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城轨列车视频监控系统越区切换的研究

作　者: 姚文瑞
导　师: 刘晓娟
学　校: 兰州交通大学
专　业: 智能交通与信息系统工程
关键词: 车载视频监控车地通信无线Mesh网越区切换中继
分类号: TN948.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

城市轨道交通凭借其快速、准点、高运量、高安全性、低污染、低能耗和节约用地等特点，逐渐成为各国繁荣大城市公共交通的最佳选择，乘坐轨道交通的人数也越来越多，但同时随之产生的列车安全问题也逐渐显现出来。尤其是列车车厢内部，因为列车场所的不固定和车厢人员的流动性，车厢内部很容易成为犯罪分子和恐怖分子的袭击目标。所以，构建适用于城市轨道交通的列车视频监控系统迫在眉睫。城市轨道交通列车视频监控系统由车载视频监控网络和车载图像传输网络两部分组成。文章简要介绍了车载视频监控网络，重点研究了车载图像传输部分的越区切换问题。考虑到列车的移动性，车地通信网络应采用无线网络技术。随着列车速度的增高，随之而来的就是解决车地通信网络带来的越区切换问题以保证车载图像传输的实时性和连续性。本文分析了传统WLAN网络越区切换的不足，针对传统切换触发机制的触发滞后和传统切换方案的高时延、高丢包这三方面进行了优化。在分析了传统WLAN网络的不足之后，本文选用了一种新型无线网络技术：无线Mesh网，并将其性能与WLAN网络做出对比，结果说明，无线Mesh网在覆盖范围、网络时延以及网络吞吐量等方面都优于传统WLAN网。所以本文尝试将无线Mesh网应用于城市轨道交通的列车视频监控系统中，并构建了城轨车地无线Mesh通信系统架构。针对已有切换触发机制存在的触发不及时，乒乓效应和假切换等问题，本文提出了一种基于速度和虚拟中继协作的切换触发机制，该机制在交织站址双层网络冗余覆盖的基础上结合无线Mesh节点特有的中继转发功能，提出当一层网络作为主切换层时，另外一层网络的Mesh节点作为主切换层网络的虚拟中继点，这些虚拟中继点一方面增大了网络覆盖范围，更重要的是，本文提出将它们作为切换触发点和执行点，仿真结果表明，本文的改进方案能及早地触发切换，有效地避免了乒乓切换和假切换。最后，本文提出了一种基于车载双MMS(MeshMobileStation，Mesh移动站)的协作切换机制，该机制仍然是建立在双层网络冗余覆盖的基础上，车载双MMS分别同时工作在不同的网络中，一个MMS负责切换的同时，另一个MMS负责与协作小区里基站保持通信以保证车地的正常通信。经过数学分析和仿真对比，验证了本文方案实现了真正意义上的无缝切换和零丢包，降低了切换中断率和时延，满足了车载图像传输的需求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-13
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 论文主要工作和内容安排  11-13
2 列车视频监控系统技术路线选择  13-26
  2.1 车载视频监控系统的网络架构  13-14
  2.2 视频监控编解码技术  14-16
  2.3 车载视频监控通信网络  16-18
  2.4 车载图像传输技术  18-25
    2.4.1 国内外车地无线通信系统介绍  19-21
    2.4.2 无线 Mesh 网技术  21-24
    2.4.3 城轨列车视频监控无线 Mesh 网络架构  24-25
  2.5 本章小结  25-26
3 越区切换技术  26-36
  3.1 越区切换的技术指标  26-28
    3.1.1 越区切换的控制方式  26
    3.1.2 越区切换的判断条件  26-27
    3.1.3 越区切换的性能参数  27-28
  3.2 MAC 层切换的逻辑过程  28-32
  3.3 传统 WLAN 越区切换方式  32-34
    3.3.1 CBTC 越区切换时延分析  33
    3.3.2 传统 WLAN 越区切换的不足  33-34
  3.4 越区切换与列车定位技术  34-35
  3.5 本章小结  35-36
4 基于速度和虚拟中继的协作切换触发方案  36-47
  4.1 已有切换触发方案  36-37
  4.2 城轨场景下的切换触发机制分析  37-39
  4.3 轨旁网络覆盖方式  39-40
  4.4 基于速度和虚拟中继的协作切换触发机制  40-42
  4.5 数学分析  42-44
  4.6 仿真结果及分析  44-46
  4.7 本章小结  46-47
5 基于车载双 MMS 的协作切换机制  47-66
  5.1 Mesh 协作小区实现方式  47
  5.2 车载双 MMS 的工作原理  47-48
  5.3 车载双 MMS 与 Mesh 协作小区的结合通信  48-50
  5.4 切换中断率数学分析  50-54
  5.5 切换性能指标仿真分析  54-65
    5.5.1 仿真工具 OPNET 的简介  54-58
    5.5.2 仿真图的搭建  58-60
    5.5.3 仿真结果分析  60-65
  5.6 本章小结  65-66
结论与展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-72
攻读学位期间的研究成果  72

城轨列车视频监控系统越区切换的研究

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