超寬帶無線自組網(wǎng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線自組網(wǎng)具有無需基礎(chǔ)設(shè)施，組網(wǎng)快速靈活、魯棒性和抗毀壞性能強等應用優(yōu)勢；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，超寬帶與無線自組網(wǎng)結(jié)合可形成更加靈活、高速的無線網(wǎng)絡(luò)，從而極大地推動無線網(wǎng)絡(luò)的應用和發(fā)展。 但無線自組網(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、拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)變化等網(wǎng)絡(luò)特征給無線自組網(wǎng)MAC接入控制和路由設(shè)計帶來了嚴重的挑戰(zhàn)；超寬帶通信系統(tǒng)雖然具有內(nèi)在的抗多徑能力，但當通信速率很高時，多徑

2、引起的符號間干擾將變得嚴重；此外，雖然超寬帶技術(shù)具有較低的功率譜密度，但它捕獲時間也相對較長，為重新建立物理層之間的連接，信令必須具有較長的報頭和較高的發(fā)送功率，所以應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)計是目前超寬帶無線自組網(wǎng)研究的熱點，也是論文的主要研究對象。 論文的主要貢獻及相關(guān)研究工作可分為以下三部分： (1)給出了較全面而簡潔的DS-UWB通信系統(tǒng)誤

3、碼率近似計算公式及在此基礎(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)，并對意大利學者G. Durisi所給出的DS-UWB通信系統(tǒng)誤碼率的計算公式進行了修正和完善。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，即當通信速率高于100Mbps以上時，DS-UWB通信系統(tǒng)多徑引起的符號間干擾將變得嚴重，此時提高信噪比對系統(tǒng)誤碼率影響不大，而采用5個左右叉指數(shù)的Rake接收機時，可獲得較滿意的系統(tǒng)性能；兩個異步DS-UWB通信系統(tǒng)同時工作時，系統(tǒng)間產(chǎn)生的干擾主要取決于兩個系統(tǒng)的碼片速率，碼片速率高的系統(tǒng)對另一系統(tǒng)的干擾更嚴重，可以采用更長的擴頻序列來抑制。 (2)提出了進一步改善高性能自組網(wǎng)廣播MAC接入

5、協(xié)議FPRP競爭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)議為當前具有代表性的基于動態(tài)時分復用的無線自組網(wǎng)廣播MAC協(xié)議，具有高度可靠性、時隙并發(fā)性、操作并行性及可擴展性等良好性能特點。論文對FPRP協(xié)議進行了進一步的性能改善：非預約節(jié)點的狀態(tài)轉(zhuǎn)換設(shè)計解決了隱藏接收終端問題、競爭周期分散機制的采用降低了因競爭周期集中而帶來的競爭沖突、考慮優(yōu)先級的競爭概率和競爭周期安排算法設(shè)計，提供了不同等級的接入服務

6、。為提供最基本的單播業(yè)務，論文根據(jù)廣播和單播的不同特點，對廣播FPRP協(xié)議信道預留步驟進行了合理的精簡，設(shè)計了具有同樣高運行性能的單播MAC協(xié)議TPRP。TPRP協(xié)議能有效解決暴露發(fā)送站問題，結(jié)合優(yōu)先級設(shè)計，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)化的無線自組網(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，使所選路由滿足最重要的QoS資源需求；基于路徑生命期進行路

7、由選擇保證了所選路由的高可靠性；基于優(yōu)先級的帶寬預留機制則為所選路由提供了具體實施保證。路徑帶寬計算和生命期狀態(tài)預測是RQRP_PE協(xié)議的設(shè)計基礎(chǔ)，且?guī)捰嬎闶且粋€NP完全問題。論文采用啟發(fā)式逐跳方式給出了合理的帶寬計算方法，而基于距離的生命期預測方法則使路由協(xié)議具有了UWB技術(shù)特色；在路由協(xié)議的具體設(shè)計中，論文采用目的節(jié)點預約、目的節(jié)點緩存?zhèn)溆寐酚杉澳康墓?jié)點參與路由維護等機制，從多個方面提高了路由發(fā)現(xiàn)和維護的效率，同時也降低了路由控制