摘要：為了在高技術(shù)條件下的局部戰(zhàn)爭中把握戰(zhàn)場的主動權(quán)，充分發(fā)揮軍事通信網(wǎng)的保障作用，運用OPNET仿真建模技術(shù)，設(shè)計了一個簡單的軍事通信網(wǎng)擴展WLAN的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了在三個不同場景下的網(wǎng)絡(luò)延時、丟包率、網(wǎng)絡(luò)總負載及吞吐量等網(wǎng)絡(luò)性能的仿真，并對網(wǎng)絡(luò)的實時性、可靠性、穩(wěn)定性等性能進行了比較與評估。實驗結(jié)果表明，隨著WLAN中BSS分布范圍的擴大，網(wǎng)絡(luò)延時和丟包率增加、網(wǎng)絡(luò)總負載和吞吐量減小，但總體網(wǎng)絡(luò)性能指標穩(wěn)定，能夠滿足網(wǎng)絡(luò)通信要求。
關(guān)鍵詞：OPNET；軍事通信網(wǎng)；WLAN；網(wǎng)絡(luò)性能

    軍事通信網(wǎng)是為了保障軍隊通信不間斷而建立的一種專用通信網(wǎng)。在信息化作戰(zhàn)條件下，軍事通信網(wǎng)是軍隊的“中樞神經(jīng)”，是保障各兵種聯(lián)合作戰(zhàn)的重要手段，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中正發(fā)揮著越來越重要的作用。文中使用網(wǎng)絡(luò)仿真軟件OPNET對軍事通信網(wǎng)的擴展無線局域網(wǎng)(extend ed WLAN)進行了仿真和研究，并對幾種情況下的仿真結(jié)果進行了分析比較，較全面分析了軍事通信網(wǎng)WIAN的網(wǎng)絡(luò)性能。

1 基于OPNET的擴展WLAN介紹
    WLAN(Wireless Local Area Networks)無線局域網(wǎng)是一種數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它是利用射頻PF(Radio Frequency)技術(shù)取代舊式雙絞銅線(Coaxial)所構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)。無線局域網(wǎng)絡(luò)一般不是用來取代有線局域網(wǎng)絡(luò)，而是用來彌補有線局域網(wǎng)絡(luò)之不足，以延伸網(wǎng)絡(luò)，作為有線局域網(wǎng)絡(luò)的備用系統(tǒng)。
    無線局域網(wǎng)技術(shù)有藍牙(Bluetooth)、IEEE802．11系列、HiperLAN、HomeRF技術(shù)等。目前得到廣泛應(yīng)用的技術(shù)是IEEE802．11系列。IEEE 802．11b可支持11 Mb／s共享接入速度，采用2．4 GHz ISM頻段；與此相似的有IEEE 802．11a技術(shù)，它采用了5 GHz頻段，其速率高達成54 Mb／s；新出現(xiàn)的IEEE 802．11g其實是一種混合標準，它既能適應(yīng)IEEE802．11b標準，又符合IEEE802. 11a標準，但現(xiàn)在還不是很成熟。綜合考慮，IEEE 802．11b無論是傳輸距離還是傳輸速率都占有優(yōu)勢，因此對于軍事通信網(wǎng)可選擇IEEE 802．11b作為仿真標準。
    OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件是由美國OPNET Technology公司開發(fā)的一個大型的通信與計算機網(wǎng)絡(luò)仿真軟件包。為通信網(wǎng)和分布式系統(tǒng)的模擬提供了全方位的支持，是目前世界上先進的網(wǎng)絡(luò)仿真開發(fā)和應(yīng)用平臺之一?；贠PNET的WLAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有：無線自組織網(wǎng)絡(luò)(Ad-hoc)，基本W(wǎng)LAN(InfrastructureWLAN)，擴展的WLAN(Extended Service Set)和無線骨干網(wǎng)(Wireless Backbone)。
    擴展的WIAN是實際應(yīng)用中的無線接入網(wǎng)絡(luò)，用之完成日常訓(xùn)練并接入軍事通信網(wǎng)主干網(wǎng)。WLAN的主要組成有：
    1)移動站(Sration)移動站就是戰(zhàn)斗網(wǎng)中的戰(zhàn)斗成員，是直接與無線信道連接的組件。它可以是移動的、便攜式的或是固定的。每個移動站支持包括授權(quán)、認證、密碼保護和交換數(shù)據(jù)(MAC服務(wù)數(shù)據(jù)單元)等服務(wù)。
    2)基本服務(wù)子集(Basic Service Set，BSS)一個IEEE802．11無線局域網(wǎng)至少包含一個BSS。BSS是由一系列可以互相通信的移動站組成的，它在戰(zhàn)斗網(wǎng)中相當于各個戰(zhàn)斗小組。如果基本服務(wù)子集中的所有移動站可以直接互相通信而不與有線網(wǎng)絡(luò)相連，稱該BSS為獨立基本服務(wù)子集(Independent BSS)。
    3)無線接入點(AP) 一個BSS如果要和外單元通信，必須包含一個接入點(Access Point，AP)，AP的作用是完成無線局域網(wǎng)和LAN之間的橋接，含有AP的BSS稱為“架構(gòu)BSS(Infrastructure BSS)”，意味著它可以作為更大網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分。在一個架構(gòu)BSS中，所有移動站和AP進行通信。AP既可作為無線子網(wǎng)通向有線網(wǎng)絡(luò)的入口設(shè)備，又可作為本地?zé)o線子網(wǎng)絡(luò)由交換設(shè)備。在大型的配置中，多個AP可以提供蜂窩式漫游的功能，使用戶在自由移動的同時，能夠無縫隙、無中斷的接入到網(wǎng)絡(luò)中。
    此外還包括天線、POE供電設(shè)備、適配器等。

2 網(wǎng)絡(luò)拓撲建模與仿真
    部隊在日常訓(xùn)練中都是通過雙絞線組建局域網(wǎng)，有時線要拉幾百米甚至更長，這樣做很不方便，而且容易出現(xiàn)問題。將WLAN技術(shù)引入軍事通信網(wǎng)，通過軟件仿真，查看其網(wǎng)絡(luò)性能，為部隊實際應(yīng)用提供可操作性的依據(jù)和參考。
    將網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)映射到OPNET中。如圖1所示。

    網(wǎng)絡(luò)主要由服務(wù)器、交換機、接入點AP和若干終端組成。
每個作戰(zhàn)單元由5個作戰(zhàn)成員和1個AP組成，每個作戰(zhàn)單元的AP選用wlan_ethernet_router(fix)，移動站選用wlan_wkstn(fix)，交換機選擇Casio公司的CS_CSS11503_3s_ae24。
    使用OPNET仿真可以大體分成以下幾個步驟，分別是配置網(wǎng)絡(luò)拓撲(Topology)，業(yè)務(wù)配置(Traffic)，結(jié)果統(tǒng)計量收集(Statistics)，仿真(Simulation)，調(diào)試模塊再次仿真(Re-simulation)，最后發(fā)布結(jié)果和拓撲報告(Report)。具體實現(xiàn)步驟如下：
    1)配置網(wǎng)絡(luò)拓撲圖中使用AP形成四個架構(gòu)基本服務(wù)子集BSS，整個網(wǎng)絡(luò)仿真模型構(gòu)成一個擴展服務(wù)子集。4個BSS相當于訓(xùn)練中的4個戰(zhàn)斗小組，每個戰(zhàn)斗小組下有若干個可移動的戰(zhàn)斗成員，各成員之間可自由通信，各成員通過AP與外界通信。各BSS通過交換機、服務(wù)器接入主干網(wǎng)。
    2)設(shè)王無線結(jié)點的主要屬性數(shù)據(jù)傳輸率為1 Mb／s，物理層配置為直接序列擴頻方式(Direct Sequence DS)，信道接入控制為分步協(xié)調(diào)方式(Distribute coordlinated function，DCF)，圖中BSS Identifer的設(shè)置必須和AP的設(shè)置一致，BSS1就設(shè)為1，其余屬性為系統(tǒng)默認。根據(jù)OPNlET Modeler離散事件仿真的特點，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)初始化時間為100～110 s。仿真業(yè)務(wù)為語音voice。
    3)統(tǒng)計量收集
    WLAN的網(wǎng)絡(luò)延時Delay(Sec)；
    WLAN的網(wǎng)絡(luò)丟包率Data Dropped(bits／sec)；
    WLAN的總負載load(bits／sec)；
    WLAN的吞吐量Throughput(bits／sec)；
    配置完各種業(yè)務(wù)參數(shù)后，收集網(wǎng)絡(luò)仿真結(jié)果的統(tǒng)計量，運行仿真。

3 仿真結(jié)果分析
    設(shè)定仿真時間為6 min，隨機種子為128，仿真場景為每個BSS分布在500mx500m(場景1)的范圍，運行仿真后，得到仿真圖形。
    從以上仿真結(jié)果可以看出：
    1)可靠性 網(wǎng)絡(luò)丟包率如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)丟包率非常小，幾乎為零，說明網(wǎng)絡(luò)可靠性好。

    2)實時性WLAN網(wǎng)絡(luò)延時如圖3所示，網(wǎng)絡(luò)初始化結(jié)束后，整個網(wǎng)絡(luò)進入了穩(wěn)定工作狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)時延非常小，不超過1ms，網(wǎng)絡(luò)實時性好。

    3)穩(wěn)定性圖4和圖5分別為網(wǎng)絡(luò)總負載和網(wǎng)絡(luò)吞吐量，初始化后網(wǎng)絡(luò)總負載和吞吐量一直保持在每秒970 000bits左右，且經(jīng)圖4和圖5的導(dǎo)出數(shù)據(jù)可以得到，吞吐量與總負載的比例一直保持在95％以上，說明網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定。
    將仿真場景改為每個BSS的覆盞范圍分別為750 mx500 m(場景2)，1 000 m×1000m(場景3)，再進行仿真，對比3個場景下的各項性能指標。
    從仿真圖形4，可以得出以下結(jié)論：
    1)如圖6所示，隨著BSS分布范圍的擴大，網(wǎng)絡(luò)丟包率逐漸上升，場景2的丟包率為50 000 bits／s左右，場景3為100 000 bits／s左右，可靠性逐漸下降。

    2)如圖7所示，隨著BSS分布范圍的擴大，WLAN網(wǎng)絡(luò)延時逐漸增大，場景2的延時為0．3 s，場景2的延時為0．7s左右，實時性略有下降。
    3)如圖8、9所示，隨著BSS分布范圍的擴大，網(wǎng)絡(luò)總負載和網(wǎng)絡(luò)吞吐量相應(yīng)下降，但吞吐量與總負載的比例一直保持在95％以上，說明網(wǎng)絡(luò)性能穩(wěn)定。
    總之，隨著BSS分布范圍的擴大，網(wǎng)絡(luò)性能都有所下降，但總體性能良好，能夠滿足日常訓(xùn)練作戰(zhàn)要求。

4 結(jié)束語
    利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，對軍事通信網(wǎng)擴展WLAN在不同場景下的性能指標分別從吞吐量、網(wǎng)絡(luò)總負載、網(wǎng)絡(luò)延時、丟包率等多個方面進行了比較分析；考察了場景變化后的性能變化，為軍事通信網(wǎng)擴展WLAN在部隊訓(xùn)練作戰(zhàn)中提供了客觀的定量依據(jù)。仿真結(jié)果表明現(xiàn)在一定范圍內(nèi)，軍事通信網(wǎng)擴展WLAN各項網(wǎng)絡(luò)性能指標穩(wěn)定，能夠滿足網(wǎng)絡(luò)通信要求。