基于列车测试的Ad Hoc网络节能与QoS路由研究

【摘要】： 随着近几年国内高速动车组的快速发展,列车检测受到了更多的关注,于是越来越多新的检测设备随之出现以适应现代的高铁检测。由于高速动车组全密封性特点和无线技术、芯片发展的逐渐成熟,检测设备也慢慢从有线传输向无线传输过渡。 在无线组网时,常用到的无线网络是Ad Hoc网络。Ad Hoc网络是由一系列带有无线收发装置的动态节点所形成的一个多跳临时性自治系统。作为一个的不需要固定基础设施特殊的无线网络,它健壮性、简易性、快速组网、动态拓扑等特点十分适合列车环境下的测试。为了避免高速列车带来的安全隐患,无线通信要同时满足长时间监测和实时传输的要求。但是由于Ad Hoc网络的移动节点采用电池供电和共享无线信道的特性决定了能量和带宽是Ad Hoc网络中最稀缺的资源。当某节点电池能量过快耗尽时,不但会使节点无法工作,甚至会使整个网络产生分割；而当带宽不够时,则数据传输会产生延迟,无法满足实时性的要求。于是本文针对Ad Hoc网络这两个缺点,根据列车的运行环境,对Ad Hoc网络进行改良,以实现长时间和实时性的无线传输。 本论文利用了国内外现有的相关研究成果,在Ad Hoc网络的AODV路由协议的基础之上,提出了一种结合了服务QoS(服务质量)和节能的路由协议PA.QoS.AODV (Power Aware QoS AODV),在保证QoS方面,PA.QoS.AODV协议运用跨层设计的思想来定义QOS的参数：以物理层的信号强度作为链路稳定性因子；结合MAC层的软状态时隙预留来估算节点的剩余带宽。而在节能方面,PA.QoS.AODV协议引入了链路瓶颈能量、链路总能量和节点能量阀值三个能量参考条件。面对多个约束条件,PA.QoS.AODV协议以节点的剩余带宽和节点的能量阀值作为链路硬性约束条件,以保证所选链路满足实时性和稳定性,而链路稳定性因子、链路瓶颈能量和链路总能量则作为软性约束条件,在目的节点处做择优选取,以便在多条链路中进一步选择更节能,生存时间更长的路由。最后还通过引入多路路由的方法,更好的提高网络稳定性。 本文的仿真场景按照动车组CRH2型来设置,然后通过OMNeT++网络仿真软件对AODV协议和PA.QoS.AODV协议在3种不同情况下进行4个网络性能统计量的分析比较,以验证PA.QoS.AODV协议的优越性。 【关键词】：列车检测 Ad Hoc网络 节能 QoS OMNeT++网络仿真
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 现代高速列车的发展与检测概述11-14
• 1.1.1 国内外现代高速列车的发展概况11-12
• 1.1.2 国内外列车检测通讯技术发展现状12-14
• 1.2 Ad Hoc网络概述14-17
• 1.2.1 Ad Hoc网络定义14-15
• 1.2.2 Ad Hoc网络的特点15
• 1.2.3 Ad Hoc网络的协议栈15-17
• 1.3 Ad Hoc网络在高铁测试上的研究方向17-18
• 1.4 本文组织结构18-19
• 第2章 Ad Hoc网络节能分析和QoS保障19-33
• 2.1 Ad Hoc网络的节能分析19-26
• 2.1.1 Ad Hoc网络的节能概述19-20
• 2.1.2 Ad Hoc网络协议栈中网络层的节能分析20
• 2.1.3 主要的三种节能机制20-21
• 2.1.4 目前Ad Hoc网络的几种节能路由协议21-24
• 2.1.5 几种节能路由协议间的分析比较24-26
• 2.2 Ad Hoc网络QoS保障26-31
• 2.2.1 Ad Hoc网络QoS保障的概述26-27
• 2.2.2 Ad Hoc网络协议栈中网络层的QoS保障机制27-28
• 2.2.3 现有的几种Ad Hoc网络QoS路由协议描述28-30
• 2.2.4 QoS路由协议间的分析比较30-31
• 2.3 QoS协议和节能协议的分析31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 基于节能的QoS路由协议33-54
• 3.1 概论33
• 3.2 QoS路由协议的跨层设计33-39
• 3.2.1 跨层设计33-35
• 3.2.2 结合物理层的无线信道信号强度估算35-37
• 3.2.3 结合MAC层的带宽估算37-39
• 3.3 通信能量估算模型39-42
• 3.4 多路路由42-45
• 3.4.1 多路路由的概念42-43
• 3.4.2 多路路由的优势43
• 3.4.3 多路路由的分类43-44
• 3.4.4 协议中采用多路路由的方案44-45
• 3.5 基于AODV路由协议的能量与QoS改进45-52
• 3.5.1 AODV路由协议45-47
• 3.5.2 PA.QoS.AODV路由协议描述47-52
• 3.6 本章小结52-54
• 第4章 PA.QoS.AODV的仿真建模和性能分析54-65
• 4.1 网络仿真软件OMNeT++的简介54-56
• 4.1.1 OMNeT++的概述54
• 4.1.2 OMNeT++组成54-55
• 4.1.3 OMNeT++的系统结构55-56
• 4.2 PA.QoS.AODV协议的实现56-58
• 4.3 模拟与性能分析58-64
• 4.3.1 模拟环境的设定58-59
• 4.3.2 性能评价参数的选取59-60
• 4.3.3 模拟结果与性能分析60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文71-72

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