论文部分内容阅读
IEEE 802.15.4通信网络拥有低功率、低能耗的优点。但也恰恰由于这一点,导致了共存无线传感网络在拥挤的ISM(Industrial Scientific Medical)频带上极易相互干扰,造成传输中断或者网络根本无法接入信道的现象。目前,针对于大量共存的IEEE 802.15.4网络的随机接入算法存在以下不足之处:网络的分布式接入导致信道侦听周期较长,功耗较高;同时处于侦听状态的网络无法获取彼此的信道选择信息,导致超帧重叠,传输碰撞情况严重。因此,针对大量共存的IEEE802.15.4网络,设计合理的随机接入框架,对提高网络频谱效率极具意义。本文提出一种更新CSMA自准入接入算法提高大量共存IEEE 802.15.4网络随机接入的频谱效率。提出空时硬核点过程TS-HCPP(Time Space-Hard Core Point Process)建模大量共存IEEE 802.15.4网络的自准入接入过程,并通过模拟实验验证TS-HCPP模型的准确性。研究了网络的中断概率、传输容量以及最佳载波侦听阈值。探究了异质业务下的最佳接入参数组合,验证更新CSMA(Carrier Sense Multiple Access)自准入接入框架的频谱有效性。独立工作和贡献论述如下:(1)本文提高共存IEEE 802.15.4网络随机接入频谱效率的有效手段之一是充分利用超帧非活跃的时隙资源进行数据传输。传统的CSMA随机接入算法无法满足这一要求,而且二进制指数退避算法变量较多,不利于参数优化。所以,本文基于更新接入的理论,提出了更新CSMA的自准入接入机制,能够充分利用传感网络超帧非活跃期的时域资源,提高网络接入的频谱效率。同时为解决传统HCPP在建模CSMA网络时存在的并发节点密度低估问题,本文提出了TS-HCPP来建模大量共存IEEE 802.15.4网络的自准入接入过程。相比于HCPP,TS-HCPP充分考虑了节点的空时相关性,根据相邻网络的物理距离与侦听半径的关系来判断是否存在强干扰,避免了在网络的侦听范围内根据信道数盲目地选取保留节点,解决了同一侦听范围内的强干扰误判问题。并且,将网络接入过程中没有发生传输碰撞作为筛选节点的条件之一,准确地建模了共存网络的自准入接入过程,为网络性能分析打下了基础。最后,通过模拟实验验证了TS-HCPP模型的准确性。(2)本文分析了大量共存的IEEE 802.15.4网络的干扰模型,推导了网络的中断概率。结合TS-HCPP模型得到的分析结果,求得了网络的传输容量。并以提高信道利用率和更新接入参数不影响网络传输容量为目标,确定更新CSMA自准入算法中接入参数的合理范围。由于各类IEEE 802.15.4网络承担不同的业务,更新CSMA自准入算法赋予了每类网络不同的接入参数,本文通过枚举法求得异质业务下的最佳接入参数组合,并在该接入参数组合的共同影响下提高网络接入的频谱效率。仿真分析了网络密度和载波侦听阈值对中断概率和传输容量的影响,验证了更新CSMA自准入接入算法的频谱高效性。研究结果为共存IEEE802.15.4网络的系统设计提供理论基础。