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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。

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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