基于嵌入式系统的Ad Hoc节点的设计与实现

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本文研究的煤矿井下救援场景中,全网的体系结构分为主干网和子网两部分:主干网基于多跳的Ad Hoc网络架构,子网基于以接入点为中心的WLAN架构。 首先,对井下无线调度与定位系统结构作了简要介绍,然后讲述了Ad Hoc网络的发展历史,以及关键技术的国内外动态。随后,对Ad Hoc网络结构进行分类描述。从实际角度出发,选取AODV协议作为Ad Hoc节点的路由层协议;采用无线局域网802.11协议作为Ad Hoc节点的MAC层协议,对其网络结构和组网方式加以介绍。 提出了基于IXP425嵌入式系统平台的Ad Hoc节点的设计方案,该方案具有性价比高、功耗低、可靠性强、集成度高、外围接口丰富的特点,已在国家863项目无线保护接入(WPA)关键技术与应用(2003AA143040)、国家242信息安全计划以及无线网络工程技术研究(8504001033)中得到应用。对该设计方案硬件设计、实现与调试工作重点论述,同时对其软件架构与实现作了相应的阐述。 基于所实现的Ad Hoc节点,对其MAC层的性能作出理论分析,推导出其时延和抖动公式,并根据具体的井下无线调度与定位系统系统的应用环境,运用NS2仿真工具,对Ad Hoc节点的MAC层特性进行网络仿真。通过仿真结果分析,在井下环境中,当背景数据发生速率在0~500kpkts/s范围内时,语音链路的时延和丢包率随网络繁忙度增加而增加,吞吐量随网络繁忙度增加而减小。通过Ad Hoc节点MAC层现采用的DCF协议与EDCF协议对比看出,采用DCF协议时,语音链路的抖动波动很大,而采用EDCF协议时,语音链路在时延和抖动上的特性都比DCF稳定许多,时延一直稳定在0.15s左右,抖动时延差保持在4ms左右。在背景数据流量为500k Dackets/s的情况下,语音链路仍然能有20kbps左右的吞吐量。 最后,对以后进一步的工作研究作出了展望。以支持EDCF协议的无线模块替代现有的支持DCF协议的无线模块成为下一步的工作目标。
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