基于软件无线电网络实验平台的MAC实现研究

论文摘要

研究无线网络的一个主要手段是计算机模拟仿真。然而，有研究表明，仿真有其局限性，有些情况下所得结果与实际情况有很大差异；更有些研究发现，在实际信道中，当运用复杂的物理层协议及MAC协议时，仿真结果与实际情况确实很不相符。所以，本文试图通过搭建基于GNU Radio的无线网络实验平台，对该平台构建和使用方面做一些探索，并对实际信道中的物理层协议与MAC协议进行研究。由于目前这方面的公开资料非常欠缺，本论文所汇报的工作能为其他研究人员提供一定的借鉴。本文的重点是MAC协议在实验平台上的实现研究。该研究由以下四个部分构成。第一部分是考察实际信道的特征，搭建一个简单的无线网络实验平台；该平台底层采用通用软件无线电外设（USRP）作为射频前端，结合软件无线电软件GNU Radio，完成无线信号的发射与接收。第二部分是基于802.11MAC来设计MAC协议并编写代码，以及MAC帧的封装与解封装和ACK与重发机制等等，并使其在搭建的平台上运行；第三部分是通过不断的测试来修正代码，并对试验结果进行分析，同时考察数据收发与处理性能，以及该MAC层是否能为上层协议提供服务；结果表明，MAC的基本功能已在平台上成功实现，而且可以为上层ICMP协议提供良好服务。最后部分是对GNU Radio平台使用经验总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.1.1 互联网络的分层思想
• 1.1.2 无线网络中的跨层设计思想
• 1.2 无线网络的 PHY 与 MAC
• 1.3 本文的主要工作与目标、贡献
• 1.4 本文的结构安排
• 1.4.1 本文组织思路
• 1.4.2 章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于 GNU Radio 与 USRP 的无线网络实验平台搭建
• 2.1 GNU Radio 与 USRP 简介
• 2.1.1 GNU Radio——开放的软件无线电软件
• 2.1.2 USRP——软件无线电通用外设
• 2.2 基于软件无线电思想的无线网络协议栈构架
• 2.3 基于 GNU Radio 与 USRP 的物理层协议
• 2.4 无线网络实验平台的搭建
• 2.4.1 本实验平台所使用的 Linux 操作系统的接口
• 2.4.2 实验平台搭建与网络节点设计
• 2.4.3 可操作的 PHY 与 MAC
• 2.5 本章小结
• 第三章 网络实验平台中 MAC 实现
• 3.1 MAC 实现细节
• 3.1.1 代码框架
• 3.1.2 信道竞争机制的实现
• 3.1.3 帧结构的处理
• 3.1.4 重发机制与确认帧（ACK）的功能实现
• 3.2 本章小结
• 第四章 调试及数据分析
• 4.1 信道测试
• 4.2 MAC 功能测试
• 4.2.1 测试设备收发性能
• 4.2.2 802.11MAC 帧的封装、解封装功能测试
• 4.2.3 回复确认机制与重发机制测试
• 4.3 为 IP 层提供服务测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 平台相关问题及其解决经验
• 5.1 常见问题及其解决方法
• 5.2 仍需进一步解决的问题
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 附录 1 缩略词表
• 附录 2 Python 语言简介
• 附录 3 Python 如何调用 C++
• 附录 4 部分源代码
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件