基于OpenWRT的車體間無(wú)線通信系統(tǒng)研究.pdf

1、目前我國(guó)高速鐵路建正處于黃金時(shí)期，這推動(dòng)著我國(guó)軌道交通領(lǐng)域的研究能力，對(duì)列車通信網(wǎng)絡(luò)等核心技術(shù)進(jìn)行深入研究可促使我國(guó)軌道交通領(lǐng)域核心技術(shù)的不斷進(jìn)步和革新。目前列車總線系統(tǒng)在車體間的物理介質(zhì)是有線電纜并需要有線電纜暴露在不穩(wěn)定的外界環(huán)境中，這給列車總線的維護(hù)以及車廂間進(jìn)行拆分或連接時(shí)物理通信鏈路的重組帶來(lái)了額外的工作。
　　隨著互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線局域網(wǎng)(Wireless Local AreaNetwork，Wlan)憑

2、借靈活方便的優(yōu)勢(shì)得到了迅速的普及和廣泛的應(yīng)用。伴隨著IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn)和物理層以及MAC層相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，WLAN技術(shù)在帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性等方面都取得了極大地提升。本文工作以O(shè)penwrt為主要開發(fā)平臺(tái)，以現(xiàn)有的IEEE802.11協(xié)議為基礎(chǔ)、通過(guò)重新設(shè)計(jì)MAC層協(xié)議的接入規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)Wi-Fi設(shè)備在近距離范圍內(nèi)通過(guò)無(wú)線鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸并具有較高的數(shù)據(jù)速率和較低的接入時(shí)延從而代替車體間有線電纜并避免了鏈路老化等一

3、系列問(wèn)題。
　　本文主要工作從以下方面展開:首先，在Linux系統(tǒng)下搭建出Openwrt這個(gè)開發(fā)平臺(tái)，使程序經(jīng)過(guò)OpenWrt系統(tǒng)編譯過(guò)后能夠在路由器上運(yùn)行，分析了IEEE802.11MAC層協(xié)議在Linux內(nèi)核的實(shí)現(xiàn)，并以程序?yàn)榛A(chǔ)分析了802.11 MAC層信令的生成、發(fā)送和接收、提取過(guò)程，根據(jù)系統(tǒng)一對(duì)一通信的需求，重新設(shè)計(jì)了信令的部分結(jié)構(gòu)，從而在功能上實(shí)現(xiàn)一對(duì)一通信。其次，在單用戶接入的前提下，分別從從握手機(jī)制、碰撞回避機(jī)制

4、和幀間隔的角度詳細(xì)分析了影響MAC層接入效率的主要因素，然后加以優(yōu)化并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn);在數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度較小的情況下，使用RTS/CTS確認(rèn)機(jī)制會(huì)增加系統(tǒng)開銷，在數(shù)據(jù)幀發(fā)幀前等待的回退窗口的大小和幀間隔的長(zhǎng)短會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)信道占用成功的概率。將優(yōu)化后的協(xié)議驅(qū)動(dòng)加載到實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，測(cè)試結(jié)果表明在使用二進(jìn)制指數(shù)退避算法和EDCA機(jī)制的前提下，在一對(duì)一通信的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用二次握手機(jī)制的通信時(shí)延要小于四次握手機(jī)制帶來(lái)的通信時(shí)延;并且在使用二次握手機(jī)制的前提

5、下，通過(guò)減少回退等待時(shí)間縮短數(shù)據(jù)幀間隔同樣可以有效的降低通信時(shí)延、減小通信時(shí)延波動(dòng)，從而提升系統(tǒng)可靠性。
　　論文的組織結(jié)構(gòu)分為4章，第一章介紹了本文工作背景、研究現(xiàn)狀、論文基本結(jié)構(gòu)和主要工作。第2章詳細(xì)闡述了MAC層的相關(guān)技術(shù)包括DCF機(jī)制工作原理工作方式以及EDCA機(jī)制的工作原理。第3章從功能的角度出發(fā)討論了一對(duì)一接入的編程實(shí)現(xiàn)思路，第4章則從性能的角度出發(fā)，重新設(shè)計(jì)了協(xié)議中的接入過(guò)程并在驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)現(xiàn)，并測(cè)試了不同優(yōu)化策略下