IEEE 802.11n协议在基于通信的列车控制系统中的应用

论文摘要

1999年9月,电子和电气工程师协会将基于通信的列车控制系统定义为:“一种连续自动列车控制系统,装载了独立于轨道电路的高精度列车定位装置、连续高容量双向车地数字通信系统以及车载与轨旁处理器的系统。”,这种系统能够实现快速,安全的列车运行控制,成为当今地铁控制系统发展的主流趋势。随着无线技术的快速发展,无线IEEE802.11b网络应用于基于通信的列车控制系统已成为现实。无线局域网应用于基于通信的列车控制系统,在满足了地铁通信要求的同时,不仅简化了地铁控制系统的施工难度,更方便了系统未来的维护及升级。本文提出了将无线局域网IEEE 802.11n技术应用于基于通信的列车控制系统的方案,详细阐述了此协议在应用于基于通信的列车控制系统中面临的问题以及对应的解决方案。首先,在本文的第二、第三章节中,重点分析研究了IEEE802.11n协议物理层和MAC层的关键技术,阐述了这些技术带来的抗干扰能力、很高的数据传输速率等改进性能在基于通信的地铁控制系统的应用前景。接着重点研究了将IEEE802.11n协议应用于实践可能遇到的技术问题,在深入分析的基础上设计了整体网络架构及相关无线设备的选择方案。通过仿真对比验证了这种网络架构对比其他几种网络架构的优越性。根据列车在各个无线网络小区中快速移动带来的接入延迟,设计了快速切换算法。通过Matlab仿真工具,得到了快速切换算法在减少接入延迟,改善数据传输的丢包率方面的性能比较。仿真的结果也证实了这种快速切换算法能够很好地改善网络性能,给未来系统的实施以及当前IEEE802.11b/g网络的具体应用提供了很好的借鉴参考。文章结尾对本文研究的内容和未来的研究方向进行了总结和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 IEEE802.11n协议发展现状
• 1.2 IEEE802.11n网络的特点
• 1.3 IEEE802.11n网络在CBTC系统中应用的前景及意义
• 1.4 论文的主要内容
• 第二章 IEEE802.11n协议草案物理层技术简介
• 2.1 OFDM技术
• 2.1.1 OFDM技术的优越性
• 2.1.2 OFDM技术基本原理的分析
• 2.2 MIMO-OFDM系统
• 2.2.1 MIMO-OFDM系统原理描述
• 2.2.2 MIMO-OFDM系统信道特性
• 2.3 IEEE802.11n物理层系统结构
• 2.3.1 802.11n发射机结构
• 2.3.2 802.11n接收机结构
• 2.4.3 802.11n系统物理层主要参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 IEEE802.11n协议草案MAC层技术简介
• 3.1 帧结构简化策略
• 3.1.1 块应答MAC层协议数据单元机构
• 3.1.2 延迟块确认规则
• 3.1.3 立即块确认规则
• 3.1.4 MTBA（Multiple TID Block Acknowledgement）帧结构
• 3.1.5 MTBAR（Multiple TID Block Acknowledgement request）帧结构
• 3.2 聚合帧原理
• 3.2.1 A-MSDU聚合帧结构
• 3.2.2 A-MPDU聚合帧结构
• 3.3 时间预约策略
• 3.3.1 长网络分配矢量策略
• 3.3.2 继承信号域传输机会策略
• 3.4 传输方式改进策略
• 3.4.1 功率节省多用户轮询策略
• 3.4.2 多阶段功率节省多用户轮询策略
• 3.4.3 反向传输措施
• 3.5 本章小结
• 第四章 802.11n协议应用的网络架构设计
• 4.1 ATC系统框图
• 4.2 IEEE 802.11n协议在ATC系统中的作用
• 4.2.1 CBTC无线网络的特殊性
• 4.2.2 CBTC网络架构的组成
• 4.3 网络架构方案的实施
• 4.3.1 网络架构中的影响因素
• 4.3.2 隧道中信道间干扰存在时的天线选择
• 4.3.3 无线网络架构方案
• 4.4 无线网络架构的仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 列车高速移动中的快速切换机制研究
• 5.1 移动站点切换简介
• 5.2 移动站点的切换策略分析
• 5.3 切换时的延迟分析
• 5.3.1 MN与AP间的通信连接过程
• 5.3.1.1 MN和AP1 间通信过程
• 5.3.1.2 MN与AP2 间的链路建立过程
• 5.3.2 AP间信息和数据交换过程
• 5.4 迁移类型分析及快速漫游机制的实现
• 5.4.1 不迁移类型
• 5.4.2 BSS迁移类型
• 5.4.3 快速漫游机制的实现
• 5.5 仿真场景及结果
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表或录用的学术论文目录