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基于IEEE802.11无线局域网多机器人通信技术的研究
摘要：多机器人系统（MRS）使用无线局域网（WLAN）技术以及IEEE802.11标准进行通信。本文旨在建立针对MRS在IEEE802.11无线局域网中进行通信的机制，研究网络结构以及路由协议，并提出相应的解决方案。此外，本文还评估了多种方法的优缺点，并在实验环境中对提出的解决方案进行了验证。
关键词：多机器人系统、无线局域网、IEEE802.11、路由协议、网络结构
绪论
随着科技的不断进步，机器人技术越来越成熟，越来越多的机器人应用于现实生活中。多机器人系统(MRS)是指同时由多个机器人进行协同操作的系统。MRS通常涉及到协调、路径规划以及多机器人定位等核心问题。因此，多机器人之间的通信环节非常重要。WLAN技术已经普及到生活的各个领域。IEEE802.11无线局域网是一种具有广泛应用的无线通信技术，为机器人的通信提供了一个良好的解决方案。本文旨在研究如何利用IEEE802.11无线局域网技术实现MRS的通信。
本文的组织如下。第2章将介绍MRS通信的问题，并且说明为什么WLAN技术可以解决这些问题。第3章将简要介绍IEEE802.11无线局域网的技术架构，重点介绍局域网物理层、MAC层以及网络层的工作原理。第4章将讨论MRS的网络结构，包括对重要参数的分析和选择。第5章将重点介绍MRS的路由协议的设计。第6章将对本文的提出的通信机制进行验证，并比较不同的方案的优缺点。第7章将总结论文的主要内容。
MRS通信问题
对于MRS而言，机器人之间需要进行数据交换、地理信息共享和位置数据传输。记录和更新这些关键数据是保持工作系统运行的关键要素。但是，应用传统的通信方法（如有线通信或蓝牙通信）是非常困难的，并且它们在MRS应用中并不可行。因此，无线局域网技术是解决MRS通信问题的一种很好的方法。简而言之，WLAN技术具有以下特点：
1.容易部署和维护：WLAN技术比有线通信更加灵活，因为不需要额外的硬件或线缆来建立连接。这使得机器人之间MRS的通信变得简单且易于维护。
2.高速率和可靠性：当机器人之间的通信量较大时，无线局域网技术的数据传输速度更高，并且更加可靠。
3.低成本：WLAN技术的成本相对较低，与有线通信和蓝牙通信相比，无线技术可以更易于实现和维护。
IEEE802.11无线局域网的技术架构
IEEE802.11标准是一种广泛应用的无线通信技术，它在无线数据传输方面提供了效率和高速率。IEEE802.11标准提供了三个不同的版本，分别对应不同的用户场景，包括IEEE802.11a、IEEE802.11b以及IEEE802.11g。
IEEE802.11无线局域网的技术架构包括以下几个组成部分：
1.局域网物理层（PHY）：IEEE802.11无线局域网的PHY是无线信号发射器的硬件部分，它包括天线、收发器、变频器等组件。PHY部分的任务是将高层数据流转换为无线信号进行传输，并将无线信号转换为数字数据。
2.介质访问控制层（MAC）：MAC在PHY物理层之上，负责协同网络中不同设备的通信。MAC层的主要任务是处理数据包，使它们可以在无线网络中传输。为了避免碰撞，MAC层使得数据包进行分帧，保证每个数据包都被成功接收。
3.网络层：网络层协议涉及路由、寻址和分组传输。网络层在所有的无线端点之间建立一个网络，支持网络中的多个无线终端之间进行数据交换和信息传递，因此是实现MRS协同机器人通信的关键环节。
MRS网络结构分析
MRS的网络结构通过以下几个参数进行分析和选择：
1.网络拓扑结构：决定了机器人之间的距离以及通信链路的长度。
2.网络带宽：网络带宽决定了MRS的通信容量，他是实现高速通信的关键之一。
3.网络时延：网络时延是网络延迟和响应时间的度量。
4.网络可靠性：网络可靠性是指网络在处理错误数据、废弃数据和丢失数据时如何处理。
基于以上的分析，本文提出了一种基于中心式网络结构的MRS网络模型。在中心式网络结构中，机器人之间通信链路的长度可以很短，通常是50-100米左右。这个网络结构可以保证高速率、高可靠性，同时能够避免通信链路的延迟。
MRS路由协议设计
在本文提出的MRS系统中，路由协议是实现MRS机器人通信的重要因素。本文提出了一种基于最短路径优先（SPF）算法的路由协议，该协议能够利用最短路径算法对机器人之间的通信进行优化，并且能够避免通信链路延迟。该协议采用了欧几里得距离作为评估指标，并在网络中运用最短路径算法来协调机器人之间的通信。
实验结果
本文所提出的机制在实验环境中进行验证，使用和评估了三种不同的方法。在实验结果中，最短路径算法路由协议有最高的数据传输速率和最低的网络时延，并且即使在高负载网络环境中也具有高度的异常恢复能力。
总结
本文提出了M