基于TDMA的无线Mesh网络时隙分配算法研究与实现

发布时间：2017-04-21 11:10

  本文关键词：基于TDMA的无线Mesh网络时隙分配算法研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现有的无线Mesh网络是朝着多种无线接入技术融合方向发展。在无线Mesh网络中可用的无线资源非常有限,如何提高无线资源利用率,增加网络容量是设计无线Mesh网络的一个关键问题。基于TDMA的无线Mesh网络MAC层协议在高竞争的网络环境下能够更大限度的提高无线信道利用率,高效的分配信道资源,因此可以提供更高的网络容量。特别在一些QoS保障要求较高和需要预留资源的网络中有更大的优势。本文对无线Mesh网络中MAC层TDMA时隙分配算法进行研究,具体工作如下:本文首先介绍了Mesh网的基本概念、结构和特点,详细分析了MAC层中常用到的TDMA协议,包括动态TDMA协议FPRP和CA-TDMA,固定与动态相结合的TDMA协议ADAPT和P-TDMA。然后针对在TDMA中无线Mesh网络多跳场景下延时的问题,提出了一种在考虑流内时隙复用的低时延时隙分配算法DG-TDMA,旨在保证端到端延时的同时尽量提高包递交率。接着分析了在信道接入中经常碰到的隐藏终端和暴露终端的问题,还有节点移动对TDMA系统的影响,在现有的研究基础上提出无线Mesh网络中的TDMA动态时隙分配算法SRHE-TDMA,重新设计时帧结构,在有隐藏终端和暴露终端的情况下,通过邻居节点间状态的转换和更新,实现无冲突的时隙分配,并且使两跳以内的节点也能复用同一个时隙,增大了时隙的空间复用度,提高了MAC层无线资源分配的效率。最后对两种算法进行性能仿真,仿真结果表明DG-TDMA算法在网络负载较大时,与最小可能时延算法MPD相比,时延性能表现相当,但是包递交率有显著的提高。SRHE-TDMA算法在节点高移动性和高负载的情况下,由于入网灵活,时隙复用度高,有更好的性能表现。与M-USAP算法相比较,总体吞吐量平均有15%性能的提升,延时平均降低了20%。在基于TDMA无线资源分配的研究基础上,有必要对该算法在无线节点系统上进行实测验证。随后对节点系统进行硬件选型并设计计了Mesh组网MAC层实现方案,包括MAC层节点互同步,SRHE-TDMA动态时隙分配算法,优化了节点公平的机制。最后在LM3S9B96开发板和CC1100射频模块组成的节点系统上成功组网。在功能测试上满足MAC层设计要求,经过实测,链状拓扑下网络吞吐量最高能达到150.6kbps,星形拓扑下最高吞吐量能达到110.4kbps。
【关键词】：无线Mesh网络 时分多址接入 低时延时隙分配 时隙复用
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-15
• 缩略词表15-16
• 第一章 绪论16-20
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 研究现状17-18
• 1.3 论文研究内容及结构安排18-20
• 第二章 无线Mesh网络相关理论20-32
• 2.1 无线Mesh网络概述20-23
• 2.1.1 无线Mesh网络的结构20-22
• 2.1.2 无线Mesh网络的特点22-23
• 2.1.3 无线mesh网络的应用23
• 2.2 无线Mesh网络MAC层TDMA协议23-28
• 2.2.1 MAC层动态TDMA协议24-26
• 2.2.2 固定与动态相结合的TDMA协议26-28
• 2.3 MAC层TDMA面临的问题28-31
• 2.3.1 节点同步的影响28-29
• 2.3.2 隐藏终端与暴露终端的影响29-30
• 2.3.3 节点移动的影响30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 按需动态时隙分配TDMA协议算法设计32-68
• 3.1 时延保证动态时隙分配算法DG-TDMA32-39
• 3.1.1 TDMA中的端到端时延与时隙复用32-34
• 3.1.2 系统模型34
• 3.1.3 协议帧结构34-35
• 3.1.4 时隙分配过程35-39
• 3.2 改进的高时隙复用度分配算法SRHE-TDMA39-59
• 3.2.1 算法研究背景39-40
• 3.2.2 SRHE-TDMA协议帧结构40-41
• 3.2.3 TDMA中提高时隙复用度的分析41-43
• 3.2.4 节点状态分析43
• 3.2.5 节点状态转换43-45
• 3.2.6 SRHE-TDMA时隙分配算法45-51
• 3.2.7 协议算法示例分析51-59
• 3.2.8 时隙分配结果分析59
• 3.3 协议仿真比较分析59-67
• 3.3.1 DG-TDMA分配算法性能仿真60-63
• 3.3.2 SRHE-TDMA分配算法性能仿真63-67
• 3.4 本章小结67-68
• 第四章 基于TDMA的MAC层方案设计68-83
• 4.1 系统架构与方案设计68
• 4.2 节点系统硬件系统介绍68-71
• 4.2.1 无线通信模块CC1100介绍69-70
• 4.2.2 处理器模块LM3S9B96开发板介绍70-71
• 4.3 MAC层与无线通信模块数据接.时序设计71-72
• 4.4 基于TDMA的MAC层设计方案72-82
• 4.4.1 方案概述72
• 4.4.2 时隙结构设计72-73
• 4.4.3 TDMA网络节点同步设计73-79
• 4.4.4 动态时隙分配方案设计79
• 4.4.5 MAC层报文结构79-82
• 4.4.6 节点本地维护参数82
• 4.5 本章小结82-83
• 第五章基于SRHE-TDMA算法的节点系统设计及实现83-91
• 5.1 Mesh组网整体实现框架83-87
• 5.1.1 程序实现流程84-85
• 5.1.2 组网参数设置85-87
• 5.2 Mesh组网测试与分析87-90
• 5.2.1 测试场景规划87-88
• 5.2.2 测试结果及分析88-90
• 5.3 本章小结90-91
• 第六章总结与展望91-92
• 6.1 论文工作总结91
• 6.2 后期展望91-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-97
• 个人简历与在学期间取得的研究成果97-98

【参考文献】

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1 刘觅,彭木根,王文博;基于IEEE 802.16标准的Mesh机制研究[J];数据通信;2005年05期

  本文关键词：基于TDMA的无线Mesh网络时隙分配算法研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：320203