基于TDMA和网络编码的低时延无线Mesh网络协议分析与节点实现-电子与通信工程专业论文.docxVIP

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 作者签名： 日期： 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 摘要 无线 Mesh 网络广泛应用于军事领域和商业民用领域。城域接入网的音频和视 频业务、应急通信等对无线 Mesh 网络的时延特性提出了较高的要求，研究低时延 无线 Mesh 网络具有十分重要的意义和价值。 本文对近年来国内外基于无线 Mesh 网络的 TDMA 调度算法与网络编码技术 进行了归类综述，阐述了无线 Mesh 网络时延特性研究现状。利用排队论从系统负 荷和时隙分配位置对基于 TDMA 的无线 Mesh 网络节点时延进行了分析，在此基 础上分析了传输跳数和流量分布对无线 Mesh 网络端到端时延的影响。 针对传统时隙分配协议没有考虑时隙分布位置的问题，在分析了不同用于竞 争的数据帧长对节点时延的影响的基础上，提出了动态最小帧长均匀时隙分配协 议 DMFUSAP，利用两跳内主时隙计算本地最小数据帧长，通过主时隙轮换和优先 级列表移位，使节点时隙均匀分布。仿真结果表明 DMFUSAP 协议的 7 跳传输时 延比 DP-TDMA 协议降低了 54.9%；比 USAP 协议降低了 46.5%。 考虑到路由与流量分布对无线 Mesh 网络端到端时延的重要性，在分析了已有 协议的情况下，利用网络编码技术，并把编码节点对节点带宽的影响考虑到协议中， 提出了低时延编码感知路由协议 LDCAR。LDCAR 协议在路由发起阶段估算路由 路径上的节点时延，能够实时地选择时延较短的路由。仿真结果表明，LDCAR 协 议的网络平均端到端时延在在请求到达速率为 25 session/min 时比 DCAR 协议低 42.3%，比 QCAR 协议低 21.2%。 最后，本文在权衡设计指标与设计难度的基础上，选择了本文提出了两种改进 协议算法并以 FPGA 为平台设计实现节点。本文利用 NIOS 处理器设计了基于 FPGA 的软硬件结合节点系统，能够根据实际网络需求对网络参数进行灵活配置。 测试结果表明，数据率为 100Kbps 时，一跳时延为 1.89ms，四跳时延为 9.22ms； 数据率为 300Kbps 时，一跳时延为 9.31ms，四跳时延为 63.52ms。结果表明设计符 合项目要求。 关键词：无线 Mesh 网络，时延，时分多址，网络编码，现场可编程门阵列 ABSTRACT Wireless mesh network is widely used in military, commercial and civilian fields. Audio and video streaming in metropolitan area network access and emergency communications put forward higher requirements to wireless mesh network. Research on low latency wireless mesh network has great significance and value. This paper categorized overview delay characteristics of wireless mesh network based on TDMA scheduling algorithm and network coding in China and abroad. This paper analyze the node delay in wireless mesh network based on TDMA from system load and slot allocation position by queuing theory. On the basis this paper analyze the influence of transmission hop