CBTC系统无线局域网越区切换性能仿真分析

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1、中文摘要摘要：近年来，IEEE802．11无线局域网(WirelessLAN，WLAN)广泛用于CBTC．．(CommunicationBasedTrainContr01)系统中实现车．地双向信息传输。由于发射穆I，功率的限制和地形地物的影响，无线局域网中单个接入点(AccessPoint，AP)的一信号覆盖范围有限，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

2、扑结构，详细描述了基于WLAN的CBTC车．地通信系统采用的ESS(ExtendedServiceSet)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．

3、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。关键词：CBTC；802．11；无线局域网；切换；OPNET仿真分类号：U285．21一冉l

4、．、

5、●～●ABSTRACTABSTRACT：Recently,IEEE802．11basedWirelessLANhasbeenwidelyusedasbi—directionaltraingroundcommunicationinCommunicationBasedTrainControl(CBTC)system．Duetothetransmitpowerregulationandgroundconstructioneffect，thecoverageareaofasingleAPislimited．ThedistancebetweenadjacentAP

6、sisoften200metersinCBTC．Inordertoguaranteethereliableandcontinuouscommunicationbetweentrainandground，whenatrainleavesanAP’Scoveragearea，ithastohandoffandre-associationwithanotherone．Bothfieldandlaboratorytestsillustratethatmostofthecommunicationinterruptionsarecausedbyhandoffs．Ac

7、cordingtotheIEEE802．11Standard，thepaperfirstintroducestheWirelessLANphysicaltopology．ItthendescribesthehandoffproceduresintheWLANBasedtraingroundcommunicationandanalyzesthedelaycausedbyeveryhandoffphase．Thehandoffproceduresinclude：Scanning，Authentication，Re-association．Next,withn

8、etworksimulationtoolOPNET,thispaperconstructsasimulationnetworkforWLANbasedCBTCtraingroundcommunicationsystem．Thetraincontrolapplicationmodelandtrainmobilitymodelisestablishedbasedonrealtrainoperationprinciples．WiththethreelayermodelsinOPNET,thepaperrealizedthenetworkmodel，protoc

9、olmodel，directionalantennamodelandrevise