基于USAP的SCA组网MAC协议研究与实现

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软件无线电已成为当今及未来无线电系统研究及发展的方向,其核心思想是在通用的硬件平台上,通过软件编程来实现无线电台的各种功能,解决传统通信系统体制不统一,协同通信能力差的问题。美国联合战术无线电系统(JTRS)提出的软件通信结构体系(SCA)就是在满足软件定义无线电(SDR)要求的基础上形成的一个开放的体系结构,它规定了SDR的硬件体系结构、软件体系结构、安全体系结构以及应用程序接口(API),采用了可裁剪、可扩充的设计思想,提高了SDR的互操作性以及SDR间组件的可移植性和可重用性,同时满足了商用和军用需求。基于波形集成开发环境(WDE)进行可移植性、可复用性的波形开发,是SCA研究下很重要的一部分。而维吉尼亚大学的移动和可移植无线电研究小组(MPRG)的嵌入式开源SCA执行平台(OSSIE)是第一个基于C++的SCA开源实现,OWD则是设计SCA波形和组件的图形化开发环境。本文基于08年3月发布的OWD0.6.2平台进行了波形开发与组件搭建方面的研究,对于相关通信协议在平台上的移植有一定的借鉴作用。 基于SCA规范的组件划分与波形实现上,本文选择了USAP思想的MAC协议作为应用实例。USAP作为Rockwell Collins公司提出的TDMA方式的时隙分配协议适用于军事的自组织网络环境,并已经在Rockwell Collins的Soldier Phone计划中得到了具体的运用。USAP针对自组织网络的特点提供了良好的信道资源分配方式,对于网络中多播与单播,数据与语音等传输情况都进行了协调与考虑。本文总结了USAP思想下的多种时隙分配协议并进行了相应的优化,设计了进行自适应分群优化后的USAP-AC协议,并进行了该协议相关的性能测试。 最后,本文基于SCA软件结构体系的原理,对USAP-AC协议进行了OWD平台下核心组件的划分。在组件的划分上,侧重于组件的功能性与可重用性,包括:邻居确认组件,自适应分群组件,统一帧长度组件,数据传输组件以及节点移动组件。针对单个组件的创建与加载进行了分析,并对组件连接后的整个波形进行了调试。测试结果表明,该MAC协议能在OWD平台上动态的加载与运行,并满足SCA的相关特性。
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