NS2的传播模型

 

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1ns2中的传输模型。

1>propagationmodel的意义

“propagationmodel”，在课上学了无数次，考了无数次，直到我需要用它的今天，终于明白

它存在的意义了。就像以前说的，天线的作用是发出电磁信号和接收空气中的电磁信号。根

据收到的信号力来确定它收到了什么东西。那么这个信号力是多大呢？人类根据电磁波在不

同的环境中的传输情况，概括出3个传输模型，用以预测收到的信号力的大小（之所以是预

测，是因为可能有衰减之类，如果有衰减，那么真实的值应该是围绕在这个预测值周围的一

个值。比如真实值＝预测值＋/-误差）

2>ns中实现的传输模型

ns中有3个传输模型：Freespace

Shadowing

3>这3个传输模型的用途

Free space model: is used to simulate path loss of wirelesscommunication when

line-of-sightpathexistsbetweentransmitterandreceiver.

这个看起来很简单的概念有一个地方要特别注意，就是这个词“exist”。它说存在，并没有说

唯一。可能有其他非line-of-sight的path存在，也可能有不止一条的line-of-sightpath存在。

isconsidered.

这个模型是freespacemodel的修正版，除了考虑直接的路径以外，还考虑了地面反射。

Shadowingmodel:simulateshadoweffectofobstructionsbetweenthetransmitterandreceiver.

(没找到shadoweffect。google根本没有）不过，知道这个shadowingmodel用于模拟

in-doorenvironment的无线channel就行。

4>一个扩展模型——Riceanmodel

除了ns2原有的3个模型以外，外界又有人对其增加了扩展。一个扩展模型Riceanmodel

用于模拟移动终端运动的effect.

5>ns2中的3个threshold

CSThresh_:determinewhetheroneframeisdetectedbythereceiver.

如果signalstrength<CSThresh_的话，那么在ns2的PHY就会直接丢掉，

MAClayer（ns2里的）连看都看不到。

RxThresh_:如果signalstrength 比这个值大的话，receiver就可以正确的接受他。否则，

这个frame会被tagged为corrupted，MAC层会丢掉它。

CPThresh_:Whenmultipleframes are received simultaneously by one mobilenode, it

calculatestheradioofthestrongestframe'ssignalstrengthtothesignal

strengthsumofotherframes. (很好的英语表达法）如果这个比值大于CPThresh_,

这个frame会正确接受其他的frame会被忽略。否则所有的frame都会被丢掉，认为是collided.

这里要注意的有2点：1，要用最强的信号力和剩余其他所有信号力的和相比

2，不是相减，而是相除。

6>NS2用threshold来决定一个包是否正确接受，ns2没有考虑BER。那么什么是BER？

wiki对errorrate的解释：“

In , anerrorratiois the ofthe numberof, , , orblocksincorrectly receivedto the

total number of bits, elements, characters, or blocks sentduringa specified

interval.”

这里有3点要注意：1错误的部分是所收到的错误部分

2正确的部分是发送的正确的部分

3这个比值是在一个具体的时间内的。

那么biterrorratio是什么？

“thenumberoferroneousbitsreceiveddividedbythetotalnumberofbitstransmitted”

注意2点：1，比较的单位在这里是“bit”

2，还是bit的来源问题，收到的错误的bit数除以发送的bit数（而不是除以收到

的所有bit数）

7这篇文章中奇怪的一个地方

这篇文章中有一个地方没有说的很清楚，很奇怪。在“Butthere aresomeerrorsin this

simulationscript.”的后面他说：firstly,25meteristhereceivingrangeinclosedenviroment.

这个25米出现的特别的奇怪，前面的脚本和文章中都没有提到任何有关的内容。所以我怀

疑25 是根据它脚本中各个值算出来的一个transmission range。所以我进入

ns/indep/propagation/用threshold加上它脚本里的各个参数，随后让distanceoption为25m

计算了下。奇怪的是，得到的结果（RxThreshold值）并不是它脚本里给的值(5.82587e-09)，

而是偏小（4.71896e-09）。然后我不断的缩小distance,再看计算出的结果和脚本里给的

RXThresh_相比较。直到distance为22.5米的时候，得到的RXThresh_和文中的值一摸一样。

我怀疑要么是它写错了，将22.5写成了25,要么就是因为我和作者的ns2的版本不一样，以

至于计算RXThresh_的公式不太一样。前者的可能性好像比较大。

（^_^，都没有错，在本天才孜孜不倦的研究下发现了它的目的。因为这个脚本给出的所有

的数据都是真实的Orinoco11bCard的实际数据。这个25m是这个网卡在closed环境

中的最大的传输距离。所以在closed环境里的的传输距离只能小于等于25m。这个脚本

实际上是用了22.5m作为传输距离计算出一个RXThresh_值。因为22.5<最大传输距离

25m，所以这个脚本只能用在closed环境中。但是如果是closedenvironment，就不该

用tworaygroundmodel。所以作者才说这个脚本有问题。简单的说，这个脚本前后矛盾，

它用open环境的里的propationmodel来计算closed环境里的transmission 接受

power.如果有人问，你怎么知道这个环境是closed的呢？那么作者说，因为这个网卡在

closed环境里的传输距离最大是25米。现在这个脚本里用的传输距离比25米还小，显然

这个脚本是用于closed的环境里的）

8>接受敏感度（receiversensitivity)在ns中（主要问题是没有考虑BER）

ReceiversensitivityisthereceivedsigalpowerwithwhichBERisapproximately1.0E-5."

这真是神奇的一句话，我死活看不懂。我的英语水平将这句话翻译成：“接受敏感度是有BER

值为1。0E-5的signalpower。”。缩一下就是“接受敏感度是signalpower”。还好中文网站上

说的很清楚：“ 在保证达到所要求的误比特率的条件下，接收所需要的最小输入功率。接收

灵敏度一般用dBm来表示，它是以lmW光功率为基础的绝对功率，或写为

其中，Pmin指在给定误比特率的条件下，接收机能接收的最小平均功率。例如，在给

定的误比特率为10的负9次方时，接收机能接收的最小平均功率为InW （即10的负9次方W），

接收机灵敏度为-60dBm。

所以，真正的接受灵敏度是在BER一定的情况下，所需要的最小的信号力。如果收到的信

号力大于这个最小的值，那么这个信号就可以被cs到。

可是ns对cs的定义和receiversensitivity有偏差。ns没有考虑BER而是直接设定一个能

量power。这样的方法是不准确的。

如果不考虑BER和SNR，用CSThresh_和RxThresh_来决定senserange 和receive

range那么问题不会很大。否则，可能会有很大的问题。

1计算SNR

1>SNR的定义：signaltonoiseandinterference ratio.

『又是一个关于ratio的英语表示法。所以什么什么之比，可以说成Ais theratioof

BtoC.这通常用于B和C都比较长的情况下。

如果B和C比较的短，那么可以直接说AmeansBtoCRatio.这里的BtoC好像

是一个noungroup用于修饰后面的radio。』

所以SNR是signalstrength除以（noiseandinterference)。要计算SNR，就要

知道signalstrength,noise,interference 这三样。signalstrength很容易，可以根据

propagationmodel公式计算出来。所以，问题集中在如何计算noise和interference.

2>noise的来源有2：1来自于环境

2产生于receiver。

其中由receiver产生的noise也分为2种：1thermalnoise

2platformnoise

thermalnoise之前讲过，热噪声，可以理解为机器发热产生的。如果datarate加

快，显然机器的处理速度会变快，自然也会发热发的多，自然thermalnoise会变大。

所以thermalnoise除了和机器本身有关以外，还和datarate有关系。

不同的产品有不同的receiversensitivity因为他们的platformnoise是不同的。即

使同一个产品的receiversensitivity也不是固定的，因为不同的datarate造成不同的

thermalnoise。因此不同的datarate有不同的receiversensitivity。(概括起来一句话：

不同的产品有不同的receiver sensitivity,同一产品在不同的datarate时的receiver

sensitivity也不相同）

3>BER和SNR之间的关系

作者给的那幅图死活看不懂，也找不到platformnoise的定义。不过据我的猜测，所谓

的platformnoise可能是一个noise的基本值。那幅图下面有句话说明了BER和SNR

之间的关系：

Receiversensitivity is the received signal power withwhichBERis less than

10e-5.Toachievethis BER,SNRshouldbeapproximately10.

就是说，要保BER小于这个10e－5，Signal/noiseratio要大致是10。信号强度10倍

于噪声才可以保证错误率在一个比较低的，可接受的值。所以SNR越高，BER越低，

反比的关系。

4>什么是noisefloor?(天啊，我把《信号与系统》自学了一遍！）

The noise level below which signals cannot be detected under the same

measurementconditions.

Acommonwaytolower thenoisefloorin electronicssystemsis tocoolthesystemto

reduce thermal noise,whichis usuallythe majornoisesource. In special

circumstances,thenoisefloorcanalsobeartificiallylowered with techniques.

5>考虑了noise之后的CSThresh_和RxThresh_的计算

CSThresh_应该和noisefloor相同。（在PHY中计算）因为802.11b用BPSK传输

一个frame的preamble，因此CSTresh_的计算应该计算BPSK的receiversensitivity。

RxThresh_应该小于receiversensitivity大于CSThresh_.从范围和传输模型计算。

SNR在MAC层计算。(因为MAC层知道是否干扰）

6>当SNR和modulationmethod知道以后，BER可以理论上推出来（derived

theoretically，怀疑是用公式）也可以从curve上看出来（curve是测量特别的产品的

产物）。

7>让我崩溃的一段话！天啊，理论把实际简化了多少！！！！

Because Preamble, PLCP header, data of one 802.11b frame maybe

transmitted with different modulationscheme and different modulation

schemeshavedifferentreceiver noisefloor, weshouldcalculatedtheir SNR,

BERseparately.Afterthat, wecancalculateFERofthat frame anddetermine

whethertheframeisreceivedcorrectly.OnemoduleErrorModel80211isadded

intoNS2tocalculateSNRandFER.

8>加入BERSNR之后的ns2如何处理接受的过程。

NS2willusethresholdandBERtodeterminewhetheroneframeis receivedcorrectly.

CSThresh_,RxThresh_,andCPThresh_arestillhere.RxThresh_maybecalculated

withlarge rangein orderto let framessufferhighBER.

receiveprocedure

PHYmodule:

如果信号力小于CSThresh_,这个frame会直接丢掉

如果信号力小于RxThresh_,frame标记为corrupted,送给MAC

如果信号力>RxThresh_,直接将这个frame送给MAC

MACmodule：

如果在接受一个frame的时候有其他的frame来到，则将其他frames的signal加为

noise.

计算SNR和BER

根据frame的长度计算FER

用随机数来判断是否这个frame被corrupt,如果是的话，将其标记为corrupted.然后丢

掉。

9>最后我终于明白N多网页里出现的4个noise是什么意思

ErrorModel80211noise1_-104//ReceivernoisefloorsforBPSK

ErrorModel80211noise2_-101//...forQPSK

ErrorModel80211noise55_-97//...forCCK5.5

ErrorModel80211noise11_-92//...forCCK11