基于时频二维LMBP神经网络的ZigBee信道选择机制研究

发布时间：2017-07-02 12:14

  本文关键词：基于时频二维LMBP神经网络的ZigBee信道选择机制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线通信的普及推动了整个短距离无线通信技术的产生和发展,ZigBee作为一种新兴的短距离无线通信技术,以其短距离、微功耗、低成本的独特优势正获得前所未有的发展和应用。伴随着ZigBee这类短距无线通信应用的飞速发展,越来越多的应用设备工作于2.4GHz频段,这使得ZigBee设备所面临的频谱干扰问题也日益严重,如何解决ZigBee设备在2.4GHz频段的兼容共存问题,提高ZigBee设备在干扰环境中的电磁兼容和抗干扰能力,已成为一个迫在眉睫的问题。另一方面,ZigBee现有的信道选择策略采用单次能量检测的方式,这一缺点难以适应2.4GHz频段日益复杂的频谱环境,由此带来的弊端将会越来越严重,针对ZigBee信道选择机制的改进同样势在必行。本文首先对ZigBee技术特点及其标准协议栈进行了介绍,并重点剖析了其物理层信道选择机制的原理和实现机制,以此指出并分析了现有信道选择策略的缺陷和不足。其次,实地采集了2.4GHz频段的频谱占用数据,通过对频谱数据的量化、归一化处理和相关性计算得到了2.4GHz频段的时频相关性结论。然后,基于实测获得的2.4GHz频段相关性结论,提出构建时频二维LMBP神经网络来实现2.4GHz频段的频谱预测,并通过仿真验证了改进模型在预测精度和训练收敛时间上的性能提升。最后,在OPNET仿真软件中搭建ZigBee网络,在无线信道管道阶段的背景噪声阶段中完成时频二维LMBP神经网络模型的构建,实现频谱预测模型在ZigBee信道选择机制中的应用,并在不同网络结构场景下,分析验证了改进预测模型的应用可以使信道选择结果的最优化,有效提升ZigBee网络的通信质量,以此提高ZigBee设备在2.4GHz频段中的电磁兼容和抗干扰能力。
【关键词】：ZigBee 信道选择 频谱预测 神经网络
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TP183
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-11
• 注释表11-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 研究目的与意义15
• 1.4 主要研究内容及组织结构15-18
• 第2章 ZigBee技术及信道选择机制18-29
• 2.1 ZigBee技术简介18-19
• 2.2 ZigBee标准协议栈19-27
• 2.2.1 ZigBee应用层(APL)20-21
• 2.2.2 ZigBee网络层(NWK)21-22
• 2.2.3 ZigBee媒体访问控制层(MAC)22-25
• 2.2.4 ZigBee物理层(PHY)25-27
• 2.3 ZigBee信道选择机制27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 2.4GHz频段时频相关性的验证29-35
• 3.1 2.4GHz频段频谱数据的实测工作29-30
• 3.2 频谱数据的量化及相关性分析30-31
• 3.3 2.4GHz频段时频相关性结论31-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 基于时频二维LMBP神经网络的频谱预测35-58
• 4.1 现有频谱预测方法研究35-42
• 4.1.1 基于马尔科夫的频谱预测方法35-38
• 4.1.2 基于回归分析的频谱预测方法38
• 4.1.3 基于神经网络的频谱预测方法38-42
• 4.2 神经网络训练算法研究42-47
• 4.2.1 基于梯度下降法的BP神经网络43-44
• 4.2.2 基于LM算法的BP神经网络44-47
• 4.3 基于时频二维LMBP神经网络的频谱预测47-57
• 4.3.1 时频二维LMBP神经网络模型47-51
• 4.3.2 基于时频二维LMBP神经网络模型的频谱预测51-53
• 4.3.3 仿真结论及分析53-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 预测模型在ZigBee信道选择机制中的应用研究58-80
• 5.1 仿真环境搭建58-63
• 5.1.1 OPNET仿真软件简介58-60
• 5.1.2 无线信道建模60-61
• 5.1.3 ZigBee网络的搭建61-63
• 5.2 时频二维LMBP神经网络在ZigBee中的实现63-70
• 5.2.1 预测模型的仿真设计63-65
• 5.2.2 加入预测模型的ZigBee网络仿真实现流程65-70
• 5.3 不同网络结构下ZigBee网络仿真性能分析70-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 总结与展望80-82
• 6.1 本文研究总结80-81
• 6.2 后续研究工作81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果87

【参考文献】

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  本文关键词：基于时频二维LMBP神经网络的ZigBee信道选择机制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：509854