基于TDMA的无线Mesh网络时隙分配算法研究与实现-通信与信息系统专业论文.docxVIP

摘要 现有的无线 Mesh 网络是朝着多种无线接入技术融合方向发展。在无线 Mesh 网络中可用的无线资源非常有限，如何提高无线资源利用率，增加网络容量是设 计无线 Mesh 网络的一个关键问题。基于 TDMA 的无线 Mesh 网络 MAC 层协议在 高竞争的网络环境下能够更大限度的提高无线信道利用率，高效的分配信道资源， 因此可以提供更高的网络容量。特别在一些 QoS 保障要求较高和需要预留资源的 网络中有更大的优势。本文对无线 Mesh 网络中 MAC 层 TDMA 时隙分配算法进 行研究，具体工作如下： 本文首先介绍了 Mesh 网的基本概念、结构和特点，详细分析了 MAC 层中常 用到的 TDMA 协议，包括动态 TDMA 协议 FPRP 和 CA-TDMA，固定与动态相 结合的 TDMA 协议 ADAPT 和 P-TDMA。然后针对在 TDMA 中无线 Mesh 网络 多跳场景下延时的问题，提出了一种在考虑流内时隙复用的低时延时隙分配算法 DG-TDMA，旨在保证端到端延时的同时尽量提高包递交率。接着分析了在信道 接入中经常碰到的隐藏终端和暴露终端的问题，还有节点移动对 TDMA 系统的影 响，在现有的研究基础上提出无线 Mesh 网络中的 TDMA 动态时隙分配算法 SRHE-TDMA，重新设计时帧结构，在有隐藏终端和暴露终端的情况下，通过邻 居节点间状态的转换和更新，实现无冲突的时隙分配，并且使两跳以内的节点也 能复用同一个时隙，增大了时隙的空间复用度，提高了 MAC 层无线资源分配的 效率。最后对两种算法进行性能仿真，仿真结果表明 DG-TDMA 算法在网络负载 较大时，与最小可能时延算法 MPD 相比，时延性能表现相当，但是包递交率有 显著的提高。SRHE-TDMA 算法在节点高移动性和高负载的情况下，由于入网灵 活，时隙复用度高，有更好的性能表现。与 M-USAP 算法相比较，总体吞吐量平 均有 15%性能的提升，延时平均降低了 20%。 在基于 TDMA 无线资源分配的研究基础上，有必要对该算法在无线节点系统 上进行实测验证。随后对节点系统进行硬件选型并设计计了 Mesh 组网 MAC 层实 现方案，包括 MAC 层节点互同步，SRHE-TDMA 动态时隙分配算法，优化了节 点公平的机制。最后在 LM3S9B96 开发板和 CC1100 射频模块组成的节点系统上 成功组网。在功能测试上满足 MAC 层设计要求，经过??测，链状拓扑下网络吞 吐量最高能达到 150.6kbps，星形拓扑下最高吞吐量能达到 110.4kbps。 关键词：无线 Mesh 网络，时分多址接入，低时延时隙分配，时隙复用 ABSTRACT The existing wireless Mesh network towards multiple wireless access technology convergence direction. The available radio resources in the wireless Mesh network is very limited. How to improve the radio resource utilization and increase the network capacity is the key issue to design the wireless Mesh network. In a highly competitive environment to maximize the channel utilization, efficient allocation of resources while ensuring the QoS. Especially in some resource reservation and QoS guarantee networks, such as public safety networks and tactical networks, TDMA-based MAC protocol reflects the greater advantage. In this paper, MAC layer TDMA slot allocation algorithm for wireless mesh network is studied, details are as follows: This paper firstly introduces the basic concepts of Mesh network, the structure and characteristics. And details the TDMA