【摘 要】
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无线个域网是一种以个人为中心、在小范围内实现各种电子设备互联互通的无线通信网络,侧重于解决无线网络“最后几米电缆”的问题。无线个域网设备间的信息传递必然要遵循一种规则或约定,即组网协议。目前关于无线个域网的各种组网技术在传输速率、通信距离、组网能力和功耗性能上各有特点,但已经不能满足无人驾驶、远程医疗等新兴技术对时延的严格要求。针对这个问题,本文设计和实现了一种面向个域网的低时延组网协议,论文主要
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无线个域网是一种以个人为中心、在小范围内实现各种电子设备互联互通的无线通信网络,侧重于解决无线网络“最后几米电缆”的问题。无线个域网设备间的信息传递必然要遵循一种规则或约定,即组网协议。目前关于无线个域网的各种组网技术在传输速率、通信距离、组网能力和功耗性能上各有特点,但已经不能满足无人驾驶、远程医疗等新兴技术对时延的严格要求。针对这个问题,本文设计和实现了一种面向个域网的低时延组网协议,论文主要工作如下:第一,分析了IEEE 802.15工作组针对无线个域网制定的一系列标准,分析了目前主流的无线个域网组网技术,针对本文的实际应用场景,提出了协议软件的功能需求和性能需求。第二,围绕低时延和高吞吐量性能需求,进行组网协议设计。组网协议主要分为网络层、MAC层和物理层协议:物理层协议规定了系统上下行无线帧结构;MAC层协议规定了MAC数据帧结构,采用了TDMA/FDMA混合的多节点信道接入技术,并确定了系统上下行无线资源分配方式和节点随机接入流程;网络层协议主要负责业务帧的分片重组和路由转发。第三,根据协议设计方案,完成中心节点和子节点的组网协议软件实现。基于Free RTOS操作系统,采用分层分模块的思想进行协议软件设计与实现,层与层之间、模块与模块之间保持良好的独立性,便于协议软件以后的迭代升级和功能扩展。第四,搭建了Xilinx Zynq-7045+AD9371硬件平台,进行组网协议软件的功能测试和性能分析。测试结果表明,本文组建的星型无线个域网,系统实际最大吞吐量达到54Mbps,数据包端到端时延低于6ms,满足设计指标要求。论文完成了一种面向个域网的低时延组网协议设计与实现,满足低时延、高吞吐量的实际应用需求,对无线个域网在低时延场景上的应用具有一定的工程意义和参考价值。
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