基于嵌入式系统的无线Mesh AP的研究

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随着嵌入式系统与无线网络技术的迅速发展,如何实现Internet的高速无线接入成为热点话题。无线局域网技术因其覆盖范围有限、存在通信盲区等缺点,已无法满足人们对高速便捷无线通信的要求。一种兼具多种网络结构优势的新型无线网络技术——无线Mesh网络应运而生。无线Mesh网络不仅能实现自组织、自愈合以及多跳无线连接,还具有高容量、高速率、低成本、覆盖范围广等特点。无线Mesh AP是无线Mesh网组网过程中的关键设备,发挥着不可替代的重要作用。本文针对无线局域网带宽低、覆盖范围有限、覆盖区域内存在盲点等不足,研究了一种适用性广的无线Mesh网络架构,设计实现了一款智能的无线Mesh AP。具体的研究内容如下:首先,对无线局域网技术、无线Mesh网络技术的国内外研究现状进行了概述,给出了本课题的研究背景和研究意义。对无线Mesh网络的网络结构、网络结构的特点以及嵌入式系统等进行了详细的描述。其次,在嵌入式开发板JA76PF0上搭建uClinux操作系统ing台,根据设计需求,在平台上实现了无线Mesh AP的节点功能、无线网卡驱动模块、网络管理模块以及安全模块。通过无线网卡驱动程序Madwifi,将两块无线网卡设置为不同的工作模式,从而实现无线Mesh骨干网和无线Mesh客户端网络的互联。通过hostapd守护进程、网络地址转换NAT、动态主机分配协议DHCP和网络时间同步NTP软件的下载、配置文件修改以及编译移植,实现了无线Mesh AP组网过程中的无线参数管理配置和对网络资源的合理利用。通过ESSID隐藏、MAC地址过滤技术及WPA加密认证技术,保障了无线Mesh AP在组网过程中的安全性。再次,将AODV路由协议的成功移植到嵌入式开发板中,并根据实际需要研究实现了一种基于无线通信链路稳定性参数的改进的AODV路由协议。通过对aodv-uu路由软件的源代码及Netfilter数据结构、钩子及钩子函数进行修改,实现了AODV路由协议的移植。通过对无线通信链路稳定进进检测和以无线通信链路稳定性参数为基础进行路由选择,实现了改进的AODV路由算法及其移植。最后,通过仿真软件NS对AODV路由协议和改进的AODV路由协议进行了仿真测试以及对比分析,证明了改进的AODV路由协议在网络吞吐量和丢包率方面有了明显的进步。最后,设计开发了基于B/S的无线Mesh AP配置管理平台。通过在嵌入式开发板JA76PF0上搭建Web服务器,在Web服务器和CGI应用程序的交互作用下,可实现远程读取配置无线Mesh AP参数。利用linux驱动程序中的ioctl()函数和system()函数以及shell脚本命令,实现对无线Mesh AP网卡参数的读取及配置。利用html页面、javascript脚本语言和CSS层叠样式表,实现了配置管理下台界面设计。经过反复配置测试,该配置管理平台Web响应时间在0.4秒以内,配置生效时间在1秒以内。纤过反复测试,本文设计研究的具备双重角色的只能无线Mesh AP,具有一定的兼容性和互操作性。不仅能够与现有网络设备兼容,实现实用性架构的无线网络网的搭建,还能提高数据传输的速率及准确性。
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