WirelessHART網(wǎng)絡(luò)調(diào)度及管理方案的研究.pdf

1、工業(yè)無(wú)線技術(shù)是一種21世紀(jì)新興的、面向設(shè)備間短程、低速率信息交互的無(wú)線通信技術(shù),適合在惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中使用,具有抗干擾能力強(qiáng)、超低能耗、實(shí)時(shí)通信等技術(shù)特征,是對(duì)現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方向上的功能擴(kuò)展和技術(shù)創(chuàng)新,是降低工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)成本并提高工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用范圍的關(guān)鍵性技術(shù)。WirelessHART由HART基金會(huì)于2007年底推出,是第一個(gè)應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的開(kāi)放式無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。WirelessHART采用集中控制

2、式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使用網(wǎng)絡(luò)管理器對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理,使得網(wǎng)絡(luò)同時(shí)擁有簡(jiǎn)單、可靠和安全三大優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于無(wú)線自組網(wǎng)而言,擁有網(wǎng)絡(luò)管理器的集中控制式網(wǎng)絡(luò)能夠全局掌握網(wǎng)絡(luò)信息,因此更容易獲得更加優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)路由,也更容易對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信資源進(jìn)行集中調(diào)度,并且在超幀調(diào)度中網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性可以得到很好的滿足。此外,集中控制的網(wǎng)絡(luò)有利于網(wǎng)絡(luò)沖突的避免。最后,網(wǎng)絡(luò)管理器的存在可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線管理和維護(hù),實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)加入和離開(kāi)。
　　 在集中控制式網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)

3、管理方案是網(wǎng)絡(luò)能否高效運(yùn)行的關(guān)鍵。本文主要研究WirelessHART的網(wǎng)絡(luò)調(diào)度及管理方案。首先,本文研究了WirelessHART網(wǎng)絡(luò)的路由算法,在對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)Graph、Source、Broadcast等三種路由的不同特點(diǎn),分別提出不同的實(shí)現(xiàn)算法。本文路由算法均以BFS算法為基礎(chǔ)以保證所得路由具有路徑最短的特點(diǎn),并實(shí)現(xiàn)了WirelessHART特有的Graph路由跳間冗余特性。特別的,本文論證了Broadca

4、st路由存在的必要并提出了其實(shí)現(xiàn)算法。其次,本文在認(rèn)真分析WirelessHART網(wǎng)絡(luò)通信資源調(diào)度機(jī)制及魯棒性需求的基礎(chǔ)上,提出了基于路由的超幀調(diào)度方案及實(shí)現(xiàn)算法。本文提出的結(jié)合路由的超幀調(diào)度思想,是協(xié)議棧設(shè)計(jì)中的跨層設(shè)計(jì)思想在網(wǎng)絡(luò)管理層面的體現(xiàn),具有使通信超幀和路由很好的結(jié)合的特點(diǎn),從而能夠在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)魯棒性、降低網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)延。此外,本文超幀算法能夠很好的避免網(wǎng)絡(luò)中可能存在的時(shí)隙沖突和信道干擾。第三,本文深入研究了從網(wǎng)絡(luò)建立至

5、網(wǎng)絡(luò)撤銷(xiāo)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命過(guò)程中所需的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)任務(wù),并提出了相應(yīng)的解決方案。其中,對(duì)網(wǎng)絡(luò)初始化和節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)加入及離開(kāi)等問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的研究,提出了合理并且簡(jiǎn)單易行的節(jié)點(diǎn)加入及離開(kāi)方案。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中存在的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)監(jiān)控、密鑰更新、網(wǎng)絡(luò)管理超幀的設(shè)計(jì)等其他管理及維護(hù)任務(wù),在逐個(gè)提出解決方案之后,將其以合理的順序安排在網(wǎng)絡(luò)管理超幀中,通過(guò)通信時(shí)隙的共用降低了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)任務(wù)對(duì)通信資源的消耗,通過(guò)合理的順序安排減小了各任務(wù)的執(zhí)行時(shí)延。最后,本文以一個(gè)簡(jiǎn)單