802.15.4e中DSME协议的研究与实现

发布时间：2017-07-27 12:26

  本文关键词：802.15.4e中DSME协议的研究与实现

  更多相关文章： DSME Contiki IEEE802.15.4e 协议实现 动态时间资源分配

【摘要】：应用需求推动无线传感器网络研究愈发深入,作为标准的IEEE802.15.4协议研究趋于成熟。近年来,多样性网络的提出使得具有统一属性和功能的标准不能适应特定需要的网络和场景。因此,国际电工电子工程学会(IEEE)发布IEEE802.15.4eTM-2012协议修订,并提出了五种不同模式来适用不同的工业场景,本文研究的DSME协议是其中的一种。本文是校企合作项目后续问题的继续研究。DSME协议适用于固定延时的工业场景,灵活可扩展,具有多种新的机制。论文首先对DSME协议和实现涉及的平台Contiki作了具体介绍。然后,根据DSME协议的规定和平台机制,将协议实现分为关键模块和辅助模块两部分来阐述。关键模块主要完成网络创建与启动,网络扫描,节点关联,多超帧结构通信,时隙查询与协商,报文帧封装与解析等功能。辅助模块主要用于保障DSME协议可靠运行,具体实现的功能包括缓存区维护与管理机制,协议报文收发确认等。论文使用Cooja仿真工具,对Contiki系统上开发的DSME协议进行功能性测试,验证DSME实现的正确性。同时在200个节点网络场景下,进行性能仿真,与信标使能下的802.15.4协议进行对比分析。仿真的结果表明DSME协议能有效提高应用层报文成功递交率,同时DSME协议的网络平均时延较为固定,DSME的时延对网络的负载变化不敏感。标准中,DSME协议所构成的网络在运行期间,默认多超帧通信中超帧CAP与CFP时间占比维持不变,这使得通信所需的时间资源无法根据CAP与CFP阶段通信状况的变化进行合理地分配。为了适应实际的网络场景,应对多变的业务报文流,论文设计了一种基于CAP和CFP阶段通信状态和缓存压力动态调整时间资源的算法。该算法的主要思想是当CAP阶段通信压力高于CFP阶段时,通过一定的机制缩减CFP阶段时隙数目从而扩展CAP阶段时间资源,减轻CAP阶段通信压力;反之,当CFP阶段通信压力大时,适当缩减CAP长度,扩充CFP时隙数目,降低CFP阶段通信压力。
【关键词】：DSME Contiki IEEE802.15.4e 协议实现 动态时间资源分配
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN915.04
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 无线传感网概述13-15
• 1.2 802.15.4e标准15-16
• 1.3 论文研究的内容16-17
• 1.4 论文章节安排17-18
• 第二章 DSME协议18-40
• 2.1 DSME协议概述18
• 2.2 DSME帧格式18-24
• 2.2.1 多超帧通信结构18-20
• 2.2.2 协议帧格式20-22
• 2.2.3 信息元素22-24
• 2.3 DSME管理操作24-33
• 2.3.1 网络启动25-28
• 2.3.2 DSME补充机制28-33
• 2.3.3 时隙对齐33
• 2.4 DSME通信机制33-39
• 2.4.1 信标冲突的优化33-34
• 2.4.2 CFP阶段的通信34-37
• 2.4.3 CAP阶段的通信37-39
• 2.5 本章小结39-40
• 第三章 DSME协议关键模块设计40-66
• 3.1 系统平台与仿真40-44
• 3.1.1 开发平台40-43
• 3.1.2 仿真器43-44
• 3.2 协议栈框架与主流程44-49
• 3.2.1 平台协议栈的总体规划44-46
• 3.2.2 协议实现的主流程设计46-49
• 3.3 协议的扫描模块设计49-51
• 3.4 协议的关联模块设计51-56
• 3.5 协议的通信模块设计56-62
• 3.5.1 信标时隙通信实现56-58
• 3.5.2 CAP通信实现58-60
• 3.5.3 CFP通信实现60-62
• 3.6 协议的GTS模块设计62-63
• 3.7 帧的封装与解析模块63-65
• 3.8 本章小结65-66
• 第四章 DSME协议辅助模块设计66-75
• 4.1 辅助模块设计的总体目标与思路66-67
• 4.2 协议全局关键参数及数据结构67-68
• 4.3 缓存区维护与管理机制实现68-70
• 4.4 协议报文收发机制的实现70-74
• 4.4.1 CSMA/CA机制的补充处理71-72
• 4.4.2 协议报文的收发机制流程72-74
• 4.5 本章小结74-75
• 第五章 协议仿真与多超帧结构时间资源的动态分配75-89
• 5.1 DSME协议功能测试75-78
• 5.1.1 仿真场景与参数设计75-76
• 5.1.2 仿真数据与结果分析76-78
• 5.2 DSME协议性能测试与分析78-82
• 5.2.1 仿真场景与参数设计78-80
• 5.2.2 仿真数据与结果分析80-82
• 5.3 问题的提出与分析82-83
• 5.4 多超帧时间资源的动态分配算法83-88
• 5.4.1 算法的应用场景和前提83-84
• 5.4.2 算法的具体介绍84-85
• 5.4.3 动态调整的数学模型85-88
• 5.5 本章小结88-89
• 第六章 全文总结与展望89-91
• 6.1 论文工作总结89-90
• 6.2 未来工作展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-95
• 攻读硕士学位期间取得的成果95-96

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 许飞;许晓鸣;孙海荣;;高速网的传输协议的研究与进展[J];计算机与网络;1998年05期

2 ;协议[J];电子科技文摘;2002年08期

3 ;协议[J];电子科技文摘;2006年04期

4 王惠斌;马明山;常青美;祝跃飞;;一种新的安全协议设计方法[J];河南科学;2008年03期

5 王芷玲;张玉清;杨波;;公平交换协议设计原则[J];中国科学院研究生院学报;2006年04期

6 秦静;李丽;李宝;;高效率的非交互OT_n~k协议及其应用[J];北京邮电大学学报;2008年04期

7 顾翔;张臻;邱建林;;无线安全协议设计方法研究[J];计算机科学;2011年09期

8 苏晓萍,宋玉蓉;邻机发现协议的原理与应用[J];青海大学学报(自然科学版);2002年05期

9 刘政,赵保华,屈玉贵;一种描述安全协议的形式化规范语言[J];小型微型计算机系统;2004年07期

10 王娜;王亚弟;汪斌强;;一种模块化的安全协议设计方法[J];计算机工程;2006年14期

中国重要会议论文全文数据库 前6条

1 邹建国;修威;;空间无线链路的TCP协议加速和优化研究[A];2007'仪表，，自动化及先进集成技术大会论文集（二）[C];2007年

2 吴中贤;周江;王文鼐;;P2P-SIP协议设计与实现[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2009年年会论文集（上册）[C];2009年

3 陈伟;;煤炭产量远程监测传输协议的实现[A];第18届全国煤矿自动化与信息化学术会议论文集[C];2008年

4 王仲文;;网络医疗通信协议设计[A];中华医学会医学工程学分会第二次医学影像设备应用技术研讨会论文集[C];2001年

5 路兴;易真真;;适合WLAN网络的新协作MAC协议[A];2009年研究生学术交流会通信与信息技术论文集[C];2009年

6 张筠;李颖;;Ad Hoc网络中的MAC协议综述[A];中国通信学会第五届学术年会论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 网捷网络公司 沈之千;802.17和城域环网协议[N];网络世界;2002年

2 四川 杨叶珍;常用红外遥控信号传输协议详解（一）[N];电子报;2006年

3 肖北庚;动态演进 协议适用范围持续扩展[N];政府采购信息报;2011年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 江先亮;面向网络加速的传输控制优化若干关键技术研究[D];浙江大学;2016年

2 陈志德;不经意传输协议[D];复旦大学;2005年

3 李骐;下一代无线互联网构架下的传输协议研究[D];山东大学;2007年

4 何进;基于FLUTE协议的移动互联网高效传输问题的研究[D];吉林大学;2012年

5 谢海波;无线分组网络中MAC层协议的分析与设计[D];北京邮电大学;2006年

6 宋振峰;基于协作的无线网络MAC层协议研究[D];北京邮电大学;2010年

7 陈德富;无线传感器网络自适应MAC协议研究[D];上海交通大学;2012年

8 单杭冠;无线协作传输系统的资源分配与协议设计[D];复旦大学;2009年

9 张建辉;节点势能导向多下一跳路由协议研究与性能评价[D];解放军信息工程大学;2009年

10 刘雪峰;隐私安全协议研究[D];西安电子科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘善朴;瘦终端协议HSVD的设计与实现[D];电子科技大学;2014年

2 李超;基于CRDA协议的野战局域网设计与仿真[D];电子科技大学;2014年

3 董磊;基于Ad Hoc网络的MAC层协议的设计[D];西安电子科技大学;2014年

4 孙文;HINOC2.0 MAC协议仿真平台优化设计及性能研究[D];西安电子科技大学;2014年

5 杨柳;RFID通信安全协议的研究[D];西南交通大学;2015年

6 蔡伟;基于TDMA的自组织网络MAC协议研究[D];电子科技大学;2016年

7 许光政;802.15.4e中DSME协议的研究与实现[D];电子科技大学;2016年

8 王桂娟;无线网络中新型MAC协议的设计[D];曲阜师范大学;2016年

9 周相伟;济宁网通IPv6协议过渡方案的研究[D];北京邮电大学;2007年

10 罗闹;用于统一通信的XMPP协议扩展研究[D];华中科技大学;2012年

本文编号：581433