可见光通信网络协议优化及其在车联网中的应用
发布时间：2021-07-03 21:11
可见光通信作为未来5G通信技术和车联网技术发展的一个重要方向,基于可见光进行信息传输可以极大的提高通信的带宽容量和速度,是未来人类解决车联网等对通信速度要求极高的领域的通信的一种重要方式,本文对可见光通信技术进行研究,在已有的IEEE802.15.7协议的基础上,对其帧结构和访问控制等核心技术进行优化,提出了一种优化的接入机制方法,在不考虑天气环境等因素的情况下可以有效的提高可见光通信效率和速度,对推动未来可见光技术的进一步发展具有非常重要的意义,本文的主要研究内容如下:1)对可见光的通信协议、MAC层的帧结构、访问控制技术等核心理论进行了研究,结合国内外当前的研究现状,提出了一种优化设计方案,该方案从帧结构和接入控制上进行优化,有效的提高可见光通信效率和速度;2)对车联网环境下的可见光通信系统的基本结构和链路特征进行了研究,深入分析了可见光的接入机制的公平性,并基于网络吞吐量马尔科夫模型构建了可见光通信性能分析模型,对本文优化后的可见光通信的性能进行评估,最后基于OpenNet平台完成了对优化模型的仿真分析,验证了优化方案的可靠性;3)构建了基于可见光通信的车联网系统终端,在前文的车...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IEEE802.15.7标准协议体系结构
可见光通信网络协议优化及其在车联网中的应用在 IEEE802.15.7 协议中，是通过一种超帧结构来划分时隙的，如图 2-2 所示，通信过程中可见光通信协调器可以通过发出网络信标将超帧分为了 16 个相同大小的时间槽，这就是 IEEE802.15.7 的超帧基本结构[34]，在这 16 个时间槽中，其中第一个时间槽被用于传输信标帧，在传输的过程中个，这种信标帧是可选择的，如果协调器不想使用超帧结构，那么可以直接关闭信标的传输，通过这种信标使能的超帧结构设计，可以使得设备在活动分布的时间内，采用竞争或者非竞争的方式来控制设备信道的使用[35]，被分为竞争时期，（CAP）和非竞争时期（CFP），在设备接入的过程中，如果处于 CAP 时期，那么采用分时槽随机进行接入，这里提供了 CAMA 和 CA 两种接入机制选择，在非竞争时期是通过保障时隙 GTS 组成，在进行可见光通信的过程中，对于一些特殊的通信情况下，可以采用 PAN 主协调器的活动超帧中的 CTS，同时在通信过程中协调器还会根据当前的任务情况，有可能进入到省电模式，这种模式下设备通过竞争时期分配到的时槽进行通信，如果完成通信后在非活动的时期内，设备也可以进入到睡眠状态，以达到设备端省电的目的[36]。
寻址域MHR MSDU MFR其中在上述标准帧结构中，其中帧控制域的具体结构如下图 2-5 所示，在控制域中主要包括了对 MAC 层的部分功能的定义，如信道预约、帧类型、安全使能、帧等待、确认帧请求等。同时，为了对协议进行优化，我们还需要了解在 802.15.7 协议中，其媒体的访问控制层发送的数据帧之间都是有一定的时间间隔存在，如果确认信号空闲状态，并且等待超过的一定的时间间隔之后[38]，该节点才会开始尝试的去访问该信道，在 MAC 层通过从物理层接收数据，然后对这些数据进行处理，在处理过程中需要花费一定的时间，所以导致了在同一个设备发送的连续帧之间至少需要保持要大于 MAC 层处理物理帧数据的这一时间间隔，在 802.15.7 协议中就定义了三种不同的间隔时间用于通信过程中的控制，其定义主要是根据物理帧数据量的大小来进行的，分为短帧时间间隔（SIFS）、长帧时间间隔（LIFS）、突发帧时间间隔（RIFS）等，在上述实践间隔中，其长度关系满足如下数学模型[39]：RFIS<SIFS<LIFS (2-1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动场景下一种可见光通信系统的设计与实现[J]. 尹浩浩,董雨晴,邹倩,沈连丰. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]可见光通信系统的自适应信道估计研究[J]. 武琰. 激光杂志. 2017(06)
[3]基于LED的可见光通信系统预均衡技术研究[J]. 蒋余成,刘智,邴丽媛,王凯,姚海峰,王素芬. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]车联网关键技术及发展趋势[J]. 宿峰荣,管继富,张天一,武贵实,冯文江. 信息技术与信息化. 2017(04)
[5]基于可见光通信的MIMO技术研究现状[J]. 迟楠,乔梁,赵嘉琦,卢星宇. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2017(02)
[6]可见光通信中光学天线的研究[J]. 吴楠,杨爱英,冯立辉,忻向军. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]新型LED阵列分布的室内可见光通信系统模型研究[J]. 曾碧,洪国南. 广东工业大学学报. 2017(01)
[8]基于白光LED可见光通信的研究现状及应用前景[J]. 陈泉润,张涛,郑伟波,李茹,崔钊. 半导体光电. 2016(04)
[9]基于专利分析的我国LED可见光通信技术分析[J]. 王华,张亚菲. 照明工程学报. 2016(04)
[10]基于COB LED的均匀光强分布可见光通信系统发射端的光学设计[J]. 李远兴,梁文跃,叶湖贵,龙拥兵,申冬玲,严辉章,谭健华,叶嘉建. 光学学报. 2016(10)
硕士论文
[1]基于OFDM的车联网通信系统基带设计与FPGA实现[D]. 钱海峰.电子科技大学 2017
本文编号：3263360
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IEEE802.15.7标准协议体系结构
可见光通信网络协议优化及其在车联网中的应用在 IEEE802.15.7 协议中，是通过一种超帧结构来划分时隙的，如图 2-2 所示，通信过程中可见光通信协调器可以通过发出网络信标将超帧分为了 16 个相同大小的时间槽，这就是 IEEE802.15.7 的超帧基本结构[34]，在这 16 个时间槽中，其中第一个时间槽被用于传输信标帧，在传输的过程中个，这种信标帧是可选择的，如果协调器不想使用超帧结构，那么可以直接关闭信标的传输，通过这种信标使能的超帧结构设计，可以使得设备在活动分布的时间内，采用竞争或者非竞争的方式来控制设备信道的使用[35]，被分为竞争时期，（CAP）和非竞争时期（CFP），在设备接入的过程中，如果处于 CAP 时期，那么采用分时槽随机进行接入，这里提供了 CAMA 和 CA 两种接入机制选择，在非竞争时期是通过保障时隙 GTS 组成，在进行可见光通信的过程中，对于一些特殊的通信情况下，可以采用 PAN 主协调器的活动超帧中的 CTS，同时在通信过程中协调器还会根据当前的任务情况，有可能进入到省电模式，这种模式下设备通过竞争时期分配到的时槽进行通信，如果完成通信后在非活动的时期内，设备也可以进入到睡眠状态，以达到设备端省电的目的[36]。
寻址域MHR MSDU MFR其中在上述标准帧结构中，其中帧控制域的具体结构如下图 2-5 所示，在控制域中主要包括了对 MAC 层的部分功能的定义，如信道预约、帧类型、安全使能、帧等待、确认帧请求等。同时，为了对协议进行优化，我们还需要了解在 802.15.7 协议中，其媒体的访问控制层发送的数据帧之间都是有一定的时间间隔存在，如果确认信号空闲状态，并且等待超过的一定的时间间隔之后[38]，该节点才会开始尝试的去访问该信道，在 MAC 层通过从物理层接收数据，然后对这些数据进行处理，在处理过程中需要花费一定的时间，所以导致了在同一个设备发送的连续帧之间至少需要保持要大于 MAC 层处理物理帧数据的这一时间间隔，在 802.15.7 协议中就定义了三种不同的间隔时间用于通信过程中的控制，其定义主要是根据物理帧数据量的大小来进行的，分为短帧时间间隔（SIFS）、长帧时间间隔（LIFS）、突发帧时间间隔（RIFS）等，在上述实践间隔中，其长度关系满足如下数学模型[39]：RFIS<SIFS<LIFS (2-1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动场景下一种可见光通信系统的设计与实现[J]. 尹浩浩,董雨晴,邹倩,沈连丰. 重庆邮电大学学报(自然科学版). 2017(04)
[2]可见光通信系统的自适应信道估计研究[J]. 武琰. 激光杂志. 2017(06)
[3]基于LED的可见光通信系统预均衡技术研究[J]. 蒋余成,刘智,邴丽媛,王凯,姚海峰,王素芬. 长春理工大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]车联网关键技术及发展趋势[J]. 宿峰荣,管继富,张天一,武贵实,冯文江. 信息技术与信息化. 2017(04)
[5]基于可见光通信的MIMO技术研究现状[J]. 迟楠,乔梁,赵嘉琦,卢星宇. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2017(02)
[6]可见光通信中光学天线的研究[J]. 吴楠,杨爱英,冯立辉,忻向军. 南京信息工程大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]新型LED阵列分布的室内可见光通信系统模型研究[J]. 曾碧,洪国南. 广东工业大学学报. 2017(01)
[8]基于白光LED可见光通信的研究现状及应用前景[J]. 陈泉润,张涛,郑伟波,李茹,崔钊. 半导体光电. 2016(04)
[9]基于专利分析的我国LED可见光通信技术分析[J]. 王华,张亚菲. 照明工程学报. 2016(04)
[10]基于COB LED的均匀光强分布可见光通信系统发射端的光学设计[J]. 李远兴,梁文跃,叶湖贵,龙拥兵,申冬玲,严辉章,谭健华,叶嘉建. 光学学报. 2016(10)
硕士论文
[1]基于OFDM的车联网通信系统基带设计与FPGA实现[D]. 钱海峰.电子科技大学 2017
本文编号：3263360
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/3263360.html
