多接口多信道（精选九篇）
多接口多信道 篇1
车载自组 网 (VANET)作为智能 交通系统 (ITS) 的重要组 成部分引 起了学术 界和工业 界的广泛 关注[1]。 且随着无 线射频收 发器硬件 成本的降 低 , 采用多射 频多信道 的车载自 组织网络 在未来具 有很大的 发展潜力 。 多接口VANET中一个关 键问题就 是频谱的 动态分配 。 对于车载 网络 , 美国联邦 通信委员 会 (FCC) 将5.850~5.925 GHz之间75 MHz的频段用 于车载通 信 , 其被分成7个子信道[2]。 通过对车 载自组网 中有限的 频谱资源 进行动态 分配 ,从而降低 了车辆节 点由于竞 争信道资 源而产生 的冲突 ,提高了车 载网络的 吞吐性能 ,因此 ,研究多接 口多信道VANET动态频谱 分配算法 具有重要 意义 。
1相关工作
车载自组 织网络拓 扑频繁变 化 , 导致固定 频谱分配 技术不能 用于车载 网络 。 于是人们 开始考虑 对频谱进 行动态分 配 。
文献[3]是一种集 中式频谱 分配方案 , 认为频谱 分配问题 就是寻求 在射频数 目受限的 前提条件 下最小化 网络干扰 函数的问 题 ,频谱分配 集中控制 设备可能 成为计算 瓶颈 ,且算法复 杂度高 ,在车载自 组网中难 以实现 。 文献 [4] 是一种集 中式频谱 分配方案 , 提出了CSGC算法 。 它是一种 以最大化 系统总带 宽为目标 的颜色敏 感图论着 色算法 。 但是实现 时迭代次 数多 ,且随着主 用户和次 用户数目 的增多导 致系统规 模增大 ,其分配效 率也会降 低 。 文献 [5]是一种分 布式频谱 分配方案 ,提出了RAND算法 。 它是一种 分布式随 机化算法 。 各用户对 其可用的 信道产生 一个随机 数 ,通过与其 他用户比 较随机数 大小而决 定信道的 分配 , 但是在系 统总带宽 性能上 , 较其他算 法差距较 大 。
本文针对 有限的频 谱资源中 车辆用户 抓住机会 使用空闲 信道问题 , 在图论着 色算法模 型的基础 上 , 提出了一 种基于信 道反馈的 动态频谱 分配算法 (Channel Feedback Spectrum Allocation , CFSA ) , 其是一种 分布式实 现的算法 ,有效解决 了上述三 种方案运 用在车载 自组网中 的不足之 处 ,经过仿真 分析 ,性能明显 优于上述 方案 。
2模型描述
动态频谱 分配问题 的基本出 发点是 : 在不影响 授权频段 的正常通 信下 ,具有认知 功能的无 线通信设 备可以按 照某种 “机会方式 ”接入授权 的频段范 围 ,并动态地 利用频谱 。 整个频谱 池又可划 分为若干 个子信道 。 图1描述了一 个瞬时的 频谱池 ,它反应了 车载自组 网中车辆 用户在某 一时段可 利用频谱 的特征 。
多接口车 载自组网 络拓扑结 构是动态 变化的 , 为方便算 法描述 ,作如下假 设 :
( 1 ) 上述频谱 池中可用 频谱被划 分成K个可用频 谱带 , 即K个信道 。 每个信道 的带宽和 传输范围 相同 , 且相互正 交 。
( 2 ) 系统中随 机分布着M个车辆节 点 , 对坌m , m ∈ M配备有不 同的射频 数目 , 令Mi表示节点i的射频数 目 , 系统中车 辆节点在 满足信道 分配规则 的前提下 ,可以同时 使用多个 信道K,且满足Mi≤K。
( 3 ) 对于需要 通信的车 辆节点 , 通信双方 必须各自 选择一个 射频接口 ,并且使双 方的射频 接口切换 到相同的 信道上 。
( 4 ) 本文不考 虑功率控 制因素 , 假设所有 的车辆用 户都使用 相同的功 率 ,且每个车 辆节点在 各个信道 上的干扰 半径相同 。
由于图的 着色算法 已经被广 泛地应用 于频谱的 动态分配 上 ,它是一种 成熟的模 型 。 因此图论 着色模型 的数学定 义可以由 距离矩阵 、空闲矩阵 、干扰矩阵 、有效分配 矩阵表示 。
矩阵D为距离矩 阵 ,用于描述 车载自组 网中车辆 节点之间 的距离 , 其是一个M×M矩阵 , 其定义如 式 (1) 所示 :
其中 ,dij为车辆节 点i与j之间的距 离 。
矩阵L为空闲矩 阵 ,其是一个M×K矩阵 ,表征信道 有效性 。 代表车辆 节点是否 可用该信 道 ,如果车辆 节点m可以用k信道 , 则lm , k= 1 , 否则lm , k= 0 。 如式 ( 2 ) 所示 :
矩阵B为干扰矩 阵 , 其是一个M×M×K矩阵 , 代表车辆 节点i和车辆节 点j在信道k上存在干 扰 。 如式(3) 所示 :
这些干扰 是特定的 ,两个车辆 节点在一 个信道上 是否相互 干扰取决 于它们之 间的距离 ,不代表在 另一个信 道上仍受 干扰 。
矩阵S为有效分 配矩阵 ,它是一个M×K矩阵 ,如果信道k分配给了 车辆节点m,则Sm , k= 1 , 否则Sm , k= 0 。 如式(4)所示 :
其中S满足所有 干扰矩阵 Λ 定义的限 制条件 ,Si , k+ Sj , k≤ 1 , 如果 λi , j , k= 1 , 当且仅当 坌i , j< M , k < K 。 可以知道 , 满足上述 条件的S矩阵很多 , 故令QM × K代表有效 频谱分配矩阵集 。
3动态频谱分配算法设计
车载自组 网中车辆 与车辆之 间的拓扑 变化很快 , 使得通信 链路不能 及时建立 。 而车辆节 点在选择 可用频段 时 ,必须有一 个衡量标 准作为选 择的依据 。 本文提出 的CFSA算法 , 根据信道 反馈的实 时性从而 实现频谱 合理有效 的分配 。
3.1车辆射频接口状态
所有车辆 节点的射 频数目是 不确定的 , 为了充分 利用频谱 资源 ,本文首先 为射频接 口定义了 三种状态 。
( 1 ) 忙状态 。 如果该射 频正在发 送业务 , 称该射频 在忙状态 。
( 2 ) 空闲状态 。 如果该射 频没有发 送业务 , 称该射频 处在空闲 状态 。
( 3 ) 假空闲状 态 。 如果一个 射频接口 正在发送 业务 , 但车辆节 点通过空 闲时的监 测得知该 射频当前 工作的信 道反馈值 小于设置 的信道反 馈阈值CFT (Channel Feedback Threshold ) , 而此时节 点又没有 其他空闲 的射频 , 为了保证 通信业务 的质量 , 假设该射 频目前处 于空闲状 态 。
3.2信道反馈
确定了车 辆节点的 射频接口 状态 , 为方便算 法描述 ,建立如下 结构 。
( 1 ) 将上述图 论模型的 数学描述 抽象成一 个无向图G = ( V , E , L1) , 如图2所示 。 其中 , V = { vm| m = 1 , … , M } 表示顶点的集合 ,每个顶点代表参与信道 分配的车辆用户 ,包括车辆 节点当前 可用信道 的集合 ;E={eij| i , j = 1 , … , M } 表示边的 集合 ,代表相邻 两个车辆 节点在某 一个信道k
上存在干 扰 。 因已假设 了各车辆 用户在各 个信道上 的干扰半 径相同 , 若车辆i,j的干扰范 围不出现 重叠 , 则eij= 0 , 否则eij= 1 ; 而L1表示车辆 顶点可选 信道颜色 的集合 , 每个可用 信道被看 作不同的 颜色 ,可选颜色 由信道有 效矩阵L决定 , 当且仅当lm , k= 1时 , 车辆节点 可以使用 当前被着 色的信道 。
( 2 ) 由于信道k在某一时 段可能被 不同的车 辆用户占 用 , 即一个信 道上的车 辆邻居数 目是不定 的 , 如果按照 文献 [3]中CSGC算法进行 频谱分配 ,就会增加 无线控制 信道的流 量 。 因此本文 考虑信道 反馈因素 ,定义了信 道反馈矩 阵 ,将可用信 道分配给 吞吐量利 用率最大 的车辆用 户 。
矩阵R为信道反 馈矩阵 ,它是一个M×K阶矩阵 ,用来描述 各车辆节 点在给定 的频谱分 配条件下 ,车辆用户 在可用信 道上所获 得的最大 通信容量 ,可以是最 大带宽或 者最大吞 吐量 。 其公式如 式(5)所示 :
信道反馈 矩阵R中各元素 的取值采 用文献 [6] 中的方法 进行计算 , 其目标就 是最大化 信道吞吐 量 , 其公式如 式(6)所示 :
其中bm , k表示车辆 用户m在信道k上能够产 生的最大 带宽 ,Cm , k为车辆用 户m在信道k上的邻居 数目 。 根据信道 反馈矩阵 的值 , 当信道吞 吐量最大 时 , 其信道k即为当前 车辆用户 选择的最 优信道 。
( 3 ) 针对车载 自组网的 时变特性 , 网络拓扑 和信道的 可用性均 随着时间 不停地变 化着 ,为了使每 个可用信 道的吞吐 量达到最 大 ,在频谱分 配时定义 了最大化 带宽准则 ,如式(7)所示 :
其中sm , k为有效分 配矩阵 ,bm , k为车辆用 户m在信道k上产生的 带宽 。
上述算法 的主要思 想是在满 足干扰条 件的前提 下 , 利用现有 的图论着 色模型 , 提出信道 反馈的概 念 , 让车辆用 户根据信 道反馈的 值来进行 信道选择 。 其目标就 是使车辆 用户最大 公平地接 入信道 ,获得最大 的带宽 。
3.3算法实现流程
算法的初 次分配流 程与文献 [3] 中CSGC算法类似 , 算法每次 迭代将选 出拥有最 大信道反 馈值的车 辆用户 , 其算法流 程图如图3所示 。
CFSA频谱分配 算法流程 图如图3所示 , 核心思想 就是优先 选出最有 价值的信 道分配给 车辆节点 ,即让吞吐量利用 率最大的 车辆用户 接入该信 道 。
4仿真与分析
为了验证 算法的有 效性 , 本文利用MATLAB对算法进 行仿真 , 并针对VANET网络中频 谱分配算 法的时间 开销 、系统最大 收益和其 他常用算 法进行比 较 。
4.1仿真场景
本文的模 拟场景是 在800 m×800 m的矩形区 域中随机 分布5~40个车辆节 点 , 车辆节点 均配备8个射频接 口 , 信道数为20, 车辆通信 半径为100 m, 干扰半径 为300 m , 具体仿真 参数如表1所示 。
4.2性能比较与结果分析
图4可以看出 , 当频谱数 量固定时 , 取k =20, 可以看出CSGC的时间开 销最大 , 并且随着 车辆节点 数量的增 多 , 本文提出 的CFSA算法在时 间开销上 明显小于CSGC算法和RAND算法 。 由于本文 提出的算 法是在CSGC算法初次 分配的基 础之上继 续分配 , 以兼顾系 统最大吞 吐量换取 了时间开 销的减少 , 图5表示CFSA算法在系 统总收益 上明显高 于CSGC算法和RAND算法 。
5结束语
本文提出 的一种基 于信道反 馈的动态 频谱分配 算法CFSA, 让车辆用 户根据反 馈矩阵的 值来最优 选择信道 , 解决了CSGC分配算法 只是针对 静态网络 的问题 , 最后对CFSA算法进行 了仿真和 分析 。 仿真结果 表明 , CFSA算法在兼 顾系统总 收益的基 础上减少 了时间开 销 , 降低了算 法运行的 迭代次数 , 显著提高 了网络的 性能 。
参考文献
[1]罗涛,王昊.车载无线通信网络及其应用[J].中兴通讯技术,2011,17(3):1-7.
[2]KAKARLA J,SATHYA S S.A survey and qualitative analysis of multi-channel MAC protocols for VANET[J].International Journal of Computer Applications,2012,38(6):38-42.
[3]SUBRAMANIAN A P,GUPTA H,DAS S.Minimum interference channel assignment in multi-radio wireless mesh netwoks[EB/OL].(2008-06-18)[2013-06-12].http://www.cs.sunysb.edu/~hgupta/ps/channel.pdf.
[4]Zheng Haitao,Peng Chunyi.Utilization and fairness in opportunistic spectrum access[C].IEEE International Conference on Communications(ICC),2006,11:555-576.
[5]WANG W,LIU X.List-Coloring based channel allocation for open-spectrum wireless networks[C].IEEE Communications Society Press,2005:690-694.
[6]ZHENG H,PENG C.Collaboration and fairness in oppor tunistic spectrum access[C].IEEE Communications Society Press,2005:3132-3136.
一种多协议串行通信接口的设计方法 篇2
摘要：文章对多种协议串行通信进行了分析与讨论，给合Linear公司生产的多协议串口芯片，针对传统串口通信实现中的问题以及实际的广域网串行通信的需求，提出了一种多协议串行接口的设计实现方法。
关键词：多协议串口通信;通信协议; 收发器;连接器; 多协议串口芯片 LTC1546/LTC1544
随着通信网技术的进一步发展，越来越多的互连网设备(如路由器、开关、网关、存取装置)中的串行接口在广域网(Wide Area Network)中被设计成能够支持多种物理接口协议或标准。广域网串行口协议包括RS-232，RS-449，EIA-530，V.35 ，V.36以及X.21等。图1所示是一个简单的串行通信接口示意图。由图可知，实现多协议串口通信的关键是将连接器送来的不同传输方式?平衡、非平衡?和不同电气信号通过收发器转换为终端能够识别并处理的、具有TTL电平的信号。
1 传统多协议通信的特点和问题
1.1 “子板”方式
广域网串口应用中的通用实现方法是为所需的每一种物理协议提供一个独立的子板。一个支持EIA-232，EIA-449及V.35协议的系统，通常需要三个独立的子板以及三个不同的连接器。这种方法由于每种协议要求配置一块子板，因此系统需要对PCB子板、收发器芯片、连接器等进行管理，这样既浪费资源，又会使管理工作复杂化。
(本网网收集整理)
1.2 通用连接器方式
为解决“子板”方式的缺点，可使用一块母板及通用连接器。一个母板上有多种收发器芯片，可以满足多串口协议的要求，并可共用一些通用器件，同时可减少资源的浪费。在配置中，应注意因连接器的管脚较少而带来的问题，较好的办法是根据信号而不是根据协议来分配管脚，即给每一个信号分配一个通用管脚，而不管其物理协议如何定义。如对EIA-232，EIA-449，EIA-530，V.35和V.36来说，其TxD信号可连至连接器相同的管脚。即SD?a?信号连接到管脚2，SD?b?信号连接到管脚14。然后利用这对管脚来描述所有协议的发送信号TxD。
这种方法同样也会带来一个问题，即所有收发器的I/O线至通用连接器的管脚必须彼此共用。例如，一个V.28驱动器芯片中的发送数据信号线的接连接器DB-25的管脚2;同时，一个V.11驱动器芯片中的发送数据信号线要接至连接器的管脚2和14;而V.35驱动器芯片中发送数据信号线也会接至连接器的管脚2和14。这样，通用连接器的管脚2将同时接有三根信号线，管脚14接有两根信号线。这样，在这一配置中，所有的驱动器都必须具有三态特性，以禁止不必要的输出。若收发器没有三态特性，则需要使用一个多路复用器来选择相应的输出端。由此带来的另一个问题是收发器在禁止使用时会产生漏电电流。如果选择了V.28协议，其输出电压理论值为15V。此时对于V.11协议的驱动器会被禁用，而处于三态时，其输出漏电电压就必须足够低，才能使得连在同一连接器管脚的V.28协议的驱动器信号不受影响。如果在发送器与接收器之间有隔断开关，则开关也要考虑漏电情况。
1.3 串口的DTE/DCE模式切换
DTE/DCE的`切换可通过选择不同的连接器转换电缆来实现，这样，在实现DTE/DCE转换时可最大程度地减小收发器的复杂性，但缺点是需要更换电缆，尤其是设备放置位置不便或DTE/DCE需要频繁切换时这一点尤为突出。
如果保持传输电缆不变，则可将收发器配置为两套以分别支持DTE、DCE方式。而将DTE收发器的驱动器输出与DCE收发器的接收器输入相连，而将接收器输入端与DCE收发器的驱动器输出相连。为了控制DTE或DCE方式，驱动器或接收器的输出必须为三态。当选择为DTE方式时，DCE芯片禁止，其驱动器和接收器处于三态，反之亦然。
该方法虽然解决了对电缆的频繁更换问题，但由于多用了一套收发器而使得设计成本大为提高，且串口板的体积也大了很多。
2 多协议串口通信的实现原理
传统设计中，针对某种协议通常应选择相应的收发芯片，如对于RS-232协议，常用DS-1488/DS-1489、MAX232或SP208等收发器芯片;而对于RS-449协议，则常使用SN75179B、MAX488、MAX490等收发器芯片。当同时使用RS-232、RS-422和V.35协议时，就需要多个收发器芯片来支持不同的协议。
现在，一些收发器的生产厂商研制出了多协议收发器芯片。Sipex是第一家生产出RS-232/ RS-422软件可选择协议芯片SP301的公司。这种芯片可将RS-232和RS-422收发器的电气特性综合到一个芯片中实现。其中SP50X系列产品最多可支持8种协议标准。其它生产厂家如Linear公司生产的LTC154x系列、LTC284x系列芯片也具有以上功能。用户可根据自己的需要选择适当的芯片。
图2为采用分立的收发器芯片与采用一片多协议收发器芯片实现多协议串口通信的通信卡。从图可知，前者实现的复杂度要远远大于后者，具体的性能比较如表1所列。
表1 两种方法实现串口通信的性能比较
分立器件板综合器件板供电电压+5V，-5V，+12V，-12V+5V所需收发器芯片数121支持的物理层协议RS-232，RS-422，RS-449，EIA-530，V.35，V.36RS-232，RS-422，RS-449，RS-485，EIA-530，EIA-530A，V.35,V.36协议选择方式跳线或开关软件或硬件(通过内部译码)串口板大小除了15个收发器芯片外还需其它硬件支持非常小功耗大约1W大约100mW～250mW
除此之外，与分立收发器芯片相比，多协议收发器对驱动器使能控制和对输出漏电电流的处理要容易得多。当通过软件或硬件方法选择某一协议时，驱动器和接收器的电气参数将调整至适当的大小，电路内部将自动控制驱动器的输出电平、接收器的输入门限、驱动器和接收器的阻抗值以及每一物理层协议的常用模式范围。
另外，由于外部网络终端对V.35的需求，使得与V.35收发器的连接不能象其它协议那么简单。当使用分立收发器芯片时，常常通过采用昂贵的继电器开关电阻在选择其它协议接口时将V.35网络终端断开，或者要求用户每选择一个新的接口标准就改变一次终端模块，这样既浪费资源又会使接口电路变得复杂，因而不是一种理想的实现方法。而多协议串口芯片则自动提供适当的终端和片上开关来符合V.10、V.11、V.28和V.35电气协议，从而解决了电缆终端转换问题。
3 基于LTC1546/44的多协议通信
为了说明多协议串口芯片的工作原理，现以Linear公司的LTC1546/1544芯片为例进行分析。
3.1 LTC1546/LTC1544的性能
LTC1546芯片是一个3驱动器/3接收器的收发器，其主要特点如下：
● 带有软件可选的收发器可支持RS232、RS449、EIA530、EIA530A、V.35、V.36和X.21协议?
● 可提供片上电缆终端?
● 与LTC1543引脚兼容?
● 与LTC1544配合可完成完整的DTE或DCE?
● 工作在5V单电源?
● 占位面积小。
LTC1544芯片是一个4驱动器/4接收器的收发器，其主要特点有：
● 软件可选的收发器支持RS232、RS449、EIA530、EIA530A、V.35、V.36和X.21协议?
● 采用LTC1344A作为软件可选的电缆终端?
● 采用LTC1543、LTC1544A或LTC1546可实现完整的DTE或DCE端口?
● 与LTC1543同样工作于5V单电源。
这两种芯片均采用28引线SSOP表面贴封装，图3所示为其引脚排列。
由LTC1546/ LTC1544可组成一套完整的软件可选择DTE或DCE接口，以应用于数据网络、信息业务单元?CSU?和数据业务单元(DSU)或数据路由器中，它支持多种协议，电缆终端可在片上提供，因此不再需要单独的终端设计。其中，LTC1546每个端口的一半用来产生和适当终止时钟和数据信号。LTC1544则用来产生控制信号及本地环路返回信号(Local Loop-back，LL)。接口协议通过模式选择引脚M0、M1和M2来决定，具体选择方式见表2。
表2 通信协议的模式选择
LTC1546模式名称M2M1M0DCE/DTED1D2D3R1R2R3未用(缺省V.11)0000V.11V.11V.11V.11V.11 RS530A0010V.11V.11ZV.11V.11V.11RS5300100V.11V.11ZV.11V.11V.11X.210110V.11V.11ZV.11V.11V.11V.351000V.35V.35ZV.35V.35V.35RS449/V.361010V.11V.11ZV.11V.11V.11V.28/RS2321100V.28V.28ZV.28V.28V.28无电缆1110ZZZZZZ未用(缺省V.11)0001V.11V.11V.11ZV.11V.11RS530A0011V.11V.11V.11ZV.11V.11RS5300101V.11V.11V.11ZV.11V.11X.210111V.11V.11V.11ZV.11V.11B.351001V.35V.35V.35ZV.35V.35RS449/V.361011V.11V.11V.11ZV.11V.11V.28/RS2321101V.28V.28V.28ZV.28V.28无电缆1111ZZZZZZ
由表2可知，如果将端口设置为V.35模式，模式选择引脚应当为M2=1，M1=0，M0=0。此时，对于控制信号，驱动器和接收器将工作在V.28(RS232)模式;而对于时钟和数据信号，驱动器和接收器将工作在V.35模式。
模式选择可通过控制电路?或利用跳线将模式引脚接至地或Vcc?来实现对引脚M0、M1和M2的控制，也可通过适当的接口电缆插入到连接器上实现外部选择控制。若选用后者，则当移开电缆时，全部模式引脚均不连接，即M0=M1=M2=1，此时LTC1546/ LTC1544进入无电缆模式。在这种模式中，LTC1546/1544的供电电流将下降到500μA以下，并且LTC1546/ LTC1544驱动器输出将被强制进入高阻状态。同时，LTC1546的R2和R3接收器应当分别用103Ω端接，而LTC1546和LTC1544上的其它接收器则应通过30kΩ电阻接到地。
通过DCE/DTE引脚可使能LTC1546中的驱动器3/接收器1、LTC1544中的驱动器3/接收器1和驱动器4/接收器4;LTC1544中的INVERT信号对驱动器4/接收器4起使能作用。可以通过下面两种方法中的一种将LTC1546/LTC1544设置为DTE或DCE工作模式：一种是将专门配有适当极性的连接器接至DTE或DCE端;另一种是通过专用DTE电缆或专用DCE电缆发送信号给LTC1546/LTC1544，同时使用一个连接器构成一种既适合DTE又适合DCE的工作模式。
3.2 典型应用
图4为一个带有DB-25连接器端口并可被设置为DTE或DCE工作模式的多协议串口通信电路，图中LTC1546/LTC1544芯片一边与连接器相连，另一边接至HDLC芯片，M0、M1、M2及DCE/DTE引脚接至EPLD硬件控制电路以实现对通信协议和工作模式的选择。其中DTE或DCE工作模式需要连接对应的电缆以保证正确的信号发送。例如，在DTE模式中，TxD信号通过LTC1546的驱动器1发送到引脚2和14。在DCE模式中，驱动器则将RxD信号发送到引脚2和14。
图4中，LTC1546采用一个内部容性充电泵来满足VDD和VEE。其中，VDD为符合V.28的正电源电压端，该端应连接一只1F的电容到地;VEE为负电源电压端。一个电压倍增器在VDD上将产生大约8V电压，而电压反相器则将在VEE上产生大约-7.5V的电压。四只1μF电容均为表面贴装的钽或陶瓷电容，VEE端的电容最小应为3.3μF。所有电容耐压均应为16V，同时应尽可能放置在LTC1546的附近以减少EMI干扰。
图4 用LTC1546/LTC1544芯片实现多协议串口通信(DTE/DCE可选)
在V.35模式中，LTC1546中的开关S1和S2将导通，同时应连接一个T型网络阻抗，以将接收器的30kΩ输入阻抗与T网络终端并联起来，但不会显著影响总输入阻抗，因此对于用户来说，这种模式下的电路设计与其它模式下完全相同。
由于LTC1546是3驱动器/3接收器的收发器，LTC1546是4驱动器/4接收器的收发器，所以如果同时采用RL、LL和TM信号，则LTC1546/LTC1544就没有足够的驱动器和接收器。因此，可用LTC1545来替换LTC1544。LTC1545为5驱动器/5接收器的收发器，它能够处理多个可选的控制信号，如TM和RL。
所有LTC1546/LTC1544接收器在全部模式下都具有失效保护功能。如果接收器输入浮置或通过一个终端电阻短接在一起，那么，接收器的输出将永远被强制为一个逻辑高电平。
4 结束语
多出来的紫色SATA接口 篇3
P965主板配套的ICH8(R)-南桥不支持原生的IDE接口，因此许多厂商都推出了第三方桥接芯片的方案。你购买的这块主板使用的是一颗技嘉与JMicron合作生产的Gigabyte SATA2芯片(实际型号：JMB363)，提供一组IDB接口和两个SATA接口(紫色的)。使用紫色接口不会在性能上造成影响，不过用户要记得在操作系统中安装JMB363芯片的驱动程序。
移动硬盘无法识别
我的索尼VGN-N17C/W笔记本无法识别新买的移动硬盘。请问这是什么原因?
这应该是移动硬盘所需要的电流超过笔记本电脑提供的最大电流引起的，标准的USB接口提供的最大电流是500MA，如果移动硬盘所需电流超过这一数值，那么就会出现无法识别的情况。建议采用单独对移动硬盘供电的方式工作，或者再连接一个uSB接口加强电流。
优盘容量变小
为什么我的512MB容量的优盘，在系统中仅仅认作489MB，
一般来说，Windows操作系统所规划的是二进制的计算方式，即1MB=1024KB，而Flash Memory容量在ControllerIC的运算方式中是采用十进制的，所以1MB=1000KB。两种计算方式的差异导致了我们在Windows系统中看到的优盘容量比盘体标明的容量“少”。
什么是Beta版
在下载BIOS、显卡驱动时，常常会找到Beta版，请问什么是Beta版?
驱动程序、BIOS发布之前都会有很多的测试版本，也叫做Beta版，与此对应的还有α版(A1pha版)。α版通常是软件开发商内部自行测试的版本，而D版则是公开发布让用户来进行测试的版本，它实际上与正式发布的驱动程序、BIOS已经非常接近了，因此我们可以放心地下载使用。
8Pin处理器辅助供电接口的问题
新购买了一块英特尔975X芯片组的主板，发现给CPU辅助供电的是一个8Pin的插座，而我的电源上只有一个4Pin的对应插头，请问这根4Pin的供电线能满足处理器的供电要求吗?另外，4Pin的插头怎样插在8Pin的接口上?
这种8Pin辅助插座目的是加强多路(通常是2个)处理器的供电。主板厂商将这种插座引用到975主板上的本意是加强高端处理器的供电设计，但是从实际应用来看，用户手中的处理器根本用不到这种设计，4Pin的供电线已经足够了。有些主板会在出厂时将多余的4Pin用黑色橡胶塞给封住，此时只要插露出来的4Pin即可，而有些主板上则没有，这时要注意插头和插座上的防保设计(仔细观察会发现8Pin插座中的左边4Pin和右边4Pin针脚形状是不一样的)，切莫使用蛮力。
如何实现歌词同步显示
我的昂达VX939 MP3如何同步显示歌词?首先下载或制作LRC格式的歌词文件，并将歌词文件保存为与MP3歌曲文件相同的文件名。接着将LRC格式的歌词文件与MP3歌曲文件存放在同一文件夹下。在MP3播放状态下，长按M键将切换到歌词显示界面。最后在显示歌词信息的状态下，短按M键，将退出歌词显示状态，屏幕将显示MP3歌名或歌曲信息。
读卡器不能被系统识别
我用的是Windows XP系统，我新买了一个读卡器，接上电脑后系统显示“无法识别USB设备”。不知道是什么原因?
如果读卡器自身没有任何故障，那有可能就是因为USB接口的驱动没有正常安装。通常在装完操作系统后都需要安装主板的驱动补丁，这样才能确保主板的USB接口等设备正常工作。因此建议你重新安装主板的驱动补丁。
主板无法检测CPU温度
我的处理器是AMD Athlon 2 3800+，主板是七彩虹C51，双通道DDR2 667。开机进入BIOS时发现处理器温度为O。请问这是什么原因?
多接口多信道 篇4
无线mesh网络自组织、自配置、自治愈、高容量、高速率、低功耗和低成本的特点确定了WMN的光明前景。但目前大多数WMN的路由协议都是采用IETF MANET工作组为ad hoc网络制定的协议, WMN路由协议还没有正式的路由协议标准, 不利于无线mesh技术的应用和推广。因此, 在研究现有路由协议的基础上, 寻求一种高效的WMN路由协议, 对于WMN的发展具有重要的意义。
2 无线mesh网络路由协议
在WMN路由协议的设计中必须考虑其特殊性, 如路由技术、移动性、能量约束、业务类型、QoS保证等诸多因素。路由技术在提升无线Mesh网络性能方面扮演至关重要的角色, 而路由判据的设计在路由协议的研究中占据至关重要的地位。
2.1 无线mesh网络多信道路由协议
多信道的路由协议总体上可以分为单电台多信道路由协议和多电台多信道路由协议。
单电台多信道路由协议是每个节点只配置一个收发装置, 通过信道切换使节点分时工作在不同的信道上, 提高了频谱利用率并且减少了节点间干扰, 但信道切换需要时间较长。具有代表性的单电台多信道路由协议有:CGSR、MCRP等。
多电台多信道路由协议是为每个节点配置多个电台接口, 每个接口使用有效的信道分配算法工作于不同的信道上, 使每个节点能够同时接收发送数据。具有代表性的多电台多信道路由协议有:MR-LQSR、MCR、AODV-MR等。
2.2 无线mesh网络的路由判据
路由判据是WMN选择路由的标准, 是获得高性能路由的基础, 是路由协议设计的一个关键要素。目前单一衡量尺度的路由判据主要有跳数、ETX、ETT等。但单一的衡量尺度不能完全反映链路的状况, 尤其是在多信道环境中, 单一判据选择的路由不一定是最优的。于是出现了多尺度的路由判据, 如WCETT[1]等。
3 多信道路由协议AODV-MR
AODV-MR[2] (Multi-Radio AODV) 能够有效地利用增加的频谱, 仿真证明AODV-MR在吞吐量、包损失率、延时等方面明显优于单电台的AODV。但是AODV-MR路由协议仅仅考虑了路径长度, 而没有考虑链路的质量和同信道间干扰, 寻找的路径不是最优的。并且AODV-MR路由协议没有动态地保持网络负载均衡的机制, 不均衡的负载会使网络中的某些节点成为网络热点, 造成网络拥塞, 大大降低网络性能。所以, AODV-MR路由协议的不足将做进一步的研究。
4 多电台路由协议OMAR
4.1 路由判据MOWCETT
WCETT路由判据引入了ETT, 通过最大化信道差异性尽可能地减小流内干扰, 利用一个可调因子β在吞吐量和时延间取得加权平均, 但WCETT路由判据忽略了流间干扰对网络吞吐量的影响。而流间干扰的大小取决于干扰范围内节点的个数以及干扰节点的通信量和传输速率。改进的路由判据MOWCETT (Modified WCETT) 用干扰节点的IFQ[3] (节点接口处缓冲包的队列长度) 、Rate (节点接口处的传输速率) 参数来衡量流间干扰的大小。
在无线mesh网络中, MAC层也是采用CSMA/CD (载波侦听多路访问/冲突检测) 机制。因此, 包的传输延时不仅取决于当前节点的通信负载, 还取决于邻节点的通信负载。在描述流间干扰时, 直接对其大小进行计算比较复杂, 所以可以通过描述邻节点的通信负载来分析流间干扰的对链路造成的影响。
首先计算接入信道i的干扰节点w的拥塞水平CLwi
其中, Ratewi是接入信道i的干扰节点w接口处的传输速率。IFQwi是接入信道i的干扰节点w接口处缓冲包的队列长度。CLwi反映了节点w接口处的拥塞水平。
Li是节点u和v间使用信道i的链路。使用信道i的节点u和v的邻节点竞争接入信道, 链路Li的干扰通信负载值依赖于节点u和v的邻节点的拥塞水平, 链路Li的干扰通信负载值为N (Li) 为:
其中, Ni (u) 、Ni (v) 是节点u、v的干扰邻节点的集合 (只有在节点u、v的可以侦听的范围内并且也接入信道i的节点才是节点u、v的干扰节点) 。
链路Li的通信负载Load (Li) (链路判据) 为:
链路Li的通信负载取决于链路Li的ETT和链路Li的干扰通信负载值N (Li) 。其中N (Li) 体现了对链路Li的流间干扰。
为了利用信道多样性, 找到流内干扰最小的路径, 定义LL (j) 如下。路径是使用信道ik的第k条链路。路径p上所有使用信道j的链路的通信负载LL (j) 为:
路径p的判据MOWCETT为:
其中, m是路径p上使用的正交信道的数目。从以上计算过程中可以看到, 计算LL (j) 时, 考虑了流间干扰和负载水平。公式5的第一项反映了路径p的时延, 第二项反映了路径p的总吞吐量 (路径的总吞吐量受限于瓶颈信道) , 也表明了尽量选择信道差异化大的路径 (减小流间干扰) 。β是一个可调因子, β满足0≤β≤1。路由判据MOWCETT利用β在延时和吞吐量之间取得平衡。
4.2 动态负载均衡机制
根据4.1节提出的路由判据MOWCETT, 能够选择端到端延时较小, 吞吐量大, 负载较小的路径。根据路由判据选择的路径在路由发现时性能是最佳的, 然而在路由的生存时间内可能发生变化。由于通信负载, 链路质量或者干扰的变化等因素的影响使网络资源的重新分布, 那么有可能使活跃路径上的某一节点负载过重, 造成网络拥塞, 延迟直线上升, 以及部分数据包的丢失。
于是本节引入动态负载均衡机制, 避免节点负载过重, 成为拥塞节点。动态负载均衡机制的具体过程如下:
(1) 每个节点周期性地检验其每个接口处的IFQ值, 并利用Hello报文获得邻居节点与该节点工作于同一信道的接口处的IFQ值。
(2) 计算门限值Thr。
首先根据公式6计算节点传输范围内的负载平均值avg_IFQ。
其中, IFQui是节点u接入信道i的接口处缓冲包数量, IFQpi是节点u的邻节点接入信道i的接口处缓冲包数量, n是邻居节点的数目。
(3) 判断节点的接口处是否负载过重。
将IFQui与Thr相比较:若IFQui
5 OMAR协议性能的评估
5.1 仿真环境
采用NS2[4]网络仿真工具, 搭建仿真环境。MAC层采用IEEE802.11a协议, 采用CSMA/CA技术传输数据包。
仿真中的参数设置如表1。
表1仿真参数
5.2 仿真结果与分析
5.2.1 环境1:变化的mesh路由器的电台数目
在环境1中, 网络中包括20个CBR流, 改变每个mesh路由器的电台数目 (1个电台～5个电台) , 评估路由协议的性能。
图1横坐标表示电台数目, 纵坐标表示端到端时延。随着电台数目的增加, 各个协议的端到端时延都迅速地降低。当使用1个电台, OMAR的端到端时延比AODV-MR减少了44%, 比AODV-WCETT减少了29%;当使用3个电台, OMAR的端到端时延比AODV-MR减少了70%, 比AODV-WCETT减少了20%。这是因为OMAR协议倾向于选择传输速率快的链路。
图2横坐标表示电台数目, 纵坐标表示总吞吐量。随着电台数目的增加, 各个协议的总吞吐量也随着增加。OMAR协议的总吞吐量明显高于AODV-MR、AODV-WCETT。可见, 使用MOWCETT判据和动态负载均衡机制能够提高网络的吞吐量。当电台数目超过4个时, OMAR协议的性能和其它协议相比优势不明显。这是由于在试验环境中, 4个正交信道已经能够提供足够的容量和信道的多样性。
4.2.2环境2:变化的网络通信负载
在环境2中, 分别为mesh路由器配置3个电台接口, 改变CBR流的数目 (10～50) 。
图3横坐标表示网络负载, 纵坐标表示端到端时延。随着网络负载的增加, 各个协议的端到端时延也随着增加。当CBR流的数目在10～30时, AODV-WCETT的端到端时延略高于OMAR, 但当CBR流的数目在30～40时, AODV-WCETT的端到端时延跟OMAR相当, 甚至在CBR流数目达到40以上时, OMAR的端到端延时高于了AODV-WCETT。这是因为计算时延只统计了传送成功的包。在高负载情况下, OMAR协议使通信流量能够均匀地分配到各个节点上, 减小了数据丢失率, 由于要传输更多的数据包, 相应地时延也增加。
图4横坐标表示网络负载, 纵坐标表示总吞吐量。随着网络负载的增加, 各个协议的总吞吐量也随着增加。OMAR的总吞吐量的增加速度高于其它两个, 并且在网络负载较重时, 其优势更加明显。这是因为OMAR协议的路由判据MOWCETT综合考虑了链路的流间干扰和流内干扰、负载、传输速率和丢包率, 还引入了一个动态的负载均衡机制, 避免了网络热点和拥塞, 比AODV-MR、AODV-WCETT路由协议性能更佳。
5结束语
OMAR路由协议在多信道多电台无线mesh网络的端到端时延、总吞吐量方面得到了改善。同时采用了动态负载均衡机制, 避免了活跃路径上的节点成为瓶颈节点。而在仿真中采用的是静态的信道分配算法, 为了更好地利用信道频谱资源, 将研究适应于动态信道分配算法的OMAR路由协议。
摘要：针对多电台多信道无线mesh网络中AODV-MR路由判据是基于最小跳数, 并且缺乏动态的负载均衡机制, 不能选择和维护高性能的路由。针对以上不足, 考虑无线链路传输速率、包损失率、流干扰以及通信负载, 引入多尺度衡量路由判据MOWCETT和动态负载均衡机制, 提出一种改进路由协议—OMAR。利用NS2仿真平台, 仿真结果表明OMAR路由协议使路由性能得到改善。
关键词：无线mesh网络,多电台多信道,路由协议,路由判据
参考文献
[1]R.Draves, J.Padhye, and B.Zill, Routing in Multi-Radio, Multi-Hop Wireless Mesh Networks, in MobiCom'04:Proceedings of the10th annual international conference on Mobile computing and networking Philadelphia, PA, USA:ACM Press, 2004, pp.114-128.
[2]A.A.Pirzada, M.Portmann, and J.Indulska, Evaluation of multi-radio extensions to AODV for wireless mesh networks, in Proc.of ACM MobiWAC, Oct.2006.
[3]Y.Yuan, H.Chen, and M.Jia, An adaptive load-balancing approach for ad hoc networks, in Proceedings of the International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, vol.2, 2005, pp.743-746.
多信道数据传输技术分析 篇5
1.1工作的原理
关于LVDS的工作原理主要是其自身的驱动器是由一个恒流源驱动进行的, 此类驱动通常是在3.5毫安左右, 随后组成了一对差分信号。有较高的一个直流输入的阻抗连接在接收端口处, 此处基本不会有电流消耗产生, 因而在100终端电阻中会流经所有的驱动电流, 并且有350mv的电压会在接收器的输入端口产生。当处于反转阶段的驱动时, 会使电流在流经电阻时的方向发生改变, 此时就会有有效的一个“I”或“O”的逻辑状态产生在接收端。
1.2技术特点
现行的LVDS技术为什么能够将物理层的接口瓶颈破除掉, 主要是因为其所具有的多方面优点所发挥出的作用, 如:成本、速度以及EML/噪音功耗等。
1、关于高速传输的能力分析。
通过LVDS技术的作用, 输出了恒流源式的低摆幅, 而这也就意味着LVDS能够发生高速驱动, 如:对于点与点之间的连接, 其能够达到800Mbps的传输速率;对于使用到多点互连的FR4背板的, 其所携带的负载插入总线的是十块卡, 因而其能够达到400Mbps的传输速率。
2、低电磁或低噪音的干扰。
在低摆幅差分信号中存在着LVDS信号, 正如我们所知, 较之于单线数据传输而言, 查分数据传输的方式能够发挥出更强的抵抗能力来处理共模输入的噪声, 电流在两条信号线上的电压振幅和方向是相反的, 因而在共模方式的借助下, 噪声能够在两条线上同时耦合。然而, 两个信号之间的差值是接收端最为关注的, 此时极容易注销噪声。由于存在于两条信号线之间的电磁场极容易相互被抵消, 因而可以说电磁辐射在电信号线上的传输较小。另外, 切换尖锋信号和振铃的现象不容易在恒流源驱动模式中产生, 这就要求我们需要持续将噪声降低。
二、关于LVDS技术的应用分析
2.1设计PCB板的差分布线
无论是宽边的带状线、侧耦合微带线, 还是侧耦合的带状线都能够被看作是良好的差分线。在实际工作情况的遵照下, 笔者更倾向于选择侧耦合微带线。
1、通过微波传输线理论的应用, 能够将差分阻抗的Zdiff设计出来, 或者在某些方程的利用下将相关的差分阻抗设计出来。差分线在分布时需要根据离开的IC状态进行, 尽可能的将两者衔接在一起走线布置, 具有良好磁场抵消能力的说明其布线位置越靠近, 这样有利于将反射消除, 从而确保噪声是在共模的方式下进行耦合的。自动布线的功能是不能够满足差分布线的, 因而需要对一对差分线长度进行匹配, 在保障各组差分线间隔线时间的情况下, 还需要保证较少的线上过孔。为了避免有连续阻抗的情况出现, 必须防止九十度转弯现象的出现, 一般情况下, 我们都会使用到四十五度的斜线或弧线进行替换。
2、设计PCB板。在实际的工作中, 大多会使用到四层以上的PCB板, 这样做的目的是为了分层布局处理电源、LVDS信号、TTL信号以及地等, 在将设计构思付诸到实际工作中时, 为了尽可能的满足要求需要使用到八层板。隔离处理较陡的TTL/CMOS信号和LVDS信号, 最好在不同的层面上安置它们, 以便于在最后能够分开处理地层和电源层。在接插件的位置尽可能的布置上接收器和发送器, 因为在连线长度越短其所取得的效果越好这一原则的遵循之下, 能够确保板上的噪声是不会在差分线上被带入的, 并且能够有效的将电缆线和电路板之间EML交叉的干扰影响避免掉。在每一个旁路的LVDS的器件上, 都有分布式散装的表贴电容或电容存在, 我们在安装时需要尽可能的将它们向地线和电源的引脚处靠近。当将较宽的布线应用在地线和电源位置时, 就必须保证地线的PCB之间的线路是又短又宽的。
2.2选择接插件和电缆
笔者根据自身多年的工作经验发现, 在实际应用中双绞线平衡式的电缆是选择最多的, 在选择以后会屏蔽处理外层, 待标准的连接器发挥出接插件的作用时, 需要在连接器的位置对差分信号进行处理, 大多是在一行里面较为靠近两个连接口的位置进行连接处理。
总结:综上所述, 较之于传统的RS-485/232/422而言, 现代化的LVDS数据传输的标准化系统其优越性更加明显。当LVDS技术应用在雷达系统中时, 需要在规定的时间段内将数据传输的操作完成, 以便将系统设计的复杂性降低, 不进一步提高其在整个运行工作中的低电磁辐射、低噪音、稳定性以及安全性。
参考文献
[1]温景容.无线自组网MAC层及相关技术研究[D].北京邮电大学, 2013.
[2]史春光.无线Ad Hoc网络跨层协同和多信道MAC协议研究[D].国防科学技术大学, 2013.
[3]秦绍华.无线传感器网络多信道通信技术的研究[D].山东大学, 2014.
无线多接入信道的能量极限分析 篇6
绿色通信涉及的范围非常之广, 从技术角度主要包括网络节能、基站节能和终端节能。本文主要考虑终端的节能通信。对于一个移动终端, 无线通信单元消耗了绝大部分的能量。因此, 通信能耗的下降对于降低终端整体能耗, 提升电池续航能力具有至关重要的意义。而终端的通信能量大部分消耗在上行传输, 因此, 我们聚焦无线多接入信道上的能效优先传输技术, 从用户调度、信道分配、功率分配和分组映射等技术角度出发, 对传统谱效优先的设计思想和准则进行重新审视, 提出以能量效率为优化目标的新型用户调度和资源分配技术。
一、高斯多接入信道能效与谱效关系
高斯多接入信道的容量区问题已经得到解决, 揭示了多用户在独立功率约束下使用同一信道同时向目的节点发送信息时发射速率之间的约束关系, 另一方面, 对于单用户信道, 香农提出了其能量效率与频谱效率之间的折中关系, 并且给出了的能效极限。
根据定义的信道能效区概念, 是在给定信道频率效率的前提下, 信道能量效率的取值范围 (单用户) 或能量效率的可达区域 (多用户) 。多用户信道中, 能效区可用M维矢量表示, 与频率效率的概念相对应, 能量效率必然为多用户之间的一个约束, 不仅如此, 还应该是M用户频率效率之间的约束的约束。与信道容量区 (也就是频效区) 一样, 我们也许可以类比能效区一些可能的概念。
1.1单用户信道
对于单用户的高斯信道, 能效区的表达式及其取值范围为:
考虑到高斯信道的频率效率取值范围 (0, +∞) , 并且上一不等式的单调性, 可以得到单用户高斯信道的能量效率取值范围为 (0, 1.443) , 即发送1个bit至少需要0.692单位能量。
1.2多用户信道
单用户信道能效与谱效之间的简单函数关系不能直接推广到多接入信道, 原因在于多接入信道中各用户的发射速率即频谱效率受到相互制约。多接入信道的能效和谱效将不再是简单的标量, 分别为多维矢量中的元素分别代表各用户的能效和谱效。蕴涵着丰富的折中关系:各用户的频谱效率约束关系、多接入信道的“能效区”、多接入信道能效和谱效之间的折中关系。
对于多接入信道 (具有独立消息的高斯无记忆下) , 以两用户的多接入信道为例, 定义, 代表用户i的能量效率, , 为用户i的频谱效率, 则可以写出约束关系为:
两条曲线构成的两用户多接入信道的“能效区”为图1所示的区域。
二、能效分配
得到能效区函数以后我们要考虑在实际中如何选两用户能效的分配, 这里有两种衡量方式, 一种是两用的能效和, 一种是能效积, 我们分别考虑:
(1) 两用户能效区能效和最大点
构造一个优化的函数
(2) 两用户能效区能效积最大点
构造一个优化函数
对于两用户多接入信道能效区, 分两段考虑
在第一段上,
在第二段 (双曲线) 上,
三、结束语
本文主要进行理论层面的推导, 探讨在上行传输中各个用户传输1比特信息所需要的最少能量问题。并基于三个关键问题:
(1) 高斯多接入信道的能效区理论;
(2) 高斯多接入信道的能效和谱效折中关系;
(3) 高斯多接入信道的能效极限问题。
在得到理论层面的结果后, 可以进一步在技术层面提出多接入系统能效优先的用户调度和资源分配技术, 通过数学优化理论的方法建立电路能好模型, 并最终得到优化算法。
摘要：能效优先的传输理论和技术对于下一代无线网络的设计具有重要的意义。本项目应用多用户信息论, 研究无线多接入信道能效与谱效之间的折中关系, 及其能量效率极限等理论问题。本项目将从理论上研究多接入信道的能量极限, 从而提升移动终端电池的续航能力, 增强用户体验, 为下一代绿色无线通信系统的设计提供新思想、新技术和新方法。
关键词：无线多接入信道,能量效率极限,绿色无线通信系统
参考文献
[1]Z.Hasan, H.Boostanimehr, V.K Bhargava, “Green Cellular Networks:A Survey, Some Research Issues and Challenges, ”IEEE Communications Survey&Tutorial, vol.13, no.4, Fourth Quarter, 2011.
[2]Y.Chen, S.Zhang, S.Xu, and G.Y.Li, “Fundamental tradeoffs on green wireless networks, ”IEEE Communications Magazine, vol.49, no.6, pp.30-37, June 2011.
单个多径分量簇的信道模型 篇7
随着移动通信技术的发展,人们对移动信道模型研究的焦点正逐步转向进一步改善通信质量和提高信道容量这两方面中。而现有的研究成果和实践表明[1],信号的多径传播使得接收信号更多地表现为簇群[2]的形式。为此,本文将基于多径簇的传播机制,提出典型情况下无线电信号的空时传播模型。
1 单个多径分量簇的处理方法
多径簇(cluster)[3],是指由于散射体散射形成的,具有近似相等来波方向角的多径分量的集合。多径簇内的波可以看作是各向同性的。图1可以清楚地表明多径簇在典型移动通信信道中的含义。而实现对单个多径簇的建模就可以实现对整个传播信道的建模。因此,本文先从对单个多径簇的建模开始研究。
对单个多径簇的研究主要有三个层面。首先,稳态多径分布处理法。即把每一多径簇视为单一的、独立的来波信号。其次,在第一层的基础上,用一阶统计量(均值)和二阶统计量对该域进行描述。第三,考虑到无线信道的时变特性,用来波延迟(TOA)和到达角(AOA)来加以描述[4]。
2 单个多径分量簇的描述
首先,假设发射信号s(t)经由L条多径路径到达接收机,则接收信号y(t)可以表示为:
其中,αl表示第l条路径产生的幅度和相位加权因子,以及由极化方式引起的信号变化,φl表示其到达角度(方位角,只考虑二维情形),τl表示传输时间延迟量。由此,可以得到一个一般的信道描述:
称之为时变的信道方位角—延迟联合脉冲响应函数。此为第一层的描述。
其次,由于多径簇出现的随机性,可以用φl和τl的联合概率密度分布函数f(φ,τ)来表示第l条路径的出现概率。又由于在广义平稳的信道中,信道的延迟功率谱定义为信道频域自相关函数的反傅氏变换,可以定义接收端的瞬时角域/延迟功率谱为:
其中,αl2表示为第l条路径的信号功率。此为第二层描述。
再次,考虑信道的时变特性。用概率密度函数的方法求多径簇在延迟域与来波角域的分布。如图2所示:
利用其几何关系和坐标变换,可以得出闪烁点簇内的各多径分量的到达时间—到达角(TOA-AOA)联合概率密度分布函数,具体步骤如下:
首先,将直角坐标系下的闪烁点分布概率fx,θ(r,θ)表示为极坐标下的分布函数fθ,τ(θ,τ)。利用雅克比变换:
得出:
对于fθ,τ(θ,τ),可以在frb,θ(rb,θ)的基础上,利用τ和rb的对应关系求出。如图2中所示,不难得出:
化简并将τ=d/c代入得:
于是,
式中:
最后,得到在闪烁点簇内闪烁点概率密度函数f(x,y)时对应的接收点处来波信号TOA-DOA联合概率密度函数fθ,τ(θ,τ)表达式:
再根据概率论边缘密度函数的相关知识,可以求出来波延迟域和来波角域密度函数为:
再可以求出其各自的一阶二阶矩形成对单个多径簇分量的第三层描述:
3 单个多径分量簇的传播模型
在上一节的中,本文对单个多径簇进行了描述。在此基础上,再考虑不同多径簇的分布情形得到对应的空时信道模型。
在图3中,发射天线和接收天线间的直达距离为D,多径簇闪烁点分布在中心点距离坐标原点为R,半径为R0的圆形区域内。发射信号经此圆形区域内的闪烁点的再辐射,形成如图3所示的多径传播。
不失一般性,本文将闪烁点簇的分布分为均匀概率分布和高斯型概率分布[5],对应概率密度函数如式(17)、(18)所示:
其中,σ为高斯型概率密度分布的方差。
再根据(10)式,得出来波信号的TOA-AOA联合概率密度分布为:
在均匀概率分布下:
其中,参数A1,B1和B2的取值同前。且有:
式中,参数A1,B1和B2的取值为:
在高斯型概率分布下:
在高斯型概率分布下:
至此,得到了在典型情况下空时信道的传播模型。
4 传播模型的分析与仿真
由上节的概率模型出发,选择相关参数取值,即:收发天线距离D=1000m,闪烁点簇几何中心到接收天线的距离R=1000m,闪烁点簇构成的圆形区域半径R0=100m,收发天线连线与散射区域中心和接收天线的连线之间的夹角θ0=π/6。再假设闪烁点为均匀分布,得出图4所示结果。
针对闪烁点为高斯分布的情况,选取不同的σ取值,得出来波信号在方位角域内的分析结果。并在相同的σ取值情况下,在不同的闪烁点簇区域大小范围不同,即R
从图4和图5中不难发现,在闪烁点为均匀分布和高斯分布下,来波信号概率都是关于中心角对称的,这和预期的情况是相符的。另一方面,通过控制均方差σ的取值,高斯分布的信道模型可以更为灵活地表示更多的通信场景,因此,在这一方面,高斯分布的信道模型更为优越。
5 结束语
介绍了多径簇的分析处理方法,并由此对单个多径簇进行了描述。接着在此基础上,提出了两种在典型情况下空时信道的传播模型,并对传播模型进行了仿真与分析。这种基于多径簇的信道模型能够与物理实际联系起来,因此具有重要的理论研究价值[6]。如何能把由信道的时变特性引起的多普勒频移与此模型统一起来,则是此研究的下一步工作。
参考文献
[1]Ralf Heddergott,Leuthold Peter E.An Extension of Stochastic RadioChannel Modeling Considering Propagation Environments With Clus-tered Multipath Components[J].IEEE Transactions On Antennas AndPropagation,2003,51(8):112-118.
[2]Pedersen KI,Mogensen P E,Fleury B H.Astochastic model of thetemporal and azimuthal dispersion seen at the base station in outdoorpropagation environments[J].IEEETrans.Veh.Technol.,2000,49:437-447.
[3]张华安.单个多径簇——闪烁点簇心到特性研究[D].重庆:重庆邮电学院硕士学位论文,2003.
[4]Gregory D Durgin.THEORYOFSTOCHASTICLOCAL AREACHAN-NEL MODELINGFOR WIRELESS COMMUNICATIONS[M].Decem-ber 2000 Blacksburg,Virginia.
[5]Clake R H.A Statistical Theory of Mobile-radio Reception[J].BellSystems Technical Journal,1968,47:957-1000.
多接口多信道 篇8
关键词：认知无线Ad Hoc网络,多信道MAC协议,网络仿真,NS-2
在当今无线网络通信领域, 由于信道带宽资源的限制, 用户通常需要通过竞争接入和控制协调等方式来达到共享信道的目的。在科研研究方面, 单纯地针对单信道的各项机制进行性能改进与提高已经是不足以解决问题, 多信道模型的出现相对于前者而言可以大大提高网络的性能。因为现有的NS2并不支持多接口多信道网络的仿真, 所以近年来, 已经有多位科研人员对NS2单信道模型进行了相应的修改和扩展, 使之可以支持多信道技术。在这些修改方案中, 得到学术界关注较多的是TENS方案、Hyacinth方案以及Ramon方案, 这些方案均有着各自的优势和不足, 但它们在很大程度上对多信道模型的进一步优化起到了深远的影响。Ramon方案主要针对的是多信道路由协议的仿真。该方案借鉴了TENS和Hyacinth的思想, 在构造移动节点的初始阶段, 通过将接口中的整套网络组件进行复制, 来达到实现多个接口的目的。最后所有组件均被连接到一个路由代理上, 这样路由协议可以方便直接地管理和使用这些接口。Ramon模型中绝大部分的修改都集中在Tcl源码中, 因此Ramon模型的最大特点就在于其灵活性, 它可以通过变更配置参数来改变网络配置。Czou是在Ramon方案的基础上进行了DSA (dynamic spectrum allocation) 模块的扩展, 并将其与RTagent模块、MAC模块以及IFQ模块进行绑定, 通过代理调用DSA类中的随机选择算法来实现对信道的动态分配。
1 多信道模型实现
由于认知Ad Hoc网络中节点使用多个信道, 因此需要对NS2中的单信道节点模型进行相应修改并重新组装。在认知Ad Hoc网络多信道MAC模型的实现过程当中, 主要有两个部分的工作:多信道的添加以及汇聚模块的添加。由于NS2采用的是Tcl/C++分裂模型, 所以多信道模型代码的修改编写同样包括Tcl和C++两个部分。
1.1 多信道的添加
首先在仿真脚本中添加多信道构造代码:
然后在ns-lib.tcl文件的Simulator类中增加一个成员变量n Channel_, 代表可用的信道数目。如果仿真脚本中需要使用多信道模型, 则在对信道进行配置之后, 就可以多次调用ns-mobilenode.tcl文件里的add-interface过程函数, 并且对LL模块、IFQ模块、MAC模块、Net IF模块以及channel模块进行整套复制, 之后再调用add-target和add-target-rtagent两个过程函数, 将每一个都连接到RTagent模块上。add-target主要用于构造移动节点网络接口相关的各组件和组件的上下层连接, add-target-rtagent主要用于配置路由代理的接收和发送对象。实际修改过程的时候必须遵循Otcl语法, 添加一些额外的代码, 而且还应保持对原有单信道功能的兼容性。同时, 节点属性mobilenode.h和mobilenode.cc文件以及信道实现channel.h和channel.cc文件中相应的指针必须扩展为指针数组, 来适应多信道模型, 以此来满足每个节点在不同信道上有不同的节点链表。其他还需要做适当修改的包括:IEEE802.11协议实现mac-802_11.h和mac-802_11.cc文件、代理agent.h和agent.cc文件、路由协议aodv.h和aodv.cc文件等。
1.2 汇聚模块的添加
要达到更好使用多信道的目的, 就需要汇聚模块CM (Convergence Medule) 来完成信道选择算法、授权信道管理以及信道状态更新等操作。方法是单独创建CM模块, 然后将其实体分别与RTagent、IFQ以及MAC进行绑定, 再向IFQ和MAC模块的父类Bi Connector类和Connector类添加对象指针cm_, 最后将信道信息反馈给CM模块。在节点创建过程时判断是否使用多信道, 如果使用, 则启用该CM模块。然后通过在仿真脚本中添加代码来实现对该CM模块的使用。CM模块的接口选择主要取决于它的运算法则。这里采用了一个较为简易的方式, 如果使用的接口数目小于真实的接口数目, 那么agent就随机选择一个没有使用的接口, 即队列中没有储存着准备发送的数据包的接口。反之, agent就在所有的接口中随意选择一个。
2 多信道实现的仿真结果与分析
为了验证加入多信道模型相关模块的效果, 设计了相应的网络场景进行了仿真。
2.1 单跳场景
主要参数:仿真拓扑为800m*800m的平面区域, 传输层协议为UDP, 业务流协议为CBR, 每个CBR数据分组大小为512Bytes, 队列长度为50, 节点数为8个, 4对数据流, 发包率为50packets/s, 信道数目从2个逐渐增加到7个。由图1可见, 在多信道仿真模型下, 随着信道数目的增加, 吞吐量和数据包到达率分别呈明显上升趋势。
2.2 随机场景
主要参数:仿真拓扑为800m*800m的平面区域, 传输层协议为UDP, 业务流协议为CBR, 每个CBR数据分组大小为512Bytes, 队列长度为50, 发包率为50packets/s, 仿真时间为200s, 节点数从10个逐渐增加到60个, 且每个仿真数据为5个场景求取平均值所得。由图3可见, 多信道模型相较单信道模型在性能上有明显的优势。在随机场景中, 随着节点数目的增加, 单信道模型的吞吐量呈缓慢下降的趋势, 这是因为节点间竞争信道的情况更加激烈, 但可用信道数目少, 造成了数据分组的大量丢失。而在相同仿真环境下, 适当增加可用信道数目至3个, 则可以有效的解决网络性能问题。
3 结论
多接口多信道 篇9
1 多信道通信协议的作用
在无线通信通信协议中, 大多数还是采用的単信道传输协议。它在传输中受到天线冲突和带宽限制的影响, 提供地通信服务不够可靠及时。而多信道通信在很大程度上解决了単信道不能解决的问题, 虽然它的成本提高了, 但是提高了信道利用率, 降低了传输延时, 减少了冲突。多信道的MAC协议涉及到了信道资源分配与管理问题, 此外, 多信道路由协议也有效解决了寻找信道多样化、高吞吐量路径问题。
2 多信道通信协议分析
目前, 对于无线多信道的研究主要集中在MAC层协议、路由层协议、跨层协议的平台设计上, 其中MAC层协议是研究的重点问题。现在的无线节点大多数是安装有一个半双工的无线天线, 在同一时刻能够使节点处于一种频率的信道上, 并且能够根据需要进行频道的转换, 但是转换具有延时性。
传统的単信道使用一个信道统一对节点信息进行交换控制, 其好处是大大简化了通信协议, 但是却使系统容量下降, 降低了信道的利用率, 降低了带宽。随着社会信息需求的增加, 信息交换量越来越大, 単信道已经不能满足人们的需求。而多信道技术随之产生, 大大解决了単信道的难题。多信道技术可以包含多个物理信道, 节点可以按照通信协议合理使用信道, 有效地提高了带宽和通信能力。
目前多信道技术实施方案有多种, 如频分多址接入FDMA, 码分多址接入CDMA, 空分多址SDMA, 多输入多输出MIMO以及感知无线电等。这些技术为无线网络多信道的发展打下了坚实的基础, GSM、4G等多信道通信技术就是在这些技术的基础上发展起来的。为了合理利用多信道资源, 就必须配备合理的通信协议才能使其发挥作用。
在无线多信道中存在着多个信道, 所以这就要求无线通信协议的低层设施能够有效识别出这些信道, 使之映射成为逻辑信道, 并且能够为上层提供有效的通信服务。OSI参考模型分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层七层, 而MAC层属于数据链路层, 它最接近与物理层。多信道通信协议的物理层负责物理信号的传输任务, 所以多信道技术直接影响着MAC协议的设计和实现。多信道MAC协议任务重, 既担负着単信道的访问控制, 又担负着多信道的协调工作。路由协议属于网络层, 网络层的一个重要功能就是路由选择。那么在多信道协议中, 每个节点与下一个节点信息的传输就要通过路由原则进行合理信道的选择, 因此多信道比単信道多了节点之间的维护工作。
有学者提出了Mc MAC这项通用多信道MAC协议, 该种协议可以有效减少网络延迟, 增大网络吞吐量, 能够对节点在同一时刻, 采取不同的信道进行协商。其协议主要由四个部分组成, 即随机跳频、邻居节点探测、节点时间校正、多信道协商与通信调度。在节目节点信道发生改变之后, 源节点可能无法找到节点信道, 影响了目的节点, 因此, 信道发生改变, 会对网络新能产生影响。但是这一技术依然有着良好的发展前景。
3 多信道协议关键问题分析
从协议设计的角度来分析, 无线传感器网络多信道MAC协议包含隐藏终端问题、暴露终端问题和入侵终端问题三个方面。
3.1 隐藏终端问题
隐藏终端的含义是, 节点处于接受覆盖范围, 但是并不处于发送节点的覆盖范围。这就造成信息在传输过程中, 隐藏终端接听不到发送终端的信息, 而向相同接收节点发送报文, 从而造成节点处冲突。这样就造成了信道利用率大大降低的现象, 所以隐藏终端问题是网络信道接入协议亟待解决的问题之一。
3.2 暴露终端问题
暴露终端与隐藏终端正好相反, 它是处于发送节点的覆盖范围内, 而不在接收节点的覆盖范围内。它造成的问题就是听到发送节点的发送以后产生的无效延迟问题。
3.3 入侵终端问题
在Ad hoc网络中, 网络拓扑结构是动态的, 节点可以随时接入网络。如果一个节点正在进行通信, 而另一个节点加入进来以后, 就会对原来节点产生干扰。那么新加入的节点就称为入侵终端。多信道通信协议还面临着许多基础性问题需要解决:如网络吞吐量是将来网络面临的一个重要问题;多信道安全保障机制的开发;无线网应用的统一标准的规划。
4 结语
综上所述, 多信道通信的应用面临着诸多问题, 其通信方式要比単信道复杂, 但是它在军事、民用及商业领用中有着广阔的应用前景。本文介绍了多信道通信协议的特点与面临的挑战, 结果显示, 多信道技术属于全新的研究领域, 虽然前景广阔, 但是也存在一些缺陷, 用户需要根据自己的实际需求进行选择, 其中需要重点解决的问题包括三个方面:首先, 对于网络吞吐量, 应该将其作为主要目标, 但是并非唯一目标;其次, 多信道通信协议安全性较差, 这是下一阶段需要重点解决的问题;最后, 目前的无线网络底层硬件还没有统一的标准, 因此, 需要着重关注多信道协议的模块化问题。
摘要：在硬件技术领域的发展下, 多信道通信协议开始成为研究重点, 该种协议解决了单信道通信的问题, 有效降低了传输时延, 提高了信道的利用率。本文主要针对多信道通信协议的作用与应用进行分析。
关键词：多信道通信协议,作用,应用
参考文献
[1]周慧婵.改进多信道技术在无线流媒体传输系统设计[J].微型电脑应用.2016 (06)
[2]赵鼎新, 谢显中, 王昭然.车载无线网络中基于冲突估计的多信道选择策略[J].吉林大学学报 (理学版) .2012 (03)
[3]杜宇明.NS2中无线多信道MAC协议实现机制[J].安徽工业大学学报 (自然科学版) .2011 (02)
【多接口多信道】相关文章：
基于ARM多信道串行通信接口的设计与应用03-03
多信道无线通信系统09-01
多信道数据传输技术分析02-13
别孙信道,别孙信道陈与义,别孙信道的意思,别孙信道赏析04-15
与信道游涧边,与信道游涧边陈与义,与信道游涧边的意思,与信道游涧边赏析04-19
无线通信系统中的信道模型及信道检测12-20
上行信道05-11
同步信道06-06
信道分析06-22