实时协议数据通信应用论文提纲

论文题目：IEEE 802.15.4实时通信算法研究

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IEEE 802.15.4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IEEE 802.15.4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）IEEE 802.15.4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EGSA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IEEE 802.15.4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：IEEE 802.15.4;实时通信;GTS;CSMA/CA;无线传感网络

学科专业：信号与信息处理

摘要

Abstract

专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 静态算法

1.2.2 自适应算法

1.3 研究问题

1.4 研究内容与章节安排

第二章 IEEE 802.15.4 协议相关研究

2.1 IEEE 802.15.4 协议MAC层研究

2.2 CSMA/CA算法研究

2.3 GTS算法研究

2.4 本章小结

第三章 支持异构数据通信的实时带宽分配算法

3.1 问题描述

3.2 非周期实时带宽分配算法

3.2.1 算法介绍

3.2.2 算法详细分析

3.3 算法实现

3.4 性能分析

3.5 本章小结

第四章 优先级自适应CSMA/CA算法

4.1 问题描述

4.2 优先级自适应的CSMA/CA算法

4.2.1 算法介绍

4.2.2 算法详细分析

4.3 算法实现

4.4 性能分析

4.4.1 NS2仿真工具简介

4.4.2 仿真参数配置

4.4.3 仿真结果与分析

4.5 本章小结

第五章 算法传感平台验证

5.1 用于IEEE 802.15.4 协议验证平台

5.1.1 Imote2传感平台简介

5.1.2 Shimmer传感平台简介

5.1.3 TinyOS操作系统简介

5.2 GTS实时通信算法传感平台验证

5.2.1 实时通信算法简介

5.2.2 系统环境

5.2.3 性能分析

5.3 优先级自适应CSMA/CA算法传感平台验证

5.3.1 系统环境

5.3.2 算法实现

5.3.3 性能分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢