面向機(jī)械振動(dòng)同步采集的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧設(shè)計(jì).pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新興的信息感知和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運(yùn)用到機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，可以避免有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)布線復(fù)雜，靈活性低、可擴(kuò)展性和可維護(hù)性差等缺點(diǎn)，具有巨大的工程應(yīng)用價(jià)值。然而，要把無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中，除了要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自組織和數(shù)據(jù)可靠傳輸這兩個(gè)基本功能之外，還需要解決多節(jié)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)同步采集等難題，這需要針對(duì)性地設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧來(lái)解決，所以設(shè)計(jì)一套面向機(jī)械振動(dòng)同步采集的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧至關(guān)必

2、要。
　　本文根據(jù)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的特點(diǎn)，以及對(duì)多節(jié)點(diǎn)同步采集的要求，總結(jié)出面向機(jī)械振動(dòng)同步采集的通信協(xié)議棧需要具備多跳網(wǎng)絡(luò)自組織、多節(jié)點(diǎn)同步采集和數(shù)據(jù)可靠傳輸幾個(gè)主要功能，并根據(jù)這些功能需求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一套基于信標(biāo)時(shí)序補(bǔ)償?shù)耐ㄐ艆f(xié)議棧STBTC_P。STBTC_P協(xié)議棧以TIMAC提供的物理層和MAC層功能作為底層基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械振動(dòng)同步采集應(yīng)用對(duì)協(xié)議棧的幾個(gè)主要功能需求。
　　在進(jìn)行同步采集

3、之前，自動(dòng)組建網(wǎng)絡(luò)，STBTC_P協(xié)議棧采用分布式地址分配算法來(lái)協(xié)調(diào)地址分配，避免了不同父節(jié)點(diǎn)給子節(jié)點(diǎn)分配重復(fù)的短地址。成功組網(wǎng)后，在實(shí)現(xiàn)同步采集的過程中，STBTC_P協(xié)議棧提出了集中關(guān)聯(lián)信標(biāo)時(shí)序分配法，避免了信標(biāo)沖突的發(fā)生，并把IEEE802.15.4協(xié)議提供的基于信標(biāo)的時(shí)鐘同步機(jī)制擴(kuò)展到全網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)鐘同步，然后，采用信標(biāo)時(shí)序補(bǔ)償同步法實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)采集命令的多跳同步觸發(fā)，解決了影響同步采集的兩個(gè)關(guān)鍵問題。采集完成后，STBTC_P

4、協(xié)議棧根據(jù)父-子鏈路安排路由把振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并在IEEE802.15.4協(xié)議MAC層傳輸確認(rèn)機(jī)制基礎(chǔ)上，增加應(yīng)用層分包重傳恢復(fù)機(jī)制降低丟包率，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
　　本文采用實(shí)驗(yàn)室自研WSN-G2.1節(jié)點(diǎn)為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)行了STBTC_P協(xié)議棧，并為系統(tǒng)開發(fā)了上位機(jī)控制終端。最后，為了驗(yàn)證STBTC_P協(xié)議棧的性能，分別針對(duì)STBTC_P協(xié)議棧在實(shí)現(xiàn)同步采集過程中的信標(biāo)發(fā)送時(shí)序、時(shí)鐘同步精度、命令同步觸發(fā)精度進(jìn)行