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无线低功耗网络中一种基于干扰感知的重传协议的设计与实现

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表目录

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究内容

1.3 文章结构

1.4 本章小结

第2章 相关工作

2.1 无线网络中的可靠性提升机制

2.1.1 基于分块的数据恢复

2.1.2 基于前向纠错的数据恢复

2.1.3 混合ARQ

2.1.4 基于硬件特性的数据恢复

2.1.5 其他数据恢复方式

2.2 不同可靠性机制的优缺点

2.3 本章小结

第3章 错误检测算法设计与实现

3.1 概述

3.2 RSSI序列与错误数据的关系

3.3 错误检测算法的设计

3.4 错误检测算法的实现

3.4.1 TelosB/TinyOS平台

3.4.2 802.15.4物理帧与CC2420芯片

3.4.3 驱动修改

3.5 本章小结

第4章 自适应编解码方案设计

4.1 概述

4.2 里德所罗门编码

4.3 基于RS的自适应编码

4.4 Interleaving的应用

4.4.1 Bursty错误

4.4.2 Interleaving的优化

4.5 本章小结

第5章 高效数据重传设计

5.1 概述

5.2 数据的发送和接收

5.3 数据包格式设计

5.4 本章小结

第6章 分析与评估

6.1 理论分析

6.1.1 理论分析结果

6.2 实验分析

6.2.1 实验设置

6.2.2 错误检测算法的性能

6.2.3 编解码开销

6.2.4 CARE的端对端性能

6.2.5 网络动态性的影响

6.2.6 多条802.15.4链路引入的影响

第7章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 未来工作

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢

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摘要

近年来,无线低功耗技术的发展使得无线传感网的到了广泛的应用。无线传感网络由大量低功耗、资源受限的传感器节点组成,典型的应用方式有环境保护、军事区域监控、桥梁健康度检测等。在无线传感网络中,节点之间的通信是不可靠的。特别是对于像802.15.4一样的低功耗网络,由于干扰、信号衰减、噪声的存在,传输过程中的数据包会发生损坏。
  本文在商业化的低功耗设备上,探索研究了在干扰存在的情况下,数据包错误发生的特征。进一步地,本文提出了一种基于RSSI的错误检测算法来分辨一个错误包发生错误的严重程度。基于该算法得出的错误程度评估,本文设计了一种动态自适应的编解码方案。该方案基于RS编码,根据错误程度评估选择合适的编码参数来优化网络的性能。
  本文的主要贡献与创新点如下:
  1.本文提出了一种能够准确估计数据包中错误比特数的检测算法,该算法基于收包过程中采集到的RSSI序列。
  2.本文设计了一种基于RS码的自适应编码方案。通过仔细选取相应的编码参数提升了网络性能。该方案在资源有限的低功耗节点上也运行良好。
  3.本文设计并实现了一个重传协议CARE,并且在商业化的低功耗设备上实施了多项实验。实验结果表明,CARE能够在高干扰的情况下提升网络的性能,同时在完美链路上也不会引入额外的开销。

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