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目次

本ページの趣旨

本ページは、QualNetやシミュレータ一般に関する知識をまとめたものです。
内容については、なるべく正確を期すようにしてはいますが、あくまでご参考までにご覧下さい。
QualNetに触れる際、一番初めの手がかりになれば幸いです。



はじめに

まず始めに、QualNetで採用されている離散シミュレーションとは何か、また無線通信のシミュレーションとはどんなものか、について概要を説明します。

離散シミュレーションとは?

文章で表現すると、以下のようなものです。

  1. ある事柄(イベント)がある時間(t0)に発生
  2. その結果を受けて、別の事象あるいは同じ事象が、ある時間後(t1=t0+Δt0)に発生
  3. 更にその結果を受けて、別の事象あるいは同じ事象がある時間後(t2=t1+Δt1)に発生
  4. いろんな事柄、イベントが時間差を持って延々と続く:「因果応報の世界」をコンピータで計算するのがシミュレーション

これを絵で表現すると・・・
(下のスライドはスライド内をクリックすることで進みます)

無線通信ネットワークのシミュレーション

無線通信をシミュレートする場合、無線=電波を用いるため、その特性をモデル化する必要が生じます。

無線のシミュレーションでは、電波が届く・届かないという現象が重要となります。
この「電波が届かない」原因には、主に以下の二つが考えられます。

  1. 電波は伝搬距離や遮蔽物によって減衰する → 伝搬ロス(パスロス、シャドウィング)
  2. 他の(時には自身の)電波と出会う事で、波形が崩れる or 打ち消される → 干渉、マルチパスフェージング

このような、物理現象をモデル化する必要性がある、という点に、有線ネットワークとの決定的な違いがあります。
電波干渉のような複雑な物理現象を、ある程度簡略化、モデル化してシミュレーションする際のアプローチとして、一般的に、確率・統計モデルを用いる、というものがあります。
例えば、ビットエラーをBit Error Rate Table(BERテーブル)から確率的に判定する、フェージングによる電力変動を統計的に算出する、などです。

QualNetでも上記のようなモデル化を行っており、その事によって高速な無線ネットワークシミュレーションを実現している、とも言えます。

シミュレーションの流れ

QualNetを利用した、実際のシミュレーションの流れを、パケットの送受信処理に着目して解説します。

パケットの流れ

SourceノードのApplication層で作成されてからDestinationノードのApplication層で受け取るまでの、パケットの基本的な流れは、以下の図のようになっています。

Application Layer CBR(Constant Bit Rate Application)
Transport Layer UDP
IP Layer IPv4
Mac Layer 802.11(MAC_DOT11)
Physical Layer 802.11a/b
Propagation Layer default

なお、プロトコルが異なれば別の関数が使用されます。

packet.png SIZE:1159x789(59.7KB)

アーキテクチャ概要

ここでは、QualNetのシミュレータとしての構造(アーキテクチャ)に焦点を当てて解説します。

メッセージ処理:パケットとタイマー

QualNetではパケットとタイマーをメッセージ(イベント)として同じように管理しております。下記の図はパケットとタイマーをスケジュールしている例です。
メッセージに関してはコチラをご覧ください。

packet_and_timer.png SIZE:1280x1024(92.6KB)

データ構造

ここでは、QualNetで重要な構造体であるノード構造体とメッセージ構造体について説明します。

イベントディスパッチ処理

各イベント(イベントメッセージ)は、設定されたタイマー時刻になると、そのイベントの起こるノードの関数NODE_ProcessEvent()関数で呼ばれ、
その後、メッセージ構造体内の複数のメンバ変数に設定された内容を参照しながら、原則として以下の順で分岐、処理を進めます。

1.レイヤによる分岐 ( msg->layerType )
ex.)node.cpp : NODE_ProcessEvent
PHY_LAYERのイベントであればPHY_ProcessEvent()、NETWORK_LAYERのイベントであればNETWORK_ProcessEvent()が、それぞれ呼ばれます。

2.プロトコルによる分岐( msg->protocolType)
ex.)network.cpp : NETWORK_ProcessEvent()
さらに必要であれば、instanceId(protocolTypeだけではどのオブジェクトのイベントか判断出来ない場合)による分岐も起こります。

3.イベント種別による分岐( msg->eventType)
ex.)aodv.cpp : AodvHandleProtocolEvent()
ex.)phy.cpp : MSG_PHY_TransmissionEnd

EventDispatch.png SIZE:508x381(11.0KB)


添付ファイル: filepacket_and_timer.png 226件 [詳細] fileEventDispatch.png 579件 [詳細] filediscrete_simlation.swf 888件 [詳細] filepacket.png 1163件 [詳細]

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