无线通信网络传输性能的优化

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1WMN结构及多跳传输技术

作为目前最适合矿井无线救援通信的WMN通信技术，在国内研究较多，但多跳传输性能一直制约着WMN技术在煤矿的推广应用，研究甚少。随着WMN跳数的增加，路由转发和网络接入非常频繁，第一代WMN由于采用单一的RF通信链路和一个无线网卡不能满足日益增加的跳数需求，如表1所示。因此，改善WMN的吞吐率容量是当前要解决的首要问题。如图3所示，通信技术的发展使得WMN多跳传输技术出现了第二代和第三代。第一代WMN，根据WMN系统设计，第一代WMN一般支持3-7跳业务传输应用，每个多跳传输节点（2.4Hz）只有一个RF通信链路和一个无线接入网卡，它的传输业务和共享网络无线接入是共享的。此外，在同一频段的同一信道，具有多跳传输节点和WiFi终端共享网络回传通信链路。第二代WMN，按照WMN系统设计需求，每个多跳传输节点具有5.8Hz和2.4Hz2个频段的RF通信链路和无线接入网卡。在5.8Hz频段的同一信道，相邻节点共享网络回传通信链路。第三代WMN，具有独立的5.8Hz多跳传输业务和2.4Hz无线网络接入。和第二代的最大区别就是，该WMN相邻节点具有独立的网络回传通信链路，全部运行在不同信道的5.8Hz频段，通过协调信道管理机制调节工作。

2多跳传输性能优化

2.1多出入口WMN拓扑结构

本文通过配置网关的增加数量将整个WMN划分为若干WMN子网以缓解日益增加的跳数，即多出入口WMN结构，以此，限制多跳带宽性能到可满足应用需求即可，如图4所示。和现有的铁路WMN榕树型总线网络拓扑有一定的区别，矿井WMN多出入口结构保留了网状拓扑结构，是由矿井多媒体应急救援终端、井下多功能无线网状路由器、无线网状网关及地面救援中心网络交换设备构成。4个部分对应着无线子网边缘节点、路由转发节点、根节点及控制中心节点。

2.2多模WMN路由模型

优化多跳传输性能的最关键技术为多模WMN路由模型，它可以满足井下的数据业务传输、视频传输应用及矿井语音通信，如图5所示。多模WMN路由模型由节能模块、矿用电源模块、天线模块、RF通信链路、以太网交换功能模块及3个独立无线模组成。其中，以太网交换功能模块、回传连接链路模块及用户终端模块之间的数据转发和连接是通过网桥完成的。4性能测试及结果分析为了验证多出入口WMN拓扑结构和多模WMN路由模型2个策略是否能有效的解决矿井无线通信网络的多跳传输难题，充分考虑了低功耗、多射频设计需求，设计了第二代WMN试验平台，如图6所示。如图7所示，采用了UDP和TCP网络承载业务，比将网卡模式设为A模式和TurboA模式来测试网卡及网络业务的带宽吞吐率变化。

从上述测试结果可以看出，在巷道中间部位，带宽吞吐率出现了最高值，而且通信距离的增加对吞吐率的影响不大。带宽吞吐量的最低值出现在巷道壁两侧，而且通信节点间隔距离越大，带宽吞吐率波动越大，即对带宽吞吐率的影响越大。UDP业务带宽吞吐率是随着通信节点间隔距离的增加急剧下降，TCP业务带宽吞吐率随着通信节点间隔距离的增加下降缓慢。此外，将UDP和TCP业务的A模式和TurboA模式比较看出，在吞吐率性能上，A模式要比TurboA模式提高了1.2倍。

3结论

在分析传统矿井应急通信缺陷的基础上提出了一种无线网状网络矿井应急通信系统。重点研究了WMN系统中多跳传输性能随着跳数的增加急剧下降的难题，并提出了多出入口WMN拓扑结构策略和多模WMN路由模型等解决技术。通过实验测试表明，WMN通信系统大大增加了矿井无线骨干通信链路的业务带宽，而且有效的解决了系统中多跳传输性能下降问题。该系统为煤矿应急救援通信和矿井安全报警提供了新的思路，同时也升级了传统的矿井无线传输综合安全监测信息系统。

本文作者：岳亮 单位：重庆电子工程职业学院