ACM通信

符号同步总线:带有led的确定性、低延迟无线网状网络

对延迟敏感的物联网应用程序通常需要性能保证，而当代无线网络无法提供。这一缺点的原因在于网络抽象的内在复杂性和低效率，例如路由、介质访问控制和存储转发分组交换，它们协调无线网络上的多个节点。这项研究重点描述了一种新的网络范式，旨在通过系统地打破这些抽象来实现一类新的延迟敏感应用程序。该范例被称为符号同步总线，具有并发传输光信号的节点，从而提供了一个在确定性延迟和吞吐量方面类似于有线总线的性能包络的无线网状网络。一个名为ZERO-WIRE的物理原型，证实了符号同步总线为无线网状网络解锁了一种新颖的端到端性能封套:我们的25个节点测试平台实现了19kbps的竞争不确定goodput，跨四跳的双字节帧的延迟低于1毫秒，(is)的抖动为10μs，基本可靠性为99%。这些早期的结果表明，通过低复杂性物理层提供无处不在的连接的光学无线网状网络领域具有光明的前景。

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1.简介

实现线状性能一直是无线网络研究的目标。事实上，物联网(IoT)中无线收集传感器数据的成功技术正在被营销为实现“电线般的可靠性”，²¹承诺用无线解决方案取代昂贵且难以维护的有线网络。然而，在引擎盖下，这些网络的运作方式与电线非常不同:在这些设置中的主要网络类型是无线网状网络(WMN)，它建立在多年的研究基础上，研究如何通过完全接收数据帧并将它们从一个节点转发到另一个节点(通过“存储和转发数据包交换”进行“路由”)来可靠地传播数据帧，以及如何防止不同节点在同一通道上并发传输以避免破坏性干扰(“介质访问控制”(MAC))。因此，当前的物联网协议栈实例化了路由协议，路由协议建立了消息应该转发的路径，以及MAC协议，MAC协议强制执行调度，确定节点的无线电应该何时传输数据帧，即将数据通信到路径中的下一跳的符号序列。

存储转发路由和传输调度会导致端到端延迟(即，一个帧通过网络从发送接口传输到接收接口所花费的时间)，这比有线工业控制网络要大得多，变化也大得多。^2，13由于低延迟和抖动(即延迟的方差)对于后一种类型的网络至关重要，因此无线网格在延迟敏感或事件驱动场景(如实时控制或机器人技术)中的适用性仍然有限。¹⁶使用低功耗广域网(lpwan)代替wmn也不能提供解决方案:lpwan可能会消除多跳路由，但它们是以牺牲吞吐量和可靠性为代价的。¹

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