Môi trƣờng thực hiện mô phỏng ở đây là NS-2 (Network Simulator) [14] phiên bản 2.35 đƣợc cài đặt trên hệ điều hành Linux. NS-2 là một công cụ mã nguồn mở cho phép mô phỏng mạng chuyển mạch gói, hỗ trợ mô phỏng các giao thức nhƣ TCP, UDP, các giao thức định tuyến, giao thức lớp MAC trên môi trƣờng mạng vô tuyến và hữu tuyến…Tuy nhiên bản thân NS-2 không hỗ trợ mô phỏng các thành phần của chuẩn 802.16, để có thể thực hiện phần mô phỏng WiMAX, luận văn sử dụng module hỗ trợ WiMAX của học viện NIST (National Institute of Standards and Technology) đã đƣợc cấu hình thêm hai bộ lập lịch là PF và WFQ kết hợp Leaky Bucket.
NS-2 hay Network Simulator là một phần mềm mô phỏng sự kiện rời rạc đƣợc sử dụng rộng rãi trong giới nghiên cứu tại các trƣờng đại học do tính chất mở của phần mềm này. Chúng ta làm việc với NS thông qua hai thành phần chính: một bộ mô phỏng hƣớng đối tƣợng đƣợc viết trên C++ và một bộ thông dịch đƣợc viết bằng OTcl (là phần mở rộng hƣớng đối tƣợng của ngôn ngữ Tcl) để chạy các câu lệnh. OTcl có thể sử dụng các đối tƣợng đƣợc compile bằng C++ thông qua một cầu nối OTcl linkage ánh xạ các đối tƣợng của OTcl sang C++. Việc kết hợp tính nhanh và mạnh của C++ và tính đơn giản của OTcl giúp cho NS-2 trở thành công cụ hữu dụng khi nghiên cứu các giao thức định tuyến, multicast, các loại hàng đợi, và đặc biệt đƣợc sử dụng nhiều trong nghiên cứu
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ mạng Ad hoc. Thƣ viện của NS-2 cũng hỗ trợ nhiều giao thức cho cả mạng vô tuyến và hữu tuyến, thƣ viện này đang ngày càng đƣợc mở rộng thêm bởi sự đóng góp của cộng đồng nghiên cứu. Để sử dụng NS-2 ta tiến hành cài đặt công cụ và chạy một kịch bản đƣợc viết bằng ngôn ngữ OTcl, sau khi chạy xong chƣơng trình sẽ xuất ra file vết (trace) lƣu lại các sự kiện xảy ra trong thời gian mô phỏng, ta có thể sử dụng các công cụ khác nhƣ AWK, Xgraph hay Gnuplot để bóc tách số liệu và vẽ đồ thị đánh giá (hình 4.1).
Hình 4.1 Quá trình thực hiện mô phỏng với phần mềm NS-2
Hình 4. 2 Sự kết hợp giữa C++ và OTcl trong NS-2
Module mở rộng cho chuẩn IEEE 802.16/WiMAX đƣợc phát triển đầu tiên bởi học viện công nghệ NIST (National Institude of Standard and Technology)[14]. Phiên bản đầu tiên còn khá nhiều thiếu sót nhƣ chỉ hỗ trợ OFDM cho lớp PHY, chƣa hỗ trợ các bộ lập lịch đảm bảo QoS, chƣa hỗ trợ tính di động … Ở các phiên bản sau (sau khi NIST cộng tác với WiMAX Forum) đã có nhiều hỗ trợ hơn nhƣ đƣa ra lớp PHY WirelessMAN-OFDMA, truyền song công TDD, hỗ trợ QoS, hỗ trợ tính di động cho chuẩn IEEE 802.16e…Module này cũng cho phép ngƣời sử dụng dễ dàng mở rộng thêm các bộ lập lịch khác để
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Bộ lập lịch UL Bộ lập lịch DL DL ARQ/HARQ Bộ cấp phát tài nguyên DL Phân mảnh/ Đóng gói Hàng đợi DL
Hàng đợi yêu cầu băng thông
Phân loại luồng Xử lý khung DL TX PHY
UL ARQ Phân loại gói RX PHY RX HARQ Đến lớp cao hơn Yêu cầu băng thông
nghiên cứu và đánh giá (bộ lập lịch mặc định của nhóm phát triển là Round Robin).
4.1.1 Các thành phần chính của trạm gốc Base Station triển khai bởi công cụ mô phỏng
4.1.1.1 Khối phân loại luồng (Flow Classifier)
Khối này thực hiện các chức năng của lớp con 802.16 MAC CS đó là ánh xạ các đơn vị dịch vụ dữ liệu (SDUs) ở các lớp cao hơn vào các số định danh luồng dịch vụ (SFID) và số định danh kết nối (CID) thích hợp. Khối này cũng thực hiện việc nén tiêu đề nếu có một quy tắc tƣơng ứng đƣợc định nghĩa cho luồng dịch vụ. Tất cả các gói tin đến từ các lớp cao hơn (Lớp ứng dụng) đều đi qua khối này trƣớc khi đƣợc đƣa đến các hàng đợi tƣơng ứng với các số CID.
Hình 4.3 Sơ đồ khối hoạt động của trạm BS triển khai trong công cụ mô phỏng
4.1.1.2 Bộ lập lịch (Scheduler DL ARQ/HARQ)
Bộ lập lịch là một khối phức tạp bởi vì nó cần thu thập nhiều thông tin để lập lịch các gói dữ liệu một cách chính xác và hiệu quả. Bộ lập lịch cần lƣu giữ những thông tin nhƣ:
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/ Thông tin QoS cho mỗi luồng.
Trạng thái hàng đợi DL của mỗi luồng.
UL BW grant (bao gồm các yêu cầu băng thông và cấp phát băng thông đƣợc cập nhật) cho mỗi luồng hoặc cho mỗi kết nối (MS).
Thông tin trạng thái kênh truyền của mỗi MS.
Thành phần của bộ lập lịch bao gồm những khối con sau đây:
1. Khối quản lý hàng đợi DL: Khối này quản lý các hàng đợi của mỗi kết nối bằng cách lƣu giữ các gói trong các hàng đợi khác nhau dựa vào CID của các gói đó. Khối này lƣu trữ các thông tin nhƣ là tổng số gói, tổng kích thƣớc dữ liệu của mỗi hàng đợi, và cung cấp giao diện để đƣa gói vào-ra các hàng đợi cũng nhƣ các truy vấn trạng thái của mỗi hàng đợi.
2. Khối lập lịch UL/DL: Nhiệm vụ của khối này là quyết định đúng thứ tự của mỗi luồng và lập lịch chính xác các gói tin để truyền.
3. Khối cấp phát tài nguyên DL: Nhiệm vụ của khối này là quyết định kích thƣớc và vị trí của mỗi burst dữ liệu trong khung.
4. Khối phân mảnh/đóng gói gói tin: Khe dữ liệu đƣợc cấp phát có thể không vừa với kích thƣớc của gói tin trong các hàng đợi, sự phân mảnh và đóng gói là cần thiết để sử dụng hiệu quả các khe dữ liệu đƣợc cấp phát.
4.1.1.3 Khối UL ARQ
Khối này quản lý các gói tin đƣợc nhận sai thứ tự. Thông tin phản hồi ARQ đƣợc gửi về phía phát thông qua thông tin trạng thái đƣợc truyền giữa khối này và khối DL ARQ/HARQ.
4.1.1.4 Khối xửlý khung DL (DL Frame Assembler)
Khối này kết hợp tất cả các gói tin tạo ra bởi bộ lập lịch để tạo nên một khung truyền và thêm vào một số thông tin nhƣ DL và UL MAP. Sau đó khối này đƣa các khung DL tới khối Tx PHY.
4.1.1.5 Khối phân loại gói (Packet Parser)
Khối này phân loại các gói tin đến dựa trên thông tin loại gói ghi trên header: gói dữ liệu hay gói điều khiển. Một số ví dụ về gói điều khiển là các gói yêu cầu băng thông (BWR – Bandwidth Request), gói CQICH. Các gói dữ liệu đƣợc gửi trực tiếp tới các lớp cao hơn sau khi quá trình ARQ hoàn tất.
Số hóa bởi Trung tâm học liệu http://www.lrc.tnu.edu.vn/
4.1.1.6 Khối Tx/Rx PHY
Khối DL PHY đơn giản chỉ làm nhiệm vụ đẩy các gói tin truyền đi trên kênh vô tuyến. Tùy theo lựa chọn, khối này có thể đính kèm thêm một số thông tin lớp PHY vào gói tin nhƣ là thời gian truyền, công suất và tần số. Khối UL PHY tính toán các thông tin SINR cho tất cả các gói đến và triển khai giao diện cho các bảng lớp PHY, các bảng này cung cấp thông tin Block Error khi đƣợc truy vấn với Block Size và giá trị SINR.