以数字对讲机作为稀疏节点的无线传感网轻型协议研究

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为了解决频谱资源紧缺的问题,也为了拥有更好的保密性能和语音质量,数字对讲机取代模拟对讲机已经成为一种必然的趋势。然而,目前数字对讲机并不具备一个简单快速的协议。近年来,无线传感器网络协议以低功耗和低复杂度等实用性能得到广泛应用,将数字对讲机和无线传感器网络结合在一起具有现实意义。而针对频谱紧缺应运而生的高效调制技术——超窄带调制在二者的结合之余能够带来更多能量上的节省,也能为更有效的频谱利用做出巨大贡献。具体内容如下:   首先,介绍了一种新型的网络拓扑结构——链型结构,并针对这种结构的两种应用场景,提出了基于时隙的轻型协议。协调器通过发送统一的信标帧,提前“告知”普通节点各自所拥有的时隙,以此来保证每一时隙只属于传输范围内的一个节点,从而避免冲突。根据网络的实时性能,可适当调整信标帧的发送频率,能够在保证可靠性的前提下,降低无线传感网的能耗。   其次,通过介绍CSMA-CA算法,讨论了基于竞争的轻型协议。协议以不断侦听信道、公平竞争的方式,来争取发送数据包的机会。根据网络数据量的不同,将两种轻型协议进行了对比,提出了各自适合的应用场景。最后,实现了IEEE802.15.4协议标准,并且通过比较,证明两种轻型协议在保证可靠性的前提下,达到了节能的目的。   再次,通过分析OPNET的管道建模机制,成功地将扩展的二元相移键控(EBPSK:ExtendedBinaryPhaseShiftKeying)这种高效调制的典型代表导入到OPNET中。并且,通过Simulink搭建BPSK调制解调模块,得到了BPSK在一定条件下的同步码元个数,从而将EBPSK和BPSK在物理层上的性能表现添加到网络级的仿真中。进而针对两种调制方式,分别在3种不同协议支撑的链型网络中进行了仿真对比。   最后,为了使轻型协议具有可移植性,在星型网络中实现了该协议,详细分析了码率等因素影响下网络的性能。通过消除EBPSK滤波响应的初始振荡,使其能够在物理层上表现更优。将此特性应用在无线传感器网络中,进一步缩减了网络的能量开销。
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