本文關(guān)鍵詞：室內(nèi)可見光通信組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

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

【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(shù),該技術(shù)為現(xiàn)有室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)接入提供了有力的補(bǔ)充。為面向各種應(yīng)用場(chǎng)景需求,可見光通信需要組網(wǎng)技術(shù)的支撐。然而,光鏈路強(qiáng)方向性,使得終端無法在發(fā)送端使用載波偵聽技術(shù)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(gòu)建無縫的多小區(qū)網(wǎng)絡(luò)；光鏈路脆弱性,導(dǎo)致通信鏈路受障礙物遮擋和終端移動(dòng)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(shù)在可見光通信中的應(yīng)用。針對(duì)上述問題,本文研究了單接入點(diǎn)(Access Point, AP)網(wǎng)絡(luò)中的多址接入技術(shù),作為可見光通信組網(wǎng)基礎(chǔ)；研究了基于同頻光小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)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(fù)算法,保證網(wǎng)絡(luò)魯棒性。論文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)包括：1.針對(duì)單AP網(wǎng)絡(luò)下定向隱藏終端問題,提出一種基于活動(dòng)終端數(shù)預(yù)測(cè)的媒體接入控制(Media Access Control, MAC)協(xié)議。提出一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的活動(dòng)終端數(shù)預(yù)測(cè)算法,周期預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的上行業(yè)務(wù)量,仿真分析可得,不同業(yè)務(wù)量條件下,預(yù)測(cè)的均方誤差低于3,可以滿足對(duì)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)終端數(shù)的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)要求；AP根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)上行業(yè)務(wù)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(wù)量條件下吞吐性能平穩(wěn),可以達(dá)到87%。2.針對(duì)可見光小區(qū)邊緣信道干擾問題,提出網(wǎng)絡(luò)下行覆蓋優(yōu)化和資源分配策略�；谕l光小區(qū),提出一種網(wǎng)絡(luò)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(biāo),分析了不同光源布局對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的影響,基于遺傳算法對(duì)不同LED半功率角和布設(shè)高度進(jìn)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(shí)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(gòu)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(shí),網(wǎng)絡(luò)平均吞吐量提高一倍。3.針對(duì)光鏈路頻繁中斷問題,提出一種增強(qiáng)可見光鏈路魯棒性的快速恢復(fù)算法�；诮邮招旁氡瓤焖侔l(fā)現(xiàn)鏈路中斷；對(duì)不同類型的鏈路中斷進(jìn)行建模分析,提出基于支持向量機(jī)的中斷分類識(shí)別方法；綜合考慮時(shí)延和信令開銷構(gòu)建了鏈路中斷代價(jià)函數(shù),并基于此提出一種光鏈路快速恢復(fù)算法。仿真表明,提出的鏈路中斷分類識(shí)別方法整體準(zhǔn)確率和召回率可以達(dá)到99.4%；在不同網(wǎng)絡(luò)條件下,光鏈路恢復(fù)算法均取得較小的時(shí)延性能和最低的中斷代價(jià),增強(qiáng)了通信鏈路的魯棒性。4.針對(duì)煤礦井下特殊的組網(wǎng)環(huán)境和應(yīng)用需求,設(shè)計(jì)并實(shí)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(luò)業(yè)務(wù)特點(diǎn),給出了協(xié)議幀格式和協(xié)議流程,設(shè)計(jì)了協(xié)議的軟件實(shí)現(xiàn)方案。通過系統(tǒng)測(cè)試,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的MAC協(xié)議滿足系統(tǒng)示范功能要求。
【關(guān)鍵詞】：可見光通信 媒體接入控制 網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋 下行資源分配 光鏈路快速恢復(fù)
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(luò)標(biāo)準(zhǔn)化15-17
• 1.3.2 可見光通信網(wǎng)絡(luò)多址接入技術(shù)17-18
• 1.3.3 可見光通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋與信道資源分配18-20
• 1.3.4 光鏈路中斷快速檢測(cè)及恢復(fù)機(jī)制20
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)安排20-24
• 第二章 基于活動(dòng)終端數(shù)預(yù)測(cè)的可見光網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議24-36
• 2.1 問題描述24-25
• 2.2 可見光網(wǎng)絡(luò)中心調(diào)度MAC協(xié)議25-28
• 2.2.1 可見光單小區(qū)網(wǎng)絡(luò)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(dòng)終端數(shù)估計(jì)算法28-31
• 2.3.1 基于EKF的活動(dòng)終端數(shù)預(yù)測(cè)模型28-30
• 2.3.2 網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)終端數(shù)預(yù)測(cè)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(jié)34-36
• 第三章 可見光網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)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(luò)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(jié)54-56
• 第四章 增強(qiáng)可見光鏈路魯棒性的快速恢復(fù)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(luò)模型57
• 4.3 光鏈路中斷建模及分類識(shí)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(shí)別59-60
• 4.3.3 仿真結(jié)果與分析60-61
• 4.4 光鏈路恢復(fù)算法61-64
• 4.4.1 光鏈路恢復(fù)代價(jià)分析與建模61-63
• 4.4.2 光鏈路恢復(fù)算法描述63-64
• 4.5 仿真與分析64-66
• 4.6 本章小結(jié)66-68
• 第五章 基于VLC的煤礦井下綜合信息系統(tǒng)MAC層實(shí)現(xiàn)68-80
• 5.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)68-69
• 5.1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)68-69
• 5.1.2 系統(tǒng)分工69
• 5.2 礦下可見光局域網(wǎng)設(shè)計(jì)69-75
• 5.2.1 功能要求和需求分析69-70
• 5.2.2 協(xié)議設(shè)計(jì)息想70-71
• 5.2.3 幀格式設(shè)計(jì)71-74
• 5.2.4 協(xié)議流程描述74-75
• 5.3 軟件實(shí)現(xiàn)方案75-78
• 5.3.1 礦帽終端軟件實(shí)現(xiàn)75-77
• 5.3.2 巷道燈終端軟件實(shí)現(xiàn)77-78
• 5.4 系統(tǒng)功能測(cè)試78-79
• 5.4.1 測(cè)試環(huán)境78
• 5.4.2 功能測(cè)試78-79
• 5.5 本章小結(jié)79-80
• 第六章 結(jié)論80-82
• 6.1 全文總結(jié)80-81
• 6.2 工作展望81-82
• 致謝82-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 作者簡(jiǎn)歷90
• 一、個(gè)人簡(jiǎn)歷90
• 二、攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90
• 三、攻讀碩士學(xué)位期間申請(qǐng)專利情況90
• 四、攻讀碩士學(xué)位期間的科研情況90

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：927652