Môi trường thực hiện mô phỏng là NS-2 (Network Simulator) phiên bản 2.29. NS-2 là một công cụ mã nguồn mở cho phép mô phỏng mạng chuyển mạch gói, hỗ trợ mô phỏng các giao thức như TCP, UDP, các giao thức định tuyến, giao thức lớp MAC trên môi trường mạng vô tuyến và hữu tuyến như wireless LANs, Mobile Ad hoc Networks (MANETs), mạng vệ tinh…
NS-2 là một đơn vị mô phỏng hướng đối tượng. Cấu trúc ngôn ngữ bao gồm hai thành phần: ngôn ngữ hướng đối tượng C++ và OTCL được phân biệt theo 2 mức điều khiển và mức xử lí gói. C++ được sử dụng để xử lí mức gói trong khi OTCL được sử dụng để định nghĩa các thông số cấu hình mô phỏng như topology mạng, kiểu đơn vị lập lịch, thời điểm khởi đầu và kết thúc luồng dữ liệu, kiểu luồng với định danh nút nguồn và đích…
Tuy nhiên, phiên bản NS-2 mới nhất 2.29 chỉ hỗ trợ mô phỏng lớp LL (Link Layer), lớp MAC và lớp vật lý của chuẩn IEEE 802.11, không hỗ trợ mô phỏng các thành phần của chuẩn IEEE 802.16. Do đó, trong đồ án này sử dụng module
WiMAX for NS-2 (gọi tắt là module WiMAX) thực thi chuẩn IEEE 802.16 trong NS-2 (phiên bản 2.29).
Module WiMAX for NS-2 được thiết kế và phát triển bởi các thành viên của Networks and Distributed Systems Laboratory (NDSL) và Computer Science and
Information Engineering thuộc đại học Chang Gung, Đài Loan. Tất cả các phiên bản của module WiMAX được dowload hoàn toàn miễn phí tại địa chỉ http://ndsl.csie.cgu.edu.tw.
Vị trí của module WiMAX trong kiến trúc NS-2 được trình bày bên dưới.
Hình 5.1. Module WiMAX trong kiến trúc NS-2 [13]
Module WiMAX được tích hợp vào kiến trúc sẵn có của một nút wireless trong NS-2.
Trong kiến trúc trên, một nút wireless bao gồm các thành phần: Traffic Generating Agent (address classifier, port classifier, agent protocol, agent routing), lớp LL (Link Layer), lớp MAC, hàng đợi và kênh vật lý. Các classifier chịu trách nhiệm phân phối các gói tương ứng với các agent. Agent protocol biểu diễn cho lớp application và agent routing biểu diễn cho lớp IP. Khi một packet đi từ agent protocol đến agent routing, agent routing sẽ đặt địa chỉ của đích vào gói và chuyển tiếp đến
lớp LL. Lớp LL sử dụng giao thức phân giải địa chỉ ARP (Address Resolution Protocol) để xác định địa chỉ MAC của đích. Lớp LL đặt địa chỉ MAC của đích vào gói và chuyển đến lớp MAC. Lớp MAC sẽ thực hiện các chức năng tương ứng và xác định thời điểm gửi gói trên kênh. Sau đó, chuyển gói đến lớp vật lý. Lớp vật lý chịu trách nhiệm gửi gói trên kênh wireless đến nơi nhận.
Module WiMAX thực hiện mô phỏng lớp con phần chung MAC chuẩn IEEE 802.16 trong NS-2. Cụ thể, các thành phần được thực thi trong module:
• Cơ chế cấp phát băng thông GPC (Grant per Connection).
• UCD, DCD, DL-MAP, UL-MAP, RNG-REQ, RNG-RSP, BW-REQ. • Tạo và truyền MAC PDU (tại BS và SS), phân mảnh và đóng gói.
• Cơ chế lập lịch (trên kênh uplink, downlink) bốn kiểu dịch vụ (UGS, rtPS, nrtPS, BE).
Module thực thi lớp MAC IEEE 802.16 có vai trò tương tự như module IEEE 802.11 và được đặt trong cùng thư mục ~/mac trong NS-2.