面向工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIa-PA的路由技術(shù)研究.pdf

1、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種本世紀初新興的、面向設(shè)備間短程、低速率信息交互的無線通信技術(shù)，是繼無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線技術(shù)之后工業(yè)控制領(lǐng)域的又一個熱點問題。論文從工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出發(fā)，重點研究用于工業(yè)過程測控的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)路由關(guān)鍵技術(shù)，在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能路由算法、數(shù)據(jù)聚合方法、能量感知型路由協(xié)議、簇間數(shù)據(jù)聚合路由機制等方面展開研究。
　　在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中，傳感器節(jié)點多為不具備供電能力的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，因此現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備的節(jié)能問題至關(guān)重

2、要;而路由節(jié)點在工業(yè)過程測控實際中可以具備持續(xù)供電能力，所以數(shù)據(jù)的可靠傳輸問題就更為關(guān)鍵。本文面向工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的路由關(guān)鍵技術(shù)，重點研究節(jié)能路由和數(shù)據(jù)可靠傳輸問題。通過對WIA-PA(Wireless Networks for IndustrialAutomation-Process Automation)結(jié)構(gòu)的深入分析，基于WIA-PA的兩個網(wǎng)絡(luò)拓撲層次(即:基于傳感器節(jié)點組成的星型結(jié)構(gòu)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)和基于路由節(jié)點組成的網(wǎng)狀(Mesh

3、)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)），并緊密結(jié)合WIA-PA的特性，從節(jié)能路由和數(shù)據(jù)聚合兩類基礎(chǔ)技術(shù)入手，重點研究WIA-PA的現(xiàn)場設(shè)備的節(jié)能路由技術(shù)和路由設(shè)備間的數(shù)據(jù)可靠傳輸技術(shù)。
　　本文在系統(tǒng)分析現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能路由算法基礎(chǔ)上，基于WIA-PA的兩層結(jié)構(gòu)，重點闡述了WIA-PA中的節(jié)能路由算法，提出了多路徑節(jié)能路由算法、基于虛擬通信關(guān)系(VCR)的路由算法和最大生命期路由算法。通過仿真實驗表明，所設(shè)計的算法在有源無源混合的工業(yè)無線

4、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中具有明顯優(yōu)勢。
　　在WIA-PA的數(shù)據(jù)可靠傳輸技術(shù)方面，本文詳述了WIA-PA可靠傳輸機制中的數(shù)據(jù)聚合方法和多徑路由機制。通過對WIA-PA中數(shù)據(jù)聚合方式的細致分析，提出了一種適用的數(shù)據(jù)聚合路由機制，該機制引入了最小聚合樹，從全局角度為網(wǎng)絡(luò)節(jié)約了傳輸成本和能源消耗，理論分析和仿真實驗結(jié)果都表明本文設(shè)計的簇間數(shù)據(jù)聚合路由機制可以有效降低WIA-PA的通信代價。在可靠傳輸機制研究的基礎(chǔ)上，給出了WIA-PA中的多徑路由機制

5、及其實現(xiàn)方法，并通過仿真實驗分析了多徑路由的抗干擾能力和鏈路適用性等關(guān)鍵技術(shù)指標，實驗結(jié)果表明該方法對解決WIA-PA的可靠傳輸問題具有良好的效果。
　　論文設(shè)計了面向工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的能量感知型路由機制，包括鏈路質(zhì)量估計、發(fā)送功率自適應調(diào)節(jié)、備用/并行多徑傳輸、能量感知等核心功能模塊。然后，基于OMNeT++網(wǎng)絡(luò)仿真軟件和Mobility Framework編程框架，結(jié)合實際的工業(yè)場景來設(shè)定網(wǎng)絡(luò)拓撲和相關(guān)仿真參數(shù)，對所設(shè)計的能量感知