无线个域网多媒体SoC高层次设计与优化

论文摘要

在移动多媒体应用驱动下,以高速无线个域网为背景,从媒体访问控制（MAC）层协议优化、通信协议的高层次设计以及系统级的低功耗设计方法等方面,对无线个域网多媒体片上系统（SoC）进行了深入研究。研究内容主要包括:1.对于高速无线个域网中的实时视频业务,立即应答和固定突发MAC帧数延时应答因无法适应视频业务的变速率特性和无线链路的不稳定性,会严重降低视频业务性能。为此,在针对视频应用分别分析立即应答和固定突发MAC帧数延时应答策略的基础上,利用视频帧尺寸信息和无线信道质量信息对延时应答策略进行优化,提出了一种应用层和信道质量信息辅助的自适应延时应答算法。该算法在不同负载及信道情况下比传统应答策略明显改善视频业务服务质量。2.针对多视频传送时的信道时间分配问题,以提高可解帧率为目的,提出了一种保证服务帧率公平的高优先级帧最小瞬时权重优先的信道时间分配算法。仿真表明,本文提出的算法较已有算法在保证了同等公平性的前提下可解帧率有较为明显的提高。3.利用电子系统级设计方法学,实现了基于SystemC 2.0的IEEE 802.15.3 MAC协议的TLM原型平台。利用该模型,不但可以节省大量软件开发的时间,还使软硬件的集成和验证变得更加容易。同时,能够测试各种不同配置对系统最终性能的影响,从而能够从众多方案中选择一个成本和性能之间的最佳平衡点。4.针对多媒体业务中所占功耗比例最大音视频解码任务,提取了大量来源于实际视频源的负载样本,详细分析了处理器负载的统计特征,并发现了处理器负载突发性与低均值特性。根据这些统计分析,利用F-ARIMA模型来预测负载的突发间隔,并设计了基于视频突发间隔的自适应动态电压调整策略。在保证视频服务质量的情况下,极大降低了移动多媒体SoC的功耗。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 无线个域网多媒体SoC高层次设计与优化的研究动机
• 1.2 无线个域网多媒体SoC研究的主要内容
• 1.2.1 面向多媒体应用的无线个域网MAC 协议优化
• 1.2.2 无线个域网多媒体SoC 电子系统级设计方法研究
• 1.2.3 无线个域网SoC 系统级低功耗设计
• 1.3 论文研究工作及内容安排
• 第2章 面向多媒体应用的无线个域网 MAC 协议优化
• 2.1 引言
• 2.2 视频编码技术及与视频相关的MAC 层性能评估
• 2.2.1 视频编解码回顾
• 2.2.2 视频帧质量的度量
• 2.2.3 视频业务模型
• 2.3 协议介绍
• 2.3.1 高速无线个域网架构
• 2.3.2 信道接入方式
• 2.3.3 IEEE 802.15.3 标准支持的应答策略
• 2.3.4 公平性
• 2.3.5 国内外研究工作
• 2.4 应用层和信道质量信息辅助的延时应答算法
• 2.4.1 研究动机
• 2.4.2 所提自适应Dly-ACK 算法
• 2.4.3 性能仿真
• 2.4.4 应用层和信道质量信息辅助的延时应答算法小结
• 2.5 高速无线个域网多视频流信道时间分配算法
• 2.5.1 研究动机
• 2.5.2 问题描述
• 2.5.3 所提视频流信道时间分配算法
• 2.5.4 仿真与结果分析
• 2.5.5 高速无线个域网多视频流信道时间分配算法小结
• 2.6 本章总结
• 第 3 章 无线个域网多媒体 SoC 电子系统级设计方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 TLM 设计方法介绍
• 3.2.1 TLM 简介
• 3.2.2 TLM 设计的优点
• 3.3 SystemC 简介
• 3.4 基于SystemC 2.0的IEEE 802.15.3 MAC协议ESL设计
• 3.4.1 问题提出
• 3.4.2 系统开发流程
• 3.4.3 IEEE 802.15.3 MAC 芯片 TLM 设计
• 3.4.4 利用IEEE 802.15.3 TLM 进行系统验证
• 3.4.5 IEEE 802.15.3 MAC 协议 TLM 设计的意义
• 3.4.6 IEEE 802.15.3 MAC 芯片系统结构
• 3.4.7 物理层数据接口设计
• 3.4.8 物理层控制接口设计
• 3.5 本章总结
• 第 4 章 无线个域网多媒体 SoC 系统级低功耗设计方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 低功耗设计背景
• 4.2.1 功耗源头分析
• 4.2.2 低功耗技术简介
• 4.3 电池技术概述
• 4.3.1 电池分类
• 4.3.2 电池的基本特性与技术参数
• 4.4 自相似过程定义、性质以及常用自相似过程
• 4.4.1 自相似过程定义
• 4.4.2 自相似过程的特性
• 4.4.3 自相似过程中常用的参数估计方法
• 4.5 面向视频应用的自适应突发周期动态电压调整
• 4.5.1 研究动机
• 4.5.2 处理器负载分析
• 4.5.3 面向多媒体应用的自适应DVS系统架构
• 4.5.4 系统具体工作工程及其实现
• 4.5.5 试验结果
• 4.6 本章总结
• 第5章 结论
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 进一步工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果