基于多路径传输协议的GNSS可靠基准站系统研究

作     者：王玉炘 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝凤琦

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：基站网络 多路径传输协议 数据调度 拥塞控制 

摘      要：GNSS(Global Navigation Satellite System)基准站系统在现代定位和导航应用中发挥着至关重要的作用。然而,GNSS基准站系统在网络通信的过程中仍面临着许多挑战,特别是当移动站快速移动时,由于不同网络运营商覆盖范围不一致,用户需要手动切换网络。此外,GNSS基准站系统中的关键定位信息需要及时传输,如果在数据传输过程中发生数据延迟或丢失,将会影响定位结果的可靠性。因此,提高GNSS基准站系统数据传输的稳定性至关重要。本文以GNSS基准站系统的数据传输链路为研究对象,进一步保障GNSS基准站系统中数据传输的稳定性,本文的研究内容主要包括以下几个方面: 1、在GNSS基准站系统中,单路径传输数据的方式极易受到网络故障和信号干扰的影响,并且自动化农机在作业时会跨越多个不同网络运营商的覆盖范围,用户需要手动切换网络,这往往会导致数据传输的中断或延迟。本文采用MPTCP(Multipath TCP)协议解决上述问题,该协议能够同时在多条路径上传输数据,有效保障了GNSS数据传输的稳定性。 2、考虑到GNSS基准站系统中含有许多关键的高实时性数据,为了保证定位的实时性,这些数据需要及时传输。为此,本文设计出一种基于MPTCP的数据调度方法MPSR(Multiple Selective Reception)。MPSR方法根据GNSS数据的实时性需求将数据分为观测数据和控制数据,并根据分类采取不同的传输策略。当网络环境不稳定时,MPSR方法采用多链路发送和选择性接收的策略处理观测数据。仿真实验结果表明,该方法在不稳定的网络环境下能够有效减少高实时性数据的丢包率,确保数据的可靠传输。 3、GNSS基准站系统不仅需要传输大量的卫星数据,还需要传输在多链路发送和选择性接收策略下产生的冗余数据。然而,由于网络带宽受限,数据链路中容易发生网络拥塞。为了解决这些问题,本文提出了一种M-OLIA(OLIA Based MIMD)拥塞控制方法。该方法将MPTCP子流分类并传输不同类型的数据,同时通过检测往返时延的变化判断网络拥塞程度。当网络拥塞严重时,M-OLIA方法将拥塞窗口减半,以便更快地恢复网络。对比实验结果表明,与现有的MPTCP拥塞控制机制相比,M-OLIA方法在吞吐量和RTT响应方面实现了显著的性能改进。 本文聚焦于GNSS基准站与自动化农机之间的数据传输链路,从多路径数据传输、MPTCP数据调度方法和MPTCP拥塞控制机制三个方面优化GNSS基准站系统的数据链路,具有理论意义和应用价值。