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目前,随着无线局域网、无线个域网以及无线身域网逐渐渗透到人们的日常生活,UWB(Ultra Wideband, UWB)技术作为一种高速率的短距离无线接入手段,越来越受到广泛关注。本学位论文对UWB MAC层协议进行了研究,重点对分布式的、基于预留的信道接入(Distributed Reservation Protocol, DRP)机制进行了性能分析,建立一个数学模型,对其性能指标进行了理论推导,并在OPNET网络仿真环境下对该数学模型进行了仿真验证。
本论文首先对媒体接入控制(Media Access Control, MAC)层协议进行了分析,并比较了基于竞争的MAC层协议和基于预留的MAC层协议的性能;重点介绍了在冲激无线电(Impulse Radio, IR)UWB系统中使用的分布式的、免竞争的MAC层协议,并分别从网络结构、MAC帧结构、信标期(Beacon Period, BP)接入方式及DRP接入方式等方面对该协议进行了详细介绍。
本论文在前人的基础上对该UWB MAC层协议中的DRP接入方案性能进行了分析。因为UWB传输速率高的特点,短时间的信道差错也会影响大量比特的传输。本论文考虑到实际无线通信信道条件的非理想性以及重传次数的限制,构建了一个三维的嵌入式离散时间马尔可夫模型。该三维马尔可夫模型中的三维分别是包的服务起始点、系统队列中包的个数以及包的传输次数。并根据该马尔可夫数学模型,对存在信道差错并考虑重传次数限制时的UWB DRP协议的平均队列等待时间和平均传输时间进行了理论推导。
为了验证该三维马尔可夫模型的正确性,本论文使用网络仿真工具OPNET对系统采用的分布式、免竞争的UWB MAC层协议搭建了仿真平台,并从网络模型、节点模型、进程模型三方面对该平台进行了详细的介绍,在该平台上主要实现了BP同步、信标时隙的冲突解决以及DRP信道接入方式;接着使用该仿真平台对DRP协议进行了仿真,再用数学分析方法计算出模型的分析值,将获得的仿真值与该模型的分析值进行比较,从而对本文建立的数学模型进行了验证。
最后本论文对全文进行了总结了,并对下一步工作进行了展望。