基于WLAN技术的智能家居系统设计方案

2017-03-06李明海王天豪薛栋泽

电脑知识与技术 2016年30期

李明海　王天豪　薛栋泽

摘要：本文首先对WLAN的技术背景及其特点进行介绍。基于WLAN技术，构架家庭网络设计方案。最后利用OPNET仿真软件对家庭网络室内组网进行组网搭建，并进行网络仿真，分析组网的性能参数，包括吞吐量，延迟等，进而分析出会影响无线局域网络性能的主要相关因素，提高WLAN技术在实际网络应用中的性能。

关键词：家庭网络；WLAN技术；OPNE

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）30-0196-02

1 WLAN概述

近几年，移动通信技术从2G到4G，使移动设备也能享受到有线宽带的网速，但在移动用户较密集的区域网速总是十分慢。其次，在建筑内，网络信号因为穿透性的阻碍，信号强度也不够高。对于室内和人口密集的局部区域，我们的期望不再是网络的移动性，而是更偏向于网络的速度和稳定性。WLAN技术利用射频的技术，使用电磁波，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线所构成的局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过。

2 家庭网络设计方案及仿真

2.1 仿真软件OPNET简介

OPNET就是一个网络仿真技术软件包，它能够准确的分析复杂网络的性能和行为，在网络模型中的任意位置都可以插入标准的或用户指定的探头，以采集数据和进行统计。通过探头得到的仿真输出可以以图形化显示、数字方式观察、或者输出到第三方的软件包去。其产品结构有ItDecisionGuru、Modeler、Modeler/Radio三个模块组成，能为用户提供一系列的仿真模型库，在电信、军事、航天航空、系统集成、咨询服务、大学、行政机关等方面被广泛应用。

2.2家庭网络设计方案

基于WLAN室内组网设计的应用场景，仿真对象为100*100m的住宅环境，针对家庭网络进行组网设计。首先，对网络设备进行设置，以太网入户，一台以太路由器进行协议转换，并且以太路由器可以将有线信号转换为Wi-Fi信号，提供给家庭移动互联设备使用。其次，若家庭面积较大或因建筑结构问题，有的区域内无法完全被Wi-Fi信号覆盖，则需要进行扩展，这里我们选用10Base-T，即传输速度10Mbps的非屏蔽双绞线进行有线连接，选用3com公司的小型交换机作为以太路由的扩展，实现家庭网络的全覆盖。

本次家庭网络设计的过程是先了解家庭网络的结构，其次进行初步设计。初步设计使用VISIO进行模拟，绘制网络拓扑图，给出家庭网络的初步设计思想，即网络的结构组成。然后通过OPNET进行对应的网络模型搭建，搭建完后选取需要收集的结果统计量，最后进行网络性能分析。

2.3家庭网络建模

2.4 OPNET网络仿真配置及相关数据量的采集

完成建模后，对网络进行参数配置，这里对每个无线节点及路由器选择802.11g协议，传输速率设置为54 Mbps，仿真时间设置为300s，这些在仿真过程中为不变量。为了对比网络性能，可变参数为节点数量及门限值。门限值对比我们选择系统默认的none和门限值256进行对比。

3 仿真的网络性能及结果分析

3.1减少移动节点后的网络的性能变化

移动无线节点的数量变化，会影响家庭网络的性能。因此，减少节点数目后，再次研究网络的数据丢失率，延迟，负载，吞吐量就可以知道节点数目对网络性能的影响。由于节点数量的减少，吞吐量峰值从21000bit/sec下降到13000bit/sec，其次，网络的负载峰值从34000bits/sec降到18000bits/sec。

3.2改变门限值后网络性能的变化

门限值也是影响网络性能的一个重要参数。拆分门限就是指以字节的形式给出拆分门限及除了最后一个包以外的数据的大小，任何从高层接收的数据如果其大小大于此门限值，都要在MAC层进行拆分，在无线接口上分片进行传输。门限值为特殊值none表明不对任何数据分片，门限值為256表示以256字节为拆分标准。

由图可以看出，拆分门限值从0变到256时，网络的数据丢失率下降，但是因为对于大于256字节的数据要进行分片传输，因此信道易造成拥堵，导致平均延迟时间变大。其次，门限值的加入使限制了负载和吞吐量，因此门限值为0的负载峰值能达到35000bits/sec，吞吐量峰值能达到22500bits/sec；但是门限值为256的负载峰值达到22000bits/sec，吞吐量峰值达到17000bits/sec。

4 仿真性能分析及结论

网络的整体性能随着负载的增加，吞吐量也逐渐变大。当负载达到某个值时，网络的性能达到最优，但是随着网络负载的继续增加，当负载达到一个峰值时，由于负载过大，延迟也会随着负载的变化逐渐达到最大值，之后随着负载的稳定，延迟也逐渐趋于稳定。

减少网络的节点数目，会导致网络的负载量减小，吞吐量也随之较小，但是网络延迟因为负载的降低而减小，因此节点数目的减小使网络在传输的即时性上性能提高。

增加门限值，由于每次传输前要对数据进行分片，因此使网络延迟增加，降低了即时性。但是同时，由于分片处理，网络的数据丢失率明显降低，提高了网络的可靠性和稳定性。门限值的加入，使负载和吞吐量也受到影响，两者都相应地降低。

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