基于TDMA和网络编码的低时延无线Mesh网络协议研究与节点实现.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目基于TDMA和网络编码的低时延无线Mesh网络协议研究与节点实现专业学位类别电子与通信工程学号201222010428作者姓名马瑞指导教师李广军教授分类号密级注1UDC学位论文基于TDMA和网络编码的低时延无线Mesh网络协议研究与节点实现（题名和副题名）马瑞（作者姓名）指导教师李广军教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称

2、电子与通信工程提交论文日期2015.05.12论文答辩日期2015.05.19学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。PROTOCOLRESEARCHANDNODEIMPLEMENTIONOFWIRELESSMESHNETWORKBASEDONTDMAANDNETWORKCODINGAMasterDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MasterofEngineeringAuthor:RuiMa

3、Advisor:Prof.GuangjunLiSchool:SchoolofCommunication&InformationEngineering独创性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，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。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。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国

4、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。本人授权电子科技大学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。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要无线Mesh网络广泛应用于军事领域和商业民用领域。城域接入网的音频和视频业务、应急通信等对无线Mesh网络的时延特性提出了较高的要求，研究低时延无线Mesh网络具有十分重要的意义和价值。本文对近年来国内外基于无线Mesh网络的TDMA调度算法与网络编码技术进行了归类综述，阐述了无线Mesh网络时延特性研究现状。利

5、用排队论从系统负荷和时隙分配位置对基于TDMA的无线Mesh网络节点时延进行了分析，在此基础上分析了传输跳数和流量分布对无线Mesh网络端到端时延的影响。针对传统时隙分配协议没有考虑时隙分布位置的问题，在分析了不同用于竞争的数据帧长对节点时延的影响的基础上，提出了动态最小帧长均匀时隙分配协议DMFUSAP，利用两跳内主时隙计算本地最小数据帧长，通过主时隙轮换和优先级列表移位，使节点时隙均匀分布。仿真结果表明DMFUSAP协议的7跳传输时延比DP-TDMA协议降低了54.9%；比USAP协议降低了46.5%。考虑到路由与流量分布对无线Mesh网络端到端时延的重要性，在分析了已有

6、协议的情况下，利用网络编码技术，并把编码节点对节点带宽的影响考虑到协议中，提出了低时延编码感知路由协议LDCAR。LDCAR协议在路由发起阶段估算路由路径上的节点时延，能够实时地选择时延较短的路由。仿真结果表明，LDCAR协议的网络平均端到端时延在在请求到达速率为25session/min时比DCAR协议低42.3%，比QCAR协议低21.2%。最后，本文在权衡设计指标与设计难度的基础上，选择了本文提出了两种改进协议算法并以FPGA为平台设计实现节点。本文利用NIOS处理器设计了基于FPGA的软硬件结合节点系统，能够根据实际网络需求对网络参数进行灵活配置。测试结果表明，数据率

7、为100Kbps时，一跳时延为1.89ms，四跳时延为9.22ms；数据率为300Kbps时，一跳时延为9.31ms，四跳时延为63.52ms。结果表明设计符合项目要求。关键词：无线Mesh网络，时延，时分多址，网络编码，现场可编程门阵列IABSTRACTABSTRACTWirelessmeshnetworkiswidelyusedinmilitary,commercialandcivilianfields.Audioandvideostreaminginmetropolitanareanetworka