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無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )傳輸性能的優(yōu)化論文
1WMN結構及多跳傳輸技術(shù)
作為目前最適合礦井無(wú)線(xiàn)救援通信的WMN通信技術(shù)，在國內研究較多，但多跳傳輸性能一直制約著(zhù)WMN技術(shù)在煤礦的推廣應用，研究甚少。隨著(zhù)WMN跳數的增加，路由轉發(fā)和網(wǎng)絡(luò )接入非常頻繁，第一代WMN由于采用單一的RF通信鏈路和一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡不能滿(mǎn)足日益增加的跳數需求，如表1所示。因此，改善WMN的吞吐率容量是當前要解決的首要問(wèn)題。如圖3所示，通信技術(shù)的發(fā)展使得WMN多跳傳輸技術(shù)出現了第二代和第三代。第一代WMN，根據WMN系統設計，第一代WMN一般支持3-7跳業(yè)務(wù)傳輸應用，每個(gè)多跳傳輸節點(diǎn)（2.4Hz）只有一個(gè)RF通信鏈路和一個(gè)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)卡，它的傳輸業(yè)務(wù)和共享網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)接入是共享的。此外，在同一頻段的同一信道，具有多跳傳輸節點(diǎn)和WiFi終端共享網(wǎng)絡(luò )回傳通信鏈路。第二代WMN，按照WMN系統設計需求，每個(gè)多跳傳輸節點(diǎn)具有5.8Hz和2.4Hz2個(gè)頻段的RF通信鏈路和無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)卡。在5.8Hz頻段的同一信道，相鄰節點(diǎn)共享網(wǎng)絡(luò )回傳通信鏈路。第三代WMN，具有獨立的5.8Hz多跳傳輸業(yè)務(wù)和2.4Hz無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接入。和第二代的最大區別就是，該WMN相鄰節點(diǎn)具有獨立的網(wǎng)絡(luò )回傳通信鏈路，全部運行在不同信道的5.8Hz頻段，通過(guò)協(xié)調信道管理機制調節工作。
2多跳傳輸性能優(yōu)化
2.1多出入口WMN拓撲結構
本文通過(guò)配置網(wǎng)關(guān)的增加數量將整個(gè)WMN劃分為若干WMN子網(wǎng)以緩解日益增加的跳數，即多出入口WMN結構，以此，限制多跳帶寬性能到可滿(mǎn)足應用需求即可，如圖4所示。和現有的鐵路WMN榕樹(shù)型總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲有一定的區別，礦井WMN多出入口結構保留了網(wǎng)狀拓撲結構，是由礦井多媒體應急救援終端、井下多功能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀路由器、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)關(guān)及地面救援中心網(wǎng)絡(luò )交換設備構成。4個(gè)部分對應著(zhù)無(wú)線(xiàn)子網(wǎng)邊緣節點(diǎn)、路由轉發(fā)節點(diǎn)、根節點(diǎn)及控制中心節點(diǎn)。
2.2多模WMN路由模型
優(yōu)化多跳傳輸性能的最關(guān)鍵技術(shù)為多模WMN路由模型，它可以滿(mǎn)足井下的數據業(yè)務(wù)傳輸、視頻傳輸應用及礦井語(yǔ)音通信，如圖5所示。多模WMN路由模型由節能模塊、礦用電源模塊、天線(xiàn)模塊、RF通信鏈路、以太網(wǎng)交換功能模塊及3個(gè)獨立無(wú)線(xiàn)模組成。其中，以太網(wǎng)交換功能模塊、回傳連接鏈路模塊及用戶(hù)終端模塊之間的數據轉發(fā)和連接是通過(guò)網(wǎng)橋完成的。4性能測試及結果分析為了驗證多出入口WMN拓撲結構和多模WMN路由模型2個(gè)策略是否能有效的解決礦井無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )的多跳傳輸難題，充分考慮了低功耗、多射頻設計需求，設計了第二代WMN試驗平臺，如圖6所示。如圖7所示，采用了UDP和TCP網(wǎng)絡(luò )承載業(yè)務(wù)，比將網(wǎng)卡模式設為A模式和TurboA模式來(lái)測試網(wǎng)卡及網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的帶寬吞吐率變化。
從上述測試結果可以看出，在巷道中間部位，帶寬吞吐率出現了最高值，而且通信距離的增加對吞吐率的影響不大。帶寬吞吐量的最低值出現在巷道壁兩側，而且通信節點(diǎn)間隔距離越大，帶寬吞吐率波動(dòng)越大，即對帶寬吞吐率的影響越大。UDP業(yè)務(wù)帶寬吞吐率是隨著(zhù)通信節點(diǎn)間隔距離的增加急劇下降，TCP業(yè)務(wù)帶寬吞吐率隨著(zhù)通信節點(diǎn)間隔距離的增加下降緩慢。此外，將UDP和TCP業(yè)務(wù)的A模式和TurboA模式比較看出，在吞吐率性能上，A模式要比TurboA模式提高了1.2倍。
3結論
在分析傳統礦井應急通信缺陷的基礎上提出了一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )礦井應急通信系統。重點(diǎn)研究了WMN系統中多跳傳輸性能隨著(zhù)跳數的增加急劇下降的難題，并提出了多出入口WMN拓撲結構策略和多模WMN路由模型等解決技術(shù)。通過(guò)實(shí)驗測試表明，WMN通信系統大大增加了礦井無(wú)線(xiàn)骨干通信鏈路的業(yè)務(wù)帶寬，而且有效的解決了系統中多跳傳輸性能下降問(wèn)題。該系統為煤礦應急救援通信和礦井安全報警提供了新的思路，同時(shí)也升級了傳統的礦井無(wú)線(xiàn)傳輸綜合安全監測信息系統。
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