基于可见光通信的光电混合网络MAC协议研究

发布时间：2020-06-29 13:51

【摘要】：可见光通信(Visible Light Communication,VLC)是一种新兴的高速无线通信技术。它利用发光二极管(Light Emitting Diode,LED)响应速度快、稳定性强等特性,将信号调制到LED上,以可见光为媒介进行数据传输,具有绿色节能、兼容性强和灵活性好等突出优点。可见光与照明的自然结合使可见光作为室内通信网络的下行链路十分自然,与传统的无线电结合可以构成一种理想的室内VLC组网方案。本文针对这种光电混合网络的媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议存在的问题,主要针对多址接入技术和信道资源分配机制进行了深入的研究,相关研究内容和主要成果总结如下:1.提出了一种基于载波侦听/冲突避免(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance,CSMA/CA)机制的光电并行传输MAC(Parallel Transmission-MAC,PT-MAC)协议,实现了用户间及单个用户数据间在光电信道上并行传输的思想。建立了光电混合网络的二维马尔科夫接入链模型以分析用户接入过程,分析了用户和网络信道的参数对用户下行数据信道分配方案的影响,详细给出了该协议的运行机制及相关细节。仿真结果表明,PT-MAC协议的网络吞吐量大大优于其他经典无线电网络协议。另外,PT-MAC协议具有理想的吞吐率性能。2.提出一种基于非合作博弈论的光电混合网络的下行信道资源分配算法。根据非合作博弈论的思想,首先建立了信道分配的纳什均衡模型,基于信道参数和用户的速率、时延及对信道的容忍中断率等参数,提出了表征用户对网络服务质量满意程度的效用函数公式,进而建立了基于网络效用和最大化的信道分配优化函数。通过改进的粒子群算法可以求解该信道分配算法的最优解。仿真结果表明,当网络效用和达到最大时,用户信道分配可以得到最优结果,该分配结果使网络和网络中各信道均获得了较高的吞吐量性能,提高了信道资源的利用效率。3.针对可见光和无线电混合网络的在煤矿通信系统的应用,在系统架构分析和业务需求分析的基础上,提出了一种针对矿下不同场景需求的集中式MAC协议,通过改变信标帧的相关字段控制不同场景内的业务上传方式,详细描述了协议的具体交互过程,给出了协议中的相关帧结构设计。仿真结果表明,该协议可以有效地实现矿下不同场景的各类业务上传需求。
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1

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本文编号：2733942