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面向信息物理系统的IEEE802.15.4MAC协议分析及优化

2020-12-14阅读(301)

面向信息物理系统的IEEE802.15.4MAC协议分析及优化

论文摘要

继计算机和互联网之后,信息物理系统是集成计算、通信和控制于一体的下一代信息技术核心,该系统由于其巨大的应用前景而日益受到业内的关注。本文针对信息物理系统应用需求以区分服务保障QoS,提高网络自适应性,优化网络性能为目的对无线传感器网络的常用底层通信协议IEEE 802.15.4协议MAC层进行研究。IEEE 802.15.4是无线传感器网络常用的工业界标准,选其作为信息物理系统无线传感器/执行器网络的无线协议,能够更好地提供符合标准规范、低复杂度、低开销的解决方案,最大化相关成果的实用价值。本文首先对IEEE 802.15.4协议进行了深入分析探讨,在深入理解该协议的基础之上,使用OMNeT++仿真软件,对IEEE 802.15.4CSMA/CA机制进行了全面的仿真,研究其中重要的参数对网络QoS的影响,为进行网络参数配置和优化提供了有效参考。在此基础之上,针对信息物理系统的应用需求,基于时隙CSMA/CA算法提出了一种优化算法：SDA-CSMA/CA （Service Differentiation and Adaptive CSMA/CA）算法,该算法针对信息物理系统中不同应用数据流的需求,引入优先级机制,对不同的应用数据流进行区分服务；传输过程中,针对退避指数BE不能很好地适应当前网络状况的问题,提出了BE自适应策略,根据当前网络状况动态初始化BE。最后,在OMNeT++仿真模型中实现了SDA-CSMA/CA算法并仿真,通过仿真结果验证了SDA-CSMA/CA算法能够更好地满足不同数据流的QoS需求,并能够更好地提高网络实时可靠性,最大化网络资源的利用率,对信息物理系统中无线传感器网络的MAC协议设计具有重要的价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 课题研究背景
  • 1.2 课题研究现状
  • 1.3 课题研究内容
  • 1.4 本论文章节安排
  • 2 信息物理系统
  • 2.1 信息物理系统概述
  • 2.1.1 信息物理系统应用
  • 2.1.2 信息物理系统体系结构
  • 2.2 信息物理系统无线通信协议面临的挑战
  • 2.3 信息物理系统中WSN MAC协议QoS需求
  • 2.3.1 传统的WSN MAC协议QoS需求
  • 2.3.2 信息物理系统中WSN MAC协议新的QoS需求
  • 2.4 本章小结
  • 3 IEEE 802.15.4协议
  • 3.1 拓扑结构
  • 3.1.1 网络设备
  • 3.1.2 网络拓扑
  • 3.2 协议栈结构
  • 3.3 物理层
  • 3.4 MAC层
  • 3.4.1 协议运作方式
  • 3.4.2 超帧结构
  • 3.4.3 CSMA/CA机制
  • 3.5 数据传输方式
  • 3.6 本章小结
  • 4 IEEE 802.15.4协议性能仿真分析
  • 4.1 引言
  • 4.2 仿真平台OMNeT++
  • 4.3 仿真模型
  • 4.3.1 网络模型
  • 4.3.2 节点各子模块功能
  • 4.4 仿真配置
  • 4.4.1 仿真场景及参数配置
  • 4.4.2 QoS评价指标
  • 4.5 仿真结果分析
  • 4.5.1 非信标使能模式
  • 4.5.2 信标使能模式
  • 4.6 本章小结
  • 5 SDA-CSMA/CA优化算法及仿真
  • 5.1 网络优化需求分析
  • 5.2 SDA-CSMA/CA优化算法
  • 5.2.1 算法描述
  • 5.2.2 算法流程
  • 5.3 SDA-CSMA/CA优化算法仿真配置
  • 5.4 SDA-CSMA/CA优化算法仿真结果分析
  • 5.4.1 SDA-CSMA/CA算法区分服务
  • 5.4.2 SDA-CSMA/CA算法整体性能
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
  • 致谢

    • 相关论文文献

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