無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)中基于數(shù)據(jù)鏈路層增強(qiáng)的傳輸可靠性研究.pdf

1、隨著信息物理系統(tǒng)(CPS)產(chǎn)業(yè)的興起，在實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越關(guān)注CPS。在目前的TDMA調(diào)度協(xié)議中，它提供實(shí)時(shí)、高速、可預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸，能夠滿(mǎn)足對(duì)時(shí)間要求比較嚴(yán)格的工業(yè)需求，但是卻沒(méi)有明確的可靠性執(zhí)行機(jī)制。TDMA調(diào)度協(xié)議由于受到噪聲和其他干擾所造成的不受控制的數(shù)據(jù)包丟失，或者是遭受低效的通信信道使用，在可靠性上的性能表現(xiàn)上還有待于進(jìn)一步提高。目前的很多研究都是在犧牲數(shù)據(jù)傳輸速率的基礎(chǔ)上來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸具有嚴(yán)格

2、時(shí)間要求的控制應(yīng)用來(lái)說(shuō)顯然是無(wú)法接受的。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)中，感知信息傳輸速率和傳輸可靠性是控制系統(tǒng)至關(guān)重要的兩個(gè)目標(biāo)，用戶(hù)根據(jù)可靠的數(shù)據(jù)傳輸及時(shí)的作出決策。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中提高傳輸可靠性具有重大的研究意義。
　　本文在充分分析國(guó)內(nèi)外對(duì)TDMA調(diào)度機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，明確考慮了WiFi和非WiFi干擾源的干擾，并在TDMA調(diào)度協(xié)議的基礎(chǔ)上提出了兩套有效的解決方案。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新工作如下:
　　(1)基于現(xiàn)有的IEEE802.

3、11協(xié)議中的載波監(jiān)聽(tīng)碰撞避免(CSMA/CA)和停止等待協(xié)議，每個(gè)站之間通過(guò)相互競(jìng)爭(zhēng)的形式接入通信鏈路，不確定的延時(shí)，無(wú)法完成實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。針對(duì)此問(wèn)題，本文在現(xiàn)有的TDMA調(diào)度協(xié)議的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了可靠性的研究工作。結(jié)合Linux開(kāi)源的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)程序Ath9k和mac80211，添加定時(shí)器、信道接入控制、鏈路調(diào)度等自定義模塊，完成基于TDMA調(diào)度機(jī)制的數(shù)據(jù)鏈路層搭建，并在商用的IEEE802.11硬件上搭建實(shí)時(shí)WiFi平臺(tái)。
　

4、　(2)在TDMA調(diào)度協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出新的速率自適應(yīng)算法，在不同的信道條件下通過(guò)連續(xù)地接收或丟失ACK確認(rèn)幀來(lái)判定信道的條件，從而通過(guò)“S”搜索方案智能地調(diào)節(jié)不同的發(fā)送速率。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)行發(fā)送數(shù)據(jù)和探測(cè)可能勝過(guò)當(dāng)前速率的新數(shù)據(jù)速率，對(duì)探測(cè)到的傳輸質(zhì)量較好的新數(shù)據(jù)速率和現(xiàn)在使用的發(fā)送速率進(jìn)行對(duì)比，選擇其中最好的一項(xiàng)，最后進(jìn)行速率的切換。
　　(3)在速率自適應(yīng)和TDMA調(diào)度機(jī)制的基礎(chǔ)上，考慮在面對(duì)一般非WiFi干擾源時(shí)

5、如何提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。本文設(shè)計(jì)出了實(shí)時(shí)速率自適應(yīng)導(dǎo)出重試鏈算法，以及短周期的優(yōu)先調(diào)度算法。實(shí)時(shí)速率自適應(yīng)導(dǎo)出重試鏈算法用于導(dǎo)出在滿(mǎn)足投送成功率條件下的最小時(shí)間預(yù)算的重試鏈。在所有調(diào)度的鏈路中，每個(gè)鏈路都有自己的周期，采取短周期優(yōu)先調(diào)度，這樣短周期可以在整個(gè)調(diào)度期限中調(diào)度多次。在TDMA調(diào)度機(jī)制下，每個(gè)調(diào)度鏈路的數(shù)據(jù)發(fā)送不一定一次就能傳輸成功，可能需要多次，這樣在設(shè)置調(diào)度時(shí)隙時(shí)間的時(shí)候，要考慮多次重傳。在實(shí)時(shí)速率自適應(yīng)導(dǎo)出重試鏈算法，

6、以及短周期的優(yōu)先調(diào)度算法的基礎(chǔ)上結(jié)合時(shí)隙內(nèi)重傳以便在非WiFi干擾環(huán)境中提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?br>　　(4)在TDMA調(diào)度協(xié)議的基礎(chǔ)上，考慮在面對(duì)WiFi干擾源時(shí)如何提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在WiFi干擾的環(huán)境當(dāng)中，首先需要打開(kāi)TDMA調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的載波監(jiān)聽(tīng)碰撞避免(CSMA/CA)機(jī)制，這樣可以確保TDMA網(wǎng)絡(luò)與普通WiFi共存時(shí)可以相互偵聽(tīng)，避免不必要的碰撞。以及根據(jù)速率自適應(yīng)導(dǎo)出的重試鏈，如果重傳次數(shù)沒(méi)有全部使用，把剩余的未使用重傳