無線通信網絡傳輸性能的優化

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1WMN結構及多跳傳輸技術

作為目前最適合礦井無線救援通信的WMN通信技術，在國內研究較多，但多跳傳輸性能一直制約著WMN技術在煤礦的推廣應用，研究甚少。隨著WMN跳數的增加，路由轉發和網絡接入非常頻繁，第一代WMN由于采用單一的RF通信鏈路和一個無線網卡不能滿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題。如圖3所示，通信技術的發展使得WMN多跳傳輸技術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跳業務傳輸應用，每個多跳傳輸節點（2.4Hz）只有一個RF通信鏈路和一個無線接入網卡，它的傳輸業務和共享網絡無線接入是共享的。此外，在同一頻段的同一信道，具有多跳傳輸節點和WiFi終端共享網絡回傳通信鏈路。第二代WMN，按照WMN系統設計需求，每個多跳傳輸節點具有5.8Hz和2.4Hz2個頻段的RF通信鏈路和無線接入網卡。在5.8Hz頻段的同一信道，相鄰節點共享網絡回傳通信鏈路。第三代WMN，具有獨立的5.8Hz多跳傳輸業務和2.4Hz無線網絡接入。和第二代的最大區別就是，該WMN相鄰節點具有獨立的網絡回傳通信鏈路，全部運行在不同信道的5.8Hz頻段，通過協調信道管理機制調節工作。

2多跳傳輸性能優化

2.1多出入口WMN拓撲結構

本文通過配置網關的增加數量將整個WMN劃分為若干WMN子網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足應用需求即可，如圖4所示。和現有的鐵路WMN榕樹型總線網絡拓撲有一定的區別，礦井WMN多出入口結構保留了網狀拓撲結構，是由礦井多媒體應急救援終端、井下多功能無線網狀路由器、無線網狀網關及地面救援中心網絡交換設備構成。4個部分對應著無線子網邊緣節點、路由轉發節點、根節點及控制中心節點。

2.2多模WMN路由模型

優化多跳傳輸性能的最關鍵技術為多模WMN路由模型，它可以滿足井下的數據業務傳輸、視頻傳輸應用及礦井語音通信，如圖5所示。多模WMN路由模型由節能模塊、礦用電源模塊、天線模塊、RF通信鏈路、以太網交換功能模塊及3個獨立無線模組成。其中，以太網交換功能模塊、回傳連接鏈路模塊及用戶終端模塊之間的數據轉發和連接是通過網橋完成的。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個策略是否能有效的解決礦井無線通信網絡的多跳傳輸難題，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網絡承載業務，比將網卡模式設為A模式和TurboA模式來測試網卡及網絡業務的帶寬吞吐率變化。

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，而且通信節點間隔距離越大，帶寬吞吐率波動越大，即對帶寬吞吐率的影響越大。UDP業務帶寬吞吐率是隨著通信節點間隔距離的增加急劇下降，TCP業務帶寬吞吐率隨著通信節點間隔距離的增加下降緩慢。此外，將UDP和TCP業務的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線網狀網絡礦井應急通信系統。重點研究了WMN系統中多跳傳輸性能隨著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。通過實驗測試表明，WMN通信系統大大增加了礦井無線骨干通信鏈路的業務帶寬，而且有效的解決了系統中多跳傳輸性能下降問題。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，同時也升級了傳統的礦井無線傳輸綜合安全監測信息系統。

本文作者：岳亮 單位：重慶電子工程職業學院