工業(yè)監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡和功放優(yōu)化的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)作為新興的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控技術(shù)，正在逐步擴(kuò)展應(yīng)用于各行各業(yè)。工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域由于環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)時(shí)需要布線，在很大程度上限制了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)的靈活變化，而利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以以較低的投資和使用成本實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)全流程的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，獲取傳統(tǒng)由于客觀原因無(wú)法在線監(jiān)測(cè)的重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，極大地?cái)U(kuò)展現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的功能。
　　 本文以提高工業(yè)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)

2、點(diǎn)能量利用率為目的，對(duì)經(jīng)典匯聚樹(shù)協(xié)議(Collection Tree Protocol，CTP)進(jìn)行改進(jìn)，提出了均衡匯聚樹(shù)模型，定義了節(jié)點(diǎn)均衡度，引入“規(guī)避繁忙節(jié)點(diǎn)接入”機(jī)制，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了具有負(fù)載均衡功能的匯聚樹(shù)路由算法LB-CTP(Load Balance Collection Tree Protocol)，經(jīng)過(guò)仿真評(píng)估，證明其性能達(dá)到了研究目標(biāo)。并針對(duì)工業(yè)監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)功能需求，設(shè)計(jì)了一種基于分離器件的傳感器節(jié)點(diǎn)功放改進(jìn)方案，

3、經(jīng)過(guò)ADS仿真證明方案的可行性。
　　 首先，調(diào)研了工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，分析工業(yè)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和現(xiàn)狀。提出了工業(yè)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡路由協(xié)議的需求和無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)功放優(yōu)化的需求。并進(jìn)一步調(diào)研了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀，為文章后面的深入研究打下了基礎(chǔ)。
　　 其次，針對(duì)WSN多對(duì)一數(shù)據(jù)傳輸模式的特點(diǎn)，以均衡負(fù)載為目標(biāo)，建立了均衡匯聚樹(shù)模型，定義均衡閾值區(qū)間，引入“規(guī)

4、避繁忙節(jié)點(diǎn)接入”機(jī)制，改進(jìn)CTP協(xié)議，提出LB-CTP路由方案，在路由建立階段，建立均衡路由，保證關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)能耗均衡。理論研究的基礎(chǔ)上，基于TinyOS操作系統(tǒng)，用NesC語(yǔ)言編寫LB-CTP協(xié)議的相關(guān)代碼，通過(guò)TOSSIM平臺(tái)仿真，對(duì)COV(Coefficient of Variation)和節(jié)點(diǎn)發(fā)射功耗隨時(shí)間的變化進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，與CTP協(xié)議相比，LB-CTP協(xié)議在保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時(shí)，有效改善了WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢?fù)載

5、均衡性。LB-CTP協(xié)議可部署在相應(yīng)的傳感器節(jié)點(diǎn)上，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)起一定的指導(dǎo)作用。
　　 再次，針對(duì)工業(yè)監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)功能需求，以現(xiàn)有無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的電路為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種通過(guò)增大發(fā)射信號(hào)功率、提高接收信號(hào)靈敏度來(lái)增加系統(tǒng)傳輸距離的方法。使用ADS軟件對(duì)功放系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行仿真與性能優(yōu)化，從而得出一種有效的解決方案，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析和總結(jié)。對(duì)實(shí)際傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)起到一定的指導(dǎo)作用。
　　 最后，提