超寬帶無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)具有無(wú)需基礎(chǔ)設(shè)施，組網(wǎng)快速靈活、魯棒性和抗毀壞性能強(qiáng)等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)；超寬帶技術(shù)具有高帶寬、高速率、低功耗和低成本等優(yōu)點(diǎn)，超寬帶與無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)結(jié)合可形成更加靈活、高速的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，從而極大地推動(dòng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展。 但無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)和超寬帶技術(shù)都是未成熟和非民用化的技術(shù)。多跳信道共享方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化等網(wǎng)絡(luò)特征給無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)MAC接入控制和路由設(shè)計(jì)帶來(lái)了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)；超寬帶通信系統(tǒng)雖然具有內(nèi)在的抗多徑能力，但當(dāng)通信速率很高時(shí)，多徑

2、引起的符號(hào)間干擾將變得嚴(yán)重；此外，雖然超寬帶技術(shù)具有較低的功率譜密度，但它捕獲時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，為重新建立物理層之間的連接，信令必須具有較長(zhǎng)的報(bào)頭和較高的發(fā)送功率，所以應(yīng)盡量避免沖突重傳和成本更高的路由重構(gòu)。物理層抗干擾性能研究、鏈路層MAC接入控制和網(wǎng)絡(luò)層路由協(xié)議設(shè)計(jì)是目前超寬帶無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)研究的熱點(diǎn)，也是論文的主要研究對(duì)象。 論文的主要貢獻(xiàn)及相關(guān)研究工作可分為以下三部分： (1)給出了較全面而簡(jiǎn)潔的DS-UWB通信系統(tǒng)誤

3、碼率近似計(jì)算公式及在此基礎(chǔ)上較為定量化的DS-UWB通信系統(tǒng)抗多徑干擾和系統(tǒng)間干擾性能研究結(jié)論。 直接序列超寬帶DS-UWB系統(tǒng)是目前UWB通信系統(tǒng)的典型物理層實(shí)現(xiàn)方案。論文利用等效的離散信道模型，給出了IEEE 802.25.3a所建議的幾種UWB室內(nèi)信道模型的仿真數(shù)據(jù)，并對(duì)意大利學(xué)者G. Durisi所給出的DS-UWB通信系統(tǒng)誤碼率的計(jì)算公式進(jìn)行了修正和完善。在此基礎(chǔ)上，用仿真分析方法，研究分析了DS-UWB通信系統(tǒng)抗多徑

4、干擾和系統(tǒng)間干擾性能，得出如下結(jié)論，即當(dāng)通信速率高于100Mbps以上時(shí)，DS-UWB通信系統(tǒng)多徑引起的符號(hào)間干擾將變得嚴(yán)重，此時(shí)提高信噪比對(duì)系統(tǒng)誤碼率影響不大，而采用5個(gè)左右叉指數(shù)的Rake接收機(jī)時(shí)，可獲得較滿(mǎn)意的系統(tǒng)性能；兩個(gè)異步DS-UWB通信系統(tǒng)同時(shí)工作時(shí)，系統(tǒng)間產(chǎn)生的干擾主要取決于兩個(gè)系統(tǒng)的碼片速率，碼片速率高的系統(tǒng)對(duì)另一系統(tǒng)的干擾更嚴(yán)重，可以采用更長(zhǎng)的擴(kuò)頻序列來(lái)抑制。 (2)提出了進(jìn)一步改善高性能自組網(wǎng)廣播MAC接入

5、協(xié)議FPRP競(jìng)爭(zhēng)性能的有效方法及基于FPRP協(xié)議的單播MAC協(xié)議TPRP。 FPRP協(xié)議為當(dāng)前具有代表性的基于動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用的無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)廣播MAC協(xié)議，具有高度可靠性、時(shí)隙并發(fā)性、操作并行性及可擴(kuò)展性等良好性能特點(diǎn)。論文對(duì)FPRP協(xié)議進(jìn)行了進(jìn)一步的性能改善：非預(yù)約節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)解決了隱藏接收終端問(wèn)題、競(jìng)爭(zhēng)周期分散機(jī)制的采用降低了因競(jìng)爭(zhēng)周期集中而帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)沖突、考慮優(yōu)先級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)概率和競(jìng)爭(zhēng)周期安排算法設(shè)計(jì)，提供了不同等級(jí)的接入服務(wù)

6、。為提供最基本的單播業(yè)務(wù)，論文根據(jù)廣播和單播的不同特點(diǎn)，對(duì)廣播FPRP協(xié)議信道預(yù)留步驟進(jìn)行了合理的精簡(jiǎn)，設(shè)計(jì)了具有同樣高運(yùn)行性能的單播MAC協(xié)議TPRP。TPRP協(xié)議能有效解決暴露發(fā)送站問(wèn)題，結(jié)合優(yōu)先級(jí)設(shè)計(jì)，還可作為具有一定QoS保障的MAC協(xié)議。 (3)提出了一種高可靠、優(yōu)化的無(wú)線(xiàn)自組網(wǎng)QoS路由協(xié)議RQRP_PE。 RQRP_PE協(xié)議以帶寬為路由首要約束因素，使所選路由滿(mǎn)足最重要的QoS資源需求；基于路徑生命期進(jìn)行路

7、由選擇保證了所選路由的高可靠性；基于優(yōu)先級(jí)的帶寬預(yù)留機(jī)制則為所選路由提供了具體實(shí)施保證。路徑帶寬計(jì)算和生命期狀態(tài)預(yù)測(cè)是RQRP_PE協(xié)議的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，且?guī)捰?jì)算是一個(gè)NP完全問(wèn)題。論文采用啟發(fā)式逐跳方式給出了合理的帶寬計(jì)算方法，而基于距離的生命期預(yù)測(cè)方法則使路由協(xié)議具有了UWB技術(shù)特色；在路由協(xié)議的具體設(shè)計(jì)中，論文采用目的節(jié)點(diǎn)預(yù)約、目的節(jié)點(diǎn)緩存?zhèn)溆寐酚杉澳康墓?jié)點(diǎn)參與路由維護(hù)等機(jī)制，從多個(gè)方面提高了路由發(fā)現(xiàn)和維護(hù)的效率，同時(shí)也降低了路由控制