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文檔簡介
1、工業(yè)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是一種典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),節(jié)點不僅工作在低占空比模式,還需要在干擾環(huán)境中實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速、高效的傳輸。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)媒體接入控制(MAC)協(xié)議的深入研究,多信道技術(shù)在抗干擾性和數(shù)據(jù)并發(fā)傳輸方面的優(yōu)勢非常適合工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜的環(huán)境和快速響應(yīng)的應(yīng)用需求。然而現(xiàn)有的多信道MAC協(xié)議還不能完全滿足大規(guī)模部署的工業(yè)無線監(jiān)控節(jié)點在干擾環(huán)境下數(shù)據(jù)低延遲傳輸?shù)男枨?,限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和響應(yīng)速度,因此有必要進(jìn)行進(jìn)一步研究。
本文對現(xiàn)有
2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議進(jìn)行了深入的分析和研究,改進(jìn)并設(shè)計了包括多信道接入機制、信道分配策略、多信道同步方案和不同業(yè)務(wù)模式下的低延遲數(shù)據(jù)傳輸機制,提高了低功耗MAC協(xié)議在干擾環(huán)境中雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t性能,實現(xiàn)了適合工業(yè)無線監(jiān)控場景多種業(yè)務(wù)模式需求的多信道MAC協(xié)議。論文的主要工作和貢獻(xiàn)如下:
1)改進(jìn)設(shè)計了一種適用于工業(yè)現(xiàn)場同頻干擾環(huán)境的動態(tài)多信道分配機制(DMAM)。改善了突發(fā)同頻干擾時數(shù)據(jù)傳輸延遲大幅上升的問題,通過基于拉
3、丁矩陣序列的信道分配算法提升了節(jié)點在WiFi干擾時的跳頻效率,同時DMAM信道分配機制可以將更多的信道資源分配給高優(yōu)先級節(jié)點,提升了信道分配效率和抗干擾性。另一方面,針對工業(yè)無線節(jié)點的硬件特點改進(jìn)并設(shè)計了一種多信道雙時鐘同步校準(zhǔn)方案,在同步周期引入DMAM技術(shù),實現(xiàn)了同步幀多信道發(fā)送。NS-2仿真和測試表明,在WiFi干擾場景中DMAM累計分布延遲較MuCHMAC和GBCA有超過22%和15%的優(yōu)勢,實證中多信道雙時鐘同步校準(zhǔn)方案在同頻
4、干擾時保持了較FTSP方案更好的功耗精度比。
2)針對工業(yè)無線監(jiān)控節(jié)點周期性上傳數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)模式,改進(jìn)設(shè)計了一種在節(jié)點休眠期預(yù)約數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嘈诺繫AC機制(MLMAC)。通過多信道與TDMA相結(jié)合的預(yù)約機制,數(shù)據(jù)流之間平行傳輸、匯聚擁塞和外界同步頻干擾等問題得以大幅降低,從而提升了節(jié)點周期性數(shù)據(jù)的傳輸延遲。NS-2仿真顯示,在隨機場景下MLMAC相比于RMAC、MMSN傳輸延遲平均降低了39.4%、24.2%,與DMS-MAC延
5、遲和功耗相當(dāng)。
3)針對工業(yè)無線監(jiān)控應(yīng)用中突發(fā)性事件時節(jié)點上傳批量數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)模式,改進(jìn)設(shè)計了一種多信道MAC機制(MPR-MAC),采用多信道MCRF預(yù)約幀,能夠?qū)⑴繑?shù)據(jù)整合傳輸,同時下行指令與預(yù)約幀合并傳輸,提升了雙向傳輸?shù)难舆t性能。通過NS-2測試表明,MPR-MAC在隨機場景下,相較于GBCA和EM-MAC方案傳輸延遲改善了29.5%和18.2%,且功耗最低。
論文綜合以上研究內(nèi)容,通過搭建了硬件實證平臺,實
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