基于WLAN技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設計方案

李明海　王天豪　薛棟澤

摘要：本文首先對WLAN的技術(shù)背景及其特點進行介紹?；赪LAN技術(shù)，構(gòu)架家庭網(wǎng)絡設計方案。最后利用OPNET仿真軟件對家庭網(wǎng)絡室內(nèi)組網(wǎng)進行組網(wǎng)搭建，并進行網(wǎng)絡仿真，分析組網(wǎng)的性能參數(shù)，包括吞吐量，延遲等，進而分析出會影響無線局域網(wǎng)絡性能的主要相關因素，提高WLAN技術(shù)在實際網(wǎng)絡應用中的性能。

關鍵詞：家庭網(wǎng)絡；WLAN技術(shù)；OPNE

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）30-0196-02

1 WLAN概述

近幾年，移動通信技術(shù)從2G到4G，使移動設備也能享受到有線寬帶的網(wǎng)速，但在移動用戶較密集的區(qū)域網(wǎng)速總是十分慢。其次，在建筑內(nèi)，網(wǎng)絡信號因為穿透性的阻礙，信號強度也不夠高。對于室內(nèi)和人口密集的局部區(qū)域，我們的期望不再是網(wǎng)絡的移動性，而是更偏向于網(wǎng)絡的速度和穩(wěn)定性。WLAN技術(shù)利用射頻的技術(shù)，使用電磁波，取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡，在空中進行通信連接，使得無線局域網(wǎng)絡能利用簡單的存取架構(gòu)讓用戶透過。

2 家庭網(wǎng)絡設計方案及仿真

2.1 仿真軟件OPNET簡介

OPNET就是一個網(wǎng)絡仿真技術(shù)軟件包，它能夠準確的分析復雜網(wǎng)絡的性能和行為，在網(wǎng)絡模型中的任意位置都可以插入標準的或用戶指定的探頭，以采集數(shù)據(jù)和進行統(tǒng)計。通過探頭得到的仿真輸出可以以圖形化顯示、數(shù)字方式觀察、或者輸出到第三方的軟件包去。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有ItDecisionGuru、Modeler、Modeler/Radio三個模塊組成，能為用戶提供一系列的仿真模型庫，在電信、軍事、航天航空、系統(tǒng)集成、咨詢服務、大學、行政機關等方面被廣泛應用。

2.2家庭網(wǎng)絡設計方案

基于WLAN室內(nèi)組網(wǎng)設計的應用場景，仿真對象為100*100m的住宅環(huán)境，針對家庭網(wǎng)絡進行組網(wǎng)設計。首先，對網(wǎng)絡設備進行設置，以太網(wǎng)入戶，一臺以太路由器進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，并且以太路由器可以將有線信號轉(zhuǎn)換為Wi-Fi信號，提供給家庭移動互聯(lián)設備使用。其次，若家庭面積較大或因建筑結(jié)構(gòu)問題，有的區(qū)域內(nèi)無法完全被Wi-Fi信號覆蓋，則需要進行擴展，這里我們選用10Base-T，即傳輸速度10Mbps的非屏蔽雙絞線進行有線連接，選用3com公司的小型交換機作為以太路由的擴展，實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡的全覆蓋。

本次家庭網(wǎng)絡設計的過程是先了解家庭網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，其次進行初步設計。初步設計使用VISIO進行模擬，繪制網(wǎng)絡拓撲圖，給出家庭網(wǎng)絡的初步設計思想，即網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)組成。然后通過OPNET進行對應的網(wǎng)絡模型搭建，搭建完后選取需要收集的結(jié)果統(tǒng)計量，最后進行網(wǎng)絡性能分析。

2.3家庭網(wǎng)絡建模

2.4 OPNET網(wǎng)絡仿真配置及相關數(shù)據(jù)量的采集

完成建模后，對網(wǎng)絡進行參數(shù)配置，這里對每個無線節(jié)點及路由器選擇802.11g協(xié)議，傳輸速率設置為54 Mbps，仿真時間設置為300s，這些在仿真過程中為不變量。為了對比網(wǎng)絡性能，可變參數(shù)為節(jié)點數(shù)量及門限值。門限值對比我們選擇系統(tǒng)默認的none和門限值256進行對比。

3 仿真的網(wǎng)絡性能及結(jié)果分析

3.1減少移動節(jié)點后的網(wǎng)絡的性能變化

移動無線節(jié)點的數(shù)量變化，會影響家庭網(wǎng)絡的性能。因此，減少節(jié)點數(shù)目后，再次研究網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)丟失率，延遲，負載，吞吐量就可以知道節(jié)點數(shù)目對網(wǎng)絡性能的影響。由于節(jié)點數(shù)量的減少，吞吐量峰值從21000bit/sec下降到13000bit/sec，其次，網(wǎng)絡的負載峰值從34000bits/sec降到18000bits/sec。

3.2改變門限值后網(wǎng)絡性能的變化

門限值也是影響網(wǎng)絡性能的一個重要參數(shù)。拆分門限就是指以字節(jié)的形式給出拆分門限及除了最后一個包以外的數(shù)據(jù)的大小，任何從高層接收的數(shù)據(jù)如果其大小大于此門限值，都要在MAC層進行拆分，在無線接口上分片進行傳輸。門限值為特殊值none表明不對任何數(shù)據(jù)分片，門限值為256表示以256字節(jié)為拆分標準。

由圖可以看出，拆分門限值從0變到256時，網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)丟失率下降，但是因為對于大于256字節(jié)的數(shù)據(jù)要進行分片傳輸，因此信道易造成擁堵，導致平均延遲時間變大。其次，門限值的加入使限制了負載和吞吐量，因此門限值為0的負載峰值能達到35000bits/sec，吞吐量峰值能達到22500bits/sec；但是門限值為256的負載峰值達到22000bits/sec，吞吐量峰值達到17000bits/sec。

4 仿真性能分析及結(jié)論

網(wǎng)絡的整體性能隨著負載的增加，吞吐量也逐漸變大。當負載達到某個值時，網(wǎng)絡的性能達到最優(yōu)，但是隨著網(wǎng)絡負載的繼續(xù)增加，當負載達到一個峰值時，由于負載過大，延遲也會隨著負載的變化逐漸達到最大值，之后隨著負載的穩(wěn)定，延遲也逐漸趨于穩(wěn)定。

減少網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)目，會導致網(wǎng)絡的負載量減小，吞吐量也隨之較小，但是網(wǎng)絡延遲因為負載的降低而減小，因此節(jié)點數(shù)目的減小使網(wǎng)絡在傳輸?shù)募磿r性上性能提高。

增加門限值，由于每次傳輸前要對數(shù)據(jù)進行分片，因此使網(wǎng)絡延遲增加，降低了即時性。但是同時，由于分片處理，網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)丟失率明顯降低，提高了網(wǎng)絡的可靠性和穩(wěn)定性。門限值的加入，使負載和吞吐量也受到影響，兩者都相應地降低 。

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