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基于IEEE802.15.4的接入算法研究

作　者: 马东杰
导　师: 刘洺辛
学　校: 燕山大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 802.15.4 CSMA/CA 理论模型 自适应 服务区分
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 46次
引　用: 1次
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内容摘要


IEEE 802.15.4技术作为最适用于无线传感器网络的近距离无线通信技术标准之一，得到了非常广泛的应用。但无线传感器网络是一种以特定性任务为导向的应用网络形态，使得IEEE 802.15.4时隙CSMA/CA算法中的默认参数配置不能普适地适用于所有的应用环境，因此对算法性能及改进策略的研究是扩展其应用的关键，本论文应用理论建模及仿真的方法对接入算法展开研究。首先，针对无线传感器网络应用中网络负载多样化的特点，建立了一个综合考虑ACK应答及有限重传机制，可依据网络负载状况动态调节的时隙CSMA/CA算法理论模型，推导出了节点进入饱和状态的平均到达率阈值，并依据网络负载状态对节点模型做适当调节，统一了饱和及非饱和状态网络建模，给出了数据传输可靠性、延迟及吞吐量的表达式，考察了时隙CSMA/CA算法参数配置对上述性能的影响。其次，针对具有数据传输可靠性要求的无线传感器网络，在网络部署之初节点并不清楚网络的具体拓扑结构和流量状况，研究了一种时隙CSMA/CA算法参数自适应调节策略，能够在网络流量状况未知的条件下通过自适应调节MAC层参数获得应用层要求的可靠性保障，利用OPNET仿真验证了策略的合理性和有效性。最后，讨论了一种基于时隙CSMA/CA参数配置的服务区分策略，并对标准模型进行改进，建立了区分服务的时隙CSMA/CA算法理论模型，对基于竞争窗口(CW)取值的服务区分策略进行了详细分析，给出了不同优先级数据的信道接入概率和吞吐量表达式，比较了服务区分策略对两类数据传输的影响。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-14
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 本文的主要研究内容  12-13
  1.4 本文组织结构  13-14
第2章 IEEE 802.15.4 标准概述  14-26
  2.1 IEEE 802.1 5.4 标准简介  14
  2.2 IEEE 802.15.4 标准的网络拓扑  14-15
  2.3 IEEE 802.15.4 标准的物理层  15-17
  2.4 IEEE 802.15.4 标准的媒体接入控制子层  17
  2.5 IEEE 802.15.4 标准的超帧结构(Superframe Structure)  17-19
  2.6 IEEE 802.15.4 标准的 CSMA/CA 算法  19-21
  2.7 IEEE 802.15.4 标准的数据传输模式(Data Transfer Mode)  21-22
  2.8 IEEE 802.15.4 标准的 MAC 层帧格式  22-25
  2.9 本章小结  25-26
第3章 时隙 CSMA/CA 算法仿真研究  26-36
  3.1 引言  26
  3.2 IEEE 802.15.4 仿真模型  26-30
    3.2.1 网络拓扑结构  27
    3.2.2 节点模型构建  27-30
  3.3 仿真及结果分析  30-35
    3.3.1 macMinBE 对时隙 CAMA/CA 性能的影响  31-33
    3.3.2 macMaxCSMABackoffs 对时隙 CAMA/CA 性能的影响  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 IEEE 802.15.4 时隙 CSMA/CA 算法理论建模  36-52
  4.1 研究背景概述  36-37
  4.2 时隙 CSMA/CA 算法退避过程及模型近似  37-38
  4.3 时隙 CSMA/CA 算法分析模型  38-46
    4.3.1 节点状态建模  38-43
    4.3.2 信道状态建模  43-45
    4.3.3 系统性能度量参数  45-46
  4.4 不同负载条件下的网络性能分析  46-47
  4.5 仿真验证及结果分析  47-49
  4.6 本章小结  49-52
第5章 时隙 CSMA/CA 算法改进策略研究  52-68
  5.1 引言  52-53
  5.2 时隙 CSMA/CA 算法自适应参数调节策略  53-60
    5.2.1 自适应参数调节策略  53-55
    5.2.3 仿真设置及结果分析  55-60
  5.3 基于时隙 CSMA/CA 算法的优先级改进策略研究  60-67
    5.3.1 区分服务的 IEEE802.15.4 时隙 CSMA/CA 算法分析模型  60-65
    5.3.2 系统性能评估参数  65
    5.3.3 模型验证及性能结果  65-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
作者简介  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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