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无线个人区域网的调度算法研究

作　者: 唐张杰
导　师: 裴廷睿
学　校: 湘潭大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 无线个人区域网 WPAN 调度算法保障时隙时间敏感
分类号: TN925.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 23次
引　用: 0次
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内容摘要

无线个人区域网 WPAN(Wireless Personal Area Network)是由一组带有无线通信收发装置的移动节点组成的一个临时、多跳网络。当前人们对低能耗、低速率WPAN网络的研究兴趣越来越大,因为其在军事、矿场、智能家居和医疗保健等方面有很大的应用前景。无线个人区域网中的节点都是单射频设备,故调度算法的优劣是影响WPAN网络性能的一个重要方面。论文重点研究不同情况下WPAN的调度算法,具体内容包括:(1)介绍WPAN网络的概念、节点结构和网络结构,阐述IEEE802.15的MAC层协议的发展现状和设计要求,并针对现有WPAN网络的调度算法进行介绍和对比研究。(2)提出一种新的按需轮询的调度算法,在这个算法中,综合考虑不同业务的数据到达率、链路负荷因子、数据种类和时间因子,并将这四个因子引入算法的调度因子计算中。另一方面,针对于特殊场景中分组数据对时延的特殊要求,算法为WPAN网络中的每个簇头设定对应标识符CID(cluster identifier)。主节点通过判别特定CID值来优先调度特殊场景子网络,从而保证其时延的特殊要求。通过仿真验证,该算法能缩短时延约20%,并且在特殊场景数据负荷较轻的情况下能提高整个网络的带宽利用率。(3)针对于时间敏感和带宽利用要求高的WPAN网络,本文提出一种基于时间敏感传输,并同时兼顾最优带宽利用的调度算法。首先,本文在考虑不同节点传输数据的时间期限Di和传输应占用时间ED(i)的基础上具体有效地分配保障时隙(GTS)给每个节点。另外,我们有效地重新分配前一次调度未使用的GTS (UGTS),提高GTS使用率从而达到提高带宽利用率的目的。算法是基于IEEE802.15规定的帧结构而设计,所以具体实现时不用改动太多协议内容,有很好适用性。同时,算法不仅严格控制调度时间不超过数据的时延期限值,而且能明显地提高带宽利用率。最后,总结全文并对今后的工作进行展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章引言  8-18
  1.1 本课题的意义  8
  1.2 无线个人区域网的简介  8-9
  1.3 无线个人区域网的网络结构  9-10
  1.4 无线个人区域网的网络特点  10-14
    1.4.1 微微网的网络特点  11-12
    1.4.2 散射网的网络特点  12-14
  1.5 无线个人区域网的无线技术概述  14-17
    1.5.1 红外技术  14
    1.5.2 家庭无线电射频技术  14
    1.5.3 超带宽无线通信技术  14-15
    1.5.4 IEEE802.11 技术  15
    1.5.5 蓝牙技术  15-16
    1.5.6 ZIGBEE 技术  16-17
  1.6 无线个人区域网的应用场景  17-18
第2章无线个人区域网的MAC 协议和调度算法  18-26
  2.1 MAC 层帧结构  18-19
  2.2 MAC 层的原语  19-21
  2.3 MAC 层信息流程  21-22
  2.4 MAC 层的安全机制  22
  2.5 无线个人区域网的调度算法  22-26
    2.5.1 载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)  23
    2.5.2 非竞争的访问机制  23-26
第3章网络仿真平台  26-31
  3.1 网络仿真技术概述  26
  3.2 OPNET 网络仿真平台概述  26-27
  3.3 OPNET MODELER开发环境介绍  27-29
    3.3.1 项目编辑器  27
    3.3.2 节点编辑器  27-28
    3.3.3 进程编辑器  28-29
    3.3.4 其他编辑器  29
  3.4 OPNET MODELER通信网络仿真机制  29-31
    3.4.1 建模机制  29
    3.4.2 离散事件仿真机制  29
    3.4.3 OPNET MODELER通信机制  29-31
第4章一种按需轮询的调度算法  31-40
  4.1 算法的设计思路和步骤  31-35
    4.1.1 基本调度进程  31-34
    4.1.2 特殊场景下的调度方法  34-35
  4.2 算法的仿真和结果分析  35-40
    4.2.1 网络域建模  35
    4.2.2 节点域建模  35-36
    4.2.3 进程域建模  36-38
    4.2.4 仿真结果分析  38-40
第5章基于时间敏感和最优带宽利用的调度算法  40-47
  5.1 超帧的结构和使用  40-41
  5.2 保障时隙的分配  41
  5.3 分组时延值的微调  41-42
  5.4 传输时延的计算  42-43
  5.5 Si 值的计算  43-44
  5.6 对未使用的GTS (UGTS)的重新分配  44-45
  5.7 算法的仿真和结果分析  45-47
第6章总结与展望  47-48
缩写对照表  48-49
参考文献  49-52
致谢  52-53
附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文  53

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