摘要：在NS3的学习中，PHY MAC中总有一些常数，需要理解才能修改。如帧间间隔等。那么，本文做个简单分析，帮助大家理解。针对802.11标准中MAC协议。

 

  1. void
  2. WifiMac::Configure80211b (void)
  3. {
  4.   SetSifs (MicroSeconds (10));
  5.   SetSlot (MicroSeconds (20));
  6.   SetEifsNoDifs (MicroSeconds (10 + 304));
  7.   SetPifs (MicroSeconds (10 + 20));
  8.   SetCtsTimeout (MicroSeconds (10 + 304 + 20 + GetDefaultMaxPropagationDelay ().GetMicroSeconds () * 2));
  9.   SetAckTimeout (MicroSeconds (10 + 304 + 20 + GetDefaultMaxPropagationDelay ().GetMicroSeconds () * 2));
  10. }

304是怎么来的呢？？

 

1、PHY

采用DSSS,1Mbps模式下。在802.11-2012中，17.2.2.3节中，有PPDU format规定了帧格式。如下图：

其中，大家比较关心的2个参数就是 PLCP Preamble 和 PLCP Header，分别为144bits和48bits。也就是192us，英文为192 MicroSeconds。

计算时间的相关代码，在NS3中 wifi-phy.cc中，代码如下：

  1. uint32_t
  2. WifiPhy::GetPlcpHeaderDurationMicroSeconds (WifiMode payloadMode, WifiPreamble preamble)
  3. {
  4.   switch (payloadMode.GetModulationClass ())
  5.     {
  6.     case WIFI_MOD_CLASS_OFDM:
  7.       {
  8.         switch (payloadMode.GetBandwidth ())
  9.           {
  10.           case 20000000:
  11.           default:
  12.             // (Section 18.3.3 "PLCP preamble (SYNC))" and Figure 18-4 "OFDM training structure"; IEEE Std 802.11-2012)
  13.             // also (Section 18.3.2.4 "Timing related parameters" Table 18-5 "Timing-related parameters"; IEEE Std 802.11-2012)
  14.             // We return the duration of the SIGNAL field only, since the
  15.             // SERVICE field (which strictly speaking belongs to the PLCP
  16.             // header, see Section 18.3.2 and Figure 18-1) is sent using the
  17.             // payload mode.
  18.             return 4;
  19.           case 10000000:
  20.             // (Section 18.3.2.4 "Timing related parameters" Table 18-5 "Timing-related parameters"; IEEE Std 802.11-2012)
  21.             return 8;
  22.           case 5000000:
  23.             // (Section 18.3.2.4 "Timing related parameters" Table 18-5 "Timing-related parameters"; IEEE Std 802.11-2012)
  24.             return 16;
  25.           }
  26.       }
  27.      //Added by Ghada to support 11n
  28.     case WIFI_MOD_CLASS_HT:
  29.       { //IEEE 802.11n Figure 20.1
  30.          switch (preamble)
  31.             {
  32.              case WIFI_PREAMBLE_HT_MF:
  33.                // L-SIG
  34.                return 4;
  35.              case WIFI_PREAMBLE_HT_GF:
  36.                //L-SIG
  37.                return 0;
  38.              default:
  39.                // L-SIG
  40.                return 4;
  41.             }
  42.       }
  43.     case WIFI_MOD_CLASS_ERP_OFDM:
  44.       return 4;
  45.  
  46.     case WIFI_MOD_CLASS_DSSS:
  47.       if (preamble == WIFI_PREAMBLE_SHORT)
  48.         {
  49.           // (Section 17.2.2.3 "Short PPDU format" and Figure 17-2 "Short PPDU format"; IEEE Std 802.11-2012)
  50.           return 24;
  51.         }
  52.       else // WIFI_PREAMBLE_LONG
  53.         {
  54.           // (Section 17.2.2.2 "Long PPDU format" and Figure 17-1 "Short PPDU format"; IEEE Std 802.11-2012)
  55.           return 48;
  56.         }
  57.  
  58.     default:
  59.       NS_FATAL_ERROR ("unsupported modulation class");
  60.       return 0;
  61.     }
  62. }
  63.  
  64. uint32_t
  65. WifiPhy::GetPlcpPreambleDurationMicroSeconds (WifiMode payloadMode, WifiPreamble preamble)
  66. {
  67.   switch (payloadMode.GetModulationClass ())
  68.     {
  69.     case WIFI_MOD_CLASS_OFDM:
  70.       {
  71.         switch (payloadMode.GetBandwidth ())
  72.           {
  73.           case 20000000:
  74.           default:
  75.             // (Section 18.3.3 "PLCP preamble (SYNC))" Figure 18-4 "OFDM training structure"
  76.             // also Section 18.3.2.3 "Modulation-dependent parameters" Table 18-4 "Modulation-dependent parameters"; IEEE Std 802.11-2012)
  77.             return 16;
  78.           case 10000000:
  79.             // (Section 18.3.3 "PLCP preamble (SYNC))" Figure 18-4 "OFDM training structure"
  80.             // also Section 18.3.2.3 "Modulation-dependent parameters" Table 18-4 "Modulation-dependent parameters"; IEEE Std 802.11-2012)
  81.             return 32;
  82.           case 5000000:
  83.             // (Section 18.3.3 "PLCP preamble (SYNC))" Figure 18-4 "OFDM training structure"
  84.             // also Section 18.3.2.3 "Modulation-dependent parameters" Table 18-4 "Modulation-dependent parameters"; IEEE Std 802.11-2012)
  85.             return 64;
  86.           }
  87.       }
  88.     case WIFI_MOD_CLASS_HT:
  89.       { //IEEE 802.11n Figure 20.1 the training symbols before L_SIG or HT_SIG
  90.            return 16;
  91.       }
  92.     case WIFI_MOD_CLASS_ERP_OFDM:
  93.       return 16;
  94.  
  95.     case WIFI_MOD_CLASS_DSSS:
  96.       if (preamble == WIFI_PREAMBLE_SHORT)
  97.         {
  98.           // (Section 17.2.2.3 "Short PPDU format)" Figure 17-2 "Short PPDU format"; IEEE Std 802.11-2012)
  99.           return 72;
  100.         }
  101.       else // WIFI_PREAMBLE_LONG
  102.         {
  103.           // (Section 17.2.2.2 "Long PPDU format)" Figure 17-1 "Long PPDU format"; IEEE Std 802.11-2012)
  104.           return 144;
  105.         }
  106.     default:
  107.       NS_FATAL_ERROR ("unsupported modulation class");
  108.       return 0;
  109.     }
  110. }
  111.  
  112. double
  113. WifiPhy::GetPayloadDurationMicroSeconds (uint32_t size, WifiTxVector txvector)
  114. {
  115.   WifiMode payloadMode=txvector.GetMode();
  116.  
  117.   NS_LOG_FUNCTION (size << payloadMode);
  118.  
  119.   switch (payloadMode.GetModulationClass ())
  120.     {
  121.     case WIFI_MOD_CLASS_OFDM:
  122.     case WIFI_MOD_CLASS_ERP_OFDM:
  123.       {
  124.         // (Section 18.3.2.4 "Timing related parameters" Table 18-5 "Timing-related parameters"; IEEE Std 802.11-2012
  125.         // corresponds to T_{SYM} in the table)
  126.         uint32_t symbolDurationUs;
  127.  
  128.         switch (payloadMode.GetBandwidth ())
  129.           {
  130.           case 20000000:
  131.           default:
  132.             symbolDurationUs = 4;
  133.             break;
  134.           case 10000000:
  135.             symbolDurationUs = 8;
  136.             break;
  137.           case 5000000:
  138.             symbolDurationUs = 16;
  139.             break;
  140.           }
  141.  
  142.         // (Section 18.3.2.3 "Modulation-dependent parameters" Table 18-4 "Modulation-dependent parameters"; IEEE Std 802.11-2012)
  143.         // corresponds to N_{DBPS} in the table
  144.         double numDataBitsPerSymbol = payloadMode.GetDataRate () * symbolDurationUs / 1e6;
  145.  
  146.         // (Section 18.3.5.4 "Pad bits (PAD)" Equation 18-11; IEEE Std 802.11-2012)
  147.         uint32_t numSymbols = lrint (ceil ((16 + size * 8.0 + 6.0) / numDataBitsPerSymbol));
  148.  
  149.         // Add signal extension for ERP PHY
  150.         if (payloadMode.GetModulationClass () == WIFI_MOD_CLASS_ERP_OFDM)
  151.           {
  152.             return numSymbols * symbolDurationUs + 6;
  153.           }
  154.         else
  155.           {
  156.             return numSymbols * symbolDurationUs;
  157.           }
  158.       }
  159.     case WIFI_MOD_CLASS_HT:
  160.       {
  161.          double symbolDurationUs;
  162.          double m_Stbc;
  163.         //if short GI data rate is used then symbol duration is 3.6us else symbol duration is 4us
  164.         //In the future has to create a stationmanager that only uses these data rates if sender and reciever support GI
  165.          if (payloadMode.GetUniqueName() == "OfdmRate135MbpsBW40MHzShGi" || payloadMode.GetUniqueName() == "OfdmRate65MbpsBW20MHzShGi" )
  166.            {
  167.              symbolDurationUs=3.6;
  168.            }
  169.          else
  170.            {
  171.              switch (payloadMode.GetDataRate ()/ (txvector.GetNss()))
  172.                { //shortGi
  173.                   case 7200000:
  174.                   case 14400000:
  175.                   case 21700000:
  176.                   case 28900000:
  177.                   case 43300000:
  178.                   case 57800000:
  179.                   case 72200000:
  180.                   case 15000000:
  181.                   case 30000000:
  182.                   case 45000000:
  183.                   case 60000000:
  184.                   case 90000000:
  185.                   case 120000000:
  186.                   case 150000000:
  187.                     symbolDurationUs=3.6;
  188.                     break;
  189.                  default:
  190.                     symbolDurationUs=4;
  191.               }
  192.            }
  193.          if  (txvector.IsStbc())
  194.             m_Stbc=2;
  195.          else
  196.            m_Stbc=1;
  197.          double numDataBitsPerSymbol = payloadMode.GetDataRate () *txvector.GetNss()  * symbolDurationUs / 1e6;
  198.          //check tables 20-35 and 20-36 in the standard to get cases when nes =2
  199.          double Nes=1;
  200.         // IEEE Std 802.11n, section 20.3.11, equation (20-32)
  201.         uint32_t numSymbols = lrint (m_Stbc*ceil ((16 + size * 8.0 + 6.0*Nes) / (m_Stbc* numDataBitsPerSymbol)));
  202.  
  203.         return numSymbols * symbolDurationUs;
  204.  
  205.       }
  206.     case WIFI_MOD_CLASS_DSSS:
  207.       // (Section 17.2.3.6 "Long PLCP LENGTH field"; IEEE Std 802.11-2012)
  208.       NS_LOG_LOGIC (" size=" << size
  209.                              << " mode=" << payloadMode
  210.                              << " rate=" << payloadMode.GetDataRate () );
  211.       return lrint (ceil ((size * 8.0) / (payloadMode.GetDataRate () / 1.0e6)));
  212.  
  213.     default:
  214.       NS_FATAL_ERROR ("unsupported modulation class");
  215.       return 0;
  216.     }
  217. }
  218.  
  219. Time
  220. WifiPhy::CalculateTxDuration (uint32_t size, WifiTxVector txvector, WifiPreamble preamble)
  221. {
  222.   WifiMode payloadMode=txvector.GetMode();
  223.   double duration = GetPlcpPreambleDurationMicroSeconds (payloadMode, preamble)
  224.     + GetPlcpHeaderDurationMicroSeconds (payloadMode, preamble)
  225.     + GetPlcpHtSigHeaderDurationMicroSeconds (payloadMode, preamble)
  226.     + GetPlcpHtTrainingSymbolDurationMicroSeconds (payloadMode, preamble,txvector)
  227.     + GetPayloadDurationMicroSeconds (size, txvector);
  228.   return MicroSeconds (duration);
  229. }

在函数CalculateTxDuration中，duration的计算方法。

那么，假如你开启4次握手机制，那么rts的duration如何计算呢？

也就是当你生成pacp文件，用wiresharp打开时，看到rts帧中，那个duration是怎么得到的呢？

如下图中17342 是怎么得到的呢？

你需要知道应用层的包是如何封装的，这涉及到计算机网络的知识。这里以上面的包大小举例说明,packet =2000bytes.

上图中可以看到：data—>udp（8）—>ip（20）—>llc（8）—>mac （28）包封装过程

ip和udp封装包头大小，一般计算机网络书中有介绍。llc 这个没搞懂为啥是8个。mac数据帧可以看下图：

一共40字节，但是地址4，qos，ht不用。ns3中使用的是non qos mac。

好了，我们开始计算，但是还需要看一个代码在mac-low.cc：

  1. void
  2. MacLow::SendRtsForPacket (void)
  3. {
  4.   NS_LOG_FUNCTION (this);
  5.   /* send an RTS for this packet. */
  6.   WifiMacHeader rts;
  7.   rts.SetType (WIFI_MAC_CTL_RTS);
  8.   rts.SetDsNotFrom ();
  9.   rts.SetDsNotTo ();
  10.   rts.SetNoRetry ();
  11.   rts.SetNoMoreFragments ();
  12.   rts.SetAddr1 (m_currentHdr.GetAddr1 ());
  13.   rts.SetAddr2 (m_self);
  14.   WifiTxVector rtsTxVector = GetRtsTxVector (m_currentPacket, &m_currentHdr);
  15.   Time duration = Seconds (0);
  16.  
  17.   WifiPreamble preamble;
  18.   //standard says RTS packets can have GF format sec 9.6.0e.1 page 110 bullet b 2
  19.   if ( m_phy->GetGreenfield()&& m_stationManager->GetGreenfieldSupported (m_currentHdr.GetAddr1 ()))
  20.     preamble= WIFI_PREAMBLE_HT_GF;
  21.   else if (rtsTxVector.GetMode().GetModulationClass () == WIFI_MOD_CLASS_HT)
  22.     preamble= WIFI_PREAMBLE_HT_MF;
  23.   else
  24.     preamble=WIFI_PREAMBLE_LONG;
  25.  
  26.   if (m_txParams.HasDurationId ())
  27.     {
  28.       duration += m_txParams.GetDurationId ();
  29.     }
  30.   else
  31.     {
  32.       WifiTxVector dataTxVector = GetDataTxVector (m_currentPacket, &m_currentHdr);
  33.       duration += GetSifs ();
  34.       duration += GetCtsDuration (m_currentHdr.GetAddr1 (), rtsTxVector);
  35.       duration += GetSifs ();
  36.       duration += m_phy->CalculateTxDuration (GetSize (m_currentPacket, &m_currentHdr),
  37.                                               dataTxVector, preamble);
  38.       duration += GetSifs ();
  39.       duration += GetAckDuration (m_currentHdr.GetAddr1 (), dataTxVector);
  40.     }
  41.   rts.SetDuration (duration);
  42.  
  43.   Time txDuration = m_phy->CalculateTxDuration (GetRtsSize (), rtsTxVector, preamble);
  44.   Time timerDelay = txDuration + GetCtsTimeout ();
  45.  
  46.   NS_ASSERT (m_ctsTimeoutEvent.IsExpired ());
  47.   NotifyCtsTimeoutStartNow (timerDelay);
  48.   m_ctsTimeoutEvent = Simulator::Schedule (timerDelay, &MacLow::CtsTimeout, this);
  49.  
  50.   Ptr<Packet> packet = Create<Packet> ();
  51.   packet->AddHeader (rts);
  52.   WifiMacTrailer fcs;
  53.   packet->AddTrailer (fcs);
  54.  
  55.   ForwardDown (packet, &rts, rtsTxVector,preamble);
  56. }

 

公式就是上面这个代码中提取出来的。sifs查这个802.11-2012中上图

duration += GetSifs ();  10

duration += GetCtsDuration (m_currentHdr.GetAddr1 (), rtsTxVector);  cts:14*8+192=304

duration += GetSifs (); 10

duration += m_phy->CalculateTxDuration (GetSize (m_currentPacket, &m_currentHdr), dataTxVector, preamble); 2064*8+192=16704

duration += GetSifs ();10

duration += GetAckDuration (m_currentHdr.GetAddr1 (), dataTxVector); ack:14*8+192=304

duration = 10+304+10+16704+10+304=17342

结果符合wiresharp中那个duration。

 

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