网络测试课程设计 基于opnet的wlan性能测试Word文档格式.docx
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三、任务和要求
注：
1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
参考资料：
教材及实验指导书
基础条件：
计算机、电缆分析仪、网络测试仪
五、进度安排
2012.6.18前：
指导教师拟定课程设计课题
2012.6.19～2012.6.21：
学生选题，指导教师下发任务书，学生搜集相关参考资料
2012.6.22～2012.6.26：
学生按课题小组进行网络测试
2012.6.27～2012.6.29：
学生独立撰写课程设计报告
2012.6.30～2012.7.2：
指导教师批阅课程设计报告，评定学生成绩
六、教研室审批意见
教研室主任（签字）：
年月日
七|、主管教学主任意见
主管主任（签字）：
年月日
八、备注
指导教师（签字）：
学生（签字）：
1前言
。
2需求分析
2.1测试环境
2.2网络拓扑图
2.3测试工具
3网络性能测试
如用ping命令可测试网络的可用性；
4网络协议分析
捕捉网络中的数据，并选取若干典型的网络应用进行协议分析。
5性能瓶颈分析
6课程设计总结
请填上具体内容
参考文献
[1]阎丕涛等.网络分析与测试[M].大连理工大学出版社，2008.9
致谢
邵阳学院课程设计（论文）评阅表
学生姓名学号
系专业班级
题目名称课程名称
一、学生自我总结
学生签名：
年月日
二、指导教师评定
评分项目
资料查阅
编写规范
基本技能
设计能力
科学素养
工作量
综合成绩
权重
10
15
25
30
单项成绩
指导教师评语：
指导教师（签名）：
1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
无线局域网建模与仿真分析
[摘要]随着无线通信的迅速发展，越来越多的移动终端需要采用一种方便快捷的方式接入Internet，于是WLAN应运而生。
讨论了IEEE802.11无线局域网的建模和性能问题。
基于对IEEE802.11协议和目前功能最强大的网络仿真工具OPNET[1]软件的研究，首先分析了无线局域网的各种行为，分别对这些行为单独建模后，通过有线状态机将它们集成而形成IEEE802.11协议支持模块。
给出了模型输入输出接口的详细说明，并对网络的性能进行了分析比较。
[关键词]OPNET；
IEEE802.11；
无线局域网；
网络仿真；
建模。
ModelingandsimulationanalysisofwirelessLAN
（ShaanxiUniversity3,ShaanxiHanzhoung723003）
Instructor:
[Abstract]withtherapiddevelopmentofwirelesscommunication,moreandmoremobileterminalneedstouseaconvenientandefficientwaytoaccessInternet,soWLANemergeasthetimesrequire.DiscussestheIEEE802.11wirelesslocalareanetworkmodelingandperformanceproblems.BasedontheIEEE802.11protocolandiscurrentlythemostpowerfulnetworksimulationtoolOPNET[1]softwareresearch,firstlyanalyzesthewirelesslocalareanetworkinavarietyofacts,eachoftheseactionsaloneaftermodeling,throughthecablestatemachinetheyareintegratedtoformIEEE802.11protocolsupportmodule.Givesamodelofinputandoutputinterfaceisdescribedindetail,andthenetworkperformanceisanalyzed.
[Keywords]OPNET;
IEEE802.11;
wirelessLAN;
networksimulation;
modeling.
绪论
在当今日新月异的信息技术时代，人们对网络通信的需求也随之不断提高。
通信网络结构规模日趋庞大复杂，网络的应用越来越多样化，网络的性能也变得愈加难以预测。
无论是构建新网络，还是升级改造现有网络，或者测试新的协议，都需要对网络传输的性能（如网络延时和吞吐量等），以及可靠性和稳定性进行客观的评估，进而降低网络组建的投资风险，使设计的网络有较高的性能和Qos，或者使测试结果能够真实反映新协议的表现。
单纯地依靠经验来进行网络的规划和设计、网络设备的研发以及网络协议的开发，已经不能适应当前网络的飞速发展。
在这种情况下，网络仿真作为一种新的网络规划和设计方法应运而生，它以其独特的方法为网络的规划设计提供客观、可靠的定量依据，缩短网络建设周期，提高网络建设中决策的科学性。
目前，网络仿真技术已经逐渐成为网络规划、设计和开发中的主流技术。
网络仿真是一种利用数学建模和统计分析的方法模拟网络行为，从而获取特定的网络特性参数的技术。
数学建模包括网络建模（网络设备、通信链路等）和流量建模两个部分。
模拟网络行为是指模拟网络流量在实际网络中传输、交换和复用的过程。
网络仿真获取的网络特性参数包括网络全局性能统计量、网络节点的性能统计量、网络的链路流量和延时等，由此既可以获取某些业务层的统计数据，也可以得到协议内部某些特殊参数的统计结果。
首先，网络仿真能够为网络的规划设计提供可靠的定量依据。
其次网络仿真能够验证实际方案或比较多个不同的设计方案。
目前常用的网络仿真软件种类已经比较丰富，主要有BerkeleyNS,OMNeT++，SSFNET，OPNET等。
其中，OPNET近几年赢得的大量奖项是人们对其在网络仿真中所采用的精确模拟方式及仿真结果的充分肯定。
仿真工具版本：
OPNETMODELER14.5
MicrosoftVisualC++6.0
第一章WLAN技术原理
1WLAN基本概念
通信网络随着INTERNET的飞速发展,从传统的布线网络发展到了无线网络，作为无线网络之一的无线局域网WLAN（WirelessLocalAreaNetwork），满足了人们实现移动办公的梦想，为我们创造了一个丰富多彩的自由天空。
WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网LAN（LocalAreaNetwork）的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。
WLAN（WirelessLocalAreaNetworks）无线局域网是一种数据传输系统。
它是利用射频PF（RadioFrequency）技术取代旧式双绞铜线（Coaxial）所构成的局域网络。
无线局域网络一般不是用来取代有线局域网络，而是用来弥补有线局域网络之不足，以延伸网络，作为有线局域网络的备用系统。
各团体、企事业单位广泛地采用了WLAN技术来构建其办公网络。
但随着应用的进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成为“公共无线局域网”，成为国际互联网INTERNET宽带接入手段。
WLAN具有易安装、易扩展、易管理、易维护、高移动性、保密性强、抗干扰等特点。
1.2IEEE802.11协议简述
IEEE802工作组制定了802.3Ethernet协议、802.5TokenRing协议、802.3z100BASE-T快速以太网协议以及1997年发布的802.11协议。
802.11协议主要工作在ISO协议的最低两层上，并在物理层上进行了一些改动，加入了高速数字传输的特性和连接的稳定性。
802.11b协议在802.11的1Mbps和2Mbps速率下又增加了5.5Mbps和11Mbps两个新的网络吞吐速率，移动用户能够获得同Ethernet一样的性能、网络吞吐率、可用性。
1.3802.11b的物理层
802.11b的无线传输频点定义在2.4GHz的ISM波段内，即2.4—2.4835GHz频段。
在各个国际无线管理机构中，例如美国的USA，欧洲的ETSI和日本的MKK都是非注册使用频段。
因此，使用WLAN设备不需要任何无线频率的许可。
802.11b采用DSSS（directsequencespreadspectrum）技术，支持1Mbps、2Mbps、5.5Mbps和11Mbps等四种传输速率，在不同传输速率下，其采用的调制技术也不一样。
具体如下：
✧BPSK（BinaryPhaseShiftingKeying）：
每11位的chipping代表一个一位的数字信号1或者0，这个序列被转化成波形（称为一个Symbol）后，在空中传播。
这些Symbol以1MSPS（每秒1M的symbols）的速率进行传输，即传输速率为1Mbps。
✧QPSK（QuadraturePhaseShiftingKeying）:
在2Mbps的传输速率中，使用QPSK调制方式，其数据传输率是BPSK的两倍，以此提高了无线传输的带宽。
✧CCK（ComplementaryCodeKeying）：
为了将无线传输速率提高至5.5Mbps和11Mbps，在802.11b标准中，采用了更为先进的CCK编码技术。
在这个编码技术中，通过数据编码设计，使其具有特殊的数学特性，提高了抗干扰能力。
其中，5.5Mbps使用CCK串来携带4位的数字信息，而11Mbps的速率使用CCK串来携带8位的数字信息。
两个速率的传送都采用了QPSK调制技术。
✧自适应速率调节技术：
允许用户在不同的环境下自动使用不同的连接速率。
在理想状态下，采用11Mbps连接速率；
当由于环境变化导致信号传输质量下降时，速率自动按序降低为5.5Mbps、2Mbps、1Mbps。
同样，当无线环境好转时，连接速率也会以反向增加直至11Mbps。
速率调节机制是在物理层自动实现的，不会对用户和其它上层协议产生任何影响。
1.4WLAN数据链路层
在802.3以太网协议中，MAC层使用CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）协议，采用的是冲突检测技术。
CSMA/CD可通过电缆中电压的变化来检测，这是因为当数据发生碰撞时，电缆中的电压就会随之发生变化。
由于在射频传输网络中，冲突的检测比较困难，所以在802.11协议中，对CSMA/CD进行了一些调整，制定了新的CSMA/CA（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionAvoidance）协议。
CSMA/CA采用能量检测（ED）、载波检测（CS）以及能量载波混合检测等3种手段，检测信道是否空闲。
在解决数据冲突问题上，采用的是冲突避免技术。
CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，也就是说，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号后才确认送出的数据已经正确到达目的。
CSMA/CA通过这种方式来提供无线的共享访问，这种显式的ACK机制在处理无线问题时非常有效。
然而不管是对于802.11还是802.3来说，这种方式都增加了额外的负担，所以802.11网络和采用冲突检测的Ethernet网相比较，总是在性能上稍逊一筹。
WLAN的MAC子层负责解决客户端工作站和接入点之间的连接。
当一个WLAN客户端进入一个或者多个接入点的覆盖范围时，它会根据信号的强弱以及误包率自动选择一个接入点进行连接，一旦被一个接入点接受，客户端就会将连接信道切换至该接入点的频段。
这种重新协商通常发生在无线工作站移出了它原连接的接入点的服务范围，导致信号衰减的时候。
其他的情况还发生在建筑物造成的信号的变化，或者仅仅由于原有接入点中产生拥塞。
1.5802.11g-最新WLAN主流标准
802.11g有两个最为主要的特征：
高速率和兼容802.11b。
高速率是由于其采用OFDM（正交频分复用）调制技术，可得到高达54Mbps的数据通信带宽；
兼容802.11b是由于其仍然工作在2.4GHz，并保留了802.11b所采用的CCK（补码键控）技术，采用了一个“保护”机制，因此可与802.11b产品保持兼容。
802.11b和802.11g设备都是工作在2.4GHz，但它们采用不同的调制技术：
802.11b采用CCK，802.11g采用OFDM技术。
为保证兼容性，802.11g采用了两个方法来解决这个问题。
✧方法一：
802.11g设备同时支持OFDM和CCK两种调制技术；
✧方法二：
采用“保护”机制。
保护机制提供了一种能控制无线工作站是采用OFDM还是采用CCK的调制技术。
具体实现方法是采用802.11b规范中已有的RTS/CTS机制，当使用保护机制时，每一个802.11g的OFDM数据包之前都有一个CCK的RTS（RequesttoSend）。
由于802.11g在2.4GHz频段采用了与802.11b相同的调制技术，因此802.11g设备在采用CCK调制时与802.11b设备具有相同的距离范围。
802.11g虽然也采用了与802.11a相同的调制技术OFDM，但由于802.11a设备是工作在5GHz，较802.11g设备有更多的信号损耗，所以802.11g设备有比802.11a设备更远的覆盖范围。
在802.11g与802.11b设备共存的混合网络环境中，所有802.11b设备性能没有什么变化，但802.11g设备在混合网络环境中使用OFDM调制时将有不同的性能变化。
性能的具体变化与网络拓扑结构及网络中802.11b及802.11g的客户端数量均有关系。
✧对于纯802.11b网络环境，AP与无线客户端均工作在802.11b模式时，可得到11Mbps的数据通信带宽，实际的TCP吞吐量约为5.8Mbps。
✧而对于纯802.11g网络环境，AP与无线客户端均工作在802.11g模式时，AP将检测到整个网络中全部是802.11g无线客户端，因此将不采用为与原来802.11b设备保持兼容的保护机制。
此环境下可得到高达54Mbps的数据通信带宽，实际TCP吞吐量约为22~24Mbps。
✧当AP为802.11g、无线客户端混合接入时，AP工作在802.11b/g混合模式之下。
对于这种同时存在混合无线客户端的网络环境，AP将通知802.11g客户端采用保护机制，此时802.11g客户端将得到较低的802.11g数据吞吐量（最高可为15Mbps），当然此时802.11g客户端仍然比其他802.11b客户端具有更高的性能。
✧当AP为802.11b、无线客户端混合接入时，AP工作在802.11b模式之下。
对于这种同时存在混合无线客户端的网络环境，此时802.11g客户端可成功地与802.11bAP相连接，但最高只能得到5.8Mbps的实际吞吐量，相当于一个802.11b客户端。
802.11g标准的优势包括以下几个方面：
✧高数据速率；
✧完全兼容802.11b标准；
✧在相同的物理环境下，在同样达到54Mbps的数据速率时，802.11g的设备能提供大约两倍于802.11a设备的距离覆盖；
✧免费的2.4GHz频带在全球绝大部分国家是可用的；
✧由于采用与802.11a标准相同的OFDM调制，便于双频产品的设计与实现。
1.6802.11a
802.11a工作于5GHz频带，它采用的调制方式为正交频分复用（OFDM）。
通过对标准物理层进行扩充，802.11a支持的数据速率最高可达54Mbps。
802.11a速率虽高，但和802.11b不兼容，并且成本也比较高，所以在市场中一直没有掀起太大的波澜。
从2001年开始，一些公司陆续推出了802.11a芯片。
1.7802.11n
IEEE802.11n工作组计划将WLAN的传输速率从802.11a和802.11g的54Mbps增加至108Mbps以上，最高速率可达320Mbps，成为802.11b、802.11a、802.11g之后的另一场重头戏。
和以往地802.11标准不同，802.11n协议为双频工作模式（包含2.4GHz和5GHz两个工作频段）。
这样11n保障了与以往的802.11ab,g标准兼容。
IEEE802.11n计划采用MIMO与OFDM相结合，使传输速率成倍提高。
IEEE802.11n标准全面改进了802.11标准，不仅涉及物理层标准，同时也采用新的高性能无线传输技术和天线技术，提升MAC层的性能，优化数据帧结构，提高网络的吞吐量性能，使得无线局域网的传输距离大大增加，可以达到几公里（并且能够保障100Mbps的传输速率）。
2.WLAN互联结构
WLAN网络产品的多种使用方法可以组合出适合各种情况的无线联网设计，可以方便地解决许多以线缆方式难以联网的用户需求。
例如，数十公里远的两个局域网相联：
其间或有河流、湖泊相隔，拉线困难且线缆安全难保障，或在城市中敷设专线要涉及审批复杂，周期很长的市政施工问题，WLAN能以比线缆低几倍的费用在几天内实现，WLAN也可方便地实现不经过大的施工改建而使旧式建筑具有智能大厦的功能。
WLAN的设备主要包括：
无线网卡、无线接入点、无线集线器和无线网桥，几乎所有的无线网络产品中都自带无线发射/接收功能，且通常是一机多用。
WLAN的网络结构主要有两种类型：
无中心网络和有中心网络。
1、无中心网络
无中心网络（无AP网络）也称对等网络或Ad-hoc网络。
对等网络用于一台无线工作站和另一台或多台其他无线工作站的直接通讯，该网络无法接入有线网络中，只能独立使用。
这是最简单的无线局域网结构。
如下图所示，一个对等网络由一组有无线接口的计算机组成。
对等网络组网灵活，任何时间，只要两个或更多的无线接口互相都在彼此的范围之内，它们就可以建立一个独立的网络。
对等网络中的一个节点必需能同时"
看"
到网络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网环境，比如4至8个用户，并且他们离得足够近。
2、有中心网络
有中心网络也称结构化网络。
它由无线AP、无线工作站（STA）以及DSS构成，覆盖的区域分为BSS和ESS。
无线接入点也称无线AP或无线Hub，用于在无线STA和有线网络之间接收、缓存和转发数据。
无线AP通常能够覆盖几十至几百用户，覆盖半径达上百米。
BSS由一个无线接入点以及与其关联的无线工作站构成，在任何时候，任何接入的无线工作站都与该无线接入点关联。
换句话说，一个无线接入点所覆盖的微蜂窝区域就是基本服务区。
无线工作站与无线接入点关联采用AP的BSSID，在802.11中，BSSID是AP的MAC地址。
扩展服务区ESS是指由多个AP以及连接它们的分布式系统组成的结构化网络，所有AP必需共享同一个ESSID，也可以说扩展服务区ESS中包含多个BSS。
扩展服务区只包含物理层和数据链路层，网络结构不包含网络层及其以上各层。
如下图所示。
3.WLAN的操作
WLAN网络的操作可分为两个主要工作过程：
1、工作站加入一个BSS；
2、工作站从一个BSS移动到另一个BSS，实现小区间的漫游。
一个站点访问现存的BSS需要几个阶段：
1、首先，工作站开机加电开始运行，然后进入睡眠模式或者进入BSS小区。
2、站点需要获得同步信号，该信号一般来自AP接入点。
站点通过主动和被动扫频来获得同步：
✧主动扫频：
STA启动或关联成功后扫描所有频道；
一次扫描中，STA采用一组频道作为扫描范围，如果发现某个频道空闲，就广播带有ESSID的探测信号，AP根据该信号做出响应。
✧被动扫频：
AP每100毫秒向外发送广播信号，包括用于STA同步的时间戳，支持速率以及其它信息，STA接收到广播信号后启动关联过程。
3、交换验证信息：
WLAN为防止非法用户接入，在工作站定位了接入点并取得了同步信息之后，就开始交换验证信息。
验证业务提供了控制局域网接入的能力，这一过程被所有终端用来建立合法介入的身份标志。
4、站点关联：
站点经过验证后，关联就开始了。
关联用于建立无线接入点和无线工作站之间的映射关系，实际上是把无线变成有线网的连线。
分布式系统将该映射关系分发给扩展服务区中的所有AP。
一个无线工作站同时只能与一个AP关联。
在关联过程中，无线工作站与AP之间要根据信号的强弱协商速率，速率变化包括：
11Mbps,5.5Mbps,2Mbps和1Mbps（以802.11b为例）。
5、站点重关联：
工作站从一个小区移动到另一个小区需要从新关联。
重关联是指当无线工作站从一个扩展服务区中的一个基本服务区移动到另外一个基本服务区时，与新的AP关联的整个过程。
重关联总是由移动无线工作站发起。
6、漫游：
无线局域网的每个站点都与一个特定的接入点相关。
如果站点从一个小区切换到另一个小区，就是处在漫游（Roaming）过程中。
漫游指无线工作站在一组无线访问点之间移动，并提供对于用户透明的无缝连接，包括基本漫游和扩展漫游。
基本漫游是指无线STA的移动仅局限在一个扩展服务区内部。
扩展漫游指无线STA从一个扩展服务区中的一个BSS移动到另一个扩展服务区的一个BSS，802.11并不保证这种漫游的上层连接。
第二章OPNET概述
1.OPNET简介
1.1产品结构
OPNET是一个款通信方面的仿真软件。
OPNET软件包主要由三个模块组成：
●ItDecisionGuru适合最终用户，它只有仿真、分析功能。
●Modeler在ItDecisionGuru
升级会员 