窄带PLC系统数据链路层机制研究

摘要

电力线通信是指以电力线为传输媒介的通信方式。近年来，在国内宽带电力线通信技术还没有成熟的情况下，对高速窄带电力线通信技术研究有着非常重要的意义。在电力线广泛分布的优势下，电力线通信有很大发展空间。G3-PLC和 PRIME标准虽然作为目前窄带电力线通信行业最成熟稳定的标准，在国外市场得到了较为广泛的应用，但是由于G3-PLC和PRIME标准均不支持过零传输模式，在国内的应用存在着通信可靠性低和组网效率低等问题，并不适应国内复杂多样的电网环境。因此，针对国内电力线通信特殊的使用环境及实际需求，需要对窄带电力线数据链路层的主要机制进行深入研究。
　　本文的主要目标是针对国内电力线通信使用环境，设计支持过零传输模式的窄带电力线载波通信的数据链路层机制，并对其进行性能研究和评估。本文选择数据链路层的信道接入机制和传输机制作为主要研究对象。首先，详细介绍了窄带电力线载波通信协议的网络拓扑结构和协议栈结构，重点对数据链路层的信道接入机制及数据传输机制进行了分析。其次，介绍了数据链路层基础仿真平台的基本实现机制及主要功能模块，在该基础仿真平台上构建了窄带电力线载波通信数据链路层机制仿真系统，并设计了数据链路层信道接入机制、数据传输机制和数据封装处理的实现流程。接着，针对支持过零传输模式的需求采用了一种基于二进制指数退避算法的 CSMA/CA机制，在构建的仿真系统上完成了对该机制网络性能的测试验证工作。通过设计多种测试场景，对相应的网络吞吐量、时延及传输成功率等性能指标进行测量，并对仿真结果进行分析，评估不同测试场景下的网络性能，得出基础的结论。然后，针对基于二进制指数退避算法的CSMA/CA机制存在的可以优化的地方，设计了一种基于短退避时隙动态退避算法的CSMA/CA机制，仿真分析了其网络性能。此外，还针对隐藏站问题仿真并研究了 RTS/CTS机制在窄带电力线载波通信系统中的适用性。最后，为了满足网络中可能存在多种不同优先级的业务需求，提出了一种支持严格优先级控制的CSMA/CA机制，并仿真分析其网络吞吐量、时延和传输成功率等性能指标。仿真结果一方面验证了所开发的窄带电力线载波通信协议数据链路层信道接入机制和数据传输机制仿真系统的正确性，另一方面也说明了本文提出的多种数据链路层信道接入机制的有效性，并可根据实际应用场景灵活选择信相应的信道接入方式。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2研究目的及意义

1.3本文工作及内容安排

第二章 窄带电力线载波通信相关内容介绍

2.1概述

2.2网络拓扑

2.3分层结构

2.4物理层相关内容介绍

2.5 MAC子层机制

2.6 ADP子层机制

2.7小结

第三章 仿真系统设计

3.1概述

3.2仿真平台介绍

3.3仿真系统的实现

3.4小结

第四章 基于二进制指数退避算法的CSMA/CA机制

4.1概述

4.2机制介绍

4.3性能指标和影响因素

4.4吞吐量的测试分析

4.5时延和传输成功率的测试分析

4.6小结

第五章 基于短退避时隙动态退避算法的CSMA/CA机制

5.1概述

5.2机制介绍

5.3吞吐量的测试分析

5.4时延和传输成功率的测试分析

5.5带RTS/CTS的CSMA/CA机制研究

5.6小结

第六章 严格优先级控制的CSMA/CA机制

6.1概述

6.2机制介绍

6.3吞吐量的测试分析

6.4时延和传输成功率的测试分析

6.5小结

第七章 工作总结与展望

7.1工作总结

7.2展望

参考文献

致谢

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