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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
於NS2架構下具友善圖形介面之802.16模擬工具之研究及開發 Research and Development of 802.16 Simulation Tool with User-Friendly
GUI in NS2 Architecture 計畫編號：NSC 96-2218-E-011-005 執行期限：96 年 8 月 1 日至 97 年 7 月 31 日 主持人：賴源正 教授 台灣科技大學資訊管理學系
一、摘要
IEEE 802.16通訊協定是利用其傳距 遠、傳速高、QoS管理機制以及行動通訊 的 支 援 等 特 性 來 解 決 「 最 後 一 哩 (last mile)」的問題之無線都會型網路技術。然 而目前仍欠缺開放原始碼及免費的IEEE 802.16網 路模 擬軟 體來 支援 各方面的 研 究，例如多媒體頻寬保證服務。本篇報告 描述我們所開發之WiMAX網路效能分析 系 統 —WiMAX Network Performance Analyzing System (WNPAS)。WNPAS提供 使用者一個IEEE 802.16網路模擬環境，以 協助其針對IEEE 802.16網路進行深入的 研 究 。 WNPAS 之 功 能 包 含 模 擬 腳 本 (Simulation Script)轉換、802.16網路效能模 擬、以及模擬結果分析等。整個系統採用 圖形化介面，供使用者可輕易的評估其針 對WiMAX無線網路所設計之頻寬分配演 算法的效能，並讓使用者能進一步調整其 頻寬分配的方法。WNPAS主要的貢獻包含 (1) 提 供 使 用 者 IEEE 802.16 網 路 模擬 環 境；(2) 提供使用者圖形化的系統操作介 面；(3) 各種模擬紀錄檔剖析及繪製統計 圖表之功能。
關鍵詞： WiMAX, 802.16, 效能分析, 友 善性
Abstract
The IEEE 802.16 protocol is a metropolitan area network technology proposed to solve the "last mile" problem
with its long transmission distance, high transmission rate, QoS management mechanism, and mobility support. However, there is no suitable open source of an IEEE 802.16 network simulator to support researchers for their study. Thus, we proposed a WiMAX Network Performance Analyzing System (WNPAS) in this report to provide users an IEEE 802.16 network simulator. The functionalities of WNPAS include simulation script transformation, network performance simulation, and result analysis. WNPAS also provides user-friendly graphic user interface (GUI), and thus users can conveniently create and evaluate their designed simulation scenarios.
Furthermore, the user can analyze the performance of the proposed bandwidth allocation algorithm intuitionally with the GUI and flexibly adjust the proposed algorithm. The main contributions of WNPAS are to: (1) provide an IEEE 802.16 network simulator; (2) provide an intuitional graphic user interface; and (3) provide various analyzing functionality for simulation results.
Keywords: WiMAX, 802.16, performance analysis, user-friendliness
二、計畫報告
如所附之論文。
三、計畫成果
本計畫依既定的時程，完成預定的工 作項目。已完成的內容為 TCL 模擬腳本轉
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換、IEEE 802.16 網路模擬器及模擬結果記 錄檔分析功能，並利用圖形化介面讓使用 者能輕易操作系統功能。項目詳列如下：
圖形化操作介面：系統功能都利用選單 式及按鈕方法執行，提供使用者友善的 操作環境。
轉換TCL模擬腳本：依據使用者所建置 之802.16模擬環境轉換成TCL模擬腳 本，可修改TCL模擬腳本相關參數，所 有轉換後的模擬腳本可藉由儲存成檔 案形式，做進一步的模擬腳本檔案管 理。
模擬並產生模擬記錄檔：經由網路模擬 功能解析模擬腳本後，呼叫相關802.16 模組進行模擬並產生模擬記錄檔，做進 一步的分析。
模擬記錄檔分析：利用Log分析功能分 析模擬記錄檔後，可將模擬資料做一統 計、解析，並經由統計圖表呈現出模擬 統計資料。
本計畫所開發之系統主要針對IEEE 802.16模擬環境進行監測分析，並利用自 由軟體進行輔助發展。計畫研究價值歸納 如下：
發展出一套802.16無線網路模擬及分 析系統：此系統可提供欲發展無線軟硬 體的廠商或研究人員一個802.16無線 網路模擬與分析工具。藉由此系統，研 究人員可測試並分析其設計的802.16 連線允入機制或頻寬分配機制對整體 網路的效能的影響。同時此系統也可幫 助學生瞭解802.16無線網路的概念，除 了驗證課堂上所學的知識外，還可了解 802.16網路的運作方式。同時研發人員 也可再利用此軟體的原始碼做進一步 的修正以符合其研發團隊的需求。因此 本計畫所開發之802.16無線網路模擬 及分析系統具有實用性且對無線網路 的推展有其正面的幫助。
培育三名熟悉自由軟體核心技術的研 究人員：在系統開放與軟體價格合理化 的聲浪中，軟體的四大自由－「使用自 由、研究自由、散布自由和改進自由」
日益受到重視。政府部門刻正加強宣導 並推廣自由軟體，鼓勵相關產、官、學、
研各界從事自由軟體環境系統開發，並 積極排除自由軟體開發的障礙。有鑑於 此，本計畫擬培育數名人員，熟稔自由 軟體開發之核心技術，以因應軟體的多 元發展。
培育三名熟悉無線網路技術的研究人 員：目前網際網路正蓬勃發展中，台灣 也有很多優秀的廠商目前從事網路相 關的產品開發及研究，此計畫所訓練的 人 員可 提供 相 關產 業所 需 之科 技人 才。同時由於本計畫為實際系統的開 發，故從事此計畫的人員可得到網際網 路相當實務的經驗，在進入產業工作時 可大幅減少受訓時間。
提高研發自由軟體技術的風氣與使用 自由軟體的環境：透過本計畫之執行，
可研發出一套實用之自由軟體，藉由網 際網路上社群之回饋意見，來加以修改 此軟體，讓此軟體更臻完善。如此不僅 使本系師生有更具體而寶貴之開發機 會，更提昇了自由軟體技術的研發風 氣，使自由軟體的研發及使用在台灣科 技大學校園中逐漸成長與茁壯。
本計畫最後產出的成果包括：
WNPAS系統一套。
系統文件：專案執行規劃書、系統需求 規格報告書、系統設計報告書、系統測 試報告書。
投稿會議論文一篇：賴源正、陳彥宏、
吳政龍,“WiMAX Network Performance Analyzing System,” TANET 2008, Kaohsiung, September 2008.
WiMAX 網路效能分析系統
WiMAX Network Performance Analyzing System
賴源正 陳彥宏 吳政龍 國立台灣科技大學資訊管理所
laiyc@cs.ntust.edu.tw M9409105@mail.ntust.edu.tw M9609006@mail.ntust.edu.tw
摘要IEEE 802.16通訊協定是利用其傳距遠、傳速 高、QoS管理機制以及行動通訊的支援等特性來解決
「最後一哩(last mile)」的問題之無線都會型網路技 術 。 然 而 目 前仍 欠 缺 開 放原 始 碼 及免 費 的 IEEE 802.16網路模擬軟體來支援各方面的研究，例如多媒 體 頻 寬 保 證 服 務 。 本 篇 論文 描 述 我 們 所 開發 之 WiMAX 網 路 效 能 分 析 系 統 — WiMAX Network Performance Analyzing System (WNPAS)。WNPAS提 供使用者一個IEEE 802.16網路模擬環境，以協助其 針對IEEE 802.16網路進行深入的研究。WNPAS之功 能包含模擬腳本(Simulation Script)轉換、802.16網路 效能模擬、以及模擬結果分析等。整個系統採用圖 形化介面，供使用者可輕易的評估其針對WiMAX無 線網路所設計之頻寬分配演算法的效能，並讓使用 者能進一步調整其頻寬分配的方法。WNPAS主要的 貢獻包含 (1)提供使用者IEEE 802.16網路模擬環 境；(2) 提供使用者圖形化的系統操作介面；(3) 各 種模擬記錄檔剖析及繪製統計圖表之功能。
關鍵詞：IEEE 802.16 Protocol、WiMAX 網路效能分 析系統。
Abstract
IEEE 802.16 protocol is a metropolitan area network technology proposed to solve the "last mile"
problem by its long transmission distance, high transmission rate, QoS management mechanism, and mobility support. However, there is no such one free and open source IEEE 802.16 network simulator to support researchers for their study, such as multimedia protocol design. Thus, we proposed a WiMAX Network Performance Analyzing System (WNPAS) in this paper to provide users an IEEE 802.16 network simulator for their researches. The functionalities of WNPAS include simulation scrip transformation, network performance simulation, simulation performance result analysis, etc. WNPAS also provides graphic user interface (GUI) for users to create and evaluate their simulation environment. Furthermore, the user can analyzing the performance of his/her designed bandwidth allocation algorithm intuitionally by the GUI and the flexibility software architecture of WNPAS. The main contributions of WNPAS contain:
(1) an IEEE 802.16 network simulator; (2) an
intuitional graphic user interface; (3) the simulation result analyzing functionality.
Keywords: IEEE 802.16, WiMAX Network Performance Analyzing System.
1. 前言
近年來，多媒體網路應用隨著各種不同類型影 音與資料整合服務的開發而逐漸受到用戶的歡迎。
然而對於網路語音(Voice over IP, VoIP)、視訊會議等 具有即時性語音或影片傳輸的應用，需要確保語音 不會延遲過久或斷斷續續，以及影片資料不會有停 格的現象。亦即多媒體網路應用中最重要的就是通 訊 品 質 的 保 證 及 維 持 ， 也就 是 所 謂 的 服 務品 質 (Quality of Service, QoS)。
隨著人們行動性(mobility)的愈益便利，隨時隨 地使用這些多媒體網路應用的需求也愈來愈高，但 因網路線材與設備的物理限制與經濟考量，使得使 用有線網路來存取網路服務的能力受到相當大的限 制[3]。IEEE 802.16 寬頻無線存取系統(broadband wireless access network)提供高頻寬與遠距離的傳 輸，大幅降低骨幹網路的建置成本，在使用網路服 務時不再拘限於傳統網路線材與設備。同時 802.16 為了支援多媒體行動通訊在 QoS 的需求，在其 MAC 層做了大幅度的改進，以便達到支援各種多媒體網 路應用的服務品質保證。
如何在 802.16 中達到多媒體應用所要求的服務 品質保證，是 802.16 研究中的一大重心，然而目前 802.16 上仍欠缺開放原始碼及免費的網路模擬軟體 來支援此研究。因此，產學界相當需要一個針對 802.16 網路所開發的免費開放原始碼網路效能模擬 軟體。此軟體將可提供學界、以及產業界驗證其開 發之 802.16 技術，如允入控制、或頻寬要求和分配 機制等等研究。另外，此軟體可協助正在學習 802.16 無線網路的學生瞭解 802.16 無線網路的概念。學生 可經由模擬來驗證課堂上所學得的知識、進而正確 瞭解 802.16 無線網路的運作方式。
本篇論文在此提出一個 WiMAX 網路效能分析 系 統—WiMAX Network Performance Analyzing System (WNPAS)。WNPAS 提供 NS2 802.16 具圖形 化介面、模擬腳本(Script)轉換、模擬、分析結果等 作業。除此之外，WNPAS 提供圖形化的介面供使用 者分析其針對 WiMAX 無線網路所設計的頻寬分配
演算法之效能，以及協助使用者瞭解 IEEE 802.16 通 訊協定的概念。
本篇論文首先回顧 IEEE 802.16 通訊協定、以及 分析比較相關的網路模擬軟體。接下來我們將介紹 WNPAS 系統的設計理念、系統架構以及相關的設計 議題。在第四章，我們將介紹 WNPAS 各個子系統 的設計方式。然後在第五章詳細介紹與評估 WNPAS 以及其程式運作。最後是本篇論文的結論以及未來 展望。
2. 背景知識
本章將回顧 IEEE 802.16 通訊協定，以及相關 的網路模擬軟體。
2.1 IEEE 802.16 通訊協定
本論文所述的 802.16 泛指 IEEE 802.16 通訊協 定及後續衍生的 802.16、802.16a、802.16c、802.16d、
802.16e 等各項標準。以目前常用的 802.16e 為例，
其最高傳輸速率為每秒 30 Mbps，有效範圍為 2~5 公里。表 1 為各種不同 802.16 標準的比較。
表 1：802.16 標準比較
IEEE 標準 速度 頻段
802.16 32~134Mbps 10~66GHz 802.16a 最高可達 75Mbps 2~11GHz 802.16c[5] 32~134Mbps 2~10GHz 802.16d[6] 最高可達 75Mbps 2~11GHz 802.16e[7] 最高可達 75Mbps 2~11GHz
802.16 的架構由兩種固定基地台(fix stations) 所 組 成 ， 即 Base Station(BS) 和 Subscriber Station(SS)[4]，其基本架構如圖 1。
圖 1：802.16 架構
BS 負責連結到公共網路的網路連線，並同時 處理多個 SS 的傳輸。SS 為聯繫網路服務使用者與 BS 之間的橋樑。BS 與 SS 之間的通訊路徑有兩個方 向，即從 SS 至 BS 稱為上行鏈路(Uplink, UL)，由 BS 至 SS 稱為下行鏈路(Downlink, DL)。802.16 標準 定義的通訊操作模式有 mesh 與 point-to-multipoint
(PMP)兩種。在 mesh 模式裡，SS 可直接與 BS 或 SS 傳輸資料。在 PMP 模式中，BS 負責 802.16 寬頻無 線存取系統的所有通訊，亦即 SS 只允許與 BS 傳輸 資料。於此模式下 BS 可監控整個 802.16 網路的運 作來確保 SS 的服務品質需求。
802.16協定堆疊由實體層(physical layer)與MAC 層所組成[2]。實體層負責實際的資料傳輸，MAC層 負責有效的管理頻寬資源。MAC層由三個子層所組 成：Service Specific Convergence Sublayer (CS)、MAC Common Part Sublayer (CPS)和Security Sublayer。CS 子 層負 責將從 該層 的服 務接收 點 (Service Access Point, SAP ) 收 到 的 外 部 網 路 資 料 轉 換 成 MAC Service Data Unit (MAC SDU)，並將此SDU經由CPS 子層的服務接收點傳遞至CPS子層[4]。CPS子層是 MAC層的核心，主要負責頻寬分配、連線(connection) 建立和連線維護等功能。加密子層主要功能為提供 認證、金鑰交換和加解密處理等。
2.2 網路模擬軟體比較
驗證與測試網路協定通常使用實作、數學分析、
模擬等三種方法。由實作所產生的數據雖然準確，
但常礙於經費與設備的限制而無法藉由實作來驗證 或測試網路協定。雖然數學分析所耗費的成本低 廉，但所建立的數學模型常常過於複雜，甚至無法 正確反應出真實的網路流量與環境。因此利用網路 模擬來驗證與測試網路協定為最常使用的方法。而 目 前 常 用 的 模 擬 軟 體 如 表 2 所 示 包 含 NS2 、 GloMoSim、OPNET、QualNet、MATLAB、CSIM 等。
表 2：網路模擬軟體之比較
表 2 所描述的是各種網路模擬軟體的比較。從此 表可得知，只有 NS2、OPNET 和 QualNet 擁有 802.16 模組。其中 OPNET 和 QualNET 為非開放性原始碼 軟體，且若要使用其 802.16 模組，則需要為數不少 的經費來購買。針對 NS2，美國國家標準與技術局 (National Institute of Standards and Technology, NIST) 以 及 長 庚 大 學 分 散 式 系 統 實 驗 室 (Networks&Distributed System Laboratory, NDSL)兩 個團隊皆已分別開發出 802.16 模組，但此兩個團隊 所開發的 802.16 模組皆有相當大的缺陷，如 NIST
軟體 名稱
作業系統 Open Source
費用 需求
圖形 介面
802.16 模組 NS2[8] Windows
UNIX
是 無 有 無 完 整
802.16 模組 GloMoSim
[9]
Windows UNIX
僅 提 供 學 術 單 位
無 有 無
OPNET [10]
Windows UNIX
不是 有 有 有
QualNet [11]
Windows 不是 有 有 有
MATLAB [12]
Windows 不是 有 有 無
CSIM[13] Windows 不是 有 無 無
的程式碼未支援 OFDMA、程式過於複雜且可修改的 彈性極小，此外 NDSL 和 NIST 皆無設計 MAC 層的 QoS 功能以及相關的 QoS 參數，也無考慮因不同 Modulation 以及封包遺失率所形成的 802.16 多速率 環境。
3. WNPAS 綜述
WNPAS 是以 NS2 為基礎所開發的網路效能分 析系統。此系統的設計滿足使用者以下四個需求：
l WNPAS 提供 802.16 通訊協定模擬功能，並支 援 OFDMA、各種 Modulation 等等。
l WNPAS 能夠立即提供模擬 802.16 通訊協定之 結果的統計資料與圖表。
l WNPAS 利用圖形化介面協助不熟悉 NS2 之使 用者，方便其設計並執行其所設計之模擬環境 與腳本。
l WNPAS 為開放原碼軟體。
05101 52 02 530
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0
Throughput (Mbps)
S i m u l a ti o n Ti m e (S e c ) D o wn l i n k U p l in k S ys te m
圖 2： WNPAS 系統架構
如圖 2 所示，WNPAS 包含四個子系統，使用者 主 畫 面 子 系 統 (User Main Interface Subsystem, UMIS)、GUI 資料轉換子系統(GUI Data Transform Subsystem, GDTS)、NS2 子系統(Network Simulator2 Subsystem, NSS) 、 Log 分析 子 系統 (Log Analysis Subsystem, LAS)。每個子系統的功能描述如下：
l 使用者主畫面子系統負責聯繫其他子系統。
l GUI 資料轉換子系統主要提供 NS2 802.16 模組 產生相對應的 TCL 模擬腳本之圖形化介面。
l NS2 子系統負責將 GUI 資料轉換子系統所產生 的 TCL 模擬腳本作相對應的網路模擬並產生模 擬記錄檔。本子系統提供 OFDMA、MAC 層的 QoS 服務、各種 Traffic 的 QoS 參數、允入控制、
以及完善的頻寬分配機制等模擬功能。
l Log 分析子系統根據 NS2 子系統所產生的模擬 記錄檔進行資料分析，並產生使用者所需的統 計資料和圖表。
4. WNPAS 設計方式
WNPAS 包含了四個子系統，UMIS、GDTS、
NSS、LAS。本章將詳細地描述 WNPAS 各個子系統 的設計與運作流程。
我 們 利 用 JAVA 與 C++ 在 Linux 上 開 發 WNPAS。開發 WNPAS 時需要三個函式庫的協助，
即 NS2 802.16 模組、Satistic()、JFreeChart Library。
我們修改並新增 NS2 802.16 模組以協助開發 NSS。
JFreeChart Library 是用來協助開發 LAS。
4.1 UMIS
UMIS 提供 WNPAS 介面的相關功能，包含呼叫 其他 WNPAS 的子系統、開啟儲存模擬腳本、儲存 模擬結果、系統使用說明模組等功能。使用者可拖 曳設備圖示來建立所欲設計之 802.16 模擬環境，並 利用「Generate TCL」按鈕呼叫 GDTS 子系統產生相 對應之模擬腳本，使用者也可藉此修改相關之模擬 參 數 。 完 成 腳 本 設 計 後 ，使 用 者 可 利 用 上方 之
「Execute」按鈕呼叫 NSS 子系統執行模擬腳本，並 利用「Analysis」呼叫 LAS 子系統產生相對應之統 計圖表，如各個 QoS Service Class 連線的平均傳輸 速度與延遲時間。
4.2 GDTS
GDTS 主要提供使用者圖形化介面之網路服務 型態情境，根據其需求設計並產生相對應的 TCL 模 擬腳本以供 NSS 模組執行網路效能模擬。GDTS 子 系統包括 GUI 資料轉換子系統控制模組、模擬腳本 圖形化顯示模組、網路元件設定模組、模擬參數管 理模組、模擬腳本檔案管理模組等模組。使用者可 以透過本系統提供的 GUI 介面直接操作。當使用者 點選 GUI 圖示呼叫圖形化介面，接著設置網路拓撲 架構並點選「Connect」建立連線，環境建置完成時，
點選「Generate TCL」，根據網路拓撲架構執行轉換 TCL 模擬腳本功能，並產生相對應之 TCL 模擬腳 本，最後使用者設定相關檔案管理操作選項，如檔 案名稱與檔案儲存位置。
4.3 NSS
我們主要利用 NS2 802.16 模組來開發 NSS。此 模組可提供支援 OFDMA、MAC 層的 QoS 服務、各 個 Traffic 的 QoS 參數、允入控制、以及完善的頻寬 分配機制等功能。另外，程式設計者需自行新增 Log_Generator()函式以產生模擬數據，例如封包的遺 失率、傳送時間等等。Log_Generator 需因不同種類 的模擬記錄產生適當的模擬數據格式。當使用者點 選「Execute」選項，NSS 將載入相關 NS2 802.16 模 組並進行模擬，模擬時 NSS 呼叫 Log Generator 產生 模擬過程之 Log 記錄檔，模擬時間結束後，執行視 窗自動關閉。
NS2 802.16 Simulation Arch.
MAC Module
SS BS
Traffic Module
UGS ertPS ertPS ertPS ertPS
MAC Manag. Entity
Connection Classifier
CAC Ranging
BS Bandwidth Allocation DL-MAP/UL- MAP
Generator MAC PDU Generator MAC Manag. Entity
Connection Classifier SS Bandwidth Allocation
MAC PDU Generator
PHY Module
Radio Frequency Channel Module
Uplink Downlink
圖 3：NSS 模組系統架構圖
如圖 3 所示，本子系統分作三個模組，即 OTcl Script Transformer、802.16 Simulation Module、Log Generator。以下說明各個模組的詳細設計：
(一) OTcl Script Transformer
NSS 中的 OTcl Script Transformer 用來解讀使用 者所撰寫的模擬腳本，藉由解讀的結果，NSS 得以 執行所需的函式庫來進行模擬。
(二) 802.16 Simulation Module
本模組提供 WNPAS 的主要 IEEE 802.16 網路模 擬功能。此模組支援 OFDMA、MAC 層的 QoS 服務、
各個 Traffic 的 QoS 參數、允入控制、以及完善的頻 寬分配機制等功能。
如圖 3 所示，本 802.16 模組細分成三個子模組，
包含：Traffic Module、MAC Module、PHY Module。
Traffic Module 負責產生五種服務類別的網路流量，
MAC Module 負責模擬 802.16 MAC 層所提供之功 能，PHY Module 負責模擬 802.16 實體層所提供的功 能。下述內容將詳細描述這些子模組的設計：
(1) Traffic Module
本子模組負責提供 NS2 五種 802.16 標準所定義 的網路流量服務類別，即 UGS、ertPS、rtPS、nrtPS、
BE。此五種流量服務種類皆可讓使用者自訂其 QoS 參數，包含 Rmax、Rmin、maximum latency、tolerated jitter 等。此外，使用者也可設定其網路流量模式，如 CBR (constant bit rate)或 Poisson process。
(2) MAC Module
本子模組設計 MAC 層所需負責的工作項目，包 含 MAC 層 管 理 功 能 、 連 線 分 類 (connection classifier)、允入控制、頻寬分配、DL-MAP 和 UL-MAP 的產生、MAC 封包的製作等等功能。
MAC 層管理功能負責統整處理所有 MAC 層所 需負責的工作項目，例如 SS 的初始化、Ranging、
發送 BW Request 等等功能。此外，MAC 層管理功 能也必須根據不同的情境呼叫相對應的子功能，如 連線分類、允入控制、頻寬分配等等。
連線分類功能意指當新增一個新連線時，SS 或 BS 必須將此連線分類到 802.16 所定義的服務類別之 一。例如一個新連線若要建立，必須先向 MAC 管 理功能發出 Request，然後 MAC 管理功能便可根據 該 Request 利用連線分類功能將此連線分類到 802.16 所定義的服務連線，即 UGS、ertPS、rtPS、nrtPS 或 BE 其中之一。
為了讓 BS 管理有限的頻寬，WNPAS 提供一個 允入控制機制：CQQ [14]。
(三) Log Generator
NSS 中的 Log Generator 提供使用者進行模擬時 所產生的模擬數據，例如封包的遺失率、傳送時間 等等。
4.4 LAS
LAS 包含二個元件，分別為 Log 分析記錄檔與 分析圖表。
我們主要使用二個函式來開發模擬記錄檔統計 圖表，即新增的函式庫：Satistic()，及 JFreeChart 所 擁 有 的 函 式 庫 ： XYLineChart() 、 PieChart() 和 BarChart()。當使用者點選「Analyze」後，LAS 呼叫 Statistic()以分析模擬結果記錄檔，接著 Statistic()將 呼叫相對應的函示以產生使用者所需的統計表，如 XYLineChart()產生折線圖、PieChart()產生圓餅圖、
BarChart()產生長條圖。當 LAS 完成所需的統計圖表 後，再利用 JAVA 所撰寫的視窗介面顯示於螢幕上。
5. WNPAS 系統評估
WNPAS 可於 UNIX 環境中執行轉換 TCL 模擬 腳本、模擬 TCL 腳本、產生統計圖表等功能。本章 節分成三個小節分別介紹並評估這些功能的執行狀 況。
本章之開發和測試環境：作業系統為 Window XP、Cygwin (版本：2.416)。程式語言為 JAVA (版本：
1.6.0_03)、Ruby (版本：1.85)、gcc (版本：3.46)、 NS2 (版本：2.29)、JFreeChart (版本：0.9.21)。此外 Cygwin 為在 Windows 上模擬 Unix 環境的軟體，可讓使用者 於 Windows 上執行 Unix 的程式。
5.1 轉換 TCL 模擬腳本
WNPAS 提供使用者轉換 TCL 模擬腳本的功 能。如圖 4 所示，使用者可拖曳右上方之設備圖示 來建立所欲設計之 802.16 模擬環境，並利用左上方 之 Generate TCL 按鈕呼叫 GDTS 子系統產生相對應 之模擬腳本，使用者也可藉此修改相關之模擬參數。
圖 4：GUI 資料轉換的 802.16 模擬環境建置 如圖 5 所示，使用者可以修改 TCL 模擬腳本參 數。
圖 5：GUI 資料轉換的 TCL 模擬腳本 5.2 模擬 TCL 腳本
如圖 6 所示，NSS 解析 TCL 腳本並載入相關 802.16 模組進行模擬並產生模擬記錄檔。其運作的 時間會依據其模擬腳本的設計而有所變化，若所欲 模擬的網路流量較大、所需模擬的網路節點較多，
則完成模擬所需之時間將會加長。
圖 6：網路模擬模組的解析及模擬畫面
5.3 產生模擬統計圖表
WNPAS 提供使用者相關 802.16 無線網路模擬 統計資料與圖表，包含平均封包延遲時間統計圖 表、上行與下行鏈路封包延遲時間統計圖表、平均 傳輸速率統計圖表、以及上行與下行鏈路平均傳輸 速率統計圖表。
圖 7：封包平均延遲時間統計圖表
封包平均延遲時間統計圖表用來顯示每條上行 鏈路連線、下行鏈路連線封包平均延遲時間。如圖 7 所示，此統計圖表由長條圖所組成；分別顯示每條 連線之平均封包延遲時間。
圖 8：封包延遲時間統計圖表
封包延遲時間統計圖表用來顯示每個封包的延 遲時間。如圖 8 所示，此統計圖表由折線圖所組成，
每條折線分別顯示各個連線所有封包之延遲時間。
圖 9：傳輸比例統計圖表
傳輸比例統計圖表用來顯示每條上行鏈路連 線、下行鏈路連線平均速率及比例。如圖 9 所示，
此統計圖表由圓餅圖所組成；分別顯示每條連線之 平均傳輸速率及所佔比例。
圖 10：傳輸速率統計圖表
傳輸速率統計圖表統計上行鏈路連線、下行鏈 路連線中每個封包的模擬時間及傳輸速率。如圖 10 所示，此統計圖表由折線圖所組成；分別顯示每條 連線所有封包的模擬時間及傳輸速率。
WNPAS 產生統計圖表的效能為 3 秒鐘處理 6 萬 個封包以及繪製相關的統計圖表。此系統的未來目 標是縮減 10%的資料處理時間。
6. 結論與未來展望
本 篇 論 文 描 述 一 個 WiMAX 網 路 效 能 分 析 系 統—WNPAS。此系統能提供 NS2 802.16 網路模擬模 組、具圖形化介面、模擬腳本(Script)轉換、模擬結 果分析等功能。使用者也可藉由 WNPAS 學習 802.16 無線網路模擬分析與運作方式。WNPAS 也提供欲發 展 802.16 無線網路相關演算法之研究人員一個模擬 與分析工具。
WNPAS 主要的貢獻包含：
z 提供一個 IEEE 802.16 網路模擬系統。
z 提供使用者圖形化的系統操作介面。
z 解析模擬腳本與產生模擬記錄檔的功能。
z 各種模擬記錄檔剖析及繪製統計圖表之功能。
WNPAS 仍處於開發階段，許多方面的設計需持 續地加強與改進。在 GUI 資料轉換子系統方面，希 望能夠設計更佳友善的使用者介面。另外也希望未 來能在 WNPAS 系統中新增其它相關模組與演算法 使其功能更加完備。
致謝
本 論 文 為 行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 之 NSC 96-2218-E-011-005 計畫補助之研究結果，特此致謝。
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