FSO中基于动态接入节点选择的FPMIPv6切换方法研究

摘要

自由空间光（Free Space Optical，FSO）通信因其大容量、保密性强、高带宽等优点，成为通信领域的研究热点之一。随着用户网络化需求的增加，点对点的FSO通信已不能支持无间断的全域信息传输，组网逐渐成为FSO通信的研究重点。但是激光的窄波束和受限的节点接入度，限制了FSO组网的发展，特别是FSO组网过程中移动节点的切换研究。切换是无线网络中的一个关键研究问题，但在FSO网络中相关研究较少，而两种通信方式区别较大，已有的无线切换方法无法直接应用到FSO网络中，本文在分析FSO网络特点的基础上，重点研究FSO网络中基于动态接入节点选择的FPMIPv6切换方法。 当移动的无线光节点离开当前接入节点，进入新的接入节点的通信范围时，会发生接入节点的切换。为确定切换操作何时开始，并保证给切换操作预留出足够的时间，本文提出一种动态切换判决门限，利用移动节点的移动速度和切换时延确定出动态距离判决门限，当移动节点与当前接入节点之间的通信距离等于动态距离判决门限时，开始执行切换操作。 针对FSO网络中激光的波束窄和节点的接入度受限等问题，本文提出一种动态接入节点选择方法，在无线光节点切换时更好地选择出下一个接入节点。利用修正扩展卡尔曼滤波算法（Error Correction Extend Kalman Filter，EC-EKF），当前接入节点对移动节点的运动信息进行预测，预测的运动信息被用来计算移动节点的接受光功率和相对运动角。当移动节点与当前接入节点的通信距离触发判决门限时，引入模糊逻辑系统，综合考虑移动节点的接收光功率、相对运动角、候选接入节点的接入度三个因素，通过模糊逻辑系统，选出最佳接入节点。本文提出的方法解决了移动节点无法接收对比周围节点的信号强度选出最佳接入节点的问题。最后，通过Matlab对动态接入节点选择方法进行仿真，仿真结果显示，与传统接入节点选择方法对比，本文提出的动态接入节点选择方法能有效地选择最佳接入节点，减少切换次数。 在移动节点网络层切换阶段，本文引入FPMIPv6切换方法，并针对FSO网络的特性，提出一种基于动态接入节点选择的FPMIPv6切换方法。该方法采取动态接入节点选择方法选取新的接入网关，解决了移动节点无法获取新的接入网关信息的问题；在FPMIPv6切换方法的基础上，取消新旧网关之间的双向隧道，在本地移动锚点中建立移动节点缓存，减少了双向隧道建立和预测式FMIPv6切换失败导致的切换时延和丢包率。最后，采用NS2网络仿真软件对改进的FPMIPv6切换方法进行仿真，仿真结果显示，与FPMIPv6切换方法对比，本文改进的FPMIPv6切换方法能有效地减少切换时延和丢包率。

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摘要

ABSTRACT

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1应用背景和研究意义

1.2国内外发展动态

1.2.1FSO通信技术国内外发展动态

1.2.2切换方法国内外发展动态

1.3论文主要研究内容

1.4论文结构及章节安排

第二章 FSO通信系统和切换技术

2.1.1FSO通信系统的基本组成

2.1.2激光传输的大气效应

2.2.1切换分类

2.2.2切换判决条件

2.3移动IP原理

2.3.2移动IPv6概述

2.4本章小结

第三章 改进的动态接入节点选择方法研究

3.1误差修正扩展卡尔曼算法

3.2模糊逻辑算法理论

3.3FSO中改进的动态接入节点选择方法

3.3.2动态的距离切换判决门限

3.3.3模糊逻辑判决阶段

3.4动态选择接入节点仿真与分析

3.4.1相关参数设定

3.4.2仿真结果与分析

3.5本章小结

第四章 改进的FPMIPv6切换方法研究

4.1.1PMIPv6切换

4.1.2切换时延分析

4.2FPMIPv6切换方法

4.2.2反应式FPMIPv6切换

4.2.3切换时延分析

4.3FSO中改进的FPMIPv6切换方法

4.3.2改进的FPMIPv6切换方法

4.4改进的FPMIPv6切换仿真与分析

4.4.1仿真环境

4.4.2仿真结果与分析

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.2研究展望

参考文献

致谢

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