ieee 802.15.4实时通信算法研究

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1、单位代码：１０视密级：公开？＾著？啼雀４硕女《隹讼Ａｍ论文题目：圧ＥＥ８０２．１５．４实时通信算法研究１０１３０１０４１５学号胡显俊姓名导师陈建新副教授信号与信息处理学科专业研究方向无线传感网络申请学位类别工学硕±论文提交一六年Ｓ月日期二零南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研巧Ｉ作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加示注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研巧成果

2、，也不包含为获得南京邮电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己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。研巧生签名日期‘片：＞＾ク南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可科保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子文档；允许论文被查阅和借阅；可化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Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文本文电子文档的内容和纸质一论

3、文的内容相致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。＇研究生签名：＾４＾导师签名：日期：＞７＾＾成、＾？ＩStudyonReal-timeCommunicationAlgorithmsforIEEE802.15.4ThesisSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByXianjunHuSupervisor:Prof.JianxinChe

4、nMarch2016摘要随着低功耗微处理器和无线技术迅速发展，出现了越来越多的无线传感网络相关应用：人体生理参数实时监测、运动与健身、医疗监护等；产业环境中的工业控制、水文监测以及各种管道的实时监测等；桥梁以及建筑自动化等基础设施的质量监控。从而，进一步推进了低功耗实时通信技术在无线传感网络中的广泛应用。本文对IEEE802.15.4协议MAC层进行深入分析，重点讨论了MAC层CSMA/CA机制和GTS调度算法，提出了能够满足不同周期下多个传感器节点实时高速通信需求算法。结合情境感知技术，基于标准时隙CSMA/CA算法研究，提出能够适用

5、于不同业务负载的应用算法，并验证算法在实时通信应用中的性能。具体工作包括如下内容：（1）详细分析了IEEE802.15.4协议的GTS通信调度机制，探讨了GTS调度算法在实时传输任务中存在的局限性。根据带宽利用率、延时约束和能效性等特征，对当前实时通信调度算法进行了分类、比较和性能分析，以助于算法在实际应用中合理部署。（2）IEEE802.15.4协议GTS分配机制在高速实时异构数据传输应用中存在局限性，如一个超帧至多支持七个节点、超帧长度必须小于时延约束等，以及如何支持非周期数据传输等问题。针对此问题，本文提出一种支持异构数据通信的实

6、时带宽分配算法，根据不同周期任务的数据传输信息，调整部分传输任务发送时间，严格遵循时延约束条件，满足异构数据通信，带宽利用率得到显著提升。（3）传统CSMA/CA机制缺乏自适应性，无法满足复杂传输应用的性能需求。针对此问题，本文提出一种优先级自适应CSMA/CA算法，为不同数据流提供优先级区分服务，降低网络中数据包传输的丢包率、网络时延及节点能耗等，并提升网络吞吐量，满足无线传感器网络应用中不同优先级数据流的服务质量需求。（4）在TinyOS操作系统环境下，使用低功耗平台Imote2对EGSA算法进行了验证，分析了系统时钟延时以及EGS

7、A算法在数据传输应用中的实时性能。此外，采用可穿戴式传感平台Shimmer对本论文提出的CSMA/CA算法进行了验证与研究，探讨算法在实际应用平台中的丢包率、平均网络时延、网络吞吐量及能耗比。本文研究工作在IEEE802.15.4通信算法中具有一定的学术价值，在医疗、工业以及社会等领域具有较大的应用前景。关键词:IEEE802.15.4，实时通信，GTS，CSMA/CA，无线传感网络IAbstractWiththerapiddevelopmentofwirelesscommunicationtechnologyandlowpowerco

8、nsumptionmicroprocessor,thereareappearingmoreandmorewirelesssensornetworkapplications:humanhealthandphy