【摘要】：無線自組網(wǎng)作為一種無中心的分布式網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在應(yīng)用越來越廣泛,傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)也由原來的低速率短消息業(yè)務(wù)逐漸向多媒體應(yīng)用方向發(fā)展。因特網(wǎng)中原有的QoS(Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量)保障機制在無線自組織網(wǎng)環(huán)境中并不適用,無線自組織網(wǎng)的特點決定了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和算法應(yīng)該按照特定的場景進行設(shè)計。TDMA多址接入?yún)f(xié)議因在網(wǎng)絡(luò)負載較重的環(huán)境下依然有較好的吞吐量表現(xiàn)而成為目前多址接入?yún)f(xié)議研究的熱點。此外,無線自組網(wǎng)在多跳傳輸時如何減少多媒體業(yè)務(wù)的傳輸時延也是一項非常關(guān)鍵的研究內(nèi)容。本文基于ARM+FPGA+nRF24L01為核心的硬件平臺,旨在設(shè)計能支持多跳環(huán)境下多媒體業(yè)務(wù)傳輸?shù)臒o線自組網(wǎng)演示平臺。首先,本文簡要介紹了無線自組網(wǎng)中多址接入?yún)f(xié)議的研究現(xiàn)狀和多媒體業(yè)務(wù)通信的QoS需求并介紹了常用的分組調(diào)度算法,分析各自的優(yōu)缺點。然后,根據(jù)我們面臨的實際問題提出了TDMA協(xié)議的設(shè)計方案和基于FPGA的實現(xiàn)方案,包括幀結(jié)構(gòu)設(shè)計、開環(huán)同步、閉環(huán)同步、拓撲自適應(yīng)和程序設(shè)計等。同時,為了進一步提高網(wǎng)絡(luò)QoS保障能力,論文設(shè)計并實現(xiàn)了快速分組轉(zhuǎn)發(fā)(AAF)算法策略,大大減少了節(jié)點分組轉(zhuǎn)發(fā)時延。為了增強語音等多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,本文采用了基于區(qū)分業(yè)務(wù)類型的QoS保障技術(shù),介紹了分組調(diào)度中最關(guān)注的幾種指標(biāo),采用了基于WRR調(diào)度算法,能夠保證在多種業(yè)務(wù)同時傳輸?shù)那闆r下依然有良好的多跳語音傳輸效果�；赗ED的隊列管理策略能避免網(wǎng)絡(luò)中的全局同步問題,結(jié)合TCP傳輸控制協(xié)議,真正意義上做到了擁塞避免。最后,進行了硬件平臺的介紹和詳細的測試分析。包括硬件平臺的基本指標(biāo)測試(通信距離,傳輸速率,功耗性能)、語音的傳輸性能測試(主觀評價的傳輸質(zhì)量,客觀評價的傳輸質(zhì)量)和組網(wǎng)測試(丟包率,吞吐量等)。通過多種情況下的測試數(shù)據(jù)驗證了設(shè)計的完備性和算法的可行性。
[Abstract]:As a distributed network without center, wireless ad hoc network is more and more widely used, and the traffic of wireless ad hoc network is gradually developing from low rate short message service to multimedia application. The original QoS (Quality of Service, quality of Service (QoS) guarantee mechanism in the Internet is not applicable in the wireless ad hoc network environment. The characteristics of the wireless ad hoc network determine that the corresponding network protocols and algorithms should be designed according to specific scenarios. TDMA multiple access protocol has become the present because of its better throughput performance under the heavy network load environment. The research focus of multiple access protocols. In addition, how to reduce the transmission delay of multimedia services in wireless ad hoc networks is also a key research topic. Based on the hardware platform of ARM FPGA nRF24L01, the purpose of this paper is to design a demonstration platform of wireless ad hoc network which can support multimedia service transmission in multi-hop environment. Firstly, this paper briefly introduces the research status of multiple access protocols in wireless ad hoc networks and the QoS requirements of multimedia traffic communication, and introduces some commonly used packet scheduling algorithms, and analyzes their advantages and disadvantages. Then, according to the practical problems we face, the design scheme of TDMA protocol and the implementation scheme based on FPGA are proposed, including frame structure design, open-loop synchronization, closed-loop synchronization, topology adaptation and program design. At the same time, in order to further improve the network QoS support ability, this paper designs and implements a fast packet forwarding (AAF) algorithm, which greatly reduces the node packet forwarding delay. In order to enhance the quality of service (QoS) of multimedia services such as voice, this paper adopts the QoS support technology based on differentiated service types, introduces several indexes that are most concerned in packet scheduling, and adopts the scheduling algorithm based on WRR. It can ensure that the multi-hop voice transmission effect is still good in the case of multi-service simultaneous transmission. The queue management strategy based on RED can avoid the global synchronization problem in the network. Combined with the TCP transport control protocol, congestion avoidance is achieved in real sense. Finally, the hardware platform is introduced and analyzed in detail. It includes the basic index test of hardware platform (communication distance, transmission rate, power performance), voice transmission performance test (subjective evaluation of transmission quality, objective evaluation of transmission quality) and networking test (packet loss rate, throughput, etc.). The completeness of the design and the feasibility of the algorithm are verified by testing data in various cases.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN929.532

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本文編號：2209613