[發明專利]一種Wi-Fi分布式協調功能DCF的協議棧仿真方法

有效

• 申請號: 202310088803.6
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN115835268B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 田野;劉興立;金永光;李學波;林秋實;王斌
• 申請（專利權）人: 南京朗立微集成電路有限公司
• 主分類號: H04W24/06
• 分類號: H04W24/06;G06F9/54
• 代理公司: 南京聚匠知識產權代理有限公司 32339
• 代理人: 耿英

本發明公開了一種Wi?Fi分布式協調功能DCF的協議棧仿真方法，分布式協調功能DCF是一種Wi?Fi信道隨機接入的方法，基于共享內存和信號量，通過軟件鎖模擬信道競爭；利用Linux平臺的進程間共享內存作為無線信道的數據承載，將信道上的傳輸數據過程轉化成對于共享內存的寫入操作，在信道上的數據接收過程轉化成對共享內存的讀取操作，進而模擬網元之間的DCF信道搶占及數據傳輸過程，實現了DCF的基本模式和請求發送/允許發送模式的仿真。本方法將軟件運行環境與芯片硬件解耦，減少硬件仿真平臺采購數量，節約了芯片研發成本；軟件的調試、優化工作大幅提前進行，最終實現縮短芯片產品研發周期的目的。

技術領域

本發明涉及一種Wi-Fi分布式協調功能DCF的仿真方法，尤其涉及使用軟件方式模擬Wi-Fi無線協議棧與無線隨機接入機制的結合，屬于通信技術領域。

背景技術

當前Wi-Fi分布式協調功能DCF的模擬仿真，通常包含兩種方式。一種是單純模擬軟件協議棧，其必須需要結合硬件才可以工作，另外一種只能夠模擬仿真DCF的隨機接入機制，比如開源軟件NS3等，其無法和協議棧做綜合模擬。NS3是一種離散事件隨機模擬器，可以用于模擬網絡中各種各樣場景下的隨機事件，比如信道的隨機接入，多用戶的隨機漫游等，可以仿真Wi-Fi，Wi-Max，LTE等網絡協議，已經被大量的研究和教學場景所采用。

NS3的仿真目標是評估網絡性能，而不是綜合無線協議棧，仿真驗證程序的可行性。在NS3仿真中，所有的網元是運行在一個虛擬的網絡環境中。用戶在使用NS3仿真網絡協議時，根據NS3的事件模板定義Wi-Fi網絡中各種各樣的基本事件，比如DIFS事件，隨機倒數事件，發送事件，ACK事件等，并通過狀態機來定義這些事件的轉移關系。其后，在設置初始的隨機數的種子后，通過隨機事件引擎來運行這些事件，并進行統計，將仿真的運行過程進行記錄。在仿真結束后，用戶可以對仿真過程的記錄文件進行數據分析，進而獲得相應仿真協議運行的性能，從而輔助我們對無線協議性能進行評估。

然而，NS3的仿真只能運行在虛擬的網絡環境中，即無法和真實的網絡環境互通運行，更無法和軟件協議棧進行對接。本發明提供了一種新型的基于共享內容和軟件鎖的仿真機制，其底層就是直接搭載在Wi-Fi分布式協調功能DCF的協議棧上，并利用協議棧能夠開發的功能，來構造一種新型的無線網絡仿真方式，因此可以直接對接真實的無線網絡環境，大大擴展無線仿真的真實性和使用場景。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種在沒有Wi-Fi硬件參與的情況下，單純使用軟件方式模擬Wi-Fi無線信道的搶占、定時和傳輸的方法。這種方法可以為Wi-Fi的協議層、應用層軟件開發提供一個無硬件參與的、便于調試和跟蹤的、便于快速構建軟件原型的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

基于共享內存和信號量仿真Wi-Fi無線信道競爭的方法，通過軟件鎖模擬信道競爭，基于Linux平臺的進程間共享內存作為無線信道的數據承載，將信道上的傳輸數據過程轉化成對于共享內存的寫入操作，在信道上的數據接收過程轉化成對共享內存的讀取操作，模擬網元之間的DCF信道搶占及數據傳輸過程，實現DCF的基本模式和請求發送/允許發送模式的仿真。

進一步地，采用有限狀態機根據時間軸上發生的隨機事件觸發各節點的狀態遷移，實現對Wi-Fi無線信道DCF隨機競爭機制的仿真。

進一步地，仿真時，將參與Wi-Fi無線信道競爭的網元抽象為一個節點，將每個節點隨時間的推移以及發生的隨機事件所產生的變化抽象為IDLE、Backoff、SEND、RECEIVE四種狀態之間的遷移。

進一步地，四種狀態之間的遷移對應包括以下七種網元狀態遷移：

11）網元狀態遷移1，對應狀態IDLE向Backoff遷移：信道鎖空閑，讀寫鎖空閑，啟動隨機退避，有待發送數據，表示信道空間狀態下網元有數據需要發送；