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WMPLS技术在铁路应急网络路由算法中的应用研究

作　者: 孟阳
导　师: 王喆
学　校: 兰州交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 铁路应急通信 Ad hoc自组网 WMPLS LSCRA
分类号: TN915.852
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 10次
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内容摘要

如今我国正处于铁路事业快速发展时期,各种技术也相应被运用到铁路建设上来。随着铁路事业的发展,我国的铁路通信系统(Railroad Communication System, RRCS)也有很大的飞跃。通号一体化成为当今铁路通信的主流,基于蜂窝移动通信的GSM-R (GSM for Railways)铁路专用平台正在被广泛的推广和使用。针对我国铁路运输实际情况,GSM-R技术正在不断发展和完善。GSM-R通信平台主要是通过基站来实现数据的中继,当发生行车事故或自然灾害时,基站遭到破坏,则GSM-R手持终端将不能再使用普通模式进行通信,这时可以将GSM-R手持终端切换到Ad hoc组网方式下,利用Ad hoc组网技术特点,实现GSM-R手持终端在应急通信中更快的部署,更大范围覆盖,给予铁路应急通信更有力的保障。首先,分别对应急通信、GSM-R铁路专用通信系统、移动Ad hoc网络以及多协议标签交换进行了初步的介绍,为下文做理论的铺垫。分析GSM-R铁路专用平台中手持终端的工作模式。针对GSM-R手持终端直通模式的特点,结合应急现场人员组织结构及运动规律,采用Ad hoc组网结构中的分簇结构,可以避免平面组网结构带来的扩展性差,容易造成网络拥塞等潜在问题。在应急现场中,同组人员都是统一行动,在分簇的时候能够划分到同一簇或相邻簇中,保证同组人员在应急现场中的通信,同时也发挥了分簇组网结构的优势,实现了簇内通信和簇间通信的隔离,可以有效地降低路由发现控制分组在整个网络中的洪泛。其次,基于分簇的思想,选用如今比较成熟的分簇路由协议(Cluster-Based Routing Protocol, CBRP)作为Ad hoc应急通信的组网协议。根据无线多协议标签交换(WMPLS)技术的特点,使用定长标签作为转发标志,与CBRP协议中的路由算法(以下称为CBRP路由算法)相结合可以提高数据分组的转发效率。为实现数据分组的标签交换,先对CBRP路由算法进行仔细的研究,选择标签搭载式分发方式,通过向路由发现分组RREQ和路由回复分组RREP中添加定长标签,在正向路由和反向路由建立过程中实现标签的分发同时建立标签交换路径。将标签交换与CBRP路由算法相结合,对原CBRP路由算法进行改进,提出基于标签交换分簇路由算法(Label Switching Clustering Routing Algorithm, LSCRA)的概念,用二层标签交换代替三层IP交换实现数据分组的快速转发。然后,使用NS2仿真工具进行仿真实验,通过对铁路应急现场情况的研究,针对人员的活动情况选择适当的仿真移动模型,针对列车通过应急区域的情况选择仿真移动模型,选择不同网络规模和网络负载参数对改进后的算法进行仿真测试。最后,把两种算法的仿真结果进行对比,再结合GSM-R铁路服务质量指标分析改进后算法在GSM-R应急自组网系统中的适用性。对全文进行了总结,并对其发展方向进行了展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-19
  1.1 本课题的来源及研究意义  10-11
  1.2 应急通信概述  11-14
    1.2.1 应急通信的特点  11
    1.2.2 常用应急通信传输方式  11-14
  1.3 GSM-R通信系统概述  14-15
  1.4 移动Ad hoc网络概述  15-17
  1.5 多协议标签交换技术  17
  1.6 论文的研究内容和主要创新点  17-18
    1.6.1 本论文的研究内容  17-18
    1.6.2 本文的创新点  18
  1.7 论文结构  18-19
2 基于Ad hoc自组网方式的铁路应急通信系统  19-31
  2.1 铁路应急通信系统概述  19-22
    2.1.1 铁路应急通信的特点与要求  19-20
    2.1.2 铁路应急通信系统的种类  20-21
    2.1.3 铁路应急通信系统信息传输方式  21
    2.1.4 铁路应急通信系统的功能  21-22
  2.2 我国铁路应急通信系统的现状和未来  22-23
  2.3 直通操作模式  23-28
    2.3.1 直通模式概述  23
    2.3.2 直通模式业务  23-24
    2.3.3 常用直通模式  24-27
    2.3.4 直通模式的适用场合  27-28
  2.4 基于Ad hoc自组网的GSM-R应急通信系统  28-30
    2.4.1 概述  28
    2.4.2 GSM-R应急通信系统结构  28-29
    2.4.3 基于Ad hoc自组网的GSM-R应急通信技术难点  29-30
  2.5 本章小结  30-31
3 Ad hoc自组网分簇路由协议及算法  31-48
  3.1 Ad hoc网络路由协议的研究  31-35
    3.1.1 Ad hoc网络的特点  31-33
    3.1.2 路由协议的分类  33-35
  3.2 分簇结构的Ad hoc网络路由协议  35-37
  3.3 CBRP路由协议  37-47
  3.4 本章小结  47-48
4 基于标签交换分簇路由算法LSCRA  48-73
  4.1 WMPLS无线多协议标签交换  48-51
  4.2 标签交换在Ad hoc网络中的应用  51-54
  4.3 LSCRA标签交换路由算法的实现  54-61
    4.3.1 标签的生成规则  54
    4.3.2 节点的功能结构  54-55
    4.3.3 标签交换路径的建立  55-61
    4.3.4 LSP的维护  61
  4.4 仿真分析  61-72
    4.4.1 网络性能评估标准  63-64
    4.4.2 LSCRA算法仿真分析  64-72
  4.5 本章小结  72-73
5 总结和展望  73-75
  5.1 总结  73-74
  5.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-78
攻读学位期间的研究成果  78

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