Research on PC to PC Multipoint Wireless Communication

论文摘要

无线通信实际上覆盖了目前存在的每一种通信方法。目前，有100多个研究机构和10000多个研究者从事这项工作，并且这些研究大多数是专有的，使得本文在该领域的研究成为可能。RF通信系统有诸多优点。首先它是无线的，不需要在设备周围放置光缆。并且光缆比较昂贵，与RF相比缺少灵活性并易于毁坏。对于新的设备，特别是如果空间配置支持不同存储空间分配或活动制造站时，实现无线基础设施可能比在工业环境中使用光缆更划算。可访问性是另外一个重要好处。如果工作者在系统范围内，并且当适当站点的检查在执行时他们理应如此，他们总能够访问到他们的数据。这个优点不能过高估计。当你需要数据的时候它总在你手边，意思是对于一个固定终端在生产过程中没有任何中断和空隙或无负载的过程，停止站点或分配位置去接收发包或丢弃指令。制定关键决议以及在活动的开始立即采取行动。浪费的时间越少意味着你可以做更多有意义的、更快的事情而不需要增加额外的人员。实时RF通信一般的其他好处包括，论文工作除外，精度上(＞99％)的一个重大改进，通过快速实时数据处理的批处理，即时响应时间和提高的服务级别。补充一点是通过条形码扫描自动数据输入或其他一种数据收集技术的实时数据收集系统提高信息的准确性和消除不必要的冗余数据输入，这是另外一个节约时间和花费的好处。供应链中的很多方面可以实现RF准确、实时等重要优点。当前，无线通信覆盖了广阔的频谱应用，仅在一个项目里包含所有的应用显得比较困难。缩小到一些基本的应用及其工作，本项目解释怎样开始你的无线世界之行，通过从零开始建立概念到你能够知道在PC机与其他设备之间创建一个无线链接这种程度，是本文为你所做的一点贡献。对于工程学生甚至一些专业人员，在PC机与其他设备创建一个RF链接是不可能的事情，但是在读完这篇论文之后，我保证你能够在仅仅几小时内将一个无线链接嵌入到一个设备或PC机中。以上通过引入工程领域中一个专门为多点(半双工广播类型)序列和RF通信的协议，把数据报文封装成帧，附加信息依附于报文头或报文尾，然后把信息发送出去，从而简化了全部通信过程来完成。为了完成这项工作，建立了一个简单的RF通信链接，并在C#．NetVer2.0下实现了协议模式。为了在软件而不是在硬件中实现这个模式，整个装帧和封包过程对于读者以及工程人员是透明的。然后，当装帧系统根据我们的需求完全优化后，就能够迁移到控制器中并能够被智能收发器调用，该收发器处理所有通信和装帧开销，并且通信开销对于终端用户或应用来说是透明的。本文设计出的RF通信连接器优点是多点通信仅利用固定频率(例如：433MHZ)，最大化利用了带宽，在处理多信道或频谱扩频技术方面能得到更好的扩展。同时，本文提出的PC到PC间的多点无线通信可以作为相关工作引用。离开电脑以后，需要许多思考和研究来来完成这项工程，它从基本的电子学，设计简单的电路，集成不同的模块开始并且兼顾性能问题。这个项目最重要和最有趣的地方是RF通信，它本身就是一个单独和庞大的话题。考虑这项工程的复杂性，设计安排成甚至初学者都能理解和实现的一种方式。为了达到以上目的，该项目分成3个主要的设计阶段，各阶段有其重要性，仅仅通过以下准确的顺序，一个初学者才能够实现该系统。阶段1：初始化阶段，涵盖了最基本的串行通信实现。阶段2：阶段1的提高，在该阶段反应出RF通信的一个属性，该属性是传输和接纳数据的单一媒介，因此，该阶段对一个在RS485总线环境下的半双工多点通信软件进行了详细设计。阶段3：RS485总线环境被RF硬件替换，并且少量有关包和错误检查模式的升级在软件中实现。在项目头两个阶段，设计了一个更加高级的串行通信链接方式，该方式能够在多点总线网络环境中可进行距离高达1000米、速度高达9.6Kbps的通信。这是一种半双工多点通信方法，该方法需要专门的的协议模式来区分不同节点的数据包。总共最大可有32个节点加入到总线网络，然后可以通过在线路之间加入中继器和交换机来增加节点。这一阶段使我们学会在以包的形式进行传输和接收数据，为了查找被传输的数据每个节点处理所有的包，这样的多点环境中如何进行通信。第3阶段，两个PC机之间的无线串行通信。一旦建立RF链接，挑战在于通过它如何有效传输数据。当设计的RF链接在大多数条件下提供了可靠的数据传输时，需要处理的有线链接之间仍然有明显的不同，因为在本项目中使用的RF模块并没有包含内部编码／解码，用户对于如何处理数据有较大的灵活性。如果需要简单控制传输或状态信号，如单击按钮或开关关闭等，你的产品没有微处理器或你希望避免协议开发，考虑使用一个编码器和解码器集成电路装置。当开发一个包含RP链接的项目时，发送和接收信号是一个任务，从信号中获取数据则是另外一个任务，诸如干扰和噪声的问题在设计过程中必须理解和允许。在这种情况下，协议开始发挥作用。在这个阶段还设计了专门的协议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• Chapter 1 INTRODUCTION
• 1.1 Current Research
• 1.1.1 PDA to PDA wireless communication
• 1.1.2 Difficulties
• 1.1.3 EDGE over this project
• 1.1.4 Objective
• 1.2 Similar Products
• Chapter 2 BASICS OF RF COMMUNICATION
• 2.1 What Is Radio Frequency?
• 2.2 The Transmitter
• 2.3 What Is Modulation?
• 2.4 The Receiver
• 2.5 A Frequency of Operation
• 2.5.1 Propagation Characteristics
• 2.5.2 Required Bandwidth
• 2.5.3 Power Consumption
• 2.5.4 Potential Interference
• 2.6 An Antenna
• 2.6.1 What Is An Antenna?
• 2.6.2 The Transmitter Antenna
• 2.6.3 The Receiver Antenna
• 2.6.4 Popular Antenna Styles
• 2.7 Modular RF Product
• 2.8 Discrete RF Design
• 2.9 Brief Summary
• Chapter 3 RF COMMUNICATION TECHNIQUES
• 3.1 Overview
• 3.1.1 Signal Communication
• 3.1.2 Data Communication
• 3.2 Communication Technique Basics
• 3.2.1 Data Source
• 3.2.2 Data Encoding
• 3.2.3 Data Transmission
• 3.2.4 Propagation Path
• 3.2.5 Data Reception
• 3.2.6 Data Decoding
• 3.2.7 Data Interpretation
• 3.3 What Is A Protocol?
• 3.4 Protocol Design Considerations
• 3.4.1 Packetization
• 3.4.2 Reliability
• 3.4.3 Robust
• 3.4.4 Security
• 3.4.5 Uniqueness
• 3.4.6 Optimum Radio Performance
• 3.4.7 Selecting the Features You Really Need
• 3.4.8 Error Detection
• 3.4.9 Error Correction
• 3.4.10 Encryption
• 3.5 Brief Summary
• Chapter 4 DESIGN DETAILS
• 4.1 Milestones & Phases
• 4.2 Phase 1 （Basic Serial Communication）
• 4.2.1 Objective
• 4.2.2 Hardware Description
• 4.2.3 Software Description
• 4.2.4 Related Resources
• 4.3 Phase 2 （Multi node Wired serial communication）
• 4.3.1 Objective
• 4.3.2 Hardware
• 4.3.3 Description
• 4.3.4 Software Description
• 4.3.5 Related Resources
• 4.4 Phase 3 （Wireless multi node communication）
• 4.4.1 Objective
• 4.4.2 Protocol Description
• 4.4.3 Protocol Packet Format
• 4.4.4 Hardware Details
• 4.4.5 Software Description
• 4.5 Brief Summary
• Chapter 5 PERFORMANCE ANALYSIS
• 5.1 Project Aim and Desired Specification
• 5.2 Practical achievements and efficiency
• 5.2.1 Protocol analysis
• 5.2.2 Range analysis
• 5.2.3 Speed analysis
• 5.2.4 Error detection analysis
• 5.2.5 Encryption analysis
• 5.3 Over all result / outcome （with costing）
• 5.4 Comparison with similar market products
• 5.5 Advantages and disadvantages of the system
• 5.5.1 Major advantages
• 5.5.2 Major Disadvantages
• 5.6 Alternative products vendor list
• 5.7 Brief Summary
• Chapter 6 CONCLUSIONS AND FUTURE ENHANCEMENTS
• 6.1 Conclusions
• 6.2 Future Enhancements
• BIBLIOGRAPHY
• APPENDIX
• ACKNOWLEDGEMENTS
• ACHIEVEMENT