论文部分内容阅读
目前我国高速铁路建正处于黄金时期,这推动着我国轨道交通领域的研究能力,对列车通信网络等核心技术进行深入研究可促使我国轨道交通领域核心技术的不断进步和革新。目前列车总线系统在车体间的物理介质是有线电缆并需要有线电缆暴露在不稳定的外界环境中,这给列车总线的维护以及车厢间进行拆分或连接时物理通信链路的重组带来了额外的工作。随着互联网和无线技术的快速发展,无线局域网(Wireless Local Area Network,Wlan)凭借灵活方便的优势得到了迅速的普及和广泛的应用。伴随着IEEE 802.11系列标准和物理层以及MAC层相关技术的不断发展,WLAN技术在带宽、数据传输速率和可靠性等方面都取得了极大地提升。本文工作以Openwrt为主要开发平台,以现有的IEEE 802.11协议为基础、通过重新设计MAC层协议的接入规则来实现两个Wi-Fi设备在近距离范围内通过无线链路进行数据传输并具有较高的数据速率和较低的接入时延从而代替车体间有线电缆并避免了链路老化等一系列问题。本文主要工作从以下方面展开:首先,在Linux系统下搭建出Openwrt这个开发平台,使程序经过OpenWrt系统编译过后能够在路由器上运行,分析了 IEEE802.11 MAC层协议在Linux内核的实现,并以程序为基础分析了 802.11 MAC层信令的生成、发送和接收、提取过程,根据系统一对一通信的需求,重新设计了信令的部分结构,从而在功能上实现一对一通信。其次,在单用户接入的前提下,分别从从握手机制、碰撞回避机制和帧间隔的角度详细分析了影响MAC层接入效率的主要因素,然后加以优化并通过编程实现;在数据帧长度较小的情况下,使用RTS/CTS确认机制会增加系统开销,在数据帧发帧前等待的回退窗口的大小和帧间隔的长短会影响系统对信道占用成功的概率。将优化后的协议驱动加载到实验设备中,测试结果表明在使用二进制指数退避算法和EDCA机制的前提下,在一对一通信的网络环境中使用二次握手机制的通信时延要小于四次握手机制带来的通信时延;并且在使用二次握手机制的前提下,通过减少回退等待时间缩短数据帧间隔同样可以有效的降低通信时延、减小通信时延波动,从而提升系统可靠性。论文的组织结构分为4章,第一章介绍了本文工作背景、研究现状、论文基本结构和主要工作。第2章详细阐述了 MAC层的相关技术包括DCF机制工作原理工作方式以及EDCA机制的工作原理。第3章从功能的角度出发讨论了一对一接入的编程实现思路,第4章则从性能的角度出发,重新设计了协议中的接入过程并在驱动程序中实现,并测试了不同优化策略下的系统性能表现。最后,总结全文,提出展望。