(硕士论文)无线Mesh应急通信网传输系统技术研究与设计.pdf

摘要无线网络以其组网灵活方便、可靠、自愈性强、无需基础通信支持等特点,成为能够在突发状况下支持应急通信需求的有效技术。针对本单位先前所研究的面向特殊应用背景的无线分组集群通信网络,在应急通信应用中网络覆盖能力、无线多址接入效能以及无线物理层传输能力与效率等方面存在的不足,论文就对其进行的系统改进设计中有关关键技术开展设计与研究工作。在根据应用背景及自主研发内在需求所确定采用技术开展改进系统的无线物理层设计工作中,论文在较全面分析了技术及影响系统性能的关键设计的基础上,通过借鉴喙丶际酰胖亟樯懿⒏隽烁慕尴進通信网系统的完整设计方案,并通过仿真得到了可行性结果。为了满足改进网络采用无线时分多址接入对时间同步的要求,并针对系统实际应用环境对基站同步方法带来的制约因素,具体研究了在缺乏网络外部高精度同步时钟支持的条件下,采用基于物理层参数解析的全网时间同步的方法,提出了适合改进系统的网络节点时间同步方案,并给出了仿真验证结果。关键词:无线网络正交频分复用基带设计时间同步
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第滦髀课题背景在无线网络无处不在的今天,人们生活的各个方面因为无线通信而发生极大的改变。当前广泛应用的无线网络,如蜂窝通信和无线局域网等,大多数都是面向公众服务的通信系统。这样的通信系统拓扑结构简单、可靠,技术相对成熟,但覆盖范围和网络可扩展性却受到了限制。在一些需要应急或是临时通信的场合,如自然灾害受灾区以及矿井等没有网络基础设施或是网络基础设施遭到破坏的环境下,对网络搭建的方便性和灵活性的要求显然更高。这种情况下,传统的基于有线骨干网络的无线通信系统则显得束手无策。自世纪末电话诞生以来,通信对整个人类社会的进步起着举足轻重的作用,电话、电报、电子邮件等通信手段已经成为人们日常生活不可缺少的组成部分。在出现自然灾害、突发事件等各类紧急情况下,政府和公众对通信的依赖程度更加突出,需要利用各类通信手段交换信息、通报险情、指挥救援、实施紧急救助等。应急通信,顾名思义,通信系统是面向紧急状况而建立的,是指在出现自然或人为的突发性紧急情况时,综合利用各种通信资源,保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法【俊S捎诮艏鼻榭龇⑸氖奔浜偷氐阃遣荒苋范ǖ模巳重大社会活动和体育赛事等极少数情况下,人们无法进行事先准备,因而所需的应急通信网络的覆盖范围、适合的网络拓扑结构也是人们无法事先预知的。由于应急通信相对于传统的通信系统所具有的这些特殊性,使得应急通信网络较之传统的公共通信网络应该具有能简单快捷地部署、灵活机动性强、环境适应性好、系统支撑依赖少和系统顽存性强等特点,以解决公共通信网络在遭到毁坏等极端情况下的通信需求。从技术上来讲,固定电话网络无法胜任突发情况下的通信需求,原因在于固定电话受到有线电缆的限制,并不能在任何时间、任何地点都可以使用,网络的搭建过程也比较繁琐。随着蜂窝移动通信【的发展,只要是在移动通信基站的覆盖范围内,人们就可以在移动过程中灵活方便的进行通信,这使得蜂窝移动通信网络在应急通信中有一定的优势。然而,蜂窝移动通信是依靠地面有线核心通信网支撑的无线移动接入通信网,其有线基础通信设施在灾害环境下缺乏顽存性,一旦有线基础设施遭到破坏,整个覆盖范围内的通信将瘫痪。卫星通信是一种高效的无线通信技术【,它的通信覆盖范围大、不易受陆地灾害影响等特点适合于紧急状况下的突发需求。但卫星通信也有其自身不足,其高成本低
≯一⋯~’‘、蒸一⋯~~‘蒸⋯~一、西爪⋯,久湫㈣久黼路勘渤。国勘勘冯∥√堋国≮∥√ⅰ课题目标及研究内容普及度制约了它在应急环境下的普遍使用,此外在大型建筑物内、山体树木遮挡及地下矿井坑道等特殊环境中则无法有效使用。可见,现有的普遍使用的公众通信系统在面对特殊的突发性、紧急性的应用需求时,由于对有线基础设施的依赖、环境适应能力的欠缺、灵活性和经济性的缺乏等因素,不能胜任特殊环境下的应急通信的需求。因此,在特殊需要和应急情况下,在不依赖有线通信基础设施的前提下,研发一种能够适应各种复杂地理环境区域钊缃ㄖ锬凇⒋笊矫芰稚畲Α⒌叵驴缶拥乐,并且具有覆盖面大、构建快速、抗毁性强、支持多媒体通信等特点的无线移动通信网络是有普遍而广泛的现实应用价值和技术研究意义的。鉴于前述的应用需求背景,本课题围绕东南大学移动通信国家重点实验室承接的项目挠蓖ㄐ庞τ酶慕G蠖U埂系统的目标是在煤炭矿井生产环境中没有有线通信系统支撑的情况下,研究并开发具有复杂环境适应性的区域生产调度无线移动通信系统。先前的项目基于无线网【客ㄐ偶际酰芯靠7⒘酥С治尴叻肿槎越不耙敉信的矿井无线分组集群通信网络,该网络结构如图所示:针对矿井通信环境的特殊性,该应用网络设计为线性网络拓扑结构,网络由若干个基站以自组织全无线多跳方式构成,支持在覆盖范围内步行慢速移动通信终端通过