基于TDMA技术的动态时隙跳频组网的研究

文章充分调研了截至目前跳频组网国内外的发展现状,并结合我国跳频电台对组网动态调整发送数据长度的实际需求,开展了一种基于TDMA技术的动态时隙跳频组网方式的研究,该跳频组网方式区别于时分多址固定时隙组网,能够使网内节点根据发送数据长度合理有效分配时隙地址,真正做到网络节点发送数据长度灵活可变,实现跳频电台根据数据长度动态分配时隙,合理减少了时隙地址浪费,有效提高整体数据传输速率。

宽带跳扩信号跳频时隙补偿机制研究

文章针对宽带跳频/扩频混合信号中,跳频时刻差异造成的残留相差产生机理进行分析,并提出了跳频时刻误差的搜索补偿机制。同时,针对扩频码周期与跳频时长之间的关系,分不同情况进行分析讨论,指出了各种情况下的误差补偿评判方法。并通过仿真证明了该方法的有效性。

利用跳频同步的Ad hoc网络时隙同步

本文针对采用跳频数传TDMA接入的Adhoc网络,提出了一种利用跳频同步来实现TDMA时隙同步的方案。考虑到时隙同步是为了使得各个节点的时隙基准对齐,并不需要保持节点之间具体时间一致,利用跳频同步采用分隔符对跳频帧的定位,对定位进行时延补偿后,可实现时间基准基本对齐。由于同步偏差的存在,通过设置保护带允许时隙的抖动来防止冲突发生。本文给出了具体的同步实现方案,并且与其他的Adhoc网络时隙同步方案进行了比较。仿真结果表明,该方案占用了较少的传输带宽,提高了效率,并且可以保证一定的同步精度。

基于跳频的认知无线电网络中的时隙优化策略

随着近几年无线通信技术的快速发展,无线电频谱资源越来越匮乏。认知无线电网络(CRN)由于可提高现有频谱资源的利用率,受到了广泛关注。针对传统的认知无线电网络中随机跳频交汇策略没有考虑信道碰撞和切换延迟的问题,提出了一种基于时隙ALOHA协议,融入了切换延迟的最优随机跳频交汇策略。首先,将整个交汇过程以时隙微分化,定义信道时长和切换时长时隙模型,并将跳频过程与ALOHA协议融合,给出策略交汇时长(TTR)的计算方法;然后,分步骤详细分析交汇策略的流程,根据联合概率推导出时隙期望关于信道数目、切换时延的公式;最后,根据求导和函数趋势图计算最低点,进而提出一种基于整数规化的时隙最优数目计算算法,以取得整体交汇策略的最优化。通过模拟实验考查了可用时隙数目和切换时延这两个重要参数,实验结果表明切换时延比可用信道数目对交汇效率的影响更大。此外,实验结果还表明:该策略在充分考虑时延的同时,总能以最优方式交汇,相比传统方式可大幅度地缩短平均交汇时间(ATTR),当时延的时隙数目不大于5时,ATTR整体上缩短了15%左右,这可促进节点快速交汇,进而加速节点信息交互,进一步提高现有频谱的利用率。

基于粗同步跳频规律的时隙头提取技术

战术数据链中,时分多址接入(Time Division Multiple Access,TDMA)技术具有良好的抗截获和抗干扰能力,组网灵活,因此得到广泛应用。针对侦察TDMA系统时需要确定时隙头位置(即时隙首脉冲到达时间)的问题,在对TDMA系统结构和时隙结构进行分析的基础上,研究时隙结构中粗同步部分32个脉冲存在的固有跳频规律,通过仿真分析提出了基于该跳频规律的时隙头提取方法,在脉冲丢失概率较高的情况下对该方法进行了蒙特卡罗仿真测试,仿真结果验证了算法的有效性,从而为后续的时隙分析奠定基础。

基于TDMA的跳频组网研究

跳频组网是跳频通信的关键技术,跳频组网的核心技术之一是跳频同步问题。对现有的跳频同步方案做了一些研究,分析了同步捕获与跟踪过程,给出了跳频同步仿真结果。跳频同步的完成是时分多址接入(TDMA)的前提,结合时隙同步方法和跳频同步技术,以IEEE802.11为基础对其不适用跳频电台组网的部分进行了部分改动,在此基础上研究了基于TDMA的跳频组网实现过程。该方法实现简单同步可靠对实践具有一定的指导意义。

组网跳频电台同步过程的设计及实现

将跳频同步和跳频组网技术结合起来达到系统同步是跳频通信的关键问题。为了提高同步过程的建立速度和稳定性,分析并比较了同步过程的实现方法,选择了适合的同步方法,并进一步设计了帧结构、组网时隙分配方法等关键技术。根据本跳频电台特有的时分多址接入(TDMA)组网协议,在FPGA上设计和实现了一套跳频电台的TDMA组网同步方案。在Quartus2上对其进行了仿真和分析,结果表明了该方案实现简单、同步快速可靠。

基于TDMA的跳频系统基带设计

基带设计是TDMA跳频系统的关键技术之一。根据TDMA跳频系统的设计要求,提出了一种基于TDMA的跳频系统基带设计方案,从工作原理、硬件设计、同步方式设计、同步频率设计等方面进行了讨论。最后,提出了一种TOD校正方案,并简要介绍了TDMA的时隙同步技术。

基于TDMA的Ad Hoc网络跳频组网的实现

跳频组网的核心技术之一是跳频同步问题。对现有的跳频同步方案做了一些改进,分析了时间信息TOD与同步头频率使用原理、同步头频率捕获过程、跳频同步与跟踪过程。时分多址接入(TDMA)的前提条件需要跳频同步的完成,结合时隙同步方法和跳频同步技术阐述了基于TDMA的Ad Hoc网络跳频组网的实现过程。

基于扩跳频相结合的TDMA信号同步干扰研究

针对电磁频谱资源日趋紧张、电子对抗异常激烈的严峻形势以及抗干扰在未来战争中的突出地位,在分析TDMA时隙同步信号的组成、形式、作用后,提出了扩频与跳频相结合TDMA的抗干扰措施,以保证信号传输的安全性.同时,为防止敌方截获我方通信内容,对扩跳频与TDMA信号同步相结合的时隙干扰进行了分析.通过侦察时隙同步信号、识别时隙同步段以及发送时隙同步干扰信号等步骤,增强信号的抗干扰能力.本抗干扰方法对相关干扰设备的研发具有一定的参考价值.

一种超短波信道跳频同步方法及仿真

同步是跳频通信系统关键技术之一。针对超短波跳频通信系统中同步的需求,提出了一种跳频同步方法,利用时间信息划分同步时隙,采用自同步头法并利用跳频同步信息中携带的相关码和TOD信息,实现准确、快速的初始同步。主要研究了跳频同步信息格式、跳频图案同步、跳频跟跳等问题,并对其同步性能进行了分析。仿真结果表明该跳频通信系统的初始同步时间能够满足需求,并且在高斯白噪声信道以及战术信道具备良好的捕获概率。

基于多波束卫星系统的跳波束技术研究

多波束卫星系统传统的固定资源分配方式缺乏足够的灵活性。文中在考虑多波束卫星系统各点波束业务需求多样性的基础上,基于全频率复用的“跳波束”技术,提出了一种灵活的资源分配方式。文中首先提出了两种不同的目标函数对资源进行优化,然后计算同频复用距离并引入新的约束机制以减轻同频干扰带来的性能下降,最后以最小同频率干扰为目标,结合时隙分配算法进行跳波束图案设计。仿真结果表明,相比于传统的分配方案,该方法能大大提高频谱利用率,使分配更能满足大容量动态需求。

基于TSCH模式的工业无线系统级芯片设计

当前商业无线芯片只能实现工业无线网络标准的通信功能,时隙调度和同步等功能必须依靠软件通过定时中断的方式实现,增加了开发难度,限制了WIA-PA等工业无线协议的推广和普及。针对该问题,设计一款支持TSCH模式物理层协议面向工业无线网络的系统级工业无线芯片WIASoC2400。该芯片以IEEE802.15.4e协议的TSCH模式为基础,基于ARM Cortex-M3内核,集成2.4 GHz WIA-PA无线通信模块,同时包含符合IEEE802.15.4-2006协议CCM~*模式安全规范的AES-128加/解密安全模块,可保证数据传输的安全性。仿真结果表明,WIASoC2400能够满足TSCH模式下通信的时隙同步精度和跳频要求,具有定时精确、处理速度快、实现简单等优点。

工业物联网应用中多时隙帧调度算法研究

研究工业物联网中延迟约束的多种采样周期数据调度问题,以降低数据传输过程中的功耗与延迟及增加网络容量为目标,提出基于负载的多时隙帧调度算法。利用快刷新率设备的优先调度策略,满足不同采样周期数据的实时性需求。采用图论中匹配和着色理论实现通信资源的确定性分配,解决网络中的干扰和冲突问题。仿真结果表明,该算法可在保证数据传输可靠性和实时性的基础上,充分利用有限的通信资源增加网络容量及降低功耗。

基于分布式时隙调度协议的战术互联网媒体访问控制技术

在分析现有移动无线网络TDMA时隙调度问题的基础上,根据战术互联网骨干网拓扑与业务需求,结合跳频电台的特点,提出了一种新的动态分布式TDMA时隙调度协议(DTSP),能够适应不同业务需求,支持单播、广播和组播。DTSP协议以无冲突的预留提高系统吞吐量,以渐增方式适应动态拓扑变化,动态调整的开销较小。最后,以DTSP时隙单播预留协议为例,进行了详细分析和复杂度计算。

基于信道评估的IEEE 802.15.4e TSCH快速接入方案

时隙信道跳频(TimeSlotted Channel Hopping,TSCH)是IEEE 802.15.4e标准中定义的接入行为技术之一。在TSCH模式下,想要加入网络的新节点需要侦听到包含网络信息的EBs,但是IEEE 802.15.4e标准没有给出与EBs相关的广播策略,而EBs的广播策略是新节点快速加入网络的关键性技术之一,目前学术界虽然提出了许多解决方案,但却十分依赖于网络密度,且没有考虑实际中的干扰。为此,文中主要研究了TSCH在存在严重干扰的环境下的网络的形成过程,提出了基于信道评估(HSJCE)的快速接入方案,通过设计一个新的时隙帧结构对信道质量进行评估排序,同时采用新的加入节点和同步器机制增加发送的EBs数量和选择质量最优的信道来发送和侦听EBs。实验数据及其分析充分表明,新的加入和同步机制大大增加了加入节点成功侦听到EBs的概率且不依赖网络密度,即使在严重拥堵的情况下,HSJCE也能提供较短的加入时间。

TSCH网络中基于自适应混合信道分配的快速传递方法

时隙信道跳频技术(time slotted channel hopping,TSCH)是IEEE 802.15.4e标准中定义的五大接入行为技术之一。研究表明,TSCH模式下单一的动静态信道分配的无线传感器网络具有较高的堵塞率,造成了不必要的能量浪费。为此,提出在TSCH模式下测量无线传感器网络的链路质量变化的方式采用自适应混合信道分配策略(AHCA),该策略对部分信道质量进行估计,决定节点是否要在此信道上传输,以及节点信息传输的最佳信道,根据传送信息量的大小变化对动静信道比例自适应调整的混合信道分配(hybrid channel allocation,HCA)方案,以减少能量消耗。在Contiki的Cooja平台上进行实验仿真,实验结果表明,在大多数情况下,该方案比单一的动态静态信道分配的无线传感器网络具有更短的传送时间和更低的堵塞率,对信道资源进行了更加合理有效的调节和测量及分析和使用,可以从根本上增加单位时间内无线传感器网络的信息传送量,得到延长无线传感器网络寿命的目的。

突发流量自适应的6TiSCH网络分布式PID调度

工业物联网络6TiSCH通过对时隙跳频模式和IPv6协议的引入,在支持海量节点接入、确定性可靠传输以及低功耗运行方面优势明显。虽然6TiSCH操作子层的定义为用户自定义调度策略提供了规范化的调度执行过程,但在实际应用中仍面临不同应用场景的上层调度函数(即决策实体)个性化设计的问题。本文将控制理论引入确定性工业无线网络的资源调度应用中,将分布式节点间通信资源调控抽象为闭环控制问题,结合经典比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制算法,阐述基于PID控制理念的6TiSCH网络资源调度原理,设计面向突发流量场景的6TiSCH网络分布式PID调度算法,构建突发流量友好的上层调度函数。基于OpenMote-B的6TiSCH网络平台实验表明,所提方法支持流量需求动态变化的节点间通信资源的自适应调度,尤其对多种类型突发流量可以快速响应。

保护时间对时隙跳频扩频多址通信系统误码率Pe的影响

本文介绍了一种时隙跳频扩频多址通信系统中Pe的计算方法，并就保护时间对系统误码率Pe的影响进行了研究。

IETF 6TiSCH工业物联网研究综述：标准、关键技术与平台

互联网工程任务组(IETF)正在制定一套基于IPv6的低功耗工业物联网协议栈6TiSCH,其主要应用于复杂的工业过程控制及自动化领域。IETF 6Ti SCH协议栈在网络层上引入IPv6协议,使得海量的物联网节点可以无缝接入互联网;在链路层引入了IEEE802.15.4e TSCH新协议,可以有效降低节点能耗和增强无线通信可靠性。OpenWSN开源项目提供了一套该协议栈完整实现的代码。对IETF 6TiSCH工业物联网的标准、关键技术与平台进行了系统总结。首先对其发展历程及现状进行了详细的介绍;接着分析了CoAP应用层协议、UDP传输层协议、IPv6网络层协议、IEEE802.15.4e链路层协议及其物理层标准协议;随后总结了其高精度时间同步、资源调度与安全等关键技术,并对其实现平台进行了深入剖析;最后对未来研究可能面临的挑战进行了展望。