基于FPGA的Ad Hoc网络的研究与实现

发布时间：2017-06-13 00:10

  本文关键词：基于FPGA的Ad Hoc网络的研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线网络通信技术的研究在最近阶段获得了许多的成果,信息化技术的不断进步使人们生活越来越方便。随着社会对信息产业的重视,高速互联通信网络的应用在各行各业逐步深入,且已由传统的有线连接改进成现在的无线连接。Ad Hoc网络的拓扑结构是不断改变的,·可在多种艰难的环境实现数据、语音、视频等信息的同步传输,因此,不论是民用,还是商用或军用,其都有着较大的开发前景。Ad Hoc网络也一直是无线移动通信领域研究的热点和重点。基于以上情况,本文针对Ad Hoc网络节点在传输数据的安全性和设计实现方式的多样性的要求,对Ad Hoc网络间节点的信号传输在CSMA协议上采用了二叉树冲突分解算法来实现,并给出了一种硬件嵌入式实现方案,利用FPGA设计实现的关键模块有CPU-Access模块、Data-Filter模块、Cipher-Access和其信道通信模块,该方案中硬件密码加密采用密码芯片进行,此外给出了一种动态重设置在FPGA内部可运行的报文数据过滤机制,同时从提高信道利用率、提高系统吞吐量、降低信道资源浪费、增强系统安全性和可靠性多个方面对其性能进行了分析研究。本文是在Quartusa Ⅱ 12.0软件上构建实验平台,然后采用MATLAB、 ModelSim软件等工具逐步验证系统的性能,设计的Ad Hoc网络系统在50MHz的输入信号频率下,具有较好的时序性。最后,在系统的性能测试中分析了系统吞吐率等因素,表明采用FPGA技术能够较好的安全灵活设计出Ad Hoc系统,并且硬件资源占用少、运行速度也快,整个系统有很好的稳定性。这对基于FPGA的移动Ad Hoc网络通信系统的研究具有较高的价值。
【关键词】：FPGA Ad Hoc网络 无线通信 网络节点
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景8
• 1.2 Ad Hoc网络技术的研究现状8-10
• 1.2.1 Ad Hoc网络的特点8-9
• 1.2.2 Ad Hoc网络的应用需求9-10
• 1.3 隐藏终端及暴露终端10-11
• 1.3.1 隐藏终端10
• 1.3.2 暴露终端10-11
• 1.3.3 隐藏终端与暴露终端对无线Ad Hoc网络的影响及解决方法11
• 1.4 Ad Hoc网络的研究现状11-12
• 1.5 论文的主要工作12-13
• 1.6 论文的章节及结构安排13
• 1.7 本章小结13-14
• 第二章 FPGA技术及开发平台应用14-20
• 2.1 FPGA技术14
• 2.2 软件开发平台14-16
• 2.3 FPGA加密算法16-19
• 2.3.1 线性反馈移位寄存器算法17-19
• 2.3.2 加密相关主要事项19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 Ad Hoc相关协议与算法20-30
• 3.1 Ad Hoc信道接入控制协议20-23
• 3.1.1 ALOHA接入协议20
• 3.1.2 CSMA接入协议20-21
• 3.1.3 CSMA/CA协议21-22
• 3.1.4 Ad Hoc信道接入面临的主要问题22-23
• 3.2 二叉树冲突分解算法23-29
• 3.2.1 基本二叉树冲突分解算法23-24
• 3.2.2 隔离二叉树冲突分解算法24-25
• 3.2.3 改进二叉树冲突分解算法25-28
• 3.2.4 三种算法时系统吞吐率比较28-29
• 3.3 本章小结29-30
• 第四章 Ad Hoc网络系统的基本原理及设计模型30-47
• 4.1 Ad Hoc网络模型30
• 4.2 Ad Hoc网络的节点设计30-33
• 4.2.1 硬件实现方案31-32
• 4.2.2 FPGA设计及相关逻辑实现32-33
• 4.3 CPU—Access模块设计33-37
• 4.3.1 CPUA模块内部检测35
• 4.3.2 验证与仿真35-36
• 4.3.3 CPU—Access模块的实现与仿真36-37
• 4.4 报文过滤机制与data—Filter模块设计37-41
• 4.4.1 CIC滤波器的实现39-40
• 4.4.2 测试验证40-41
• 4.5 Cipher Access模块设计41-44
• 4.5.1 FPGA加密算法及实现42-43
• 4.5.2 验证与仿真43-44
• 4.6 Ad Hoc网络的信道设计44-46
• 4.6.1 信道传输实现及相应算法44-46
• 4.6.2 验证与仿真46
• 4.7 本章总结46-47
• 第五章 Ad Hoc网络系统的测试仿真与分析47-53
• 5.1 系统的编译报告47-48
• 5.2 系统模块整合48-49
• 5.3 仿真及验证49
• 5.4 系统的性能分析49-52
• 5.4.1 吞吐率49-50
• 5.4.2 误码率50-51
• 5.4.3 系统效率51-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 主要工作及成果53-54
• 6.2 后期研究计划及展望54-55
• 参考文献55-59
• 致谢59

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