基于软件无线电的zigbee链路无线信道状态的分析

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1、谨以此论文献给所有关心支持我的人基于软件无线电的Zigbee链路无线信道状态的分析学位论文完成日期：指导教师签字：答辩委员会成员签字：独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得（注：如没有其他需要特别声明的，本栏可空）或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日----------

2、--------------------------------------------------------学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下事项：1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国学术期刊(光盘版)电子杂志社”用于出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，授权中国科学技术信息研究所将本学位

3、论文收录到《中国学位论文全文数据库》。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签字：签字日期：年月日签字日期：年月日基于软件无线电的Zigbee链路无线信道状态的分析摘要与有线通信相比，无线通信更容易受到周围环境变化的影响以及周围无线电信号的干扰。为了能够了解信道链路的连接状态，研究者一般会选用接收信号强度指示(RSSI)、信号噪声比(SNR)和包接收率(PRR)等参数来研究信道链路状况。但是，以上相关参数均是以整个数据包的接收情况为计量单位的，不能完全反映数据包传输过程码片序列发生的细粒度变化，因此对靠近底层

4、协议的物理层数据的传输情况进行研究分析，对于研究链路无线信道的连接状态具有重要意义。Zigbee协议定义了低速率低功耗的无线个人局域网的物理层(PhysicalLayer，PHY)协议和媒体访问控制层(MediumAccessControl，MAC)协议。在该协议中，每4位的数据符号被编码为32位的码片序列(伪随机序列)，发送的数据内容就是编码后的伪随机序列。在传输过程中，由于复杂的信道环境，如衰减、干扰、多途等影响，使得发送的伪随机序列经常会出现一些码片错误。这些码片持续时间很短，传统的信道状态计量参数RSSI、SNR和PRR等

5、不能反映码片级的错误变化。因此，若能够提供码片级的出错信息，则可以为链路状态的判定分析提供新的依据。论文通过使用开源软件无线电设备(USRP)来实现Zigbee通信协议，记录不同信道条件下的物理层码片序列错误情况，并采用人工智能分类算法对码片序列的出错情况和信道状态关系进行了分析。论文发现根据码片序列错误信息的不同特点，能够实现对衰减、干扰和多途等无线链路信道状态的判定，相关信道判定结果将为上层协议的设计和运行提供理论依据。本文的主要工作有：1)使用软件无线电设备实现Zigbee协议的通信过程。通过USRP设备来获取Zigbee协

6、议物理层信息，进而收集物理层的码片序列出错信息并计算出其最小汉明距离。之后根据错误特征图案的定义，计算各类错误特征图案的百分比及错误图案相关的各项出错指标。2)人为构造衰减、干扰和多途等无线链路通信条件，将收集到的错误特征图案信息采用J48、朴素贝叶斯推理、随机森林等人工智能分类算法进行数据分I析。实验结果表明，当使用基于码片序列错误图案的出错指标来进行分析对比时，J48算法的无线链路信道状态的判定准确度最高，正确率为80%；直接使用错误图案百分比参数进行计算时，朴素贝叶斯推理算法的链路状态判定效果最好，正确率能达到86.67%。

7、关键词：链路状态判定；码片序列；干扰；Zigbee;USRPIIAnalysisonZigbeeLinkWirelessChannelStateBasedonSoftwareDefinedRadioAbstractComparedwithwiredcommunication,awirelesslinkismoreeasilyaffectedbyenvironmentchangesorsurroundingwirelessactivities.Inpreviousstudies,mostofworksusedmetricslikeR

8、eceivedSignalStrengthIndication(RSSI),Signal-to-NoiseRatio(SNR),andSignal-to-InterferenceplusNoise-Ratio(SINR)whichwerecalcu