高性能UWB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、UWB網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已逐漸成為無(wú)線通信領(lǐng)域研究、開(kāi)發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，并被視為下一代無(wú)線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。無(wú)論采用哪種物理層技術(shù)，對(duì)于UWB網(wǎng)絡(luò)而言，鏈路層技術(shù)尚無(wú)統(tǒng)一解決方案，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ECMA-368雖然提出了MAC子層協(xié)議，但是LLC子層根本未涉及，針對(duì)UWB網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的特點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)一種優(yōu)化的涵蓋MAC和LLC子層的通信鏈路協(xié)議，新的協(xié)議既要保證UWB網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呖煽啃裕忠鉀Q節(jié)點(diǎn)節(jié)能省電的問(wèn)題，同時(shí)還要改善網(wǎng)絡(luò)吞吐率，且網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和開(kāi)銷

2、比較少，適用于UWB網(wǎng)絡(luò)多跳應(yīng)用場(chǎng)景，支持各式各樣、不斷變化的業(yè)務(wù)類型及其服務(wù)質(zhì)量。本論文正是在國(guó)家“十五”863計(jì)劃課題 “TDD系統(tǒng)高層協(xié)議自適應(yīng)鏈路和編譯碼設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（2003AA12331005）”（B3G第2期），國(guó)家“十一五”863計(jì)劃課題“UWB共性技術(shù)研究與驗(yàn)證系統(tǒng)研發(fā)（2009AA011202）”的資助下，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能UWB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)。
　　 本文在分析當(dāng)前UWB網(wǎng)絡(luò)和多跳網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上

3、，首先提出當(dāng)前UWB多跳網(wǎng)絡(luò)鏈路協(xié)議中需要解決的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)，然后提出我們重點(diǎn)要解決的問(wèn)題，即我們的總體研究目標(biāo)是在兼容ECMA-368MAC和PHY協(xié)議的基礎(chǔ)上，完成LLC子層協(xié)議的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高可靠性傳輸、高節(jié)能、高信道利用率以及高QoS保障。在總體研究目標(biāo)的指導(dǎo)下完成了UWB多跳網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型的構(gòu)建，包括改進(jìn)的MAC子層協(xié)議模型和創(chuàng)新的LLC子層協(xié)議模型，其中在B3G重大課題中已進(jìn)行性能驗(yàn)證的IP頭壓縮技術(shù)、TCP代理確認(rèn)以及部分

4、窗口多拒絕ARQ機(jī)制在特定UWB環(huán)境下，特別是UWB多跳環(huán)境下需要做進(jìn)一步的改進(jìn)。文章接下來(lái)將具體描述對(duì)這些技術(shù)的改進(jìn)措施。
　　 其一，在UWB多跳網(wǎng)絡(luò)中，為了節(jié)省成本和功耗，結(jié)點(diǎn)間需要采用多跳來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的中繼。在多跳條件下，為了保證多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量必須通過(guò)ARQ機(jī)制實(shí)現(xiàn)信息分組的可靠傳輸。多跳環(huán)境下的ARQ設(shè)計(jì)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的ARQ設(shè)計(jì)有很多不同特性，因此要設(shè)計(jì)多跳條件下ARQ機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高吞吐率、高確認(rèn)效率、低重傳率和低時(shí)

5、延以滿足多媒體業(yè)務(wù)要求。本文提出的UWB多跳網(wǎng)絡(luò)ARQ機(jī)制模型，綜合了創(chuàng)新的部分窗口多拒絕ARQ技術(shù)和中繼ARQ技術(shù)，既可以滿足上述設(shè)計(jì)目標(biāo)，又能很好地兼容ECMA-368標(biāo)準(zhǔn)中MAC和PHY協(xié)議。
　　 其二，UWB多跳網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備節(jié)點(diǎn)兼路由器和主機(jī)兩種功能，且大多節(jié)點(diǎn)采用電池供電，所以對(duì)于設(shè)備節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，省電是一個(gè)很重要的問(wèn)題。鑒于UWB多跳網(wǎng)絡(luò)的LLC子層采用了ARQ機(jī)制來(lái)保障TCP業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，而LLC子層ARQ確認(rèn)信息

6、和傳輸層TCP確認(rèn)信息具有冗余特性，所以可以在UWB網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)AP處根據(jù)LLC子層的ARQ信息和TCP連接的狀態(tài)跟蹤信息，代理接收節(jié)點(diǎn)生成到發(fā)送節(jié)點(diǎn)或者網(wǎng)關(guān)AP的TCP確認(rèn)報(bào)文段，使得接收節(jié)點(diǎn)可以過(guò)濾絕大部分的TCP確認(rèn)信息，減少節(jié)點(diǎn)之間多余信息傳輸，降低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備節(jié)點(diǎn)節(jié)能省電的目的，同時(shí)還可以解決TCP擁塞控制機(jī)制帶來(lái)的無(wú)線鏈路低吞吐率問(wèn)題。
　　 其三、UWB多跳網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)匯聚子層同時(shí)支持IPv4和IPv

7、6的匯聚，TCP頭、UDP頭和IP頭占用了大量的無(wú)線帶寬資源，因此需要研究高效的基于IPv4和IPv6的IP分組頭壓縮算法。高效的IPv4和IPv6的IP分組頭壓縮算法應(yīng)利用LLC子層已有的ARQ機(jī)制實(shí)現(xiàn)通信雙方的頭壓縮狀態(tài)信息表的一致性，這樣在一致性的狀態(tài)表保證下，TCP頭、UDP頭和IP頭更多的字段可以被壓縮，實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有頭壓縮算法更高的壓縮效率。
　　 綜上所述，本文以改善UWB網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能為主要出發(fā)點(diǎn)，充分考慮現(xiàn)有ECMA