典型短距离无线通信网络MAC层CSMA/CA机制仿真研究

论文摘要

随着无线网络的快速发展,尤其是无线局域网已经深入千家万户,各种电子产品的日益更新,人们对低功耗、低成本的短距离无线个域网发展的需要也越来越大。而最近随着物联网技术的提出,无线传感网(WSN)的快速发展,促成了ZigBee网络的蓬勃兴起。本文首先介绍了几种短距离无线通信技术,包括802.11系列无线接入技术和802.15系列无线接入技术。他们分别代表无线局域网和无线个域网的典型标准,同时它们也是目前学术界研究的热点之一。根据IEEE802.15.4基本上是应用类似IEEE802.11的CSMA/CA方式竞争通信,所以对MAC层CSMA/CA机制的研究是本文的重点。本文着重介绍了EEE802.11DCF(即CSMA/CA协议),和目前针对此协议基础——二进制退避算法的改进方法,并对其中的预约退避算法(主要指EBA)做主要介绍。接着介绍了一种改进的简化预约退避算法的思想,即直接在MAC层数据帧尾增加一个字段用来存放发送节点下次将要采用的退避时间,减少EBA按时隙数来区分退避时间和发送时间的麻烦,减少控制开销,直接体现预约退避算法本质特点。为今后基于NS2对预约退避算法的进一步开发研究奠定基础。而后介绍了IEEE802.15.4MAC层的主要功能和主要结构,并对IEEE802.15.4的CSMA/CA算法流程做主要分析。最后,对NS2网络仿真软件的Mac802.11模块进行了修改和扩展,实现了预约退避算法在NS2中的仿真,与802.11DCF相比,验证了改进的简化预约退避算法的可行性,分析了吞吐量等网络性能。另外还仿真验证了IEEE802.15.4MAC层的性能,以及一些MAC层CSMA/CA主要参数如BE、CW及信标模式对IEEE802.15.4网络性能(如吞吐量、平均延时和包投递率等)的影响。并与参考文献做比较,做出适当的仿真调整,分析所得到仿真结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景和意义
• 1.2 短距离无线通信网络概述
• 1.2.1 蓝牙技术
• 1.2.2 UWB技术
• 1.2.3 ZigBee技术
• 1.2.4 IEEE802.11系列技术
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 IEEE802.11与IEEE802.15.4MAC协议简介
• 2.1 IEEE802.11MAC协议
• 2.1.1 IEEE802.11DCF协议
• 2.1.2 目前改进的退避算法分类
• 2.2 预约退避算法介绍
• 2.2.1 EBA算法介绍
• 2.2.2 改进的简化预约退避算法
• 2.3 IEEE802.15.4MAC协议
• 2.3.1 超帧结构
• 2.3.2 数据传输模式
• 2.3.3 CSMA/CA算法流程
• 2.4 IEEE802.11与IEEE802.15.4MAC协议比较
• 2.5 本章小结
• 第3章 IEEE802.11MAC层预约退避算法在NS2中的实现与分析
• 3.1 NS2网络仿真软件介绍
• 3.2 仿真一般步骤与方法
• 3.3 IEEE802.11MAC层DCF代码分析
• 3.3.1 系统结构
• 3.3.2 仿真模块
• 3.3.3 仿真流程
• 3.4 改进的简化预约退避算法在NS2上实现的具体表现
• 3.5 仿真环境设置
• 3.6 仿真结果分析
• 3.6.1 吞吐量分析
• 3.6.2 平均延时及投包递率分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 IEEE802.15.4在NS2中的仿真与分析
• 4.1 IEEE802.15.4在NS2中的实现简述
• 4.1.1 IEEE802.15.4仿真模型
• 4.1.2 IEEE802.15.4MAC层在otcl中的相关参数设置
• 4.2 MAC层协议仿真环境配置
• 4.2.1 仿真环境
• 4.2.2 Otcl仿真脚本的设置
• 4.2.3 改进AODV的说明
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 竞争冲突对网络特性的影响
• 4.3.2 信标模式对网络特性的影响
• 4.3.3 BE、CW取值对网络特性的影响
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文