校园“一卡通”数据采集系统中无线接入网协议设计与实现

作     者：赵思齐 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹奇英

授予年度：2008年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 

主      题：校园“一卡通” 数据采集 无线接入网 车载终端 无线基站 协议栈 

摘      要：近年来,校园“一卡通逐渐成为校园内信息交互的重要载体,在身份识别、电子钱包、考勤等方面得到了广泛应用。东华大学教职员工可凭校园“一卡通刷卡搭乘校区间班车,并通过车载终端采集到的数据实现教职员工上下班的考勤,但车载终端数据的采集却成了系统工作效率的瓶颈。传统的数据采集方式依靠人工上车采集,既浪费了人力资源,又容易出现因班车调度而出现的数据采集失败的情况,给信息的及时处理带来了极大的不便。无线接入网技术通过架设无线基站,可以实现采集数据的自动传输,为校园“一卡通数据采集系统提供了一种可行的无线接入解决方案。 本论文在东华大学“211工程公共服务体系建设项目的支持下,进行了校园“一卡通数据采集系统中无线接入网协议的研究与设计。 本文首先阐述了课题的研究背景,分析相关技术的发展现状以及研究成果,剖析了系统架构设计中遇到的一系列问题,阐明了系统的设计思想,提出了系统整体规划设计方案,描述了系统的功能需求和网络拓扑结构,并对系统进行了模块划分,说明了系统的基本通信原理。 其次讨论了无线通信子系统软硬件平台的构建。探讨了嵌入式处理器、射频读写模块与无线通信模块的选用,分别介绍了数据采集终端和无线基站端的硬件结构框架。介绍在通信双方不同硬件平台上嵌入式操作系统移植的选择,通过分析OSI七层协议结构模型,设计了无线通信子系统的协议栈结构。 研究了无线网络的数据链路层协议。采用目前常用的循环冗余CRC码来进行信息通信过程中的差错检测,描述了几种多址接入协议的工作原理,并分析了影响协议性能的因素,确定了以随机访问协议1-持续CSMA作为设计基础,设计了系统数据链路层协议的帧格式,给出了差错检测和冲突避免过程的详细设计,最后针对链路质量设计了丢包率测试实验,并对测试结果进行深入分析和讨论。 详细阐述了传输层协议的设计。分析了目前常见的流量控制协议和差错控制协议优缺点,并确定了统一的停止等待协议作为系统流量控制和差错控制方式,设计了系统传输层协议的分组格式,给出了传输层协议发送方与接收方的协作流程,从功能和效率两方面对协议的性能进行了深入分析和讨论,最后对系统进行了传输可靠性测试。 最后结合系统需求设计了应用层协议。分析了两种常见网络应用程序体系结构各自的优缺点,引入了基于轮询机制的客户机/服务器体系结构和进程间通信等概念,设计了应用层协议的报文类型和格式,给出了服务器与客户机进程间报文通信的详细设计与实现过程,针对协议的性能进行了深入分析和讨论,介绍了整个无线通信协议的调试过程。 本文的创新性在于将无线接入技术引入校园“一卡通数据的无线传输,结合应用实际设计并实现了可供数据采集终端与无线基站端使用的专用无线通信协议,低成本、高效率地解决了移动终端数据采集的自动化问题。