基于DRNG的WIA-PA網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂蒲芯?pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為21世紀(jì)具有重大影響力的技術(shù)之一，成為自動化技術(shù)研究領(lǐng)域的研究熱點。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，除了具備無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中低能耗、低成本、實時性等特點外，還對工業(yè)現(xiàn)場的可靠性提出了很高的要求，以保證在工業(yè)控制現(xiàn)場中設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制能夠符合工業(yè)生產(chǎn)的需求，完成對工業(yè)流程的自動化監(jiān)控和操作。
　　 面向工業(yè)過程自動化的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)--WIA-PA(Wireless Netwo

2、rks forIndustrial Automation-Process Automation)是由中科院沈陽自動化研究所牽頭研發(fā)的具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)，并于2008年正式成為國際工業(yè)無線通信標(biāo)準(zhǔn)之一。針對工業(yè)現(xiàn)場中復(fù)雜多變的環(huán)境，WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)提出了工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)通信的高可靠性、實時性、超低能耗等一系列具有挑戰(zhàn)性的研究課題。而作為工業(yè)控制現(xiàn)場來說，保證工業(yè)現(xiàn)場安全、可靠的運作是生產(chǎn)過程中最基礎(chǔ)、重要的工作之一，所以在使用

3、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)替代傳統(tǒng)工控設(shè)施的過程中，必須能夠保證無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母呖煽啃浴IA-PA協(xié)議采用網(wǎng)狀(Mesh)網(wǎng)絡(luò)和星型(Star)網(wǎng)絡(luò)傳輸控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)路由節(jié)點的分布式管理和對工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備的集中式控制。通過星型網(wǎng)絡(luò)集中式管理可以降低工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸和控制的復(fù)雜度；通過網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的高密度節(jié)點的布置可以提高網(wǎng)絡(luò)的可靠傳輸。但是對于網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)來說，節(jié)點的密度過大也會造成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，反而增加了節(jié)點通信的干擾，影響了數(shù)據(jù)

4、傳輸?shù)馁|(zhì)量，減低了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，影響了網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。本文的研究重點就是針對網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點，優(yōu)化網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低節(jié)點間通信干擾，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃浴?br>　　 本文首先介紹了三種主要工業(yè)無線標(biāo)準(zhǔn)、傳統(tǒng)拓?fù)淇刂埔饬x和方法，結(jié)合WIA-PA的網(wǎng)絡(luò)特點，選擇了基于鄰近圖的DRNG算法作為研究的對象。針對DRNG算法應(yīng)用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中存在發(fā)送節(jié)點快速死亡、鄰居節(jié)點質(zhì)量不高的問題，本文提出了基于節(jié)點度(Node Degree

5、)、鏈路質(zhì)量指示(Link Quality Indicator)和剩余能量(Residual energy)的算法--LR-DRNG(LQI&Residual energy DRNG)。LR-DRNG算法的思想是利用節(jié)點度調(diào)整發(fā)送節(jié)點功率，改進(jìn)DRNG算法以最大功率發(fā)射廣播消息造成發(fā)送節(jié)點快速死亡的問題，降低節(jié)點的發(fā)射能耗；使用鏈路質(zhì)量指示作為鏈路權(quán)重，改進(jìn)DRNG算法中單純的采用歐氏距離作為鄰居節(jié)點選擇權(quán)重的問題，以提高節(jié)點傳輸可靠性

6、；利用剩余能量策略延長鄰居節(jié)點在網(wǎng)時間，延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間；利用節(jié)點休眠策略減少節(jié)點間通信干擾，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，彌補節(jié)點失效。通過LR-DRNG算法對WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂?，達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生存周期和提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性的目標(biāo)。
　　 本文通過對常用仿真工具的對比，使用NS2仿真平臺對DRNG和LR-DRNG算法的網(wǎng)絡(luò)平均丟包率、網(wǎng)絡(luò)平均時延、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)生存周期進(jìn)行了對比驗證。仿真實驗結(jié)果表明，本文提出的改進(jìn)算法降低了