工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究.pdf

1、隨著通信網(wǎng)絡(luò)及硬件技術(shù)的發(fā)展，具有自組織、擴(kuò)展靈活等技術(shù)優(yōu)勢的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為工業(yè)系統(tǒng)無線感知和無線控制提供了重要手段。然而，工業(yè)現(xiàn)場用頻設(shè)備復(fù)雜，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的干擾尤為嚴(yán)重，這對面向應(yīng)用的工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可靠實(shí)時(shí)傳輸提出了新的挑戰(zhàn)。
　　本文針對工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層關(guān)鍵技術(shù)開展研究。主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　基于現(xiàn)場工業(yè)環(huán)境，論述了工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)架構(gòu)，并利用現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果，分析了工業(yè)無線信

2、道對無線信號傳輸?shù)挠绊憽?br>　　提出了一種適用于工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信道接入控制協(xié)議IWSN-MAC。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，基于競爭的CSMA機(jī)制和基于調(diào)度的TDMA機(jī)制無法滿足工業(yè)實(shí)時(shí)應(yīng)用需求。本文根據(jù)工業(yè)任務(wù)事件時(shí)間約束的不同，提出了一種以劃分正交子載波的方式定義事件優(yōu)先級的方法，并基于事件優(yōu)先級，設(shè)計(jì)信道接入控制判決機(jī)制。該機(jī)制針對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性以及用戶設(shè)備競爭信道的隨機(jī)行為，由中心控制設(shè)備根據(jù)用戶設(shè)備優(yōu)先級裁定信道接入優(yōu)先

3、級隊(duì)列，用戶設(shè)備則根據(jù)判決結(jié)果依次接入信道并傳輸數(shù)據(jù)。論文運(yùn)用DTMC模型的分析方法，得到數(shù)據(jù)成功傳輸概率、吞吐量和傳輸延時(shí)性能指標(biāo)。分析表明，本協(xié)議作為一種按需接入的且適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化的MAC協(xié)議，能避免信道沖突產(chǎn)生的不確定時(shí)延問題，提供確定的且可預(yù)期的時(shí)延性能，尤其適用于突發(fā)緊急事件的工業(yè)應(yīng)用。該方法在信道利用率方面也有明顯優(yōu)勢。
　　提出了一種工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中心控制信道資源分配算法TS-CA。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是無線傳感

4、器網(wǎng)絡(luò)和其它網(wǎng)絡(luò)的混合網(wǎng)絡(luò)，由于無線信道資源有限，復(fù)用信道易引發(fā)設(shè)備間的數(shù)據(jù)碰撞問題。本文以抵抗信道干擾為目的，基于人工智能理論，提出了一種通過禁忌搜索的迭代啟發(fā)式思想為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分配信道的方法。本算法針對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，將干擾溫度度量作為信道分配算法的終止條件，避免搜索迭代過程陷入局部最優(yōu)解迂回求解的問題。通過不斷搜索迭代的過程，算法可以為網(wǎng)絡(luò)提供一種全局最優(yōu)的信道分配方案。分析表明，本算法可以有效地避免工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信道

5、干擾。
　　提出了一種工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)功率控制算法CRN-PC。本文根據(jù)工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)特點(diǎn)，基于認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)的分析思想，分別對工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主用戶系統(tǒng)和次用戶系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于干擾溫度的累積干擾模型，并根據(jù)該模型，將工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸問題建模為干擾約束下的網(wǎng)絡(luò)效用最優(yōu)化問題。論文運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃理論，得出功率控制問題的求解算法。分析表明，CRN-PC算法的收斂平衡點(diǎn)就是滿足系統(tǒng)期望的數(shù)據(jù)傳輸可靠性指標(biāo)的最優(yōu)