单收发器多信道无线网络协议的研究

摘要

无线网络MAC协议可以协调用户公平的使用无线信道资源，实现数据的可靠传输，能够很大程度上影响无线网络的性能。传统无线网络MAC协议基本上都是单信道协议，这种技术会导致整个网络的网络吞吐量受到严重限制。为了能够更好的利用无线信道资源，提高无线网络的吞吐量和减小网络延迟，多信道MAC协议成为了能够解决问题的有效方案正在成为研究热点，现有的无线网络多信道MAC协议有着各自的限制，因此提出一种新的无线网络多信道MAC协议具有重要的意义。
　　本文首先针对多信道MAC协议中存在的问题进行分析研究，比较现有的典型多信道协议的性能找出存在的不足，然后设计一种新的基于802.15.4的单收发器多信道MAC协议，并通过仿真实验和硬件实验对协议性能进行检测。本课题的主要研究工作包括：
　　（1）提出了一种基于最大离散化的信道分配方法，能够避免无线网络中存在的相邻信道干扰和交替信道干扰，并根据Zigbee实验的相关结果提出了基于马尔可夫的信道切换预测，为后续的设计一种多信道协议做好准备工作。
　　（2）设计了一种基于802.15.4的单收发器多信道MAC协议，主要从时间同步机制、信道接入机制和信道分配和切换流程等方面进行了详细的设计，文中改进了TPSN时间同步机制可以更快更精确的实现全网时间同步，设计了自适应的CSMA/CA信道接入机制能够实现更快的信道接入减少网络延迟，设计了新的信道分配方案，避免网络中的信道冲突和干扰，提高网络的吞吐量。
　　（3）通过NS2实验证明本文中提出的单收发器多信道网络协议和其他协议相比能够获得更好的网络性能，提高了网络的吞吐量，减少了网络延迟。通过相关硬件实验证明协议可以取得更小的丢包率和传输延迟。

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第1章 绪 论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外研究动态

1.3 本文主要研究内容

1.4 论文结构

第2章 无线网络多信道MAC协议综述

2.1 无线网络MAC协议的分类

2.2 典型的单收发器多信道MAC协议

2.3多信道MAC协议面临的问题及解决方案

2.4 IEEE802.15.4协议研究

2.5 本章小结

第3章 信道分配算法的设计及信道切换预测

3.1 信道分配技术概述

3.2 基于最大离散化的信道分配设计

3.3 基于马尔可夫过程的信道切换预测

3.4 本章小结

第4章 单收发器多信道MAC协议的设计

4.1 单收发器多信道MAC协议的设计思路

4.2 时间同步机制

4.3 自适应的CSMA/CA信道接入机制设计

4.4 信道分配方案设计

4.5 小结

第5章 单收发器多信道无线网络协议的实验与分析

5.1 NS2网络模拟器简介

5.2 NS2仿真参数设置及性能评价参数

5.3 网络仿真性能比较与分析

5.4 硬件实验性能测试

5.5 小结

第6章 结论与展望

6.1 本文总结

6.2 未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与科研情况

致谢