基于跳频电台的Ad Hoc网络系统的设计与实现

发布时间：2017-07-07 22:20

  本文关键词：基于跳频电台的Ad Hoc网络系统的设计与实现

  更多相关文章： Ad Hoc网络 时间同步 动态TDMA USAP 动态路由

【摘要】：许多军事和商业应用需要运行在抗干扰能力强、多跳的自组织无线网络上,特别是在无人机等宽带高速移动环境下,对自组网提出了更高的要求。本文目标就是设计实现一个完整的基于跳频电台的移动Ad Hoc网络系统。无线自组织网络具有分布式、能量受限、存储及计算能力受限的特点。文章提出了一种快速无线自组织网络的时间互同步技术,以支持网络采用时分多址接入。各个节点广播自己当前的时钟信息,相应的邻居节点接收到这些信息后,对接收到的信息中挑选最新的时钟信息,将其作为下一个时刻的时钟刻度再进行广播。此过程持续进行,最终会使网络所有节点的时钟收敛到同一值,实现无线传感器网络的分布式同步。本系统的动态TDMA-MAC协议主要是基于改进了的USAP协议,同时利用跳频电台通信的特点,实现了时隙信道资源的接入与无竞争的自动分配。USAP本身具有通用性,经过本文对USAP进行改进,在加入了时隙占用平衡机制后,本系统的数据链路层协议在不同的通信负载下有了更好的适应性。本系统的网络层的核心是路由功能,用以实现多点中继传输。本Ad Hoc网络中,每个节点各自维护一张大致相同的网络拓扑图。各节点由自身拓扑图,使用Floyd算法计算最短路径,选择路由。从而在简化计算复杂度的基础上,整个网络实现了端到端之间的中继传输功能。本文在基于跳频电台的物理层基础上,借助软件无线电技术和参考TCP/IP协议簇结构的划分方法,提出并实现了一个完整的MANET(Mobile Ad Hoc Network)解决方案。本解决方案主要包括三部分:基于动态TDMA-MAC协议的数据链路层,基于最短路径优先路由算法的网络层,和直接短消息传输和支持文件传输的TFTP协议的应用层。本文的研究成果可以应用于无人机等高速移动环境下的Ad Hoc网络系统中,为Ad Hoc的具体工程应用提供了重要的参考价值。
【关键词】：Ad Hoc网络 时间同步 动态TDMA USAP 动态路由
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-13
• 1.2 研究目的与主要任务13-14
• 1.3 论文的组织结构14-15
• 第2章 基于TDMA的AD HOC网络的基本构成15-28
• 2.1 基于TDMA的MAC协议设计要求和存在的问题15-17
• 2.2 传统的时间同步机制17-19
• 2.3 USAP协议基本思想19-24
• 2.3.1 USAP协议的网络环境与硬件20
• 2.3.2 USAP的帧结构20-22
• 2.3.3 USAP的“声明”和“认可”机制22
• 2.3.4 解决冲突22-24
• 2.4 Ad Hoc网络动态路由24-27
• 2.4.1 路由协议的分类及基本路由算法25-26
• 2.4.2 RIP动态路由原理26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 基于动态TDMA的AD HOC网络设计28-41
• 3.1 基于最新广播的时间同步方案28-32
• 3.1.1 系统模型28-29
• 3.1.2 基于最新广播的时间同步算法29
• 3.1.3 与平均时间同步算法进行比较29-30
• 3.1.4 仿真结论30-32
• 3.2 针对跳频电台的改造的USAP协议32-34
• 3.2.1 跳频电台的工作特性32-33
• 3.2.2 本系统中改造的USAP协议帧结构33-34
• 3.3 时隙分配的平衡机制34-38
• 3.3.1 MAC协议的负载数据队列缓存： downlinkQueue[1~N]34-35
• 3.3.2 自动申请和释放时隙35-38
• 3.4 针对跳频电台自组网路由协议的设计38-40
• 3.4.1 本系统的特点及应用场景38
• 3.4.2 针对跳频电台组网的路由协议38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 跳频电台自组网体系结构的总体实现及测试41-53
• 4.1 移动Ad Hoc网络上层协议设计41-43
• 4.1.1 直接短消息服务41-42
• 4.1.2 TFTP协议42-43
• 4.1.3 跳频电台自组网的改进型TFTP协议43
• 4.2 软件系统结构43-50
• 4.2.1 软件总体框架43-44
• 4.2.2 MainPresenter和MainView模块44-48
• 4.2.3 UsapModel模块48-49
• 4.2.4 NetLayer模块49-50
• 4.2.5 UpperLayer模块50
• 4.3 系统性能测试50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-57
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单57-58
• 致谢58

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本文编号：532073