（通信与信息系统专业论文）wpan_mesh网络接入控制分析模型及性能优化研究.pdf

摘要 摘要 无线网络中的媒体接入控制，是协调移动节点有效使用无线资源、支持灵活的复用控 制和q o s ( 服务质量) 管理等功能的机制。无线媒体接入控制技术，以提高系统吞吐率、 保证公平性和可靠性、降低接入时延为主要目标。无线个域网是工作在个人操作环境，需 要相互通信的装置构成一个无需任何中央管理装置的无线网络。应用c s m a c a 竞争接入 机制的无线个域网也是当今的一个研究热点，如i e e e8 0 2 1 5 3 和i e e e8 0 2 1 5 4 。另外无 线m e s h ( 网状) 网络的m a c 研究也受到了广泛的关注，成为无线网络最具挑战性的课题 之一。本论文对以上无线网络领域热点问题作出性能分析和优化研究。 本文分为六章，主要针对本文研究的不同方面介绍。 第一章是绪论。首先介绍了无线网络的发展概况及其分类，其次简要介绍了无线个域 网和无线m e s h 网络的几种主要技术，进而在介绍无线媒体接入技术基本原理的基础上， 分析了现在流行的无线媒体接入控制技术的优、缺点。最后简述了论文的研究安排。 在第二章，一种估计基于超宽带物理层的i e e e8 0 2 1 5 3 竞争接入时期网络性能的方 法被提出。本章所提出的分析方法对基于超宽带物理层的e e8 0 2 1 5 3 无线网络性能提供 了很重要的预测工具。本分析模型考虑超宽带物理层参数，并从接入成功率，平均成功接 入数值，c a p ( 竞争接入时期) 和c f p ( 非竞争接入时期) 时间四者的角度来衡量竞争接 入方法的性能。 第三章为全文的重点，涉及一种确定i e e e8 0 2 1 5 4 短距离无线网络吞吐率的方法及系 统，主要是根据正e e8 0 2 1 5 4 短距离无线网络竞争接入时期的信息传输特征获取竞争访问 时段的各时间参数。并利用所述的各时间参数进行网络吞吐率的计算，并且首先提出考虑 t i m e o u t ( 设备等待应答最大等待时间) 时期分析的重要性，有效提高了i e e e s 0 2 1 5 a 网络 性能预测的准确性。 第四章提供了优化i e e e8 0 2 1 5 4c a p 时期无线网络性能的实现方案，使网络吞吐率 自适应的接近理论极限，同时有效的改善网络能量利用率，进而保证用户的利益和服务的 质量。本章优化机制可以方便得对 e e e8 0 2 1 5 4c s m a c a 接入机制进行升级，而不需任 何硬件要求。 第五章提供了一种准确估计预测无线m e s h 网络吞吐率性能的模型，及其网络行为和 关键参数变量的理论分析和求解方法，为后续仿真验证奠定了基础。 第六章是总结了全文的工作，并对进一步工作做了展望。 【关键词】 无线个域网、无线媒体接入控制、超宽带、吞吐率、i e e e8 0 2 1 5 3 、i e e e8 0 2 1 5 4 、m e s h 网络 a b s t r a c t m e d i aa c c e s sc o n t r o lm e c h a n i s mi nw i r e l e s sn e t w o r ki sn s e dt oc o o r d i n a t et h em o b i l en o d e st o m a k eu s eo f t h ew i r e l e s sr 8 0 u r e ee f f i c i e n t l y , s u p p o r tf l e x i b l em u l t i p l e xc o n t r o la n dq o sm a n a g e m e n t t h eo b j e c to f w i r e l e s sm e d i aa c c e s sc o n t r o lt e c h n o l o g yi st oi m p r o v et h es y s t e mt h r o u g h p u t ，e n s u r e f a i r n e s sa n dr e l i a b i l i t ya n dr e d u c ea c c e s sd e l a y w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r ko p e r a t e sw i t h i na p e r s o n a ls p a c ea n dt h ed e v i c e sc o m m u n i c a t i n gw i t he a c ho t h e rc o m p o s eaw i r e l e s sn e t w o r kw i t h o u t a n yc e n t e rm a n a g e m e n td e v i c e a l s ow h i l et h e r eh a sb e e nm u c h r e c e n tp r o g r e s so i la n a l y t i cm o d e l i n g o f s i n g l e - h o pc s m a c an e t w o r k s ，t h ea n a l y s i so f m e s hn e t w o r k sw i t hm o r et h a n o n eh o pr e m a i n sa c h a l l e n g i n gp r o b l e m t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ep e r f o r m a n c eo fw i r e l e s sm e d i u ma c c e s sc o n t r o l ( m a c ) i nt h e c s m a c a b a s e d w p a n a n d m e s h n e t w o r k s t h e r ea f es i xc h a p t e r s i n t h i s d i s s e r t a t i o n ， mc h a p t e ro n e 。t h ec l a s s i f i c a t i o no f w i r e l e s sn e t w o r k , m a i nt e c h n o l o g i e so f w p a na n ds e v e r a l t y p e so f m e d i aa c c e s sc o n t r o lm e c h a n i s m sa r ec o m p a r e da n da n a l y z e db a s e do nt h eb a s i cp r i n c i p l eo f m e d i aa c c e s sc o n t r o l ，a sw e l la st h ea r c h i t e c t u r eo f t h i sd i s s e r t a t i o n ， i nc h a p t e rt w o aw a yt oe s t i m a t et h ep e r f o r m a n c eo fs u c c e s s f u lr e q u e s t si nc o n t e n t i o na c c e s s p e r i o d ( c a p ) o fi e e e8 0 2 1 5 3a c c o u n t i n gf o rd u a lc a r r i e r - o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g u l t r aw i d eb a n d ( d c - o f d m u w 8 ) i sp r e s e n t e d t h i sr e s e a r c hs h o u l dp r o v i d eh e l p f u l i n s i g h t t o t h e i m p l e m e n t a t i o n o f u w b - b a s e d i e e e8 0 2 1 5 3 w i r e l e s s n e t w o r k s c h a p t e rt h r e ep r e s e n t san e wa n a l y t i c a lm o d e lf o rt h et h r o u g h p u to f t h ei e e e8 0 2 ，1 5 4s l o t t e d c s m a c a w h i c h c a l l b es t u d i e da ss l o t t e d n o n - p e r s i s t e n t c s m a k e y t o t h ea c c u r a c yo f o u r m o d e l i s a c a r e f u ls t u d y o f t h e t i m e o u t 州o d w h i c h h a s n o t b e e nc o n s i d e r e db y a up r e v i o u s8 0 2 1 5 4 m o d e l s t i nc h a p t e rf o u r , ad i s t r i b u t e dm e c h a n i s mf o rc o n t e n t i o nc o n t r o li ni e e e8 0 2 1 5 4i sp r e s e n t e d a n de v a l u a t e d o u rm e c h a n i s md y n a m i c a l l ya d a p t st h eb a c k o f fw i n d o ws i z et ot h ec u r r e n tn e t w o r k c o n t e n t i o nl e v e la n dg u a r a n t e e st h a t e e e8 0 2 1 5 4c a pa s y m p t o t i c a l l ya c h i e v e s i t so p t i m a l t h r o u g h p u ta n de n e r g ye f f i c i e n c y i nc h a p t e rf i v e a na p p r o a c ht om o d e lt h et h r o u g h p u tp e r f o r m a n c eo fw i r e l e s sm e s hn e t w o r k s t h a tp r o v i d e sa l la c c u r a t ea p p r o x i m a t i o ni sp r e s e n t e d t h ea p p r o a c hc a nb ea p p l i e dt oav a r i e t yo f m a cp r o t o c o l so f m e s hn e t w o r k sw i t hr e a s o n a b l ea s s u m p t i o n s i nc h a p t e rs i x , t h es u m m a r i z a t i o no ft h ew h o l ed i s s e r t a t i o na n do u t l i n e st h ef m ：l i ：r e r e s e a r c h d i r e e t i o n sa r eg i v c n k e y w o r d s w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k s w i r e l e s sm e d i aa c c e s sc o n l r o l ，u l t r a - w i d e b a n d ( u w b x t h r o u g h p u t , i e e e8 0 2 1 5 3 ，i e e e8 0 2 1 5 4 ，m e s hn e t w o r k s i i 缩略词 缩略词 w w a n ，w i r e l e s sw i d ea r e an e t w o r k ，无线广域网 w m a n ，w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ，无线城域网 w l a n ，w i r e l e s sl o c a la r e a n e t w o r k ，无线局域网 w p a n ，w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ，无线个域阿 m a c ，m e d i aa c c e s sc o n t r o l ，媒体控制接入 c s m a ，c a r r i e r s e n s em u l t i p l e a c e s s ，载波侦听多点接入 c s m a c d 。c a r d e rs e n s em u i 卸l e a c c e s sw i t hc o l l i s i o nd e t e c t i o n ，载波侦听多点接入胂突 检测 c s m a c a ，c a r r i e rs e n s em u l t f p l ea c c e s sw i t hc o l l i s i o na v o i d a n c e ，载波侦听多点接入，避免 冲撞 c r c ，c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ，循环冗余校验 p n c ，p i c o n e tc o o r d i n a t o r ，协调点 c a p , c o n t e n f i o n a e c e s sp e r i o d ，争用接入周期 c t a p , c h a n n e lt i m e a l l o c a t i o np e r i o d ，信道时间分配周期 c t a ，c h a n n e lt i m ea l l o c a t i o n ，保证时隙 r t s ，r e q u e s t t os e n d ，发送请求 c t s ，c l e a r t 0s e n d ，清除请求 a c k ，a c k n o w l e g m e n t ，应答 w s n ，w k e l e s ss e n s o rn e t w o r k ，无线传感网络 l q i ，l i n kq u a l i t yi n d i c a t i o n ，检测接收数据包的链路质量指示 c c a ，c l e a rc h a n n e la s s e s s m e n t ，空闱信道评估 f f d ，f u l l f u n c t i o nd e v i c e ，全功能设备 r f d ，r e d u c e d - f u n c t i o nd e v i c e ，精简功能设备 c f p ，c o n t e n t i o n - f r e ep e d o d ，无竞争接 m h r ，m a ch e a d e r ，帧头 m f r ，m a cf o o t e r ，帧尾 m a c ，m a cs e r v i c ed a t au n i t ，服务数据单元 v 图表索弓 列图中文索引 图1 - 1 无线通信系统速度距离示意图 图2 - 1i e e e 8 0 2 1 5 3 超帧结构1 2 图2 2i e e e 8 0 2 1 5 3m a c 竞争接入算法1 4 图2 - 3 i e e e8 0 2 1 5 3 c a p 退避过程的m a r k o v 模型1 4 图2 - 4 信道分析模型 图2 - 5 平均成功接入次数n r ( 不考虑超宽带物理层影响) 1 9 圈2 - 6 考虑了物理层参数的平均接入次数，2 0 图2 7 接入成功概率p ，理论分析值( 请求生成包速率饱和) 一2 1 图2 - 8 平均成功接入次数胁理论分析与仿真结果对比( 请求生成包速率饱和) 2 1 图3 一ll r - w p a n 网络组件和拓扑关系2 5 图3 2 超帧结构2 5 圉3 - 3 设备向协调器发送数据 图3 - 4i e e e 8 0 2 1 5 4c s m a c a 2 9 图3 - 58 0 2 1 5 4c a p 分析模型流程图 图3 - 68 0 2 1 5 4c a p 信道模型 图3 78 0 2 1 5 4c s m a c am a r k o v 模型3 2 图3 - 8 冲突后空闻时间m a i l ( o v 模型3 3 图3 - 9 平均冲突次数n cm a r k o v 模型3 5 图3 1 0 参与冲突平均设备数：理论分析和仿真结果 图3 1 1 连续两次c c a 成功概率：理论分析和仿真结果3 7 图3 一1 2 冲突概率：理论分析和仿真结果 3 7 图3 1 3 饱和吞吐率：理论分析和仿真结果3 8 图4 1i e e e8 0 2 1 5 ac s m m c a 分布式优化机制4 0 图4 - 2i e e e8 0 2 1 5 4c a p 信道模型( 忽略t i m e o u t 时期) 4 l 圈4 3 优化机制和i e e e8 0 2 1 5 a 的吞吐率：理论分析和仿真结果“ 图4 _ 4 优化机制和i e e e8 0 2 1 5 4 的能量有效率：理论分析和仿真结果4 4 图4 - 5 吞吐率( 使用标准8 0 2 1 5 4c s m a c a ) ：1 5 个新设各加入4 5 图4 - 6 吞吐率( 使用优化机制) ：1 5 个新设备加入4 6 图4 - 7 吞吐率( 使用标准8 0 2 1 5 4c s m m c a ) , 3 5 个新设备加入4 6 图4 - 8 吞吐率( 使用优化机制) ：3 5 个新设备加入4 7 图5 - 1m e s h 网络中隐式终端和显式终端 图5 - 2m e s h 网络收发节点示意图一 图5 3 节点平均吞吐率理论值5 8 一 丕塑查兰堡三兰兰竺堡奎 表 表 表 表 表 表 表 表 列表中文索弓 1 1 主流w 队n 技术一览 2 - 1c a p 竞争接入申请时隙的仿真参数 2 1 9 3 一li e e e8 0 2 1 5 ，4c a p 仿真参数3 6 4 1 平均时延( 秒，设备n = 3 0 。n b 最大值：4 ，负载= o 2 ) 4 8 4 2 吞吐率( 设备n 2 3 0 。n b 最大值- 4 ，负载= 0 2 ) ，4 8 4 3 平均时延( 秒，设备n = 3 0 。n b 最大值= 4 ，负载= o 9 ) ，4 9 4 4 吞吐率( 设备n = 3 0 。n b 最大值- 4 ，负载= 0 9 ) 4 9 5 一li e e e8 0 2 ，11 m a c 参数5 8 图表索弓 列图英文索引 f i g 1 - 1s k e t c hm a po f r a t e - r a n g ei nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s 2 f i g 2 - 1s u p f r a m eo f i e e e 8 0 2 1 5 3 f i g 2 - 2h e n d s h a k i n gm e c h a n i s mo f i e e e s 0 2 1 5 3c a p f i g 2 - 3m a r k o v m o d e lf o rb a c k o f f p r o c e d u r eo f i e e e8 0 2 1 5 3 f i g 2 - 4c h a n n e lm o d e l ， f i g 2 - 5a v e r a g es u c c e s s f u lr e q u e s tt i m e sn r ( n o tc o n s i d e i n gu w bp h y ) 1 6 1 9 f i g 2 - 6a v e r a g es u c c e s s f u lr e q u e s tt i m e s n r ( c o n s i d e i n gu w bp i n ) 2 0 f i g 2 - 7p r o b a b l i t yo f s u c c e s s f u lr e q u e s t p 护：a n a l y s i sr e s u l t s ( s a t u r a i o n ) 2 1 f i g 2 - 8a v e r a g es u c c e s s f u lr e q u e gt i m e s ，n r ：a n a l y s i se n ds i m u l a t i o nr e s u l t s ( s a t u r a i o n ) 2 1 f i g 3 - 1t o p o l o g yo f d e v i c e si nl r - w p a n f i g 3 - 2s u p e f f r a m eo f i e e e 8 0 2 1 5 4 2 5 2 5 f i g 3 - 3t r a n s m i s s i o nf r o md e v i c et op n c 2 6 f i g 3 - 4f l o w c h a r to f i e e e 8 0 2 1 5 4c s m a c a ，2 9 f 远3 - 5 a n a l y t i c a l m o d e l o f 8 0 2 1 5 4 c a p 3 0 f i g 3 - 6c h a n n e lm o d e lo f i e e e 8 0 2 1 5 ，4c a p f i g 3 - 7 m a r k o v m o d e l o f 8 0 2 1 5 4 c s m a c a f i g 3 - 8m a r k o vm o d e lo f i d l ep e r i o da f t e rl a s tc o l l i s i o n f i g 3 - 9m a r k o vm o d e l o f n o ， f i g 3 - 1 0a v e r a g en u m b e ro f c o l l i d i n gd e v i c e s ：a n a l y s i se n ds i m u l a t i o nr e s u l t s 3 l 3 2 3 3 3 5 3 6 f i g 3 - 11p r o b a b i l i t yo f s u c c e s s f u lc c a ：e n a l y s i se n ds i m u l a t i o nr e s u l t s 3 7 f i g 3 - 1 2p r o b a b i l i t yo f ac o l l i s i o n ：a n a l y s i sa n ds i m u l a t i o nr e s u l t s 3 7 f i g 3 - 1 3s a t u r a t i o nt h r o u g h p u t f i g 4 - 1o u r d i s t r i b u t e d m e c h a n i s m f o r8 0 2 1 5 4 c s m a c a f i g 4 - 2c h a n n e lm o d e lo f 8 0 2 1 5 4c a p ( n o tc o n s i d e r i n gt i m e o u tp e r i o d ) 一3 8 4 0 4 1 f i g 4 - 3t h r o u g h p u to fi e e e8 0 2 1 5 4e n do p t i m a lt h r o u g h p u t ：a n a l y s i sa n ds i m u l g i o n r e s u l t s ，4 4 f i g 4 - 4e n e r g ye f f i c i e n c yo f 8 0 2 1 5 4a n d0 1 1 1 7m e c h a n i s m ：a n a l y s i se n ds i m u l a t i o nr e s u l t s4 4 f i g 4 - 5t h r o u g h p u tr u n n i n gi e e e8 0 2 1 5 4c s m a c a ：1 5d e v i c e sb e c o m ea c t i v e 4 5 f i g 4 - 6t h r o u g h p u tr u n n i n go u rm e c h a n i s m ：1 5d e v i c e sb e c o m ea c t i v e 4 6 f i g 4 - 7t h r o u g h p u tr u n n i n gi e e e8 0 2 1 5 4c s m a c a ：3 5d e v i c e sb e c o m ea c t i v e 4 6 f i g 4 - 8 t h r o u g h p u tr u n n i n g o u i m e c h a n i s m ：3 5d e v i c e s b e c o m e a c t i v e 4 7 f i g 5 1h i d d e n t e m m a l a n de x p o s e d t e r m i n a l i n m e s h n e t w o r k s 5 1 f i g 5 - 2s o u r c en o d ee n dd e s t i n a t i o nn o d ei nm e s hn e t w o r k s 5 3 f i g 5 - 3t h r o u g p u tp e rn o d eo f w i r e l e s sm e s hn e t w o r k s 5 8 东南大学硕士学位论文 列表英文索弓 t 曲l e1 - li n r r o d u c t i o no f m a i nt e c h n o l o g yi nw p a n ，2 t 曲l e2 - lp a r a m e t e r so f 8 0 2 1 5 3s i m u l a t i o n m o d e i 1 9 t a b l e3 - lp a r a m e t e r s o f 8 0 2 ，1 5 4s i m u l a t i o n m o d e i 3 6 t a b l e4 - la v e r a g ed e l a y ( s e c o n d ，n ；3 0 ，m a x n b - 4 ，l o a d = 0 2 ) 一4 8 t a b l e4 - 2t h r o u g h p u t ( n = 3 0 ，m a x n b = 4 ，l o a d = 0 2 ) 4 8 t a b l e4 - 3a v e r a g ed e l a y ( s e c o n d ，n = 3 0 ，m a x n b = 4 ，l o a d = o 9 ) 一4 9 t a b l e4 4t h r o u g h p u t ( n = 3 0 ，m a x n b = 4 ，l o a d = 0 9 ) 4 9 t a b l e5 lp a r a m e t e r so f i e e e8 0 2 1 l 5 8 东南大学学位论文独创性声明 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究工作及取得 的研究成果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育 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了谢意。 研究生签名：迸日 期： 血刃；砂 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：强二堂 导师签名：日期：墨竺z ：! ： 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 现代社会离不开通信，人类的生存和发展与通信密不可分。近些年来，通信更是以爆 炸式的速度发展，从有线到无线是通信发展中的一个飞跃。相对有线通信，无线通信最大 的优点是摆脱了有线连接，而付出的代价则是需要面对恶劣的无线信道环境和有限的频谱 资源，因此，也面临更多、更大的挑战。 本章将从无线通信网络发展现状出发，介绍无线个域网和本文所重点研究的无线个域 网，无线m e s h 网以及c s m a c a 媒体接入机制的相关背景，并提出本文的研究安排。 1 2 无线通信发展现状 无线网络作为移动通信技术和计算机互联网结合的产物，将成为人们实现随时随地自 由传递信息的主要手段和信息社会人们赖以生存的必要条件之一。 根据无线网络的应用范围，可以分成以下几类： ( i ) 无线广域网( w w a n ，w i r e l e s sw i d ea r e a n e t w o r k ) 连接某个国家或世界不 同部分的设备，主要指蜂窝移动通信系统。蜂窝移动通信经历了模拟阶段，窄带数字阶段， 正进入宽带数字阶段第三代移动通信时代。第三代移动通信主要包括三个国际移动通 信标准：w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t d - s c d m a 。第四代移动通信的研究在i e e e 8 0 2 2 0 移 动广带无线接入( m o b i l eb r o a d b a n dw i r e l e s sa c c e s s , m b w a ) 工作组的领导下渐渐拉开序 幕。在我国，第四代移动通信作为未来移动通信研究也已经被正式列入国家“8 6 3 ”研究计划。 ( 2 ) 无线城域网( w m a n ，w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r k ) 是一种无线固定 宽带接入网络，工作在直径超过5 0 千米的区域，主要用于整个建筑楼或家庭与骨干通信网 的无线接入，相应的标准规范由i e e e 8 0 2 1 6 工作组指定。 ( 3 ) 无线局域网( w l a n 。w i r e l e s s l o c a l a r e a n e t w o r k ) 最初定义为有线局域网 的无线延伸，现在则作为高速无线互联网接入技术，应用于机场、工厂、大厦、图书馆、 学校等人口密集的热点地方。至少能够支持大于1 0 0 米的距离，利用网络内部的物理层连 接，还能支持至少2 k m 距离的通信。主要的标准包括由i e e e 8 0 2 1 1 【l 】工作组制定的 i e e e 8 0 2 1 l a b g 等。 ( 4 ) 无线个域网( w p a n ，w i r e l e s sp e r s o n a l a r e a n e t w o r k ) 是一种用于连接家庭 各种家电、娱乐设备的无线网络，作用距离在1 0 米范围内。w p a n t 2 分低速和高速两种， i e e e 8 0 2 1 5 a 1 3 】和蓝牙( b l u e t o o t h ) 是低速w p a n 标准，而i e e e s 0 2 1 5 3 嗍则是高速w p a n 标准。 图1 - 1 是满足不同距离和速率的无线网络的速率一距离示意图。 1 东南大学硕上学位沧文 速率 ( k b p s ) 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 ，0 0 0 1 00 0 0 1 0 0 0 t 0 0 1 0 t o1 0 01 0 0 01 0 0 0 0 图1 1 无线通信系统速度一距离示意图 f i g 1 - 1s k e t c hm a po f r a t e - r a n g ei nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s 从图中可以看出人们对无线产品的距离和速率需求呈现出多样性，因此任何单独一种 无线网络都不能满足所有的需求，因此最终期望的无线网络是由各种无线网络无缝连接的， 与各种有线通信网络互通的，可以在任何时间、任何地点、与任何人进行通信的全球统一 的信息传输网络。 本文所研究的c s m a c a 媒体接入机制”j ，在现阶段主要应用于图l - l 中的无线局域 网( i e e e8 0 2 1 1 ) 和无线个域网( i e e e8 0 2 1 53 和i e e e8 0 2 1 5 4 ) ，本论文则重点研究基 于c s m a c a 的无线个域网和无线m e s h 网络。 1 3 无线个域网简介 无线个域网是无线通信领域的热点研究课题之一，其目标是解决如何让人们将网络随 身携带的问题。 表1 - 1 主流w p a n 技术一览 t a b l e1 - 1i n t r o d u c t i o no f m a i nt e c h n o l o g yi nw p a n 速率 i e e e 工作组 商业名称 低速 i e e e8 0 2 1 5l i e 旺8 0 2 1 5 1 a b l u e t o o m 高速 i e e e8 0 2 1 5 3 超高速 i e e e8 0 2 1 53 a w i m e d i a m b o a u w bf o r u m 低速“氐功耗i e e e8 0 2 1 5 4 l e e e8 0 2 1 5 4 a z i g b e e w p a n 和一般意义上的无线局域网( 如办公室局域网或家庭局域网) 之间有一个非常 大的区别。w p a n 是移动中的网络，只能采取无线接入，而且要求自动接入，而其它的局 域网大多属于固定网络，既可以采用无线，也可以采用有线方式互连。无线个人区域网的 目的是“解决最后的几米电缆”的问题，同时“将无线联网进行到底”。i e e e 组织对w p a n 的规范标准主要集中在8 0 2 1 5 中，主要研究用于w p a n 的无线媒体接入控制( m a c ) 和 物理层( p h y ) 规范。目前国内外主流研究的w p a n 技术有：b l u e t o o t h 、i r d a 、h o m e r f 、 u w b ( 超宽带) 等，它们均有各自的影响力。具体如表1 - 1 所示。 w p a n 是能在便携式电器和通信设备之间进行短距离特别连接( a dh o cc o n n e c t i v i t y ) 2 第1 章绪论 的网。w p a n 的覆盖范围一般是半径为1 0 米左右的区域。“特别连接”包含两层意思， 一是指设备既能承担主控功能、又能承担被控功能的能力；二是指设备具有加入或离开现 有网的方便性。 1 4 无线m e s h 网络 分布式是短距离无线通信网络短距离无线通信的重要网络特征，有别于基于网络基础 设施的无线通信技术。基于网络基础设施的无线通信技术包括2 g 3 g 蜂窝移动通信、无线 局域网、数字集群通信等。用户终端需要集中式地接入网络才能享受通信服务。而短距离 无线通信网络无线通信主要是终端之间的短距离对等通信，如果要跨微微网通信则需要接 入点进行中继，因此要求有相应的空中接口和高层协议设计的支持，无线资源管理通常在 微微网内采用竞争的方式，而在专用接入点和通用接入点间建议采用资源预留的方式。 在分布式网络研究领域，近来发展的无线m e s h 网络技术有望给无线宽带领域带来重 大变革。在使用无线多跳a dh o c 和m e s h 技术建设的网络中，网络中的每个节点都具备路 由的功能，每个节点只和邻近节点进行通信，因此是一种自组织和自管理的网络。实际上， 无线多跳a d h o c 和m e s h 网络更像是i n t e m e t 本身的一种无线版本，分包数据从一个路由到 另一个路由进行传递直至到达其目的地，这些特点使无线多跳a dh o c 和m e s h 网络比起传 统的点对多点来具有诸如节能、自动配置和易扩容等很多优势，很多公司如诺基亚公司、 北电公司等开始将无线多跳a d h o c 和m e s h 网络技术用以宽带网络接入( i e e e8 0 2 1 l n ) ， 并且相关的无线路由器等产品也已开始商用。而无线多跳a dh o c 和m e s h 网络技术与短距 离无线通信网络接入技术相融合，应用于泛在短距离无线通信网络，更将深刻影响无线宽 带接入的未来。 目前，无线m e s h 网络正处于研究与初步应用阶段，在i e e e8 0 2 各无线接入标准化组 织中都有涉及，i e e e8 0 2 1 5 已成立了无线个域网m e s h 工作组( t g 5w p a n m e s h n e t w o