车载WiFi应用快速AP间切换关键技术研究

论文摘要

移动互联网应用已得到国内外广泛的重视,其中WiFi因其应用普及、成本低廉等优势成为车载无线接入潜在的理想技术之一,但由于WiFi原本针对固定或者游牧式环境设计,需要进一步改进以便为车载移动应用提供更可靠的宽带连接。为此,本文系统研究了WiFi在各种典型移动环境下的扫描与切换机制。首先,本文就WiFi在60Km/h（市区）、120Km/h（高速公路）、250Km/h和360Km/h（高速铁路）等几种典型移动环境下的扫描机制进行了深入的仿真分析。仿真结果表明：（1）针对市区内车载移动环境,无线信道数可部署3个正交信道或全部11个信道,对应的扫描间隔可设计为180或160毫秒；（2）针对高速公路车载移动环境,无线信道数可部署2个或3个正交信道,对应的扫描间隔均可设计为100毫秒；（3）针对250Km/h高速铁路车载移动环境,无线信道数可部署2个正交信道,对应的扫描间隔可设计为60毫秒；（4）针对360Km/h高速铁路车载移动环境,无线信道数一般只可部署1个信道,对应的扫描间隔可设计为20毫秒。然后,本文基于嵌入式系统搭建了WiFi扫描实验床,在固定、30Km/h、60Km/h和90Km/h移动速度下依次进行了系列实验研究。实验结果表明：通过优化扫描间隔等系统参数,可以实现移动环境下良好的扫描记录可信度,并且对于30Km/h移动速度,扫描间隔不宜超过1s；对于60Km/h移动速度,扫描间隔不宜超过0.5s；对于90Km/h移动速度,扫描间隔不宜超过0.35s。最后,针对车载移动环境下WiFi链路不可避免地存在突然中断的问题,本文搭建了AP间硬切换实验床,以强行改变当前AP的工作状态模拟WiFi链路突然中断场景,触发主从无线模块的硬切换进程,并系统地研究和分析AP间硬切换导致的网络延迟和带宽变化。实验结果表明,在保证网络带宽基本稳定的前提下,基于多无线模块的AP间硬切换延迟仅为300ms-400ms。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 车载Internet接入技术研究现状
• 1.2.2 WiFi技术发展现状
• 1.2.3 WiFi移动应用与研究现状
• 1.3 论文的主要内容及结构
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文结构
• 第二章 快速AP间切换技术综述
• 2.1 快速AP间切换技术现状
• 2.1.1 快速AP间切换发展状况
• 2.1.2 快速AP间切换研究现状
• 2.2 快速AP间切换技术探讨
• 2.2.1 切换过程分析
• 2.2.2 切换模型分析
• 2.3 小结
• 第三章 车载移动环境WiFi扫描策略仿真研究
• 3.1 WiFi扫描流程分析
• 3.2 WiFi扫描机制研究
• 3.2.1 WiFi扫描开销
• 3.2.2 WiFi扫描记录可信度
• 3.3 WiFi移动扫描策略优化
• 3.3.1 60Km/h（市区）车载移动环境
• 3.3.2 120Km/h（高速公路）车载移动环境
• 3.3.3 250Km/h（高速铁路）车载移动环境
• 3.3.4 360Km/h（高速铁路）车载移动环境
• 3.4 小结
• 第四章 车载WiFi应用实验平台构建及扫描实验研究
• 4.1 基于多无线模块的快速AP间切换方法
• 4.2 车载通信网关开发
• 4.3 实验研究及数据分析
• 4.3.1 扫描测试实验原理
• 4.3.2 优化WiFi扫描性能实验
• 4.3.3 固定环境下扫描实验及分析
• 4.3.4 移动环境下扫描实验及分析
• 4.3.5 实验结论
• 4.4 小结
• 第五章 AP间硬切换实验研究
• 5.1 AP间硬切换实验原理
• 5.1.1 AP间硬切换实验床
• 5.1.2 AP间硬切换算法
• 5.2 实验及分析
• 5.2.1 延迟实验及分析
• 5.2.3 带宽实验及分析
• 5.3 实验结论
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间的主要研究成果