室内光通信系统MAC层协议设计

发布时间：2017-06-26 22:00

  本文关键词：室内光通信系统MAC层协议设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着LED技术的发展与成熟,基于白光LED的室内可见光通信技术越来越受到各国研究组织的重视。相比于传统射频无线通信技术频谱资源匮乏、对人体有辐射危害等诸多限制,室内可见光通信技术凭借其频谱资源丰富、绿色环保、对人体安全、保密性强等优势,被视作极具竞争力的新一代短距离无线通信技术之一。目前有关室内可见光通信技术的研究主要集中在如何实现点对点更高速率的数据传输,而有关室内光通信系统MAC层协议的研究较少。本文将对室内光通信系统MAC层协议的设计与实现进行深入探究。本文首先研究了IEEE 802.15.7标准和ICT-213311 OMEGA标准关于可见光通信MAC层协议的设计方法,并分析和对比了两种标准MAC层协议的区别。随后针对室内可见光通信的场景特点以及MAC层协议设计的系统要求,论文设计和提出了一种室内光通信MAC层协议。该协议以IEEE802.15.7标准为模板,针对室内可见光通信系统要求做了如下改进：新协议允许室内每个灯组创建独立的、PAN,提高了系统的总容量：新协议针对室内光通信系统不支持CSMA/CA信道接入的特点做了特别优化,以减少发生消息碰撞的概率：在新协议中相邻灯组在分配GTS时会进行简单的协作,以保障处在相邻WAN重叠覆盖区的终端设备的通信质量；加入VPAN的设备可以在室内随意移动,在移动的过程中设备会在VPAN间进行快速切换以保持通信的连续性。其次,本文介绍了室内光通信MAC层协议的实现方法。由于MAC层功能繁多,逻辑控制流程复杂,论文第三章将MAC层的所有功能模块化,将整个MAC层划分为多个功能单一、逻辑相对简单的模块。协调器端和设备端MAC层所要实现的功能不同,因此划分的模块也不相同。论文第三章将MAC层模块分为MAC层调度模块、MAC层功能实现模块和MAC层基础支持模块三大类,先分别给出协调器端和设备端MAC层模块化后的整体结构,然后分别介绍每个模块需要实现的功能和实现方法,对于一些逻辑复杂的模块给出了实现流程图。最后,我们用C语言实现了大部分第三章所介绍的室内光通信MAC层模块。在程序实现时充分利用了操作系统的多任务处理能力和进程间通信机制,以保障模块间协同工作,从而提供完整的MAC层服务。为了验证MAC层协议设计的正确性,我们在主机上运行协调器端程序,在树莓派上运行设备端程序,主机和树莓派均使用Linux操作系统,并通过套节字通信来模拟帧的传输。我们对MAC层协议分别进行了模块测试和系统测试,测试结果与预期结果一致。
【关键词】：室内光通信 MAC 超帧 GTS分配 灯组协作 切换
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 本论文专用术语的注释表13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 论文的研究背景14-15
• 1.2 可见光通信概述15-17
• 1.2.1 可见光通信的发展历程15-17
• 1.2.2 可见光通信的标准化17
• 1.3 论文的意义与研究内容17-18
• 1.4 本文组织结构18-20
• 第二章 可见光通信MAC层协议的研究与20-44
• 2.1 引言20
• 2.2 已有的光通信MAC协议标准20-25
• 2.2.1 IEEE 802.15.7标准20-23
• 2.2.2 ICT-213311 OMEGA标准23-24
• 2.2.3 两种标准MAC层协议的比较与分析24-25
• 2.3 室内可见光通信MAC层协议设计25-42
• 2.3.1 室内光通信MAC层协议设计的系统要求25-26
• 2.3.2 室内光通信MAC层协议总体描述26-32
• 2.3.3 室内光通信MAC层服务规范32-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 室内可见光通信MAC层模块实现44-68
• 3.1 引言44
• 3.2 整体框架设计44-46
• 3.3 MAC层基础支持模块设计46-50
• 3.3.1 GTS管理模块46-48
• 3.3.2 定时器模块48-49
• 3.3.3 组帧与解帧模块49-50
• 3.3.4 时间同步模块50
• 3.4 MAC层调度模块设计50-52
• 3.4.1 协调器端MAC层调度模块50-51
• 3.4.2 设备端MAC层调度模块51-52
• 3.5 MAC层功能实现模块设计52-66
• 3.5.1 VPAN创建模块54-55
• 3.5.2 关联请求模块55-57
• 3.5.3 关联响应模块57-59
• 3.5.4 切换请求模块59-61
• 3.5.5 切换响应模块61-62
• 3.5.6 数据发送模块62-64
• 3.5.7 数据接收模块64
• 3.5.8 其它MAC层功能实现模块64-66
• 3.6 本章小结66-68
• 第四章 室内可见光通信MAC层协议的模拟与验证68-84
• 4.1 引言68
• 4.2 模拟平台介绍68-69
• 4.3 程序实现69-74
• 4.3.1 整体方案介绍69-70
• 4.3.2 多进程与多线程编程70-71
• 4.3.3 任务通信71-72
• 4.3.4 帧传输模拟72-73
• 4.3.5 程序结构和清单73-74
• 4.4 MAC层测试74-83
• 4.4.1 系统初始化74-75
• 4.4.2 模块测试75-77
• 4.4.3 系统测试77-83
• 4.4.4 测试总结83
• 4.5 本章小结83-84
• 第五章 全文总结与展望84-86
• 5.1 论文工作总结84-85
• 5.2 进一步的研究方向85-86
• 参考文献86-90
• 附录A 文档清单90-92
• 致谢92-94
• 作者简介(包括论文和成果清单）94

【参考文献】

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本文编号：487669