面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡關鍵協(xié)議研究.pdf

1、工業(yè)4.0和中國制造2025是當今國內(nèi)外的重要戰(zhàn)略。我國制造業(yè)在“十二五”期間由生產(chǎn)規(guī)模能力向生產(chǎn)創(chuàng)新能力轉變，這一轉變將在“十三五”期間繼續(xù)擴大?！爸腔圮囬g”作為創(chuàng)新能力轉換的成果成為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。建立產(chǎn)品生產(chǎn)在線監(jiān)測對質(zhì)量和成本控制至關重要。
　　無線傳感網(wǎng)絡(WirelessSensorNetwork，WSN)應用于車間現(xiàn)場生產(chǎn)過程中可以數(shù)據(jù)為中心，信息感知為驅(qū)動，配合執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)對物和過程的智能化監(jiān)控和管理。本文基

2、于WSN，針對車間現(xiàn)場環(huán)境開展其中路由層和MAC層關鍵兩層的研究與設計，本文的主要工作內(nèi)容如下：
　?。?）針對車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡分析
　　分析了WSN的體系結構、通信協(xié)議棧，指出面向車間WSN的整體設計方案和關鍵技術，選出路由層和MAC兩層作為本文研究對象。
　　在分析了路由層關鍵技術之后，選取了三種典型路由協(xié)議DSR、DSDV、AODV進行性能分析。仿真從傳輸時延、吞吐量、丟包率、路由代價角度分析了三種路由協(xié)議

3、的優(yōu)劣，最終選取性能相對優(yōu)良的AODV協(xié)議作為改進對象。
　　對網(wǎng)絡MAC層協(xié)議做了簡單分析，并選取IEEE802.11MAC和SMAC為研究對象進行了性能對比。從能耗的角度最終選取SMAC協(xié)議作為改進對象。
　　（2）面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡路由協(xié)議設計
　　闡述AODV協(xié)議的數(shù)據(jù)結構和工作過程，指出AODV應用于車間現(xiàn)場WSN存在的缺陷。在此基礎上提出改進方案：①將AODV改進為多路徑方式。②在選路過程中避免選取

4、能量值小的路徑。
　　對協(xié)議分組格式和路由發(fā)現(xiàn)、回復以及維護過程進行改進使其滿足以上兩種改進方案。給出改進協(xié)議在NS2平臺下C++代碼的具體實現(xiàn)并進行性能驗證。
　?。?）面向車間現(xiàn)場的無線傳感網(wǎng)絡MAC層設計
　　介紹了SMAC協(xié)議原理和通信流程。從節(jié)能的角度指出SMAC改進方案：動態(tài)占空比調(diào)整機制。對SMAC協(xié)議的幀信息以及運行機制改進后，給出了改進協(xié)議在NS2平臺下的具體C++代碼實現(xiàn)并進行性能驗證。