非理想载波侦听下室内VLC CSMA网络性能分析

发布时间：2019-11-14 14:17

【摘要】：可见光通信(VLC)以其频谱资源丰富、绿色节能、数据传输高和成本低廉等优点成为备受关注的研究领域。基于射频(RF)技术的传统无线通信面临频谱资源紧张等问题,无法满足未来用户的高传输速率、超宽带宽等方面的需求。蔚然兴起的VLC是解决频谱资源短缺的一项新型绿色技术。本论文研究关注VLC。近年来,VLC理论研究方兴未艾,研究成果大多集中在物理层,针对VLC光网络链路层的研究成果较少。最受关注的VLC标准IEEE 802.15.7协议推荐在多点对多点的网络中使用载波侦听多址接入(CSMA)机制来协调信道接入过程。CSMA系统简单经济,可伸缩性强,最适合应用在大型光物联网中。然而,光传输的方向性和光信道的高动态随机性,导致严重的非理想载波侦听问题(隐藏终端、暴露终端),给VLC系统光CSMA过程的实现带来挑战。因此,本文探究非理想载波侦听下基于VLC的大型室内光物联网的CSMA过程。本文考虑多点对多点的大型室内VLC随机接入网络,上下行通信采用时分技术。基于随机几何分析理论,将室内节点利用天花板的漫发射光完成载波侦听的过程抽象为独立集合的筛选过程,将非理想载波侦听问题抽象为概率分析问题,用光硬核点过程(OHCPP)建模节点的随机接入过程,研究推导网络的中断概率和传输容量,探究非理想载波侦听下室内VLC CSMA网络的接入性能和最佳载波侦听阈值的选取。独立工作和贡献论述如下。首先,基于OHCPP研究网络的并发节点密度。本文利用天花板的漫反射光得到室内任意节点的反射光强分布,分析载波侦听区域和漫反射光强的关系。此外,针对室内VLC网络中严重的非理想载波侦听问题,创新性地提出考虑节点间距离、节点退避过程的特性和暴露终端问题的OHCPP模型,准确地刻画室内VLC光CSMA的特性。利用概率论和数学集合的相关知识,推导非理想载波侦听下网络的并发节点密度,并通过仿真分析探究VLC网络并发节点密度的性能和影响因素。其次,研究室内VLC网络的干扰模型,分析网络的中断概率和传输容量。由于光传输的方向性和信道的复杂性,室内VLC网络的干扰建模和分析十分困难。本文利用概率论的相关知识,建模分析了隐藏终端对室内VLC CSMA网络的干扰,推导中断概率的闭合解。结合基于OHCPP模型得到的并发节点密度,进而求得非理想载波侦听下网络传输容量的闭合解。接着,仿真分析了非理想载波侦听条件下VLC CSMA网络的中断概率和传输容量性能,探究其性能影响因素。研究证明对于每一个发射角,均存在一个最佳的载波侦听阈值使网络的传输容量达到最大。研究结果为未来VLC实际通信系统的设计提供理论基础。本文从理论上建模了非理想载波侦听条件下,室内VLC网络的随机接入过程,为VLC网络链路层的研究和未来网络应用提供参考。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN929.1

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