基于FPGA的太赫兹无线个域网接入协议研究与实现

发布时间：2020-04-12 07:14

【摘要】：随着信息技术的不断发展,大量具有低成本、短距离无线通讯能力智能移动设备的普及,以及各种网络业务越来越大的数据量,导致无线通信数据流量的急剧增长,以往的无线传输速度已经无法满足人们的需求。太赫兹波是一种波长位于毫米波和红外光波之间的电磁波,能够支持10Gbps以上的数据传输速率,但其传播距离较短、受雨水干扰较为严重。太赫兹无线个域网是能够实现自我组织、自我管理的超高速无线网络,适用于短距离、高速数据传输。目前太赫兹无线个域网接入协议相关标准还在制定当中,本文主要基于IEEE802.15.3 c协议,在其基础上进行适当的改进,以适用于太赫兹无线个域网的通信。本文首先介绍了太赫兹无线通信技术的有关背景及研究现状,接着介绍了太赫兹无线通信的主要应用场景,并介绍了太赫兹无线个域网接入协议的超帧结构、工作原理及帧聚合技术,随后又介绍了太赫兹无线网络接入协议实现的相关技术。然后,在介绍IEEE 802.15.3c协议的过程中,分析现有机制的工作原理以及存在的不足,提出了一种可靠高时隙利用率的太赫兹无线个域网接入协议——RHSU-MAC(Reliable and High Slot Utilization MAC protocol)。该协议对CTAP存在空闲时隙资源浪费、标准帧聚合子头部个数固定不变导致冗余,以及聚合帧子帧无法被正确解析导致重传的问题进行了相应的完善和处理,有利于提高网络的时隙利用率,减少数据传输中的控制开销,减少聚合帧子帧重传个数。之后,本文设计了太赫兹无线通信接入协议的总体实现框架以及各个模块的具体实现方法,然后使用相关软件进行编程开发,具体设计及实现太赫兹无线个域网接入协议。然后通过仿真软件对太赫兹无线个域网接入协议进行了功能级的验证,保证了接入协议的正确性。然后搭建简化的测试平台,将相应的生成文件烧录到Xilinx FPGA开发板中,在简化的实验平台上进行通信性能测试,获得数据吞吐量、端到端往返时延、时延抖动和丢包率等数据。测试结果证明了RHSU-MAC协议的优越性。最后对全文进行总结,并指出接下来的研究方向。
【图文】：

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太赫兹无线个域网是一种能够实现自我组织、自我管理的无线网络，它利太赫兹频段高带宽的优势，能够支持数十 Gbps 的高速无线通信传输。太赫兹无个域网所具有的高速率、自组织等特点，已成为世界各国关注的热点之一，对未来短距离无线通信领域有着重要意义。2.1 太赫兹波及其特点如图 2.1 所示，太赫兹（THz）波在电磁波频谱中位于毫米波（Micro wave与红外线（Infrared）之间，其波长和频率范围分别为 0.03 mm~3 mm 和 0.1 THz~THz。太赫兹频段有更高的载波频段，且具有极大的未被分配使用的带宽，能够持 10Gbps 以上的数据传输速率，而且具有更好的保密性及抗干扰性[24]。太赫兹在空气中传播时受水分子影响严重，导致其传播距离较短[25]。

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图 2. 2 太赫兹无线个域网结构图个域网接入协议赫兹无线通信的接入协议还在研究当中，协议均工作在 60GHz，采用 CSMA/CA 和 Tbps 以上的无线数据传输。本文基于 IEEE 8进。个域网接入协议超帧结构域网将网络运行时间分为多个长度相等的超后顺序的信标时段（Beacon Period，BPs Period，，CAP）和信道时间分配时段（Ch
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN92;TN791

【参考文献】