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为了改善紫外光(UV)点对点通信中传输距离有限、覆盖范围小的问题, 组建了UV自组织(Ad Hoc)网络。结合UV通信的信道特性, 提出了一种UV组网通信收发装置设计方案。基于该方案, 给出了UV Ad Hoc网络节点定位算法, 该算法利用节点间的通信距离和扇区信息求得节点间的相对位置。以无线Ad Hoc网络多播按需距离矢量路由协议为基础, 提出了一种UV空分复用Ad Hoc网络路由协议, 并对该路由协议进行了仿真, 给出了不同节点数和运动区域下的仿真结果。结果表明:在满足发包数、时延和丢包率等通信要求的前提下, 在一定运动区域内, 应选择较少的节点; 当节点数一定时, 应选择较小的运动区域。
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第
卷
第
期
中
国
激
光
年
月
CHINESEJOURNALOFLASERS
October
紫外光空分复用自组织网络路由协议
宋 晓 梅
,
宋
菲
,
宋
鹏
,
,
李 云 红
西安工程大学电子信息学院
陕西 西安
陕西省复杂系统控制与智能信息处理重点实验室
陕西 西安
摘要
为了改善紫外光
点对点通信中传输距离有限
覆盖范 围小 的问题
组建 了
自组 织
网络
结合
通信的信道特性
提出了一种
组网通信收发装置设计方案
基于该方案
给出了
网络节
点定位算法
该算法利用节点间的通信距离和扇区信息求得节 点间 的相对 位置
以无 线
网络 多播 按需距
离矢量路由协议为基础
提出了一种
空分复用
网络路由 协议
并对 该路 由协议 进行 了仿真
给出 了不
同节点数和运动区域下的仿真结果
结果表明
在满足发包数
时延和丢包率等通 信要 求的前 提下
在一 定运 动区
域内
应选择较少的节点
当节点数一定时
应选择较小的运动区域
关键词
光通信
紫外光通信
自组织网络
空分复用
节点定位
路由
中图分类号
文献标识码
doi
:
.
/
CJL.
Routin
g
ProtocolofUltravioletS
p
aceDivision Multi
p
lexin
g
AdHocNetwork
Colle
g
eo
f
ElectronicsandIn
f
ormation
Xi
anPol
y
technicUniversit
y
Xi
an
Shaanxi
China
ShaanxiKe
y
Laborator
y
o
f
Com
p
lexS
y
stem ControlandIntelli
g
entIn
f
ormationProcessin
g
Xi
an
Shaanxi
China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改稿日期
基金项目
国家自然 科 学 基 金 委 员 会
中 国 民 航 局 民 航 联 合 研 究 基 金
陕 西 省 科 技 厅 工 业 科 技 攻 关 项 目
陕西省科技厅自然科学基础研究计划
陕 西省 复杂 系 统控 制与 智 能信 息处 理 重点 实验 室 开放 课
题
西安工程大学研究生创新基金
作者简介
宋晓梅
女
本科
教授
主要从事紫外光通信
信号采集与处理方面的研究
通信联系人
中
国
激
光
引
言
无线日盲紫外光
通信受到大气的散射和吸收作用
能进行非直视
传输
具有背景噪声小
保密性高
抗干扰能力强和全天候工作等优点
但是
大气的强散射
强吸收作用 使得目前常 用的基于紫
外发光二极管
和光电倍增管探测器
的
通信模式难以实现远距离传输
且通信覆盖范围受
限
通信信道的高路径损耗以及独特的光学特性对系统的设计和实现提出了独特的要求
例如
增
加功率是一种常见且简单的提高通信性能的方法
但无线
通信系统必须考虑与人眼和皮肤安全相关的
规定
根据实际需求
可以利用不同结构的拓扑网来扩大通信覆盖范围
文献
通过建立点到点的多跳通
信网络来扩大通信范围
但网络灵活性差
文献
提出将日盲
通信与自组织
网络相结合的方
法
网络是一种特殊的对等网络
具有无中心
可移动和多跳等特点
每一个节点都具有终端和路由
功能
将
通信和自组织网络技术相结合
可以大大弥补
通信发送功率低
路径损耗大等缺陷
为了实现
组网通信
文献
提出了一种由多个
组成的定向发送装置
接收端则采用全向接收
的方式
但全向接收会降低协议解决冲突的能力
文献
借鉴蜂窝结构和无线传感器网络簇划分的思想
提出了改进的
通信时分复 用组网方 法
该方法基 于 垂直收发 模 型
采用全向 收 发的方式
但是在
通信中发送功率有限
采用全向收发方式时系统的通信覆盖范围小且抗干扰能力弱
基 于 文 献
文 献
提出了一种由多个
和多 个
组成的
能定向切换 光束的收发 装 置
该装置可 增 加传输距
离
增强抗干扰能力
但日盲
和
的价格昂贵
上述文 献 中
发送设备 和 接收设备 都 是相对独
立的
而文献
指出
只要对系统的几何参数进行 合理的配置
就可以降低 用户间的干 扰
实现收发设
备的共址同存
此外
受到
硬件设备 的限制
目前还 无法实现 频 分复用和 码 分复用
为了解决 上 述问
题
提出了一种基于空分复用技术的可旋转
通信收发设 备的设 计方案
基于该设 计 方案对节 点 的定位
算法和路由协议展开研究
在
网络中
通信节点随机分布
无法事先知道节点间的相对位置
因此需对节点进行实时定位
在传感器网络中
通常会将一些节点作为锚节点
未知节点可以通过与锚节点之间的通信来获取距离和角度
等信息
然后采用定位算法估算自身位 置
该方法同样 适用于
通信网络
路由协议 的 目的是在 通 信网
络中建立并维护数据传输路径
目前无线自 组网多播按 需距离矢量
路由协 议是应用 于 无线
自组网中进行路由选择的路由协议
能实现单播和多播路由
它的处理过程简单
存储开销很小
不需要全程
的路由维护
只有当某节点有数据需要传送时
才进行路由发现和路由维护过程
本文针对
网络
采用一种可旋转的
通信收发设备
通过节点间的通信距离和扇区信息
求得节点间的相对位置
结合
协议
提出了一种
空分复用
网络路由协议
通信收发装置设计方案
目前
通信网络多采用垂直收发模型
发送端和接收端的仰角均为
即全向收发
但该模型的通
信覆盖范围小
抗干扰能力弱
无法实现定向收发
为了改善这些问题
实现全向 收发和定向 收发的任意 切
换
实现
收发设备的共址同存并避免同一节点收发端的相互干扰
基于空分复用技术
提出了一 种可旋
转
通信收发装置的设计方案
该方案的示意图如图
所示
发送端为
接收端为
二者都
为四棱柱结构
发送端与接收端互为相邻面
相对的面收发功能相同
文献
指出为了减小大气衰减效应
对自由空间光通信的影响
可采用多输入多输出技术
在该方案中
每一面可以分别安装多个发送设备或接
收设备
图
中以两个
和两个
为例进行说明
误码率能直接反映系统性能
并以此确定系统是否能够实现通信
一般情况下
误码率为
时
可以
满足通信的需求
采用二进制通断键控方式进行调制
不考虑干扰时
接收端误码率
R
为
R
=
-
η
η
P
LR
hυ
æ
è
ç
ö
ø
÷
式中
η
为
的效率
η
为光学过滤器的效率
P
为发射光功率
L
为从发送端到接收端的路径损耗
R
为传输速率
hυ
为每个光子的能量
其中
h
为普朗克常量
υ
为发送端的频率
υ
c
λ
c
为光速
λ
为波长
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