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面向信息物理系统的IEEE802.15.4MAC协议分析及优化
作 者: 高瑞霞
导 师: 夏锋
学 校: 大连理工大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: 信息物理系统 服务质量 IEEES 802.15.4 无线传感器网络 CSMA/CA
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
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。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-8 1 绪论 8-12 1.1 课题研究背景 8-9 1.2 课题研究现状 9-11 1.3 课题研究内容 11 1.4 本论文章节安排 11-12 2 信息物理系统 12-18 2.1 信息物理系统概述 12-15 2.1.1 信息物理系统应用 12-13 2.1.2 信息物理系统体系结构 13-15 2.2 信息物理系统无线通信协议面临的挑战 15 2.3 信息物理系统中WSN MAC协议QoS需求 15-17 2.3.1 传统的WSN MAC协议QoS需求 16 2.3.2 信息物理系统中WSN MAC协议新的QoS需求 16-17 2.4 本章小结 17-18 3 IEEE 802.15.4协议 18-30 3.1 拓扑结构 18-20 3.1.1 网络设备 18 3.1.2 网络拓扑 18-20 3.2 协议栈结构 20-21 3.3 物理层 21-22 3.4 MAC层 22-27 3.4.1 协议运作方式 23 3.4.2 超帧结构 23-25 3.4.3 CSMA/CA机制 25-27 3.5 数据传输方式 27-29 3.6 本章小结 29-30 4 IEEE 802.15.4协议性能仿真分析 30-49 4.1 引言 30-31 4.2 仿真平台OMNeT++ 31-32 4.3 仿真模型 32-37 4.3.1 网络模型 33-34 4.3.2 节点各子模块功能 34-37 4.4 仿真配置 37-40 4.4.1 仿真场景及参数配置 37-38 4.4.2 QoS评价指标 38-40 4.5 仿真结果分析 40-48 4.5.1 非信标使能模式 40-42 4.5.2 信标使能模式 42-48 4.6 本章小结 48-49 5 SDA-CSMA/CA优化算法及仿真 49-59 5.1 网络优化需求分析 49-50 5.2 SDA-CSMA/CA优化算法 50-54 5.2.1 算法描述 50-51 5.2.2 算法流程 51-54 5.3 SDA-CSMA/CA优化算法仿真配置 54-56 5.4 SDA-CSMA/CA优化算法仿真结果分析 56-58 5.4.1 SDA-CSMA/CA算法区分服务 56-57 5.4.2 SDA-CSMA/CA算法整体性能 57-58 5.5 本章小结 58-59 结论 59-61 参考文献 61-67 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 67-68 致谢 68-69
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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