基于OpenWRT的車體間無線通信系統(tǒng)研究.pdf

1、目前我國高速鐵路建正處于黃金時期，這推動著我國軌道交通領(lǐng)域的研究能力，對列車通信網(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)行拆分或連接時物理通信鏈路的重組帶來了額外的工作。
　　隨著互聯(lián)網(wǎng)和無線技術(shù)的快速發(fā)展，無線局域網(wǎng)(Wireless Local AreaNetwork，Wlan)憑

2、借靈活方便的優(yōu)勢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，以現(xiàn)有的IEEE802.11協(xié)議為基礎(chǔ)、通過重新設(shè)計(jì)MAC層協(xié)議的接入規(guī)則來實(shí)現(xiàn)兩個Wi-Fi設(shè)備在近距離范圍內(nèi)通過無線鏈路進(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這個開發(fā)平臺，使程序經(jīng)過OpenWrt系統(tǒng)編譯過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、提取過程，根據(jù)系統(tǒng)一對一通信的需求，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)化并通過編程實(shí)現(xiàn);在數(shù)據(jù)幀長度較小的情況下，使用RTS/CTS確認(rèn)機(jī)制會增加系統(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短會影響系統(tǒng)對信道占用成功的概率。將優(yōu)化后的協(xié)議驅(qū)動加載到實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，測試結(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)制的通信時延要小于四次握手機(jī)制帶來的通信時延;并且在使用二次握手機(jī)制的前提

5、下，通過減少回退等待時間縮短數(shù)據(jù)幀間隔同樣可以有效的降低通信時延、減小通信時延波動，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)議中的接入過程并在驅(qū)動程序中實(shí)現(xiàn)，并測試了不同優(yōu)化策略下