Ad Hoc网络协议及其在无线抄表系统中的应用研究

摘要

Ad Hoc网络是一种不依赖于固定基础设施的、自组织的无线网络，其组网方便、快捷，不受时间和空间限制，具有广阔的应用前景。本文重点研究了Ad Hoc网络MAC协议和路由协议，并且在一种树状拓扑的Ad Hoc网络中实现了这两个协议，通过实际组网测试，给出了网络的主要性能。全文主要工作如下：
　　 (1)对Ad Hoc网络MAC协议进行了研究。分析了“隐藏终端”和“暴露终端”对Ad Hoc网络性能的影响。分析和比较了CSMA/CA协议、PAMAS协议、PCMA协议和WTRP协议等几个典型的MAC协议的特点。
　　 (2)对Ad Hoc网络路由协议进行了较深入的研究。分析了DSDV协议、DSR协议和AODV协议等三个典型的Ad Hoc路由协议的特点。以DSDV协议为例，重点分析了路由环问题形成的原因和解决办法。针对一种树状拓扑的Ad Hoc网络，对传统AODV协议进行了适当改进，提出了一种改进的路由协议Y-AODV，并且在树状Ad Hoc网络中验证了改进方案的有效性。
　　 (3)研究了远程抄表系统的一般原理，在此基础上设计并实现了一种基于Ad Hoc网络的无线抄表系统。基于射频芯片CC1100设计了采集器和集中器的射频模块，并且在射频模块中实现了802.11DCF接入协议，网络层实现了Y-AODV协议。
　　 (4)对射频模块的误码率、通信距离和功耗性能进行了测试，得到了射频模块的性能参数。将采集器和集中器一起组成一个小型树状Ad Hoc网络，对网络的误码率、端到端传输时延和吞吐量进行了测试，得到了Ad Hoc网络的性能参数。通过试验验证了通过Ad Hoc网络进行无线抄表的可行性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 Ad Hoc网络概述

1.1.1 Ad Hoc网络概念

1.1.2 Ad Hoc网络特点

1.1.3 Ad Hoc网络体系结构

1.1.4 Ad Hoc网络关键技术

1.1.5 Ad Hoc网络研究现状

1.2 远程抄表系统概述

1.2.1 远程自动抄表系统原理

1.2.2 基于Ad Hoc网络的远程抄表系统

1.3 研究成果

1.4 本文主要内容和章节安排

第二章 Ad Hoc网络MAC协议研究

2.1 MAC协议在Ad Hoc网络协议栈中的位置

2.2 MAC协议要解决的主要问题

2.2.1 MAC相关的无线接收问题

2.2.2 不同的信道共享方式

2.2.3 “隐藏终端”和“暴露终端”问题

2.2.4 节点移动性的影响

2.3 Ad Hoc网络MAC协议分类

2.4 几种典型MAC协议分析与比较

2.4.1 CSMA/CA协议

2.4.2 PAMAS协议

2.4.3 PCMA协议

2.4.4 WTRP协议

2.5 退避算法分析

2.5.1 信道访问的公平性问题

2.5.2 两种基本的MAC退避算法分析

第三章 Ad Hoc网络路由协议研究

3.1 Ad Hoc网络路由协议概述

3.1.1 Ad Hoc网络路由协议面临的问题

3.1.2 Ad Hoc网络路由协议设计要求

3.1.3 路由的metric

3.1.4 路由协议的评价

3.2 Ad Hoc网络路由协议分类

3.2.1 表驱动路由协议

3.2.2 按需路由协议

3.2.3 混合式路由协议

3.3 儿种典型Ad Hoc路由协议分析

3.3.1 DSDV协议

3.3.2 DSR协议

3.3.3 AODV协议

3.4 针对一种树状Ad Hoc网络的AODV协议改进方案

第四章 基于Ad Hoc网络的无线抄表系统设计与实现

4.1 系统总体方案设计

4.2 系统硬件方案设计

4.2.1 采集器硬件设计

4.2.2 集中器硬件设计

4.3 软件实现

4.3.1 MAC协议的实现

4.3.2 路由协议的实现

第五章 系统性能测试

5.1 射频模块性能测试

5.1.1 误码率测试

5.1.2 功耗测试

5.2 Y-AODV协议有效性验证

5.3 网络性能测试

5.3.1 误码率测试

5.3.2 端到端往返时延测试

5.3.3 吞吐量测试

5.4 无线抄表功能测试

第六章 总结与展望

6.1 全文工作总结

6.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文及参与的科研项目