无线自组织网络半实物模拟系统信道模块的设计与实现

论文摘要

无线自组织网络是一种不依赖于固定基础设施的、具有自组织特性的无线网络,具有组网方便、灵活,受时间和空间制约小的特点,广泛应用于救援、战场和探险等场合,因此成为当前的研究热点。目前通常采用网络仿真和实际网络试验两种方法,对无线自组织网络的协议、算法进行验证和测试。但这两种方法都有局限性:网络仿真是使用计算机技术构造网络拓扑和实现网络协议的模拟行为,可能存在一定的偏差而且不能对网络进行实时的监控、配置和分析;而实际网络测试却通常不是很方便且花费较大的代价。半实物仿真技术是一种融合网络仿真和实际网络试验的新技术,它是将一部分真实的设备连接到仿真实验回路中,用计算机和物理设备实现系统模型的仿真。由于系统中具有真实的软硬件模块,因此半实物仿真比网络仿真对协议和算法的检验更加准确,更能实时对网络进行配置监控;也比实际网络实验对软硬件资源数量要求更少,试验操控性更强,重复实验更容易,使大规模网络仿真成为可能。本课题就是构建这样一个无线自组织网络半实物模拟系统中的信道模块。该系统希望采用多台计算机,在以太网环境下,不借助于任何的无线网络设备,模拟出无线自组织网络的通信环境。模拟内容包括以下几个方面:无线信道访问控制算法模拟、节点的路由转发功能、节点的多层多跳自组织组网、动态拓扑下的组网通信和对整个系统进行实时监控配置。无线自组织网络半实物模拟系统可以基于室内局域网,利用已有计算机设备和网络设施,快速地搭建起一个无线通信网的仿真环境。在这个仿真环境中,可以设计并测试不同的网络布局方案的可行性、合理性以及有效性,为进一步在实地环境中实施通信网络布置提供预先的设计参考。而且,在虚拟作战环境模拟中引入无线通信网的仿真,将为系统提供一个更加逼近真实的战场通信环境。本文阐述的就是对无线自组织网络半实物模拟系统中的信道模块进行设计和实现。对真实无线信道通信环境的逼真模拟是信道模块设计的根本目标。在保证整个半实物模拟系统实时性的前提下,该信道模块设计和实现的主要内容是对多信道环境的模拟、对误帧率的模拟和对802.11DCF协议的模拟。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究目标
• 第二章 背景技术分析
• 2.1 半实物仿真技术发展现状
• 2.2 无线自组织网络半实物模拟系统分析
• 2.2.1 无线自组织网络半实物模拟系统功能分析
• 2.2.2 无线自组织网络半实物模拟系统的模块化分析
• 2.3 无线信道特性分析
• 2.3.1 802.11DCF 协议分析
• 2.3.2 误帧率模拟的背景技术分析
• 第三章 信道模块的设计
• 3.1 信道模块模型分析
• 3.1.1 信道模块与其余模块的连接
• 3.1.2 信道模块的内部逻辑关系
• 3.2 驱动机制的选择
• 3.2.1 事件驱动机制分析
• 3.2.2 时间驱动机制分析
• 3.2.3 本系统驱动机制的选择
• 3.3 时隙大小的选择
• 3.3.1 时隙大小的影响
• 3.3.2 时隙大小的确定
• 3.3.3 基本时隙的大小
• 3.4 CSMA/CA 算法模拟设计
• 3.4.1 时隙驱动模拟数据并发
• 3.4.2 虚拟载波数的引入
• 3.5 无线节点的分析和设计
• 3.5.1 有限状态机简介
• 3.5.2 节点的有限状态机设计
• 3.6 误帧率模拟的设计
• 3.6.1 无线传播模型的简化
• 3.6.2 误帧率模拟的设计细节
• 第四章 信道模块的实现和测试
• 4.1 开发环境介绍
• 4.1.1 平台的选择
• 4.1.2 开发语言的选择
• 4.2 整体框架介绍
• 4.3 CSMA/CA 模拟实现
• 4.3.1 CSMA/CA 算法类的实现
• 4.3.2 CSMA/CA 算法的流程
• 4.4 对信道设计的实现
• 4.4.1 信道设计的一点缺陷
• 4.4.2 多信道的实现
• 4.4.3 信道对节点的管理
• 4.5 节点设计的实现
• 4.5.1 节点的数据结构
• 4.5.2 节点的有限状态机的实现
• 4.5.3 虚拟载波数模拟的实现
• 4.6 误帧率模拟的实现
• 4.6.1 物理信道连通性的判断
• 4.6.2 误帧率模拟的实现
• 4.7 信道模块的测试
• 4.7.1 多信道的测试
• 4.7.2 节点的有限状态机测试
• 4.7.3 CSMA/CA 算法测试
• 第五章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果