基于IEEE 802.15.4协议的物理层比特位错误特性分析

摘要

无线传感器网络（WSN）因为其自组织、多跳、低成本、部署便捷等多种优点被广泛地应用于工业现场、车载设备、环境监测以及军事探测等各个领域。由于基于IEEE802.15.4的无线传感器网络设备主要工作在2.4GHz的ISM公用频段，无线信道的广播特性使得它与大量工作在此频段的无线信号并存，极易受到各类其他信号的干扰。此外，WSN设备低功耗的特性使得信号在传播的过程中更容易受到由环境因素引起的阴影衰落、多径衰落等因素的影响。这些干扰以及衰落将会直接地影响到无线传感器网络的传输性能，引起数据传输的失败。本文从物理层的传输特性出发，研究不同影响因素之下比特位的错误特性。
　　本文研究思路可归纳为：采用基于实验实测的方法研究不同的环境因素对传输性能的影响。通过采集物理层比特错误的数据包，对比特位错误特性进行分析研究。本文的研究工作主要包括了以下几个方面：首先对信号在传输过程中可能会造成差错的原因进行分析，对不同环境下的干扰或衰落的影响进行理论上的定量比较，为后期实验设计提供理论依据。其次，在理论分析的基础之上，搭建实验平台系统、设计性能分析指标，并针对不同影响因素设计选取实验场景。随后，通过研究IEEE802.15.4数据帧过滤机制，设计并完成测试节点收发程序，进行实验并采集数据。最后，基于实验中采集到的错误数据帧，分析不同场景下数据传输过程中的错误特性，包括同一数据包内比特位错误特性，多个数据包之间错误的连续性，连续比特错误长度等。
　　本研究工作可以为无线传感器网络的上层协议设计、底层编码设计提供更细粒度的参考依据，为提高无线传感器网络的网络传输性能提供新的思路。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文主要工作及结构安排

2 IEEE 802.15.4数据传输错误原因分析

2.1 信道衰落

2.2 同频干扰

2.3 本章小结

3 实验平台搭建及节点程序编写

3.1实验节点硬件平台

3.2 IEEE 802.15.4帧过滤机制研究

3.3节点收发程序实现

3.4 本章小结

4 实验方案设计及数据采集

4.1 评估指标选取

4.2 数据的导入及处理

4.3 实验方案拟定与实施

4.4 本章小结

5 数据分析及指标评估

5.1 路径损耗

5.2 多径衰落

5.3 阴影衰落

5.4 802.11干扰

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 课题总结

6.2 未来工作展望

致谢

参考文献