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物理層&MAC層のマルチレイヤシミュレーションとコード生成

MathWorks Japan

アプリケーションエンジニアリング部

シニアアプリケーションエンジニア

田中明美

2

Go-Back-N (クロスレイヤモデル)

BER/PER特性の確認

Bitレベルで雑音を加えているため、PERだけでなく、BERも評価可能

3

Go-Back-N

振る舞い

送信側 受信側

Frame１

Frame2

Frame3

Frame4

Frame5

Frame6

Frame5

Frame6

ACK１

ACK2

ACK3

ACK4

未到達

timeout

ウィンドウサイズ

往復遅延時間

4

Go-Back-N (クロスレイヤモデル)

フレーム生成

1

OUT

IN OUT

Set Attribute

IN OUT

Sequence Number

OUT

Frame Generator

1

OUT

parity bitPKT_IN1

Set Parity Bit

IN1

IN2

IN3

OUT

Packet Generator

TRAILER

Generate Trailers

PAYLOAD

Generate Payloads

HEADER

Generate Headers

MACモデル

PHY/MAC クロスレイヤモデル

ヘッダ、ペイロード、トレイラ等、実際のフレーム構成をふまえてattribute情報を付加

各entityに付加するattribute情報は、シーケンシャル番号のみ

5

Go-Back-N (クロスレイヤモデル)

物理層付加

以下のattributeを取りだす seqNum（シーケンシャル番号） Payload（ペイロード） Parity Bit（CRCパリティ）

6

Go-Back-N (クロスレイヤモデル)

物理層付加

取り出したattribute “Payload”,

“Parity Bit”について、以下のPHYレイヤ処理を行う

BCH符号/復号 BPSK変復調 白色雑音付加

7

アジェンダ

Simulink®シミュレーション環境

Stateflow®とは？

Stateflow®からのコード生成

SimEvents®とは？

アプリケーション例(CSMA/CD)

まとめ

8

アジェンダ

Simulink®シミュレーション環境

Stateflow®とは？

Stateflow®からのコード生成

SimEvents®とは？

アプリケーション例(CSMA/CD)

まとめ

9

Simulink環境

SimulinkDiscrete

Event

(SimEvents)

パケットメモリ処理

Decision

Logic

(Stateflow)

シーケンス処理例外処理条件判定

Time-Driven Dynamics

(Simulink

DSP System Toolbox

Communications System

Toolbox

Phased Array System

Toolbox)

基本環境変復調エラー訂正チャネルビームフォーミング到来方向推定スペアナ表示

Frequency-Driven

(SimRF)

ミキサアンプLNA

マルチドメイン/マルチレイヤのシミュレーションCコード/HDLコード生成

Code Generation

(Simulink Coder

Embedded Coder

HDL Coder)

CコードHDLコード

LTE System Toolbox

10

アジェンダ

Simulink®シミュレーション環境

Stateflow®とは？

Stateflow®からのコード生成

SimEvents®とは？

アプリケーション例(CSMA/CD)

まとめ

11

Stateflowとは?

状態遷移図・状態遷移表・フローチャート機能を提供

Simulinkとシームレスに連携（Simulinkが必要）

階層化、並列化、関数化、時相論理に対応

コード生成、モデル検証等各種オプション機能に対応

上位階層

下位階層

Stateflow

12

主な機能

フローチャート 状態遷移図 状態遷移表

処理の流れで

ロジックを表現

状態の移り変わりで

ロジックを表現状態遷移図の表形式

13

Stateflow ブロック

エントリの方法

状態遷移図

状態遷移表

真理値表

ドラッグ＆ドロップでモデルに配置

14

Stateflow エディタ オブジェクトパレット

上から順に

ズーム

表示範囲のフィッティング

状態

分岐点（コネクティブジャンクション）

遷移線（トランジション）

ボックス

Simulink関数

グラフィカル関数

MATLAB関数

真理値表

ヒストリージャンクション

15

状態のハイライト、MATLAB関数のコール

現在の状態がハイライトされどの状態に繊維しているか確認可能

MATLAB関数をチャートからコール

16

HUNTSYNC_FLG<=‘０’

LOSTSYNC_FLG<=‘1’

SYNCSYNC_FLG<=‘1’

FOUNDSYNC_FLG<=‘０’COUNT=FRAME

andCODE_HIT=‘0’

COUNT=FRAMEand

CODE_HIT=‘1’

COUNT=FRAMEand

CODE_HIT=‘0’

COUNT=FRAMEand

CODE_HIT=‘0’

COUNT=FRAMEand

CODE_HIT=‘1’

CODE_HIT=‘1’

Ｓｔａｔｅｆｌｏｗの活用例フレーム同期信号検出

DATAI

SYNC_FLG

FP

同じ機能のＨＤＬコード完成まで2時間(モデリング 0.5h 検証 1.5h)

DATAO

参考文献CQ出版社 DesignWave BooksHDL サンプル記述集 まねして身につけるディジタル回路設計

17

アジェンダ

Simulink®シミュレーション環境

Stateflow®とは？

Stateflow®からのコード生成

SimEvents®とは？

アプリケーション例(CSMA/CD)

まとめ

18

Simulink/StateflowからのCコード生成

19

Simulink/StateflowからのHDLコード生成

20

アジェンダ

Simulink®シミュレーション環境

Stateflow®とは？

Stateflow®からのコード生成

SimEvents®とは？

アプリケーション例(CSMA/CD)

まとめ

21

SimEventsとは？

エンティティとは？サーバーとは？

パケット処理

22

ケンドール記号

22

D / D / 1

SimEvents標準デモ

到着間隔の分布

サービス時間の分布

サーバの数

D : 一定分布

M : ランダム分布

G : 一般分布

23

15分 8分

10分 9分

1 2

3

2 3

3

5分 4分

15分

4

10分

1

Server A

エンティティの到着する間隔： ランダム

サービス時間： ランダム

サーバの数： 1待ち状態が発生

イベント

ランダム時間

サービス時間ランダム時間

エンティティの到着

サービス時間

待ち状態

M/M/1 [到着分布/サービス分布/サービス窓口数」

ケンドールの記号

2 4

24

Precision Time Protocol とは？

出典：http://ja.wikipedia.org/wiki/Time_Protocol#PTP.28Precision_Time_Protocol.29

25

Precision Time Protocol とは？プロトコルメッセージ

Master Clock Sync

Master Clock Delay Response

Slave Clock Delay Request

少なくても1台のMasterと1台のSlaveが必要

タイムスタンプの位置One-step clock

Two-step clock

4種類のタイムスタンプT1:Masterが同期メッセージを送信した時間T2:Slaveが同期メッセージを受信した時間T3:SlaveからDelay Requestメッセージを送信した時間T4:MasterがDelay Responseメッセージを受信した時間

Master Clock Slave Clock

T1,Sync

Sync follow up

T4

Delay Response

T2

T3

Delay Request

26

Precision Time Protocol Systemのモデリング

Master Channel Slave

27

Master

SlaveへT1を含むパケット送信

Slaveからのパケット受信

Slaveへ返信

28

Channel

MasterからSlaveへ

MasterからSlaveへ

Slave からMasterへ

29

Slave

Masterへパケット送信

30

シミュレーション結果

片方向遅延 黄: 瞬間遅延 青: 平均遅延

遅延時間(Master to Slave)

遅延時間(Slave to Master)

31

アジェンダ

Simulink®シミュレーション環境

Stateflow®とは？

Stateflow®からのコード生成

SimEvents®とは？

アプリケーション例(CSMA/CD)

まとめ

32

CSMA/CDの概要

信号が流れていないか確認

信号がなければ伝送開始

信号を検出送信を待つ

信号がなければ伝送開始

同時に送信したため衝突

双方ランダム時間待って再送

バックオフは15回繰り返し、16回目にフレーム破棄

33

CSMA/CD

33

☆3台の端末によるCSMA/CDアルゴリズムのモデル（10Mbps）

☆端末（Entity生成、MAC、接続点）とケーブルにより構成

MACEntity生成

ケーブル長による遅延

端末

3434

Backoff (Stateflow)

CSMA/CD

CSMA/CD

3535

①親サブシステムのInfinite Server(Chanel State)内にあるentityの数を入力（I_states）

②I_statesの値が0→1の時、Server内に一つだけパケットがあると判断

→ st端子に0を出力（Collisionなし）

③I_statesの値が1→2の時、st端子に1を出力（Collisionあり）

① ②③

CSMA/CD

36

CSMA/CD

36

collision検出

Backkoff時間を計算

37

CSMA/CD

10Mb/s

パケットは可変長（64～1500byte）

パラメータ設定

38

CSMA/CD

38

パケット長情報を

attributeとして

伝送

パケット生成レート情報を、entity生成時間に設定

マスクパラメータの受け渡し

39

CSMA/CD

送出されたパケット数

検出されたコリジョン数

チャネル使用率スループット

Application(B)のパケットレート：200

チャネル使用率スループット

Application(B)のパケットレート：100

40

まとめ

物理層だけでなくMAC層のモデリング

物理層＆MAC層のマルチレイヤモデリング

CSMA/CA,CSMA/CDなどを意識したサンプルモデル

独自のプロトコルの検討

仕様から直感的に理解できるモデリング

コード生成->実装まで幅広いフェーズをカバー

– ツールのトレーニング

– コンサルティングサービス

通信系システム設計、シミュレーションに便利なオプションとサービスをご利用いただけます。

41

デモブースのご案内

アナログ・デジタル設計からハードウェア実装

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展示ブースデモダイジェスト

42

ワークショップ(体験型)

2014年12月2日

実際にMATLABを使用して簡単なモデル作成とBER測定までのワークフローをご体験頂けます

詳細はこちらからhttps://go2.mathworks.com/communications-workshop-sem-jp-58863?s_iid=evsem_sem_event_bod

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ご聴講ありがとうございました!

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