基于FPGA的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)（wireless mesh network, WMN）是一種與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)完全不同的新型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)基于呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布的眾多無(wú)線接入點(diǎn)間的相互合作和協(xié)同，具有寬帶高速和高頻譜效率的優(yōu)勢(shì)，具有動(dòng)態(tài)自組織、自配置、自維護(hù)等突出特點(diǎn)。在無(wú)線城市的構(gòu)建、軍隊(duì)和校園網(wǎng)絡(luò)等方面有著廣泛的應(yīng)用。Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)接入、資源調(diào)度和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理等。
　　本文所研究的內(nèi)容來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室和某研究所合作的

2、項(xiàng)目“海面寬帶Mesh移動(dòng)互聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與演示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)”。項(xiàng)目的目的是對(duì)Mesh網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理論進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可以應(yīng)用于海面環(huán)境的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)演示系統(tǒng)。海面通信環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，主要是進(jìn)行大量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，時(shí)隙調(diào)度要求快速穩(wěn)定，有保障。
　　基于上面的需求，論文對(duì)IEEE802.16 Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議進(jìn)行深入的研究和分析，主要包括協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)，幀結(jié)構(gòu)，時(shí)隙調(diào)度機(jī)制，節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)和同步過(guò)程和MAC PDU的格式

3、。對(duì)IEEE802.16 Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合項(xiàng)目對(duì)時(shí)隙調(diào)度快速穩(wěn)定的需求，對(duì)協(xié)議的時(shí)隙調(diào)度算法進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時(shí)為配合時(shí)隙調(diào)度算法的改變，對(duì)幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)，在入網(wǎng)和同步的過(guò)程中加入重新設(shè)計(jì)的算法，結(jié)合系統(tǒng)需要傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類(lèi)型對(duì)MAC層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit,PDU）的格式進(jìn)行設(shè)計(jì)。基于Xilinx FPGA的MicroBlaze軟核，對(duì)設(shè)計(jì)的協(xié)議方案進(jìn)行具體的協(xié)議實(shí)現(xiàn)，

4、介紹MAC層協(xié)議實(shí)現(xiàn)的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)給出了MAC層協(xié)議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的底層硬件電路圖和搭建底層硬件平臺(tái)所用到的IP核資源列表，然后對(duì)記錄節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)和全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)連通情況等信息的公共變量和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行說(shuō)明，接下來(lái)按照模塊化的思想把整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、與上位機(jī)交互子系統(tǒng)、入網(wǎng)和同步子系統(tǒng)、路由和轉(zhuǎn)發(fā)子系統(tǒng)、資源調(diào)度子系統(tǒng)、時(shí)基維護(hù)子系統(tǒng)和列表更新子系統(tǒng)共7個(gè)功能子系統(tǒng)，分別對(duì)各個(gè)功能子系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)說(shuō)明。在項(xiàng)

5、目Mesh網(wǎng)絡(luò)其他協(xié)議層實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，借助于項(xiàng)目中Mesh網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層軟件的圖形顯示界面驗(yàn)證和分析實(shí)現(xiàn)的Mesh網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議功能，把節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)和同步，時(shí)隙調(diào)度，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中MAC層一些必要的信息通過(guò)與上位機(jī)交互子系統(tǒng)傳輸?shù)絇C端應(yīng)用層進(jìn)行打印，根據(jù)打印的結(jié)果對(duì)協(xié)議功能進(jìn)行分析。經(jīng)過(guò)分析證明，系統(tǒng)運(yùn)行良好，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)和同步，時(shí)隙調(diào)度，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋?br>　　MAC層數(shù)據(jù)包的調(diào)度策略是保障服務(wù)質(zhì)量的重要舉措，對(duì)于該部分的