\documentclass[a4paper,fontsize=14bp]{article}

\input{../common-preamble}
\input{../bmstu-preamble}
\input{../fancy-listings-preamble}
\setcounter{secnumdepth}{0}
\numerationTop

\begin{document}
\thispagestyle{empty}
\makeBMSTUHeader

\makeReportTitle{лабораторной}{2}{Исследование беспроводного канала связи при \\ медленных и быстрых замираниях радиосигнала}{Проектирование информационных \\ и телекоммуникационных систем}{}{к.т.н., доцент кафедры ИУ-3 \\ Баскаков С.С.}
\newpage
\thispagestyle{empty}
\tableofcontents
\newpage
\pagestyle{fancy}
\section{Цель}
Целью данной лабораторной работы являлось закрепление навыков работы с системой имитационного моделирования OMNeT++, построение имитационной модели беспроводного канала связи и исследование его харак- теристик в условиях многолучевого распространения радиосигналов.
\section{Задание}
\begin{enumerate}
\item Выполнить моделирование исходного проекта, обработку результатов экспериментов по приведенному выше описанию и убедиться в повторяемости приведенных на рисунках графиков.
\item Изменить значения параметров исходной имитационной модели системы в соответствии с индивидуальным вариантом из таблицы
\item Провести аналогичный имитационный эксперимент с модифицированной моделью системы. В случае необходимости следует увеличить максимальное время моделирования, чтобы рассмотреть ситуацию с ухудшением качества связи и ее отсутствием по мере увеличения расстояния между устройствами.
\item Обработать результаты моделирования и построить соответствующие графики.
\item Используемые на предыдущем этапе индивидуальные значения параметров $\alpha$, $\sigma$ и K увеличить в 2 раза независимо от единиц измерения. Например, если по индивидуальному варианту заданы значения $\alpha$ = 2, $\sigma$ = 1дБ и K = 8дБ, то после увеличения они должны быть равны $\alpha$ = 4, $\sigma$ = 2дБ и K = 16дБ. Снова повторить эксперимент и выполнить обработку его результатов.
\item Сравнить результаты моделирования и объяснить наблюдаемые эффекты.
\end{enumerate}

\section{Выполнение}
\subsection{Обработка исходной модели}
После запуска исходной модели в папке с результатами были записаны файлы со скалярными и векторными значениями моделирования. По этим значениям в пакете математического моделирования MATLAB были построены графики вероятности битовой ошибки (рис. \hyperref[pic:deflogber]{\ref{pic:deflogber}}, \hyperref[pic:defricber]{\ref{pic:defricber}}), вероятности пакетной ошибки (рис. \hyperref[pic:deflogper]{\ref{pic:deflogper}}, \hyperref[pic:defricper]{\ref{pic:defricper}}), количества потерянных пакетов (рис. \hyperref[pic:deflogploss]{\ref{pic:deflogploss}}, \hyperref[pic:defricploss]{\ref{pic:defricploss}}), мощности принятого сигнала и соотношения сигнал/(интерференция+шум) (рис. \hyperref[pic:deflogpowrel]{\ref{pic:deflogpowrel}}, \hyperref[pic:defricpowrel]{\ref{pic:defricpowrel}}). Полученные графики являются идентичными с представленными в задании к лабораторной работе (кроме графика битовой ошибки, не представленного в методическом материале).
\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-log-ber.png}
  \caption{Вероятность битовой ошибки с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:deflogber}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-ric-ber.png}
  \caption{Вероятность битовой ошибки с распределением Райса}
  \label{pic:defricber}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-log-per.png}
  \caption{Вероятность пакетной ошибки с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:deflogper}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-ric-per.png}
  \caption{Вероятность пакетной ошибки с распределением Райса}
  \label{pic:defricper}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-log-ploss.png}
  \caption{Количество потерянных пакетов с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:deflogploss}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-ric-ploss.png}
  \caption{Количество потерянных пакетов с распределением Райса}
  \label{pic:defricploss}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-log-pow-rel.png}
  \caption{Мощность принятого сигнала и соотношение сигнал/(интерференция+шум) с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:deflogpowrel}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-def-ric-pow-rel.png}
  \caption{Мощность принятого сигнала и соотношение сигнал/(интерференция+шум) с распределением Райса}
  \label{pic:defricpowrel}
  \end{multicols}
\end{figure}

\subsection{Изменение исходной модели}
Исходная система была модифицирована согласно задания, итоговые значения приведены в таблице \hyperref[table:individual]{\ref{table:individual}}, а полный файл настроек в листинге \hyperref[lst:modified]{\ref{lst:modified}} 
\begin{table}[H]
  \centering
  \begin{tabular}{||r|r|r|r|r|r|r|r|r|r|r||} 
    \hline
    \thead{D\\(байт)} &  \thead{T\\(мсек)} & \thead{$P_t$\\(мВт)} & \thead{F\\(МГц)} & \thead{R\\(кбит/с)} & \thead{W\\(МГц)} & \thead{$P_n$\\(дБм)} & \thead{V\\(м/с)} & \thead{$\alpha$} & \thead{$\sigma$\\(дБ)}& \thead{K\\(дБ)} \\ [0.5ex]
    \hline\hline
    50 & 10 & 80 & 2000 & 200 & 300 & -90 & 20 & 3.0 & 2 & 1 \\  [1ex] 
    \hline
  \end{tabular}
  \caption{Параметры системы согласно индивидуальному варианту (№ 11)}
  \label{table:individual}
\end{table}

\begin{lstlisting}[style=ASMStyle, caption=Изменённый файл omnetpp.ini, label={lst:modified}]
#---------------------------------------------
[Config Lab_2_LogNormal]
description = RF channel (LogNormal Path Loss)
network = Lab_2_Network
sim-time-limit = 100s

*.host*.ipv4.arp.typename = "GlobalArp"

*.hostTX.numApps = 1
*.hostTX.app[0].typename = "UdpBasicApp"
*.hostTX.app[0].destAddresses = "hostRX"
*.hostTX.app[0].destPort = 5000
*.hostTX.app[0].messageLength = 50B
*.hostTX.app[0].sendInterval = exponential(10ms)
*.hostTX.app[0].packetName = "UDPData"

*.hostRX.numApps = 1
*.hostRX.app[0].typename = "UdpSink"
*.hostRX.app[0].localPort = 5000

*.host*.wlan[0].typename = "AckingWirelessInterface"
*.host*.wlan[0].mac.useAck = false
*.host*.wlan[0].mac.fullDuplex = false
*.host*.wlan[0].mac.headerLength = 23B

*.host*.**.bitrate = 0.2Mbps

*.radioMedium.typename = "ApskScalarRadioMedium"
*.radioMedium.pathLoss.typename = "LogNormalShadowing"
*.radioMedium.pathLoss.alpha = 3
*.radioMedium.pathLoss.sigma = 2
*.radioMedium.backgroundNoise.power = -90dBm
*.radioMedium.mediumLimitCache.centerFrequency = 2GHz
*.radioMedium.mediumLimitCache.maxTransmissionDuration = 1s

*.host*.wlan[0].radio.typename = "ApskScalarRadio"
*.host*.wlan[0].radio.centerFrequency = 2GHz
*.host*.wlan[0].radio.bandwidth = 300MHz
*.host*.wlan[0].radio.transmitter.power = 80mW
*.host*.wlan[0].radio.transmitter.preambleDuration = 10us
*.host*.wlan[0].radio.transmitter.headerLength = 8B
*.host*.wlan[0].radio.receiver.sensitivity = -120dBm # not used
*.host*.wlan[0].radio.receiver.energyDetection = -120dBm # not used
*.host*.wlan[0].radio.receiver.snirThreshold = 0dB # not used

*.hostRX.wlan[*].radio.minSnir.result-recording-modes = default,+vector
*.hostRX.wlan[*].radio.bitErrorRate.result-recording-modes = default,+vector
*.hostRX.wlan[*].radio.packetErrorRate.result-recording-modes = default,+vector

*.hostRX.mobility.typename = "LinearMobility"
*.hostRX.mobility.speed = 20mps
*.hostRX.mobility.initialMovementHeading = 0deg

*.host*.wlan[0].mac.queue.packetCapacity = 50

*.visualizer.mobilityVisualizer.displayVelocities = true
*.visualizer.mobilityVisualizer.displayMovementTrails = true

#---------------------------------------------
[Config Lab_2_RicianFading]
description = RF channel (Rician Fading Path Loss)
extends = Lab_2_LogNormal

*.radioMedium.pathLoss.typename = "RicianFading"
*.radioMedium.pathLoss.alpha = 3
*.radioMedium.pathLoss.k = 1dB
\end{lstlisting}

\subsection{Результаты моделирования}
В результате моделирования с представленными в листинге \hyperref[lst:modified]{\ref{lst:modified}} значениями, в среде OMNeT++ сеть не дошла до стабильного значения максимального уровня пакетной ошибки, в связи с чем время моделирования было изменено на 150 сек. Результаты моделирования (в виде исходных «*.sca»- и «*.vec»-файлов для медленных и быстрых замираний приложены к отчёту). По полученным значениям в пакете математического моделирования MATLAB были построены графики вероятности битовой ошибки (рис. \hyperref[pic:wrklogber]{\ref{pic:wrklogber}}, \hyperref[pic:wrkricber]{\ref{pic:wrkricber}}), вероятности пакетной ошибки (рис. \hyperref[pic:wrklogper]{\ref{pic:wrklogper}}, \hyperref[pic:wrkricper]{\ref{pic:wrkricper}}), количества потерянных пакетов (рис. \hyperref[pic:wrklogploss]{\ref{pic:wrklogploss}}, \hyperref[pic:wrkricploss]{\ref{pic:wrkricploss}}), мощности принятого сигнала и соотношения сигнал/(интерференция+шум) (рис. \hyperref[pic:wrklogpowrel]{\ref{pic:wrklogpowrel}}, \hyperref[pic:wrkricpowrel]{\ref{pic:wrkricpowrel}}). При $\alpha = 3$, $\sigma = 2$дБ и K = 1дБ, связь всё время (начиная с 10-й секунды) будет с плохими показателями вероятности пакетной ошибки, а после 100-й секунды полностью отсутствовать при быстрых замираниях. При медленных замираниях стабильное поведение канала наблюдается примерно до 50-й секунды, и полностью обрывается связь на 125й секунде. 

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-log-pow-rel.png}
  \caption{Мощность принятого сигнала и отношение сигнал/(интерференция+шум) с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:wrklogpowrel}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-ric-pow-rel.png}
  \caption{Мощность принятого сигнала и отношение сигнал/(интерференция+шум) с распределением Райса}
  \label{pic:wrkricpowrel}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-log-ber.png}
  \caption{Вероятность битовой ошибки с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:wrklogber}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-ric-ber.png}
  \caption{Вероятность битовой ошибки с распределением Райса}
  \label{pic:wrkricber}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-log-per.png}
  \caption{Вероятность пакетной ошибки с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:wrklogper}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-ric-per.png}
  \caption{Вероятность пакетной ошибки с распределением Райса}
  \label{pic:wrkricper}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-log-ploss.png}
  \caption{Количество потерянных пакетов с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:wrklogploss}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-ric-ploss.png}
  \caption{Количество потерянных пакетов с распределением Райса}
  \label{pic:wrkricploss}
  \end{multicols}
\end{figure}

Результаты моделирования с удвоенными значениями $\alpha$, $\sigma$ и K (в виде исходных «*.sca»- и «*.vec»-файлов для медленных и быстрых замираний приложены к отчёту). По полученным значениям в пакете математического моделирования MATLAB были построены графики вероятности битовой ошибки (рис. \hyperref[pic:dwrklogber]{\ref{pic:dwrklogber}}, \hyperref[pic:dwrkricber]{\ref{pic:dwrkricber}}), вероятности пакетной ошибки (рис. \hyperref[pic:dwrklogper]{\ref{pic:dwrklogper}}, \hyperref[pic:dwrkricper]{\ref{pic:dwrkricper}}), количества потерянных пакетов (рис. \hyperref[pic:dwrklogploss]{\ref{pic:dwrklogploss}}, \hyperref[pic:dwrkricploss]{\ref{pic:dwrkricploss}}), мощности принятого сигнала и соотношения сигнал/(интерференция+шум) (рис. \hyperref[pic:dwrklogpowrel]{\ref{pic:dwrklogpowrel}}, \hyperref[pic:dwrkricpowrel]{\ref{pic:dwrkricpowrel}}).
При увеличении в два раза показателей альфа, сигма и К мощность принятого сигнала при быстрых замираниях убывает гораздо быстрее, область надежной связи сильно сокращается, потери пакетов начинаются раньше, но и полное прекращение передачи пакетов происходит несколько позже - после 125й секунды.

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-log-pow-rel.png}
  \caption{Мощность принятого сигнала и отношение сигнал/(интерференция+шум) с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:dwrklogpowrel}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-ric-pow-rel.png}
  \caption{Мощность принятого сигнала и отношение сигнал/(интерференция+шум) с распределением Райса}
  \label{pic:dwrkricpowrel}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-log-ber.png}
  \caption{Вероятность битовой ошибки с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:dwrklogber}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-ric-ber.png}
  \caption{Вероятность битовой ошибки с распределением Райса}
  \label{pic:dwrkricber}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-log-per.png}
  \caption{Вероятность пакетной ошибки с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:dwrklogper}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-ric-per.png}
  \caption{Вероятность пакетной ошибки с распределением Райса}
  \label{pic:dwrkricper}
  \end{multicols}
\end{figure}

\begin{figure}[H]
  \centering
  \begin{multicols}{2}
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-log-ploss.png}
  \caption{Количество потерянных пакетов с логарифмически нормальным распределением}
  \label{pic:dwrklogploss}
    \columnbreak
  \includegraphics[width=8cm]{01-itsp-lab-02-d-ric-ploss.png}
  \caption{Количество потерянных пакетов с распределением Райса}
  \label{pic:dwrkricploss}
  \end{multicols}
\end{figure}

\section{Выводы}
В результате выполнения лабораторной работы были изучены основные аспекты системы имитационного моделирования OMNeT++, были выполнены различные имитационные эксперименты модели беспроводного канала связи, а также было проведено исследование характеристик моделей с нормальным логарифмическим распределением и распределением Райса. 

\end{document}
