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超短波通信网MAC协议研究及仿真

作　者: 刘建飞
导　师: 黄旭慧
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 超短波 媒介访问控制 请求 捎带 信道模型 联合仿真
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要


超短波通信作为一种重要的无线数据通信方式,具有通信质量高、设备简单、组网便捷以及容易紧急恢复等优点,在军事和民用上都得到了广泛的应用。在军事无线通信领域中,超短波通信一直占据着极其重要的地位,是战术指挥联络的重要手段之一。随着战争形态不断的演变以及高技术装备的不断涌现,战争形式和战争规模都在不断的改变,使得带宽资源成为了制约超短波通信的瓶颈之一。因此,对超短波通信网络的MAC(Media Access Control,媒介访问控制)层进行研究具有重要的现实意义。现有的超短波MAC协议主要分为基于分配、基于竞争以及混合类协议。CBPMAC/TFC是一种结合了FDMA、TDMA和CSMA三种机制的混合类MAC协议,适用于突发业务和周期业务共存的网络环境中。针对CBPMAC/TFC协议同一簇内的调度策略吞吐量低和耗能高等不足,本文提出了一种基于请求和捎带的集中式TDMA协议,并在OMNeT++平台上对协议进行了仿真。论文的主要工作如下:1、提出了一种新的超短波通信网MAC协议RP-TDMA(Request and Piggyback TDMA)。RP-TDMA协议使用请求和捎带两种方式获取时隙,能有效的减少节点之间的竞争,提高系统性能。2、对RP-TDMA协议的性能进行了分析。在G Bianchi模型的基础上,构建了RP-TDMA协议的性能模型,对协议的性能进行了分析,给出了协议的吞吐量和能量消耗的计算公式。3、构建了超短波物理层信道仿真模型。在MATLAB/SIMULINK工具箱中实现了超短波物理层信道的仿真模型,并比较分析了信道模型在不同干扰下的仿真结果。4、在OMNeT++平台上实现了RP-TDMA协议模型,并将协议模型和信道模型进行联合仿真。仿真结果表明:1)相对于CBPMAC/TFC协议,RP-TDMA协议提高了吞吐量并降低了能耗;2)RP-TDMA协议的理论值和实验值基本吻合,验证了协议性能模型的正确性;3)底层物理信道的仿真结果对上层协议性能的仿真结果有着不可忽略的影响,物理层信道的仿真精度影响着上层协议性能的仿真精度。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-17
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 论文主要工作  15
  1.4 论文总体安排  15-17
第二章 超短波通信网MAC 协议概述  17-28
  2.1 基于竞争的随机访问MAC 协议  17-21
    2.1.1 ALOHA 协议  17-18
    2.1.2 基本CSMA 协议  18-19
    2.1.3 802.11 标准CSMA/CA 协议  19-21
  2.2 基于时分多址的MAC 协议  21-24
    2.2.1 固定时隙分配  21
    2.2.2 动态时隙分配  21-23
    2.2.3 准动态时隙分配  23-24
  2.3 仿真工具简介  24-28
    2.3.1 OMNeT++简介  24-27
    2.3.2 SIMULINK 简介  27-28
第三章 基于请求和捎带的RP-TDMA 协议  28-40
  3.1 协议的网络拓扑  29-30
  3.2 RP-TDMA 协议设计  30-34
    3.2.1 协议主要思想  30-33
    3.2.2 报文格式  33-34
    3.2.3 节点公平性  34
  3.3 RP-TDMA 协议性能分析  34-37
    3.3.1 吞吐量分析  35-36
    3.3.2 能量消耗分析  36-37
  3.4 协议的模拟实现  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第四章 超短波物理层信道模型  40-49
  4.1 跳频系统概述  40-41
  4.2 基于MATLAB/SIMULINK 的信道建模  41-46
    4.2.1 SIMULINK 信道模型  41-43
    4.2.2 信道模型的误码率分析  43-46
  4.3 OMNeT++模型与SIMULINK 模型之间的连接  46-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章 仿真实验及分析  49-63
  5.1 仿真实验场景及配置  49-50
  5.2 仿真实验结果分析  50-62
    5.2.1 信道模型仿真结果  50-53
    5.2.2 协议仿真结果  53-62
  5.3 本章小结  62-63
结束语  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
作者在学期间取得的学术成果  69-70
附录A 缩略词对照表  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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