本文關鍵詞：室內(nèi)可見光通信組網(wǎng)關鍵技術研究與實現(xiàn)

  更多相關文章： 可見光通信 媒體接入控制 網(wǎng)絡無縫覆蓋 下行資源分配 光鏈路快速恢復

【摘要】：可見光通信(Visible Light Communication, VLC)是一種新興的短距高速無線通信技術,該技術為現(xiàn)有室內(nèi)網(wǎng)絡接入提供了有力的補充。為面向各種應用場景需求,可見光通信需要組網(wǎng)技術的支撐。然而,光鏈路強方向性,使得終端無法在發(fā)送端使用載波偵聽技術有效避免上行數(shù)據(jù)沖突;光鏈路覆蓋范圍小,為滿足大規(guī)模多用戶組網(wǎng)需要構建無縫的多小區(qū)網(wǎng)絡；光鏈路脆弱性,導致通信鏈路受障礙物遮擋和終端移動影響而頻繁中斷。光鏈路特性限制了適用于傳統(tǒng)射頻無線通信中組網(wǎng)技術在可見光通信中的應用。針對上述問題,本文研究了單接入點(Access Point, AP)網(wǎng)絡中的多址接入技術,作為可見光通信組網(wǎng)基礎；研究了基于同頻光小區(qū)的網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)化、基于使用RGB-LED的頻分光小區(qū)下行信道分配,完成多小區(qū)組網(wǎng);研究了光鏈路快速恢復算法,保證網(wǎng)絡魯棒性。論文主要工作及創(chuàng)新點包括：1.針對單AP網(wǎng)絡下定向隱藏終端問題,提出一種基于活動終端數(shù)預測的媒體接入控制(Media Access Control, MAC)協(xié)議。提出一種基于擴展卡爾曼濾波的活動終端數(shù)預測算法,周期預測網(wǎng)絡的上行業(yè)務量,仿真分析可得,不同業(yè)務量條件下,預測的均方誤差低于3,可以滿足對網(wǎng)絡活動終端數(shù)的實時預測要求；AP根據(jù)預測結果對上行業(yè)務傳輸執(zhí)行中心調(diào)度,以此在接收端控制上行數(shù)據(jù)沖突的發(fā)生。仿真表明,提出的中心調(diào)度協(xié)議在不同業(yè)務量條件下吞吐性能平穩(wěn),可以達到87%。2.針對可見光小區(qū)邊緣信道干擾問題,提出網(wǎng)絡下行覆蓋優(yōu)化和資源分配策略。基于同頻光小區(qū),提出一種網(wǎng)絡下行無縫覆蓋的優(yōu)化方法,以最小化室內(nèi)通信盲區(qū)面積和照明盲區(qū)面積為目標,分析了不同光源布局對網(wǎng)絡覆蓋的影響,基于遺傳算法對不同LED半功率角和布設高度進行全局優(yōu)化,仿真表明,通過LED布局及參數(shù)的全局優(yōu)化,有效通信面積提升75%,可以滿足室內(nèi)照明需求,并實現(xiàn)通信無縫覆蓋；基于使用RGB-LED的頻分光小區(qū),提出一種多用戶下行資源分配算法,構建了多用戶下行鏈路的沖突圖模型,通過接入用戶全局分配算法,有效的提高小區(qū)利用率,提出一種基于圖著色的信道分配策略,保證信道資源的充分利用。仿真表明,提出的下行資源分配算法相比于小區(qū)信道固定分配,在保證用戶下行通信公平性的同時,網(wǎng)絡平均吞吐量提高一倍。3.針對光鏈路頻繁中斷問題,提出一種增強可見光鏈路魯棒性的快速恢復算法�；诮邮招旁氡瓤焖侔l(fā)現(xiàn)鏈路中斷；對不同類型的鏈路中斷進行建模分析,提出基于支持向量機的中斷分類識別方法；綜合考慮時延和信令開銷構建了鏈路中斷代價函數(shù),并基于此提出一種光鏈路快速恢復算法。仿真表明,提出的鏈路中斷分類識別方法整體準確率和召回率可以達到99.4%；在不同網(wǎng)絡條件下,光鏈路恢復算法均取得較小的時延性能和最低的中斷代價,增強了通信鏈路的魯棒性。4.針對煤礦井下特殊的組網(wǎng)環(huán)境和應用需求,設計并實現(xiàn)了基于VLC的煤礦井下綜合信息系統(tǒng)MAC協(xié)議�；谇捌诶碚撗芯�,分析了網(wǎng)絡業(yè)務特點,給出了協(xié)議幀格式和協(xié)議流程,設計了協(xié)議的軟件實現(xiàn)方案。通過系統(tǒng)測試,驗證了設計的MAC協(xié)議滿足系統(tǒng)示范功能要求。
【關鍵詞】：可見光通信 媒體接入控制 網(wǎng)絡無縫覆蓋 下行資源分配 光鏈路快速恢復
【學位授予單位】：解放軍信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-24
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 研究目的及意義15
• 1.3 研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 可見光通信網(wǎng)絡標準化15-17
• 1.3.2 可見光通信網(wǎng)絡多址接入技術17-18
• 1.3.3 可見光通信網(wǎng)絡覆蓋與信道資源分配18-20
• 1.3.4 光鏈路中斷快速檢測及恢復機制20
• 1.4 論文組織結構安排20-24
• 第二章 基于活動終端數(shù)預測的可見光網(wǎng)絡MAC協(xié)議24-36
• 2.1 問題描述24-25
• 2.2 可見光網(wǎng)絡中心調(diào)度MAC協(xié)議25-28
• 2.2.1 可見光單小區(qū)網(wǎng)絡模型25
• 2.2.2 協(xié)議幀格式25-27
• 2.2.3 協(xié)議流程描述27-28
• 2.3 基于EKF的活動終端數(shù)估計算法28-31
• 2.3.1 基于EKF的活動終端數(shù)預測模型28-30
• 2.3.2 網(wǎng)絡活動終端數(shù)預測算法30-31
• 2.4 仿真與分析31-34
• 2.4.1 不飽和吞吐率仿真與分析31-33
• 2.4.2 飽和吞吐率仿真與分析33-34
• 2.5 本章小結34-36
• 第三章 可見光網(wǎng)絡下行覆蓋優(yōu)化與資源分配36-56
• 3.1 室內(nèi)照明通信網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)化36-45
• 3.1.1 問題描述36-37
• 3.1.2 系統(tǒng)模型37-38
• 3.1.3 網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)化建模38-40
• 3.1.4 優(yōu)化求解和仿真分析40-44
• 3.1.5 性能比較與分析44-45
• 3.2 可見光多小區(qū)網(wǎng)絡下行資源分配45-54
• 3.2.1 問題描述45-47
• 3.2.2 系統(tǒng)模型47-48
• 3.2.3 接入用戶全局分配算法48-50
• 3.2.4 基于圖著色的下行信道分配算法50-52
• 3.2.5 仿真與分析52-54
• 3.3 本章小結54-56
• 第四章 增強可見光鏈路魯棒性的快速恢復算法56-68
• 4.1 問題描述56-57
• 4.2 可見光通信多小區(qū)網(wǎng)絡模型57
• 4.3 光鏈路中斷建模及分類識別57-61
• 4.3.1 光鏈路中斷發(fā)現(xiàn)及其特征分析57-59
• 4.3.2 基于SVM的鏈路中斷分類識別59-60
• 4.3.3 仿真結果與分析60-61
• 4.4 光鏈路恢復算法61-64
• 4.4.1 光鏈路恢復代價分析與建模61-63
• 4.4.2 光鏈路恢復算法描述63-64
• 4.5 仿真與分析64-66
• 4.6 本章小結66-68
• 第五章 基于VLC的煤礦井下綜合信息系統(tǒng)MAC層實現(xiàn)68-80
• 5.1 系統(tǒng)總體設計68-69
• 5.1.1 系統(tǒng)整體架構68-69
• 5.1.2 系統(tǒng)分工69
• 5.2 礦下可見光局域網(wǎng)設計69-75
• 5.2.1 功能要求和需求分析69-70
• 5.2.2 協(xié)議設計息想70-71
• 5.2.3 幀格式設計71-74
• 5.2.4 協(xié)議流程描述74-75
• 5.3 軟件實現(xiàn)方案75-78
• 5.3.1 礦帽終端軟件實現(xiàn)75-77
• 5.3.2 巷道燈終端軟件實現(xiàn)77-78
• 5.4 系統(tǒng)功能測試78-79
• 5.4.1 測試環(huán)境78
• 5.4.2 功能測試78-79
• 5.5 本章小結79-80
• 第六章 結論80-82
• 6.1 全文總結80-81
• 6.2 工作展望81-82
• 致謝82-84
• 參考文獻84-90
• 作者簡歷90
• 一、個人簡歷90
• 二、攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文90
• 三、攻讀碩士學位期間申請專利情況90
• 四、攻讀碩士學位期間的科研情況90

【參考文獻】

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本文編號：927652