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CBTC系统无线局域网越区切换性能仿真分析

作　者: 石亮
导　师: 李开成
学　校: 北京交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: CBTC 802.11 无线局域网 切换 OPNET仿真
分类号: TN925.93
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 83次
引　用: 1次
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内容摘要


近年来,IEEE 802.11无线局域网(Wireless LAN, WLAN)广泛用于CBTC (Communication Based Train Control)系统中实现车-地双向信息传输。由于发射功率的限制和地形地物的影响,无线局域网中单个接入点(Access Point, AP)的信号覆盖范围有限,所以通常每隔200米布置一个AP。当列车从一个AP信号覆盖小区移至另一个AP信号覆盖小区时,必须通过越区切换来保证列控信息的持续、可靠传输。实验和现场测试均表明,绝大多数的丢包和通信中断都是由切换导致的。本文首先介绍了WLAN的物理组成和拓扑结构,详细描述了基于WLAN的CBTC车-地通信系统采用的ESS (Extended Service Set)网络链路层切换的逻辑步骤：扫描、认证、重关联,并分析了每个阶段产生的时延。其次,以OPNET为仿真工具,仿真构建了基于WLAN的CBTC车-地通信系统。根据实际列车的运行原理,建立了列控业务模型和列车移动模型。利用OPNET强大的三层建模机制,实现了CBTC车-地通信中的网络模型、移动模型、通信协议模型、定向天线模型以及修正的物理层衰落模型。在OPNET自带的WLAN进程模型的基础上,改进了原有的切换算法。然后本文仿真分析了基于WLAN的CBTC车-地通信系统在不同切换门限等场景下的切换性能。仿真结果表明：过高或过低的切换启动门限都会给切换性能带来负面影响,应根据实际的网络设置合适的门限值；列车移动速度在60km/h以内时,切换性能没有明显的变化,但当速度高于110km/h时,性能急剧恶化,降至设备不可用程度；定向天线的方向性使列车进入天线背面时信号突降,从而导致切换中断时间增大；使用加密认证虽然提高了信息传输的安全性,但却降低了切换性能。最后,总结了本文的研究成果,并对今后的进一步研究重点作出了展望。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-15
  1.1 研究背景简介  11-13
    1.1.1 无线局域网在CBTC中的应用  11-12
    1.1.2 基于WLAN的车-地通信系统中的切换问题  12-13
    1.1.3 WLAN切换性能的研究方法和研究现状  13
  1.2 目的和意义  13-14
  1.3 论文的主要内容和组织结构  14-15
2 无线局域网的网络拓扑及切换机制  15-26
  2.1 无线局域网的网络拓扑  15-19
    2.1.1 无线局域网的组成结构  15-17
    2.1.2 无线局域网的网络拓扑  17-19
  2.2 无线局域网越区切换的逻辑步骤和时延分析  19-23
    2.2.1 切换的触发机制  19-20
    2.2.2 扫描阶段  20-22
    2.2.3 认证阶段  22
    2.2.4 重关联阶段  22-23
    2.2.5 站点同步  23
  2.3 常用的切换机制  23-25
  2.4 小结  25-26
3 基于WLAN的CBTC车-地通信系统仿真建模  26-45
  3.1 OPNET仿真工具介绍  26-27
  3.2 基于WLAN的CBTC车-地通信系统结构  27-28
  3.3 基于WLAN的CBTC车-地通信系统仿真模型的建立  28-44
    3.3.1 定向天线模型  28-30
    3.3.2 电波传播模型  30-33
    3.3.3 进程模型  33-42
      3.3.3.1 应用层模型  33-36
      3.3.3.2 主动扫描切换算法  36-42
    3.3.4 节点模型  42-44
  3.4 小结  44-45
4 仿真与结果分析  45-60
  4.1 不同切换门限值时的切换  45-50
  4.2 列车速度对切换的影响  50-54
  4.3 定向天线对切换的影响  54-58
  4.4 加密认证对切换的影响  58-59
  4.5 小结  59-60
5 总结与展望  60-62
  5.1 总结  60-61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-65
图索引  65-67
表索引  67-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信 > 无线用户环路（无线接入网）
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