【摘 要】
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近年来,无线局域网(WLAN)因为其可移动、易维护、成本较低等优势,在各个领域得到广泛的应用。IEEE 802.11标准为WLAN在2.4 GHz和5 GHz频段内的多个不重叠物理层信道进行了定
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近年来,无线局域网(WLAN)因为其可移动、易维护、成本较低等优势,在各个领域得到广泛的应用。IEEE 802.11标准为WLAN在2.4 GHz和5 GHz频段内的多个不重叠物理层信道进行了定义,也由此帮助了无线通信技术在这两个频段内应用的推广。然而,这也加剧了无线频道资源的拥挤,干扰繁多。在一些网络情况或物理环境较为复杂的应用场景中,高频段无线由于其绕射性较弱、信号衰减大,传输距离较短,与低频段信号相比,通信质量有明显的不足。本文提出一种基于433MHz频段的无线通信解决方案,针对配备单个半双工收发器的节点的移动自组织网络(MANET),并将其应用于多路开关控制系统中。在深入研究现有媒体接入控制协议(MAC)的基础上,设计并实现了一种基于节点协作的无线多信道CM-MAC协议,该协议的主要内容为:设置公用的一个控制信道和N个数据信道,使用公共代码在控制信道上发送分组,每个节点维护一个信道使用列表(CUL),通过源、目的节点的握手和协作节点的广播信息完成信道预约,并在协商好的数据信道上分组传输和传输的确认。本系统具有以下特点:Ⅰ)多信道有效利用了频带内的总带宽,令传输的吞吐量有明显的提高;Ⅱ)与IEEE 802.11标准中完整但复杂的网络协议相比,该方案更适用于移植到较低成本的硬件系统中;且Ⅲ)不需要进行时钟同步,大大减少了网络负担。本文的主要工作如下:(1)确定研究内容:查阅大量资料,研究现有的各种通信技术、通信频段和无线MAC协议,分析了当前研究存在的问题,并确定本设计的研究方向。(2)CM-MAC协议的设计和性能研究:设计一种基于协作节点和信道协商的多信道MAC协议。修改网络仿真工具NS-2现有的仿真模型,并加入相关代码,验证该MAC协议的有效性。(3)无线通信系统的硬件实现:完成芯片的选型,搭建硬件系统,将基于协商的多信道MAC协议移植到硬件平台上,进一步证明了协议的实用性。(4)系统的方案设计与实验结果:为了验证协议的实用性能,本文设计了两种实验方案,一是单协调器多终端的大型室内办公区,实验面积约为1500 m~2;二是多协调器若干终端的多个相邻房间同时通信。并对系统的基础参数和整体性能进行了多次测试。实验结果表明:根据调整无线模块Si4463的发射功率、天线设备等参数,加入了CM-MAC协议的无线通信系统,其通信质量可以满足不同环境下的应用需求,充分验证了系统的有效性和应用价值。
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