基于无线Mesh网络的超高速WPAN MAC协议研究

摘要

无线个域网(WPAN)可以提供短距离(1米—10米)各种数据率的连接，同时它的功率消耗很低，对于移动设备而言，这是非常重要的一个因素。值得注意的是，早在2005年3月，IEEE即已成立IEEE 802.15.3c任务组，其目标是定义一个新的毫米波(57GHz-64GHz)物理层标准，可以提供不低于1Gbps的传输速率，同时可以与其他采用IEEE 802.15协议的WPAN微波设备共存。这样完全可以满足WPAN用户不断增长的无线通信速率要求。 无线Mesh网络是近年来无线通信领域兴起的一个新的研究热点。传统星型拓扑的无线网络结构简单，覆盖范围小，链路冗余度差，可靠性低，拓扑扩展不便，无线Mesh网络拥有网状拓扑结构，可以弥补星型网络的这些不足。如果把无线Mesh网络结构应用到WPAN中，必能大大提高网络性能，满足用户对通信网络越来越高的要求。 本文专注于基于无线Mesh网络的超高速WPAN MAC协议研究。论文中首先分析了现有MAC协议应用于超高速WPAN时存在的问题，进而提出了一种改进协议，同时研究了其带QoS控制的增强算法，仿真结果表明改进协议可以提供更好的网络性能。其次，论文详细分析了ECMA-368 MAC协议在不同ACK机制下的最优吞吐率问题，仿真和分析结果均表明存在一个最优数据帧帧长，以此长度发送数据帧，可以达到最大吞吐率。最后，论文讨论了ECMA-368 MAC协议应用于无线Mesh网络时产生的问题以及现有算法对类似问题的改进，进而提出了更好的改进算法，仿真和分析结果都表明文章中提出的改进算法可以有效的提高网络吞吐率，增强网络性能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:缩略词、图表目录

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2无线通信发展现状

1.3无线个域网简介

1.4无线Mesh网络简介

1.5基于Mesh网络的超高速WPAN MAC协议设计讨论

1.6本文研究内容

第2章超高速WPAN MAC协议及Mesh扩展综述

2.1引言

2.2IEEE802.15.3MAC协议综述

2.2.1IEEE802.15.3网络结构

2.2.2IEEE802.15.3超帧结构

2.2.3协调

2.2.4中止Piconet

2.2.5关联和解关联

2.2.6应答机制

2.2.7层管理

2.3IEEE802.15.5对IEEE802.15.3的扩展

2.3.1无线Mesh结构的IEEE802.15.3网络体系架构

2.3.2超帧结构

2.3.3层管理参考模型

2.3.4Mesh帧的帧结构

2.3.5Mesh服务支持

2.4ECMA-368 MAC协议综述

2.5本章小结

第3章一种适用于IEEE802.15.3C的改进型MAC协议

3.1引言

3.2现有MAC协议存在的问题

3.2.1CSMA/CA协议

3.2.2MBS算法

3.2.3SUBAA算法

3.3PTDBS算法设计及仿真

3.3.1算法设计方案

3.3.2仿真结果及性能分析

3.4带QoS控制的PTDBS算法设计及仿真

3.4.1算法设计方案

3.4.2仿真结果及性能分析

3.5本章小结

第4章不同ACK机制下ECMA-368MAC协议最优吞吐率分析

4.1引言

4.2ECMA-368MAC协议简介

4.2.1DRP

4.2.2PCA

4.2.3应答机制

4.2.4PPDU结构

4.3DRP方式下的最优吞吐率

4.3.1No-ACK机制

4.3.2Imm-ACK机制

4.3.B-ACK机制

4.4PCA方式下的最优吞吐率

4.5分析和仿真结果

4.5.1DRP方式下的分析和仿真结果

4.5.2PCA方式下的分析和仿真结果

4.6本章小结

第5章基于无线Mesh网络结构的ECMA-368MAC协议改进

5.1引言

5.2ECMA-368MAC协议存在的问题

5.2.1DRP预约协商的方式和流程

5.2.2协议存在的问题

5.2.3GRATS算法

5.3ARTAP设计思想及性能分析

5.3.1ARTAP设计思想

5.3.2性能分析

5.4分析和仿真结果

5.5本章小结

第6章总结与展望

6.1论文完成的内容

6.2后续工作与研究方向

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果