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CBTC系统无线局域网越区切换性能仿真分析

石亮  
【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。


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