面向工業(yè)無線網絡WIa-PA的路由技術研究.pdf

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

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，所以數據的可靠傳輸問題就更為關鍵。本文面向工業(yè)無線網絡的路由關鍵技術，重點研究節(jié)能路由和數據可靠傳輸問題。通過對WIA-PA(Wireless Networks for IndustrialAutomation-Process Automation)結構的深入分析，基于WIA-PA的兩個網絡拓撲層次(即:基于傳感器節(jié)點組成的星型結構現場數據采集網絡和基于路由節(jié)點組成的網狀(Mesh

3、)結構數據傳輸網絡），并緊密結合WIA-PA的特性，從節(jié)能路由和數據聚合兩類基礎技術入手，重點研究WIA-PA的現場設備的節(jié)能路由技術和路由設備間的數據可靠傳輸技術。
　　本文在系統(tǒng)分析現有無線傳感器網絡中的節(jié)能路由算法基礎上，基于WIA-PA的兩層結構，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，所設計的算法在有源無源混合的工業(yè)無線

4、網絡環(huán)境中具有明顯優(yōu)勢。
　　在WIA-PA的數據可靠傳輸技術方面，本文詳述了WIA-PA可靠傳輸機制中的數據聚合方法和多徑路由機制。通過對WIA-PA中數據聚合方式的細致分析，提出了一種適用的數據聚合路由機制，該機制引入了最小聚合樹，從全局角度為網絡節(jié)約了傳輸成本和能源消耗，理論分析和仿真實驗結果都表明本文設計的簇間數據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上，給出了WIA-PA中的多徑路由機制

5、及其實現方法，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鍵技術指標，實驗結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。
　　論文設計了面向工業(yè)無線網絡的能量感知型路由機制，包括鏈路質量估計、發(fā)送功率自適應調節(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++網絡仿真軟件和Mobility Framework編程框架，結合實際的工業(yè)場景來設定網絡拓撲和相關仿真參數，對所設計的能量感知