基于无线光通信的自组网随机接入技术研究

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近年来,无线光通信技术取得了长足的进步,有效性和可靠性不断增强,存在着广阔的发展前景,有望应用到自组网领域中。无线光通信的高速率可以和自组网的便捷性结合起来,用于传感器网络、物联网,形成光载传感器网络、光载物联网。本文研究了这种基于无线光通信的自组网技术,这种网络称为LANET(light ad hoc network,光载自组网)。主要研究内容如下:1.研究了一种使用发光二极管和光电二极管作为节点发射和接收单元的光载自组网。分析了发光二极管和光电二极管的原理和结构,得出这类光电器件应当满足一定的视场角条件。基于光电器件有限的视场角,本文将多个发光二极管和光电二极管组合起来,设计了一种全向通信的光载自组网节点模型。2.研究了光载自组网的随机接入协议。从原有的随机接入协议出发,使用了上述节点模型对ALOHA协议做改进,提出了一种ALOHA-LANET协议。本文对协议的吞吐量和时延进行了分析,并与射频的自组网协议进行了对比。借助了无线光通信信号的方向性,该协议大幅减少了随机接入过程中带来的数据包碰撞,可以有效的提高系统吞吐量并降低时延。同时,设计了一种基于嵌入式系统的光载自组网节点,构建了传感器网络,实验验证了系统的可行性。3.研究了无线光通信解决自组网的隐藏终端问题。基于无线光通信发送端和接收端共有的方向性,本文设计的全向通信光载自组网节点可以将原来碰撞的信号从不同的方向上分离开,解决隐藏终端问题。在此基础上,对隐藏终端问题发生的典型场景进行了测试,验证了上述解决方法。本文的研究成果对光载自组网的设计和应用提供了理论基础和实验支持。
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