IR-UWB无线个域网MAC协议研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hzbhwh
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随着各种短距离无线通信技术的发展,人们提出了一个新的概念——无线个域网(WPAN)。它以个人为通信中心,将周围所有无线电子设备组成一个自组织的网络,满足个人随时随地通信的需要。脉冲超宽带无线技术具有高空间谱密度、低截获概率、抗多径干扰、以及低功耗、低成本等诸多优点,这些优点使超宽带无线传输技术与无线个域网形成天然的结合,为无线个域网的研究注入新鲜的血液。 本文以简单、低能耗、低成本,支持高/低速应用,具有自适应能力的脉冲超宽带无线个域网为主线来研究MAC协议,其内容包括:IR-UWB无线个域网MAC协议理论分析,高速无线个域网MAC协议的设计以及实现。在这几个研究领域,研究成果和主要贡献如下: 通过介绍IR-UWB物理层技术特点和无线个域网中MAC协议研究现状,提出适合高/低应用脉冲超宽带无线个域网MAC解决方案。高速应用中,通过对基于超帧结构的MAC协议建模,提供了一种理论分析的途径;在低速应用中,对现有的S-MAC和IEEE 802.11 DCF协议进行“瘦身”,并在性能、功耗和设计复杂度等方面达剑较好的均衡。这充分体现了IR-UWB的优越性,也具有一定的实用性。 从MAC协议实现的角度出发,归纳总结目前无线个域网中的时隙调度现状,结合物理层信道状况和业务QoS需求,提出基于选择因子的时隙调度算法。该算法能够在保证网络公平性的基础上,有效地提高系统的吞吐量,同时算法的控制参数也能够从系统的需求角度出发,灵活方便地在协议层面上进行控制。虽然基于选择因子的调度算法具有诸多的优势,但是选择因子的建模过于简化,距离实用阶段还是有较大的差距,因此作者也为进一步的改进工作指明了方向。 从IR-UWB短距离组网工稃实现的着眼点入手,作者设计了“IR-UWB组网演示系统”MAC协议。在IEEE 802.15.3 MAC协议超帧的基础上,重新设计适合于IR-UWB的超帧结构,并将MAC协议付诸于DSP实现。论文最后对MAC协议中重要的“帧处理”模块在PC机上进行仿真,验证其可行性。 本文的相关内容针对不同无线个域网应用,MAC协议研究的出发点也不同:在高速应用中,考虑的重点是支持高速率、工程可实现性等,因而我们的协议采用了改进后的超帧框架,时隙调度算法采用跨层思想,将物理层的信息结合到MAC层中;而在低速应用中,更偏重的是低功耗、低复杂度,其MAC协议与传统窄带无线个域网MAC相比,更简单,效率更高。本文的研究成果探索了IR-UWB无线个域网MAC协议设计方法,简化协议栈设计,不论是为协议标准化还是工程实现都奠定了基础。
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