發(fā)布時(shí)間：2018-07-20 11:53

【摘要】：近幾年,工業(yè)自動(dòng)化中,無(wú)線控制系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)取得了顯著成效。無(wú)線控制系統(tǒng)的易于搭建部署,成本低等特點(diǎn)推動(dòng)了工業(yè)無(wú)線控制系統(tǒng)的發(fā)展,使其在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域擁有巨大的發(fā)展空間。傳統(tǒng)的工業(yè)無(wú)線管控網(wǎng)絡(luò)由于其傳輸速率低下,無(wú)法滿足不斷發(fā)展的工業(yè)應(yīng)用需求,本文將把無(wú)線局域網(wǎng)WLAN(Wireless Local Network)關(guān)鍵技術(shù)引入工業(yè)領(lǐng)域,而現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)雖然可以支持高速應(yīng)用,但由于網(wǎng)絡(luò)特性所限,無(wú)法應(yīng)用于高實(shí)時(shí)性和可靠性需求的工業(yè)場(chǎng)景。為了滿足高速工業(yè)應(yīng)用的需求,項(xiàng)目組對(duì)現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)的MAC層協(xié)議進(jìn)行改進(jìn),即基于TDMA的IEEE 802.11 MAC協(xié)議,本文結(jié)合智慧協(xié)同網(wǎng)絡(luò)中控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離和邏輯化集中式控制、服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源適配等體系機(jī)制,提出了工業(yè)無(wú)線接入點(diǎn)集中管控系統(tǒng)的多跳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)及其網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度機(jī)制,可較好地滿足高速工業(yè)應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的需求。本文對(duì)集中式管控系統(tǒng)的控制管理層和基礎(chǔ)設(shè)施層進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì),并對(duì)系統(tǒng)中的管控消息格式進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。管控層的核心組件集中控制器根據(jù)控制轉(zhuǎn)發(fā)消息來(lái)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施層的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管控,從而滿足服務(wù)網(wǎng)絡(luò)資源適配和控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的應(yīng)用需求。具體實(shí)現(xiàn)為將網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的資源抽象與配置參數(shù)綁定起來(lái),通過(guò)采用具體的控制轉(zhuǎn)發(fā)消息作為控制消息的傳輸載體,集中控制器對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施層的組件進(jìn)行管控操作。關(guān)于時(shí)隙、信道和路由這三個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源,本文闡述了詳細(xì)的調(diào)度設(shè)計(jì)并予以實(shí)現(xiàn),通過(guò)集中控制器中時(shí)隙調(diào)度和信道調(diào)度的算法機(jī)制以及路由調(diào)度的圖路由機(jī)制,將時(shí)隙調(diào)度、信道調(diào)度和路由調(diào)度一起結(jié)合為鏈路調(diào)度的配置消息下發(fā)到基礎(chǔ)設(shè)施層來(lái)實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)調(diào)度,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的實(shí)時(shí)調(diào)度。在上述設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)完成后,本文通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL(Dynamic Link Library)進(jìn)行了可編程功能的擴(kuò)展。本文最后對(duì)實(shí)現(xiàn)的工業(yè)無(wú)線接入點(diǎn)集中管控系統(tǒng)進(jìn)行了全面測(cè)試,包括系統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)試、集中管控功能測(cè)試和資源調(diào)度資源測(cè)試。本文通過(guò)引入邏輯控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)分離、開放式的編程接口、集中式的管控和高效的資源調(diào)度機(jī)制等設(shè)計(jì)思想,使新研發(fā)的工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)易管控、易調(diào)度,能夠滿足現(xiàn)有工業(yè)無(wú)線管控網(wǎng)絡(luò)所面臨的一些難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。
[Abstract]:In recent years, the development of wireless control system has achieved remarkable results in industrial automation. The characteristics of wireless control system, such as easy construction and low cost, promote the development of industrial wireless control system, and make it have a huge development space in the field of industrial automation. Because of the low transmission rate of traditional industrial wireless control and control network, it can not meet the needs of developing industrial applications. In this paper, the key technology of WLAN (Wireless Local Network) will be introduced into the industrial field. Although the existing WLAN can support high speed application, it can not be applied to the industrial scene with high real-time and reliability requirements due to the limitation of network characteristics. In order to meet the needs of high-speed industrial applications, the project team improves the existing MAC layer protocols of WLAN, that is, the IEEE 802.11 MAC protocol based on TDMA. This paper combines the separation of control and forwarding and logical centralized control in intelligent collaborative networks. This paper proposes a multi-hop network architecture design and network resource scheduling mechanism for industrial wireless access point centralized management and control system, which can better meet the real-time and reliability requirements of high-speed industrial applications. In this paper, the structure and function of the control management and infrastructure layer of the centralized control system are designed in detail, and the control message format in the system is designed in detail. The core component centralized controller of the control layer controls the network of the infrastructure layer according to the control and forwarding messages, so as to meet the application requirements of the service network resource adaptation and the separation of control and forwarding. The concrete implementation is to bind the resource abstraction of the network operating system with configuration parameters. By adopting the specific control and forwarding message as the transmission carrier of the control message, the centralized controller controls and controls the components of the infrastructure layer. For the three network resources of slot, channel and routing, this paper describes the detailed scheduling design and implementation. Through the algorithm mechanism of slot scheduling and channel scheduling in centralized controller and the graph routing mechanism of routing scheduling, slot scheduling is scheduled. Channel scheduling and routing scheduling combine the configuration messages of link scheduling to the infrastructure layer to achieve the above three scheduling, and then realize the real-time scheduling of network resources. After the above design and implementation, this paper extends the programmable function by DLL (dynamic Link Library). At the end of this paper, the industrial wireless access point centralized control system is tested, including system basic test, centralized control function test and resource scheduling resource test. Through the introduction of logic control and data forwarding separation, open programming interface, centralized control and efficient resource scheduling mechanism and other design ideas, this paper makes the newly developed industrial LAN technology easy to control and schedule. Can meet the existing industrial wireless control network facing some difficulties and challenges.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN925.93;TP273

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本文編號(hào)：2133430