本文關(guān)鍵詞：工業(yè)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)若干技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《華東理工大學(xué)》 2013年

工業(yè)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)若干技術(shù)的研究

左蕓  

【摘要】：作為微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)快速發(fā)展的結(jié)晶,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為了一種全新的信息獲取與處理技術(shù)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成,通過(guò)多跳的無(wú)線通信的方式形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行感知、采集和處理。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展和完善為工業(yè)應(yīng)用提供了實(shí)施的可行性,但由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜,使得無(wú)線技術(shù)在其中的應(yīng)用一直備受挑戰(zhàn)。因此,對(duì)適用于工業(yè)應(yīng)用的相關(guān)無(wú)線協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的研究一直在不間斷地進(jìn)行著,并有相關(guān)成果推出。 本文圍繞適用于工業(yè)應(yīng)用的無(wú)線協(xié)議進(jìn)行研究,結(jié)合具體應(yīng)用需求,提出了一種工業(yè)無(wú)線mesh協(xié)議的框架以及符合該協(xié)議框架的節(jié)點(diǎn)架構(gòu)；針對(duì)mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出了一種能同時(shí)滿足實(shí)時(shí)性和確定性數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嗦窂铰酚伤惴�；就MAC層的資源優(yōu)化問(wèn)題,提出了基于智能算法的TDMA優(yōu)化方案以確保有效時(shí)槽調(diào)度。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)符合工業(yè)無(wú)線mesh協(xié)議的網(wǎng)關(guān)、終端數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和無(wú)線適配器的研究開發(fā),搭建了符合工業(yè)應(yīng)用需求的無(wú)線控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證了該協(xié)議中路由算法、時(shí)間同步機(jī)制以及TDMA調(diào)度方案的可行性和有效性。 本文主要完成的研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.通過(guò)對(duì)TSMP協(xié)議和ISA100.11a協(xié)議的剖析,結(jié)合工業(yè)應(yīng)用需求,提出了一種適用于工業(yè)的無(wú)線mesh協(xié)議框架。該協(xié)議框架以O(shè)SI7層模型為基礎(chǔ),采用IEEE802.15.4-2006標(biāo)準(zhǔn)作為底層標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)據(jù)鏈路層基于TDMA調(diào)度,建立同步和分時(shí)工作機(jī)制,并實(shí)現(xiàn)通信資源的分配；網(wǎng)絡(luò)傳輸層負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)間安全有效的通信,主要涉及到路由算法的實(shí)現(xiàn)；應(yīng)用層則按照實(shí)際需求為用戶提供服務(wù)。仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析證明該工業(yè)無(wú)線(?)nesh協(xié)議框架能較好滿足工業(yè)無(wú)線通信的低功耗、確定性、實(shí)時(shí)性和可靠性需求。 2.針對(duì)mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中多路徑路由引起的數(shù)據(jù)傳輸不確定性問(wèn)題,提出了一種基于最短路徑搜尋和路徑信息擴(kuò)散的路由建立和維護(hù)算法。該算法首先通過(guò)改進(jìn)型Dijkstra算法尋找源節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)的最短路徑,然后在此基礎(chǔ)上結(jié)合蟻群算法和AODV算法中路徑信息擴(kuò)散的思想,為源節(jié)點(diǎn)尋找到多條可行優(yōu)化路徑。以路徑長(zhǎng)度和相交鏈路數(shù)目作為路徑選擇的標(biāo)準(zhǔn),并引入節(jié)點(diǎn)最低剩余能量約束,保證數(shù)據(jù)能在多條較優(yōu)的路徑上分散傳輸。同時(shí)就網(wǎng)絡(luò)中的各種拓?fù)渥兓鸬穆酚勺兓闆r,給出了相應(yīng)的維護(hù)機(jī)制。仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析驗(yàn)證了算法在路徑長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)包成功到達(dá)率以及路由開銷等方面的良好性能,為滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和確定性要求提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。 3.就工業(yè)無(wú)線(?)nesh網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)槽分配調(diào)度問(wèn)題,根據(jù)不同優(yōu)化目標(biāo)的需求,分別提出了單目標(biāo)TDMA調(diào)度算法和多目標(biāo)TDMA調(diào)度算法。同時(shí)通過(guò)引入狀態(tài)切換限制和休眠機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù),進(jìn)一步降低了節(jié)點(diǎn)能耗,縮短了傳輸時(shí)延,可較好滿足工業(yè)無(wú)線通信中節(jié)點(diǎn)低功耗和數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的要求。對(duì)于單目標(biāo)TDMA調(diào)度問(wèn)題,通過(guò)將遺傳算法和模擬退火算法有機(jī)結(jié)合,提出了一種GSA混合算法,并分別針對(duì)時(shí)槽分配、能耗和時(shí)延三個(gè)不同目標(biāo),通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析,驗(yàn)證了GSA算法具有良好的求解性能。對(duì)于多目標(biāo)TDMA問(wèn)題,提出了基于NSGA-II算法的CNSGA-II算法,以節(jié)點(diǎn)能耗和平均端對(duì)端時(shí)延作為優(yōu)化目標(biāo),理論分析和仿真結(jié)果表明該算法所得到的Pareto解集具有較好的相對(duì)覆蓋率和整體前沿?cái)U(kuò)展性能,能在能耗和時(shí)延兩個(gè)目標(biāo)參數(shù)之間達(dá)到較好的平衡狀態(tài)。 4.在上述研究的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)符合工業(yè)無(wú)線1nesh協(xié)議的網(wǎng)關(guān)、終端數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)和無(wú)線適配器的開發(fā),以及對(duì)上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì),搭建了符合工業(yè)應(yīng)用需求的無(wú)線控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。采用已完成開發(fā)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、終端數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)軟件構(gòu)成了基于工業(yè)無(wú)線mesh協(xié)議的控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在此平臺(tái)上驗(yàn)證了路由建立和維護(hù)算法以及TDMA調(diào)度算法的有效性和適用性。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

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中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉建飛;駱志剛;張翔;張家?guī)?藍(lán)龍;呂軍;;一種基于請(qǐng)求和捎帶的集中式TDMA協(xié)議[A];2011年全國(guó)通信安全學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

2 王旭;何子述;;TDMA系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)測(cè)距測(cè)速方法[A];全國(guó)第4屆信號(hào)和智能信息處理與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

3 張翔;黃英君;駱志剛;劉建飛;張家?guī)?;基于可變時(shí)隙長(zhǎng)度的TDMA算法[A];'2010系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

4 石磊玉;向?yàn)?唐小妹;;導(dǎo)航系統(tǒng)星間網(wǎng)絡(luò)TDMA時(shí)隙分配算法[A];第二屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)電子文集[C];2011年

5 王莉;郭引川;翁蕓;徐家品;;基于Cable Modem接入網(wǎng)的SCDMA多址技術(shù)[A];四川省通信學(xué)會(huì)二零零四年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（二）[C];2004年

6 陳靜;;交通專用衛(wèi)星通信網(wǎng)電視電話會(huì)議系統(tǒng)[A];大連海事大學(xué)校慶暨中國(guó)高等航海教育90周年論文集（船舶通信與導(dǎo)航分冊(cè)）[C];1999年

7 吳燕玲;張麗娟;潘玉茹;;VoWLAN中基于TDMA的QoS機(jī)制的研究[A];教育部中南地區(qū)高等學(xué)校電子電氣基礎(chǔ)課教學(xué)研究會(huì)第二十屆學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2010年

8 李春霞;陳金平;楊海峰;;偽衛(wèi)星短脈沖TDMA信號(hào)占空比理論設(shè)計(jì)[A];第二屆中國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航學(xué)術(shù)年會(huì)電子文集[C];2011年

9 丁天文;;時(shí)分多址中的同步技術(shù)[A];1989年全國(guó)微波會(huì)議論文集（上）[C];1989年

10 劉南;曾義芳;;TDMA中的變序加密[A];第十四屆全國(guó)信號(hào)處理學(xué)術(shù)年會(huì)(CCSP-2009)論文集[C];2009年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 雅譯;[N];人民郵電;2000年

2 胡堅(jiān);[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2002年

3 本報(bào)駐以色列記者 鄭曉春;[N];科技日?qǐng)?bào);2009年

4 ;[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2001年

5 敏華;[N];計(jì)算機(jī)世界;2010年

6 楊宇良;[N];電腦報(bào);2011年

7 湖北江漢聯(lián)通 王軍劍;[N];人民郵電;2011年

8 記者 曾婭;[N];人民郵電;2000年

9 王偉;[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2000年

10 愛立信（中國(guó)）有限公司戰(zhàn)略發(fā)展總監(jiān) 盧勇;[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 左蕓;工業(yè)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)若干技術(shù)的研究[D];華東理工大學(xué);2013年

2 趙傳強(qiáng);基于機(jī)會(huì)路由與多路徑路由的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2010年

3 王旭;TDMA系統(tǒng)目標(biāo)多站定位理論與算法研究[D];電子科技大學(xué);2011年

4 戴斌;域間多路徑路由關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

5 陳發(fā)君;無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的多路徑路由技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

6 赫衛(wèi)卿;無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中高效公平媒體訪問(wèn)控制協(xié)議與路由協(xié)議研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

7 宋甲英;基于IEEE802.16的無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能與資源調(diào)度算法研究[D];北京交通大學(xué);2012年

8 曾鋒;無(wú)線Mesh網(wǎng)流量負(fù)載均衡關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2010年

9 胡云;面向Internet接入無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)性能分析及協(xié)議優(yōu)化研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

10 黃秋元;高速TDMA光信號(hào)收發(fā)理論研究與誤碼測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];武漢理工大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 遲世杰;無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)多路徑路由技術(shù)研究[D];北京郵電大學(xué);2010年

2 史曉晨;無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)多路徑路由協(xié)議的研究與設(shè)計(jì)[D];北京郵電大學(xué);2011年

3 李芳;無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)MGMP路由協(xié)議跨層優(yōu)化技術(shù)研究[D];華南理工大學(xué);2010年

4 牛靜雯;無(wú)線分層Mesh網(wǎng)絡(luò)的混合路由協(xié)議研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

5 徐佳;無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)中媒體接入控制算法[D];中南民族大學(xué);2010年

6 王虓;認(rèn)知無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)中分層圖蟻群算法的路由設(shè)計(jì)[D];北京郵電大學(xué);2011年

7 彭競(jìng)鋒;Mesh加固胰腸吻合術(shù)的臨床應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2010年

8 席鵬;無(wú)線Mesh網(wǎng)多播差錯(cuò)控制協(xié)議的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 陸小三;無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)多播路由協(xié)議的研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

10 趙麗輝;一種無(wú)線移動(dòng)Mesh網(wǎng)路由協(xié)議的研究與開發(fā)[D];華南理工大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：工業(yè)無(wú)線mesh網(wǎng)絡(luò)若干技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：222272