在接收器处发生碰撞。因此，通过发送短确认分组来确认成功的分组接收。如果没有足够及时地接收到确认，则在稍后确定的时刻（例如，通过二进制指数退避）重新发送数据分组。

CSMA / CA:带冲突避免的载波侦听多址接入是一种改进的随机接入方案，根据该方案，无线节点在传输其数据包之前首先感知无线媒体。如果检测到介质忙，则传输被延迟，例如，根据二进制指数退避。通过以下方式启用碰撞避免：（一世）等待频道被感测到闲置后的帧间间隔（IFS）持续时间，(ii)仅在从竞争窗口(即可能的后退持续时间的自适应范围)中随机选择一定数量(不一定是连续的)的感知空闲时隙后发送，(3)交换请求发送和清除发送帧（RTS和CTS）。在这三种方法中，此示例模拟前两个（IFS和争用窗口）。CSMA / CA已在以太网，IEEE®802.11和IEEE 802.15.4中使用，以及其他标准。

概述

此示例模拟了三个节点PHY / MAC网络。所有节点都在范围内;可以通过并干扰两个节点之间的传输并干扰第三个节点。

缺省情况下，支持节点1到节点3、节点3到节点2、节点2到节点1的数据帧传输。确认帧从节点3传送到节点1，从节点2传送到节点3，从节点1传送到节点2。

MAC方案可以是ALOHA或CSMA/CA，由顶级交换机决定。MAC帧使用基于qpsk的PHY层对PHY波形进行编码或解码。

MAC层以非常精细的时间尺度（每0.8微秒）运行，因为退避持续时间通常比数据帧的持续时间短得多。结果，Simulink模型是基于标金宝app量的（即，大多数信号的长度等于1），并且MAC / PHY层不处理帧，即样本批次。

无线电收发机

每个无线电收发器是一个关节PHY和MAC实现，可实现接收和发送操作。下图的左侧对应于PHY层，而右侧对应于数据链路层（MAC和逻辑链路控制）。

在接收侧链上，收发机解码接收波形的PHY层，并将相应的MAC协议数据单元（MPDU）传递给MAC层，MAC层处理数据和确认帧。

在发送侧链上，数据链路层启动MAC帧传输，当逻辑链路控制子层确定注入新数据帧或者当MAC子层需要发送用于接收的数据帧时的确认时。通过预先完成MAC报头并将CRC MAC页脚附加到从较高的第三层（网络层）的有效负载来生成数据MAC帧。确认MAC帧不包含有效载荷;它们仅包含MAC标题和CRC页脚。

逻辑链路控制

逻辑链路控制(LLC)子层负责向收发器注入数据包。它主要是使用状态流程图来实现的。包到达时间呈指数分布，对应泊松过程。

然后，状态流图计算数据包到达间隔时间，直到下一个数据包到达。这个图表还通过确定附加帧传输的数量(“TxMore”)对大数据包分割为小数据帧建模。

阿罗哈MAC层

当顶级MAC交换机设置为ALOHA时，数据链路层的MAC子系统基本上按照以下状态流程图运行：

图表的左侧负责确认接收到的数据帧。在发送确认信息之前，发射机首先等待一个短帧间间隔(SIFS)。然后，它在确认帧的持续时间内输出一个正的“TxAckOn”信号。

图表的右侧负责传输数据帧。在发送数据帧之前，发射机首先等待短帧间距（SIFS）。然后，它传输信号，没有通过在数据帧的持续时间内输出正的TxDataOn信号来感知无线媒体。随后，节点在一定的时间间隔内等待收到应答。如果在超时前收到确认，则当前数据帧传输结束。如果不是，则节点进入回退状态，除了第一个回退实例外，每次都将争用窗口加倍。回退持续时间从[0,CW]间隔中随机选择。如果达到了最大的回退次数，那么收发器就声明传输该数据帧失败。

CSMA / CA MAC层

当前级MAC交换机设置为CSMA / CA时，数据链路层的MAC子系统基本上作为以下equendflow图表操作：

CSMA/CA图与ALOHA图有一些相似之处，但也有一些不同之处:

收发器感知无线媒体。
在帧间间隔（IFS）持续时间之前不发送数据帧，因为无线介质被感测到空闲。
退避计数器仅在检测到介质空闲时递减。

物理层

发送器:发射机对MPDU位执行QPSK调制。比特率为20mhz，符号率为10mhz。QPSK符号随后用“Tx/Rx Switch”子系统的上升余弦滤波器进行滤波。

渠道:滤波后的PHY波形通过网络信道，网络信道会产生多径衰落和高斯白噪声。网络信道允许每个节点接收由多个其他节点发送的叠加信号。多径衰落是使用网络频道系统块。使用AWGN通道块的多通道功能添加白噪声。

接收者：只有当信号的幅值超过某个阈值时，收发器才会对信号波形进行处理(参见信号检测子系统)。随后，采用决策反馈均衡器(DFE)对接收波形进行均衡;该器件减少了多径衰落引起的码间干扰(ISI)，纠正了小的码元定时偏移和载波偏移，其快速收敛适用于分组网络。接下来，对均衡的QPSK符号进行解调。相应的位被传递给CRC检测器，以识别帧开始、PHY有效载荷长度和帧类型(数据或确认)。

仿真结果

模型仿真显示了每个收发器的一个作用域。每个范围描述每个收发器的传输信号(上轴)和后退计数器(下轴)。

同时，顶级模型描绘了三个显示块中的每个节点吞吐量。通过测量成功确认的数据包的数量来计算吞吐量。

进一步探索

可以在ALOHA和CSMA / CA（默认）之间切换使用的MAC方案。将MAC方案更改为Aloha，为默认数据包到达速率产生较低的节点吞吐量。这是因为Aloha数据包更频繁地碰撞，因为节点不感知无线载波。
可以通过每个节点的对话掩码自定义数据包到达速率。网络饱和点可以经验和迭代地找到，例如，通过逐渐增加每个节点的相同分组到达率。增加低到达率可以增加节点吞吐量;随着数据包碰撞和节点更频繁地退避，增加高到达率（过去饱和点）实际上对吞吐量的吞吐量有不利影响。
如果每个节点的到达率不成比例，则可以建立不公平场景。例如，一个节点可能非常频繁地捕获介质并保持较低的争用窗口，而其他节点可能会在很长一段时间内后退，并且只偶尔访问介质。
您可以在其块掩码下更改节点的随机种子以启用不同的随机接入方案。例如，对于给定的分组到达速率，随机种子确定第一传输发生的时间多久。