本文關(guān)鍵詞：面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵協(xié)議研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：工業(yè)4.0和中國制造2025是當(dāng)今國內(nèi)外的重要戰(zhàn)略。我國制造業(yè)在“十二五”期間由生產(chǎn)規(guī)模能力向生產(chǎn)創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)變,這一轉(zhuǎn)變將在“十三五”期間繼續(xù)擴大�！爸腔圮囬g”作為創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)換的成果成為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。建立產(chǎn)品生產(chǎn)在線監(jiān)測對質(zhì)量和成本控制至關(guān)重要。無線傳感網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)應(yīng)用于車間現(xiàn)場生產(chǎn)過程中可以數(shù)據(jù)為中心,信息感知為驅(qū)動,配合執(zhí)行系統(tǒng),實現(xiàn)對物和過程的智能化監(jiān)控和管理。本文基于WSN,針對車間現(xiàn)場環(huán)境開展其中路由層和MAC層關(guān)鍵兩層的研究與設(shè)計,本文的主要工作內(nèi)容如下:(1)針對車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡(luò)分析分析了WSN的體系結(jié)構(gòu)、通信協(xié)議棧,指出面向車間WSN的整體設(shè)計方案和關(guān)鍵技術(shù),選出路由層和MAC兩層作為本文研究對象。在分析了路由層關(guān)鍵技術(shù)之后,選取了三種典型路由協(xié)議DSR、DSDV、AODV進行性能分析。仿真從傳輸時延、吞吐量、丟包率、路由代價角度分析了三種路由協(xié)議的優(yōu)劣,最終選取性能相對優(yōu)良的AODV協(xié)議作為改進對象。對網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議做了簡單分析,并選取IEEE802.11 MAC和SMAC為研究對象進行了性能對比。從能耗的角度最終選取SMAC協(xié)議作為改進對象。(2)面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計闡述AODV協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和工作過程,指出AODV應(yīng)用于車間現(xiàn)場WSN存在的缺陷。在此基礎(chǔ)上提出改進方案:(1)將AODV改進為多路徑方式。(2)在選路過程中避免選取能量值小的路徑。對協(xié)議分組格式和路由發(fā)現(xiàn)、回復(fù)以及維護過程進行改進使其滿足以上兩種改進方案。給出改進協(xié)議在NS2平臺下C++代碼的具體實現(xiàn)并進行性能驗證。(3)面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡(luò)MAC層設(shè)計介紹了SMAC協(xié)議原理和通信流程。從節(jié)能的角度指出SMAC改進方案:動態(tài)占空比調(diào)整機制。對SMAC協(xié)議的幀信息以及運行機制改進后,給出了改進協(xié)議在NS2平臺下的具體C++代碼實現(xiàn)并進行性能驗證。最后,針對車間現(xiàn)場給出WSN整體設(shè)計方案,針對具體生產(chǎn)線部署傳感節(jié)點并給出了數(shù)據(jù)采集結(jié)果圖。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感網(wǎng)絡(luò) 多路徑 能耗均衡 自適應(yīng)流量
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 課題研究的背景與意義11-12
• 1.1.1 車間現(xiàn)場監(jiān)測現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2 車間現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀12
• 1.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)簡介12-15
• 1.2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀13
• 1.2.2 與傳統(tǒng)Ad hoc網(wǎng)的區(qū)別13-14
• 1.2.3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用14-15
• 1.3 論文研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-16
• 第二章 面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計16-25
• 2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)16-18
• 2.1.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)16-17
• 2.1.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧17-18
• 2.2 面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計18-20
• 2.2.1 車間現(xiàn)場工業(yè)互聯(lián)拓撲結(jié)構(gòu)18
• 2.2.2 車間現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.3 車間現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)19-20
• 2.3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的仿真20-24
• 2.3.1 NS2簡介20-22
• 2.3.2 仿真基本過程22-24
• 2.3.3 NS2添加新協(xié)議的方法24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 車間現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵協(xié)議性能分析25-40
• 3.1 網(wǎng)絡(luò)性能評價指標25-31
• 3.2 路由層協(xié)議分析31-35
• 3.2.1 路由協(xié)議的分類31-32
• 3.2.2 典型路由協(xié)議的性能比較32-35
• 3.3 MAC層協(xié)議分析35-39
• 3.3.1 MAC協(xié)議的分類35-37
• 3.3.2 典型MAC協(xié)議的性能比較37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 路由層AODV協(xié)議改進算法研究40-65
• 4.1 AODV路由協(xié)議分析40-44
• 4.1.1 AODV路由協(xié)議數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)40-42
• 4.1.2 AODV路由協(xié)議工作過程42-44
• 4.2 AODV路由協(xié)議改進方案44-46
• 4.2.1 AODV協(xié)議的缺陷44-45
• 4.2.2 多路徑方式45-46
• 4.2.3 能耗均衡46
• 4.3 ESAODV路由協(xié)議46-51
• 4.3.1 協(xié)議分組格式改進46-48
• 4.3.2 路由發(fā)現(xiàn)過程改進48-50
• 4.3.3 路由回復(fù)過程改進50-51
• 4.3.4 路由維護過程改進51
• 4.4 ESAODV仿真實驗和結(jié)果分析51-64
• 4.4.1 協(xié)議C++代碼實現(xiàn)51-56
• 4.4.2 仿真環(huán)境設(shè)置56-60
• 4.4.3 仿真結(jié)果分析60-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 第五章 鏈路層SMAC協(xié)議改進算法研究65-78
• 5.1 SMAC協(xié)議原理65-71
• 5.1.1 SMAC協(xié)議采用機制65-68
• 5.1.2 SMAC協(xié)議通信流程68-71
• 5.2 SMAC協(xié)議改進分析71-73
• 5.2.1 SMAC協(xié)議的缺陷71-72
• 5.2.2 動態(tài)占空比調(diào)整機制的設(shè)計72-73
• 5.3 A_SMAC協(xié)議仿真實驗和結(jié)果分析73-77
• 5.3.1 協(xié)議C++代碼實現(xiàn)73-74
• 5.3.2 仿真環(huán)境設(shè)置74-75
• 5.3.3 仿真結(jié)果分析75-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 車間現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡(luò)平臺應(yīng)用78-85
• 6.1 車間現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡(luò)整體系統(tǒng)78-80
• 6.2 車間現(xiàn)場無線傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)果顯示80-84
• 6.3 本章小結(jié)84-85
• 第七章 總結(jié)與展望85-87
• 7.1 本文的工作總結(jié)85-86
• 7.2 展望86-87
• 致謝87-88
• 參考文獻88-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果91-92
• 附錄92-104
• 附錄 1 部分提取網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)核心代碼92-93
• 1.1 總能量消耗提取腳本92
• 1.2 路由代價提取腳本92-93
• 附錄 2 TCL腳本93-97
• 2.1 ESAODV腳本93-95
• 2.2 A_SMAC腳本95-96
• 2.3 參數(shù)自動設(shè)定shell腳本96-97
• 附錄 3 ESAODV協(xié)議部分核心代碼97-102
• 附錄 4 A_SMAC協(xié)議部分核心代碼102-104

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本文編號：442043