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降低控制开销的太赫兹无线个域网双信道MAC协议

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小型微型计算机系统 2023年第1期44卷 163-167页

作者：周逊霍兵任智重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 中国工程物理研究院激光聚变研究中心四川绵阳621900

针对现有的太赫兹无线个域网双信道媒体访问控制(Medium Access Control, MAC)协议在节点需要双向通信时采用半双工通信方式和对于已通信过的节点再次通信且位置未发生改变时信息控制开销较大而影响网络性能的问题,提出一种低控制开销... 详细信息

针对现有的太赫兹无线个域网双信道媒体访问控制(Medium Access Control, MAC)协议在节点需要双向通信时采用半双工通信方式和对于已通信过的节点再次通信且位置未发生改变时信息控制开销较大而影响网络性能的问题,提出一种低控制开销的太赫兹无线个域网双信道MAC协议(Low Control Overhead dual-channel MAC protocol, LCO-MAC).LCO-MAC协议通过在通信双方节点同时有向对方发送数据的需求时,采用点对点全双工通信机制通过一次信息控制帧的交互完成信道预约和自适应省略允许发送帧/测试帧机制,降低信息交互过程的控制开销,提高吞吐量来提升网络性能.仿真结果表明,与TAB-MAC协议和EF-MAC协议相比,本文所提出的协议信息控制开销降低了至少12.6%、网络吞吐量和信道利用率提升分别不少于11.3%和12%.

关键词：太赫兹无线个域网媒体访问控制协议双信道

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无线个域网的传感器应用设计

北京交通大学学报 2005年第5期29卷 64-67页

作者：耿欣沙斐李云志北京交通大学电子信息工程学院北京100044 赫立讯科技(北京)有限公司北京100085

提出了一种基于无线个域网(WPAN)的传感器应用设计方法.这一方法是使用Freescale公司提供的2.4 GHz无线数据收发传感器MC13192来实现的.MC13192传感器应用设计(SAD)主要包括基本结构、特点、硬件设计以及性能测试.测试结果表明,SAD芯片... 详细信息

提出了一种基于无线个域网(WPAN)的传感器应用设计方法.这一方法是使用Freescale公司提供的2.4 GHz无线数据收发传感器MC13192来实现的.MC13192传感器应用设计(SAD)主要包括基本结构、特点、硬件设计以及性能测试.测试结果表明,SAD芯片的实际工作性能良好,有效地解决了WPAN的实用性、高效性和可靠性问题.

关键词：无线个域网传感器应用设计 IEEE 802.15.4 硬件设计性能测试

一种多节点宽带无线个域网物理层关键技术研究与实现

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一种多节点宽带无线个域网物理层关键技术研究与实现

作者：阎嘉怡电子科技大学

学位级别：硕士

无线个域网是一种围绕人体区域范围的小型无线网络,在军事、医疗、体育训练和消费电子等领域有着广泛的应用。在典型的无线个域网如蓝牙、Zigbee等系统中,用户可以通过身上穿戴的多个电子设备来与主控台进行语音、视频、图像等多种信息... 详细信息

无线个域网是一种围绕人体区域范围的小型无线网络,在军事、医疗、体育训练和消费电子等领域有着广泛的应用。在典型的无线个域网如蓝牙、Zigbee等系统中,用户可以通过身上穿戴的多个电子设备来与主控台进行语音、视频、图像等多种信息交互。而随着用户对通信速率要求的提升,无线个域网系统也面临着高速数据传输的挑战。因此,本文设计并实现了一种60MHz带宽的多节点高速无线个域网物理层方案。论文主要研究内容如下:第一,对无线个域网的应用场景和需求指标进行了详细分析。确定了无线信道为IEEE 802.15.6定义的CM4信道,并用路径损耗模型和功率延迟分布模型来描述信道特征;同时,给出了物理层基带链路需要满足的各项性能指标,比如发射功率不低于-24d Bm、接收频偏大于3000Hz等指标需求。第二,设计了基于OFDM系统的上下行物理层传输方案。完成了收发机中子载波映射、时频同步、信道估计、信道均衡和编译码等关键技术的设计方案。同时,分析了多节点上行同步技术的原理,设计了基于循环移位ZC序列的上行同步帧,描述了上行同步的全流程,并给出了上行同步中关键模块的处理流程。第三,在4000Hz频偏的条件下,完成了链路在高斯信道、4径莱斯信道和7径莱斯信道的性能仿真和分析。结果显示,对于下行链路,在高斯信道下,信噪比高于14d B时,误码率下降至10,在两种莱斯信道下的误比特率性能分别比高斯信道恶化3d B和5d B左右。对于上行链路,由于各用户受深衰落影响不同,其误码率各不相同,在信噪比大于21d B时,所有用户均可以正常通信。链路选择的时间同步算法在虚警概率低于0.1%的条件下,可以达到99.9%以上的捕获概率;频率同步算法在解调信噪比以上残余频偏低于100Hz。第四,在Zync-XC7Z035芯片+AD9371软件无线电硬件平台上,设计了上下行物理层链路实现的总体方案。分析了下行组帧、下行时间同步、频率同步和TA估计四个模块的实现方法,并对物理层的性能和功能进行了测试。测试结果显示,双向传输系统各项指标能够达到设计预期,下行峰值业务速率为80Mbps,上行单用户峰值业务速率为19.1Mbps,各用户均能成功与中心节点同步。论文提出了一种多节点宽带无线个域网的双向链路传输方案,对多节点、高速、宽带的无线个域网物理层的工程实现有一定参考价值。

关键词：无线个域网多节点宽带高速时间同步频率同步

太赫兹无线个域网定向MAC协议研究与基于ZYNQ的实现

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太赫兹无线个域网定向MAC协议研究与基于ZYNQ的实现

作者：李维政重庆邮电大学

学位级别：硕士

无线通信技术是很多科技产品必要的一项技术,目前的无线通信技术无法满足未来市场的需求,很多领域的产品因传输速率受限而难以在实际中应用,例如无线数据中心等。无线设备密集度越来越高,频谱资源越来越少,通信领域的研究人员逐渐开始... 详细信息

无线通信技术是很多科技产品必要的一项技术,目前的无线通信技术无法满足未来市场的需求,很多领域的产品因传输速率受限而难以在实际中应用,例如无线数据中心等。无线设备密集度越来越高,频谱资源越来越少,通信领域的研究人员逐渐开始探索更高的频段——太赫兹(Teraherhz,THz)。太赫兹无线通信以太赫兹波为传输媒介,能支持超高速率数据传输,是能改变未来的一项技术。太赫兹无线个域网是太赫兹无线网络中的一种。因为太赫兹波更适合短距离室内传输,所以太赫兹无线个域网相对来说更容易得到应用。MAC协议是网络运行的重要部分,本文结合现有的参考标准和协议,提出新的改进MAC协议,并在实际的开发中实现、验证了新的协议。本文的工作分为两部分:其一,对太赫兹通信背景进行介绍,对太赫兹通信面临的困难和关键技术进行探讨。深入理解近十年来的太赫兹无线MAC协议,总结优缺点。本文提出了一些协议设计中的问题,发现现有的协议中波束赋形开销过大、组网机制不能应对多节点的情况、定向传输下竞争接入存在弊端。并针对这些问题提出本文所设计的MAC协议——太赫兹无线个域网空分复用低时延定向MAC协议(Low delay directional MAC protocol for space division multiplexing for terahertz wireless personal area networks,SDM-MAC),SDM-MAC协议中包含三个创新机制,信道复用的低时延波束赋形机制、融合申请机制、交错退避重发机制。SDM-MAC协议针对组网过程和波束赋形过程提出改进,多方面提升了网络性能。其二,使用硬件语言Verilog编程实现SDM-MAC协议和IEEE 802.15.3c标准,设计出搭载协议的链路工程。通过仿真软件验证SDM-MAC协议的每一个机制功能,编写仿真测试文件验证多节点场景下的网络性能。将工程移植到Xilinx的ZYNQ平台上,并在Linux环境下编写驱动程序以及四种测试网络性能的嵌入式软件程序。对比IEEE 802.15.3c标准和SDMA-MAC协议的网络性能,结果显示SDM-MAC协议在吞吐量、控制开销、时延等网络性能方面都优于IEEE 802.15.3c标准。其中SDM-MAC协议的吞吐量性能提升约6.9%,控制开销降低约30%,时延降低约28%,传输成功率也能得到提升。

关键词：太赫兹波无线个域网空分复用定向MAC协议 ZYNQ

一种自适应的太赫兹无线个域网高效定向MAC协议

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电子与信息学报 2019年第1期41卷 99-106页

作者：任智吕昱辉徐兆坤邹明芮田洁丽重庆邮电大学移动通信技术重庆市重点实验室重庆400065 中国工程物理研究院激光聚变研究中心成都610000

针对现有太赫兹无线个域网定向MAC协议存在的波束训练开销和入网时延偏大以及Beacon, S-CAP时段时隙利用不足问题,该文提出一种自适应的定向MAC协议——AD-MAC,自适应地在静态场景下采用全网协同波束训练,在动态场景下节点基于历史信息... 详细信息

针对现有太赫兹无线个域网定向MAC协议存在的波束训练开销和入网时延偏大以及Beacon, S-CAP时段时隙利用不足问题,该文提出一种自适应的定向MAC协议——AD-MAC,自适应地在静态场景下采用全网协同波束训练,在动态场景下节点基于历史信息快速回复波束训练帧,同时使用反向监听策略减小同扇区节点的帧碰撞概率,并且通过时隙复用在Beacon和S-CAP时段并行发送控制帧和数据帧。理论分析表明了AD-MAC协议的有效性,仿真结果显示:相较于ENLBT-MAC等典型协议,AD-MAC在静态场景下的波束训练开销和节点平均入网时延分别降低了约21.84%和22.70%,在动态场景下上述二指标则分别减小了约18.7%和13.07%。

关键词：无线个域网太赫兹 MAC协议定向

THz-5G无线个域网双信道MAC协议研究

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THz-5G无线个域网双信道MAC协议研究

作者：霍兵重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着无线通信作为网络的主要接入方式所需要承载的数据量越来越大,无线频谱资源作为提升网络速率的关键因素日益紧缺。可以缓解频谱资源紧张和提高设备近距离通信速率的太赫兹通信技术受到越来越多的学者的关注。太赫兹无线个域网是一... 详细信息

随着无线通信作为网络的主要接入方式所需要承载的数据量越来越大,无线频谱资源作为提升网络速率的关键因素日益紧缺。可以缓解频谱资源紧张和提高设备近距离通信速率的太赫兹通信技术受到越来越多的学者的关注。太赫兹无线个域网是一种使用太赫兹波作为通信载波进行近距离超高速通信的无线网络系统。但由于太赫兹波信号在空气中衰减严重的特性,其传输距离受到限制。太赫兹无线个域网双信道媒体接入控制(Media Access Control,MAC)协议使用5G通信中的Sub-6G Hz频段进行控制信息交互,通过太赫兹定向天线传输数据来解决太赫兹通信距离受限和波束成形训练带来的开销增大的问题。本文在深入研究现有协议的基础上,针对协议存在的问题,提出了两种MAC层改进协议,从原理上对THz-5G无线个域网双信道MAC协议进行优化,并加以仿真验证。本文的具体研究工作如下:1.针对当前THz-5G无线个域网双信道MAC协议中存在的网络中控制节点在进行时隙分配时,未充分考虑到不同类型的节点使用相同的时隙资源分配机制降低了时隙资源分配的公平性和控制信息交互时开销和时延过大等问题,提出了一种高效公平的MAC协议。所提协议的新机制在本超帧内根据节点的历史时隙分配总量采用负相关的原则为申请时隙的节点分配时隙资源,优化时隙分配的公平性;通过合并位置信息交互和时隙申请两个流程,减少位置交互帧的发送数量;通过自适应省略位置信息发送机制节省重复发送不必要的位置信息带来的开销。仿真结果表明所提协议在位置信息交互时延、控制开销等方面性能有所提升。2.当前MAC协议在非视距传输场景下中继节点的选取忽略了中继两跳链路中链路质量较差的一跳对于整个中继辅助传输链路的影响;信道质量动态变化时忽视了自适应通信机制的切换而影响通信时的成功率。针对上述问题,提出了一种自适应中继的双信道MAC协议。所提协议通过中继节点选择优化及备选中继链路检查机制提高中继辅助传输链路的整体质量;对动态变化的通信信道环境进行周期性检测,及时切换通信机制以提高通信网络的数据传输成功率。仿真结果表明所提协议在数据传输成功率和时隙利用率等方面性能有所提升。最后对全文所做的研究工作进行总结,并对未来的研究重点进行了简要阐述。

关键词：太赫兹无线个域网 MAC协议公平性中继辅助

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高速无线个域网多视频流信道时间分配算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2008年第1期36卷 5-7,25页

作者：俞伟陈曦陈学广周祖成清华大学电子工程系北京100084 华中科技大学系统工程研究所武汉430074

研究了视频传送时的信道时间分配问题.根据视频帧的不同重要性和长度等,预留不同带宽,从而加强公平性.同时利用不同方法对不同重要程度的视频帧进行差错保护,从而提高实时视频业务的性能.在此基础上,提出了一种保证服务帧率公平的高优... 详细信息

研究了视频传送时的信道时间分配问题.根据视频帧的不同重要性和长度等,预留不同带宽,从而加强公平性.同时利用不同方法对不同重要程度的视频帧进行差错保护,从而提高实时视频业务的性能.在此基础上,提出了一种保证服务帧率公平的高优先级帧最小瞬时权重优先的信道时间分配算法.仿真表明:所提算法较已有算法在同等公平性下可解帧率平均提高5%,在网络负载严重的情况下能提高11%.

关键词：无线个域网可解帧率信道时间分配

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基于冲突图的毫米波无线个域网并行调度方案

通信学报 2019年第1期40卷 34-42页

作者：王一兵牛勇丁玮光吴昊北京交通大学电子信息工程学院北京100044

毫米波的定向天线和波束赋形技术使得多条数据流之间的并行传输成为可能,但并行传输也可能造成更高的多用户干扰。因此在时隙资源有限且请求传输的数据流数较多时,如何对数据流进行有效的并行调度以提高网络性能,仍然是一项重要挑战。... 详细信息

毫米波的定向天线和波束赋形技术使得多条数据流之间的并行传输成为可能,但并行传输也可能造成更高的多用户干扰。因此在时隙资源有限且请求传输的数据流数较多时,如何对数据流进行有效的并行调度以提高网络性能,仍然是一项重要挑战。针对这些问题,提出了一种基于网络全局冲突图的并行调度算法(CB-STDMA)。为保证用户的服务质量(Qo S)需求,该算法以最大化网络中满足Qo S需求的流数为目标,考虑了流之间的冲突干扰,并且优先对所用时隙数较少的流进行调度来节省资源。通过仿真验证了该算法性能的优势。

关键词：通信与信息系统毫米波通信并行调度无线个域网冲突图

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无线个域网应用环境下速率自适应算法的研究

通信学报 2004年第4期25卷 160-167页

作者：叶芝慧沈连丰沈克勤陈锦泰东南大学移动通信国家重点实验室江苏南京210096 解放军理工大学指挥自动化学院江苏南京210007 香港中文大学电子工程学系

首先对无线个域网(WPAN)应用环境下的干扰模型进行了分析,在此基础上提出了在WPAN工作的系统中引入速率自适应控制算法以提高诸系统的抗干扰性能,并减小对系统内其它设备及不同系统间设备的相互干扰.文章对自适应速率控制算法进行了分析... 详细信息

首先对无线个域网(WPAN)应用环境下的干扰模型进行了分析,在此基础上提出了在WPAN工作的系统中引入速率自适应控制算法以提高诸系统的抗干扰性能,并减小对系统内其它设备及不同系统间设备的相互干扰.文章对自适应速率控制算法进行了分析,然后以蓝牙系统为例,给出了自适应速率控制算法对蓝牙系统性能改善的程度,重点讨论了对系统误比特率的影响.仿真结果显示,在理想反馈信道条件下,随着单信道信噪比的改善,自适应速率控制系统的最佳误比特率比固定速率传输系统有1～3个数量级的改善;即使采用简单的双速率自适应控制系统,也可以得到1～2个数量级的改善.由此得到的结果同样可应用于其它工作于无线个域网的系统.

关键词：无线个域网自适应速率控制固定速率系统蓝牙系统 IEEE 802.11b