工业无线网络部署问题与抗干扰技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王旭
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| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2012-05-28 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 导师 | 曾鹏 |
| 关键词 | 工业无线网络 连通性 负载均衡 抗干扰 频率切换 |
| 其他题名 | Research on Node Deployment and Anti-Interference Technology in Industrial Wireless Networks |
| 学位专业 | 控制理论与控制工程 |
| 中文摘要 | 工业无线网络是具体针对工业应用的无线传感器网络。本文研究了其在应用中所面临的两种挑战：一是在网络部署中，由于节点位置受到待监测设备位置的限制，节点分布呈现不均衡的特点，影响网络的连通性；二是工业现场射频环境复杂，存在各种干扰，影响网络传输的可靠性。 针对在网络部署中的连通性问题，本文提出了一种基于中继节点部署的网络连通算法。首先对工业现场的无线传播模型进行建模，综合考虑路径损耗、障碍物阻挡、对数阴影效应等因素的影响，尽可能真实地反映实际的信号衰减。为了模拟工业无线网络的拓扑结构，本文设计了一种拓扑构建算法，模拟工业无线网络的组网过程，构建以管理器（网关）为中心的拓扑结构，在模拟出的网络拓扑的基础上判断网络的连通性。若网络不连通，则连通算法计算出所需中继节点的数目和位置。在网络连通性得到满足后，本文还进一步研究了网络的负载均衡问题。同样是因为节点分布的不均衡，网络极易出现负载不均衡的情况。针对这一问题，提出了基于中继节点的负载均衡算法，通过部署中继节点来为负载过重的节点分担负载，改善网络的负载均衡度，延迟网络寿命。 为了提高网络的抗干扰能力，本文提出了一种双信道自适应频率切换算法，该算法主要解决频率切换报文本身受到干扰的问题。在该算法中，每个超帧被分成两个阶段，在不同的阶段网络采用不同频率的信道作为工作信道。两个信道之间存在一定宽度的频率间隔，使得干扰在同一时刻最多只可能影响其中的一个信道。当某个信道被干扰后，频率切换报文传输在另外一个不受干扰的信道上，从而提高了切换报文在干扰情况下传输的可靠性。通过交互切换报文，所有节点在规定时刻将受干扰信道的频率切换到一个新的无干扰的频率上，成功避免干扰。本文提出了一种基于RSSI 采样值的干扰检测器，能够准确及时地检测干扰，确保频率切换过程的及时启动。为了方便对工业无线网络抗干扰技术进行研究，本文还设计了一种干扰仿真平台，能够在实验室内模拟典型工业现场的干扰环境，大大降低了实验成本。 仿真及实验结果表明，本文提出的连通算法能够100%确保网络的连通性，并且负载均衡算法能够显著提高网络的负载均衡度，提高节点的能量利用率。而双信道自适应频率切换算法显著提高了干扰情况下频率切换报文传输的可靠性，网络的抗干扰能力得到提高。 |
| 索取号 | TN92/W37/2012 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-07-27 |
| 分类号 | TN92 |
| 源URL | [http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/9333]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_工业控制网络与系统研究室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王旭. 工业无线网络部署问题与抗干扰技术研究[D]. 中国科学院沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：沈阳自动化研究所
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