面向緊急數(shù)據(jù)的異步多信道工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法.pdf

1、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)是由無線傳感器、控制器、執(zhí)行器、通信中繼和網(wǎng)關(guān)等設(shè)備構(gòu)成能夠自主地完成工業(yè)生產(chǎn)以及測控任務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有低成本、易維護(hù)、高靈活等優(yōu)點(diǎn)，已成為工業(yè)測控和無線領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。工業(yè)應(yīng)用中存在大量優(yōu)先級不同的緊急數(shù)據(jù)，緊急數(shù)據(jù)要求苛刻的硬實(shí)時(shí)和高可靠性能，超過緊急數(shù)據(jù)的延時(shí)上限，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，帶來經(jīng)濟(jì)損失，甚至危害人身安全。針對上述應(yīng)用背景和需求，本文面向工業(yè)場景中的緊急數(shù)據(jù)，研究其調(diào)度方法，主要貢

2、獻(xiàn)總結(jié)為以下幾個(gè)方面：
　　1）概述了工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)中無線傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，闡述了工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)；介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)度問題以及工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中數(shù)據(jù)分類；分析了面向工業(yè)緊急數(shù)據(jù)的無線資源調(diào)度方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及存在的問題。
　　2）講述了啤酒罐裝生產(chǎn)線的工作流程；闡述了有線啤酒灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，具體包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、執(zhí)行設(shè)備以及設(shè)備上傳感器的選型與使用情況以及PLC控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，并剖析了有線P

3、LC控制系統(tǒng)的缺陷；設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的啤酒灌裝生產(chǎn)線系統(tǒng)，具體包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)中的無線節(jié)點(diǎn)、接入點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)的的介紹，使用無線模塊替換有線傳感器，并加入接入點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)，構(gòu)成一個(gè)工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；給出了系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)圖，并對比分析了PLC有線控制系統(tǒng)和工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)在灌裝生產(chǎn)線系統(tǒng)中的調(diào)度問題。
　　3）針對現(xiàn)有 TDMA調(diào)度方法在面對異步多信道條件下工業(yè)緊急數(shù)據(jù)調(diào)度時(shí)表現(xiàn)出的時(shí)延大、控制信道飽和、能耗過高等問題，提出

4、一種異步多信道工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)調(diào)度方法——EOAM（Emergency data scheduling algorithm Oriented Asynchronous Multi-channel IWSNs），采用基于接收端的策略，解決了異步多信道調(diào)度中存在的控制信道飽和問題；采用特殊信道結(jié)合優(yōu)先級指示的方法保證緊急數(shù)據(jù)快速切換信道進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，允許非緊急數(shù)據(jù)基于優(yōu)先級指示標(biāo)志采用退避機(jī)制占用信道，保證了特殊信道的利用率。該方法既適用

5、于單播通信，也適用于廣播通信。
　　4）對啤酒生產(chǎn)線系統(tǒng)中的信號時(shí)序以及信號特征進(jìn)行了分析，得出其兩種類型的緊急數(shù)據(jù)，然后針對解決這兩種類型的緊急數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸問題，將本文提出的EOAM算法在啤酒生產(chǎn)線無線監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，并與分布式多信道控制算法DCA（Distributed Control Algorithm）在實(shí)時(shí)性、可靠性以及能量消耗方面的進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EOAM算法具有較好的網(wǎng)絡(luò)性能，其不可預(yù)測的緊急數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)最