无线自组织网络TDMA多址接入协议和分组转发设计实现

摘要

无线自组网作为一种无中心的分布式网络现在应用越来越广泛，传输的业务也由原来的低速率短消息业务逐渐向多媒体应用方向发展。因特网中原有的QoS（Quality of Service，服务质量）保障机制在无线自组织网环境中并不适用，无线自组织网的特点决定了相应的网络协议和算法应该按照特定的场景进行设计。
　　TDMA多址接入协议因在网络负载较重的环境下依然有较好的吞吐量表现而成为目前多址接入协议研究的热点。此外，无线自组网在多跳传输时如何减少多媒体业务的传输时延也是一项非常关键的研究内容。
　　本文基于ARM+FPGA+nRF24L01为核心的硬件平台，旨在设计能支持多跳环境下多媒体业务传输的无线自组网演示平台。首先，本文简要介绍了无线自组网中多址接入协议的研究现状和多媒体业务通信的QoS需求并介绍了常用的分组调度算法，分析各自的优缺点。然后，根据我们面临的实际问题提出了TDMA协议的设计方案和基于FPGA的实现方案，包括帧结构设计、开环同步、闭环同步、拓扑自适应和程序设计等。
　　同时，为了进一步提高网络QoS保障能力，论文设计并实现了快速分组转发（AAF）算法策略，大大减少了节点分组转发时延。
　　为了增强语音等多媒体业务的服务质量，本文采用了基于区分业务类型的QoS保障技术，介绍了分组调度中最关注的几种指标，采用了基于WRR调度算法，能够保证在多种业务同时传输的情况下依然有良好的多跳语音传输效果。基于RED的队列管理策略能避免网络中的全局同步问题，结合TCP传输控制协议，真正意义上做到了拥塞避免。
　　最后，进行了硬件平台的介绍和详细的测试分析。包括硬件平台的基本指标测试（通信距离，传输速率，功耗性能）、语音的传输性能测试（主观评价的传输质量，客观评价的传输质量）和组网测试（丢包率，吞吐量等）。
　　通过多种情况下的测试数据验证了设计的完备性和算法的可行性。

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第一章 绪论

1.1 无线自组网概述

1.2 本文的研究背景

1.3 本文的内容安排

第二章 无线自组网的MAC协议和QoS保障

2.1 MAC协议设计引论

2.2 多媒体QoS保障

第三章 基于CPU+FPGA架构的通信节点设计实现

3.1 基于TDMA的多址接入协议设计实现

3.2 快速分组转发（AAF）机制的设计实现

3.3 基于区分业务类型的QoS保障

3.4 FPGA系统设计中的其他关键问题

3.5 本章小结

第四章 系统性能测试

4.1 无线自组网多媒体通信节点介绍

4.2 硬件基本指标测试

4.3 语音传输测试

4.4 组网测试

4.5 多业务同传测试

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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