工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)集中式資源調(diào)度研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低成本、易部署、智能化等特征，使之成為工業(yè)測控領(lǐng)域的重要技術(shù)。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（IWSNs）采用集中控制思想，由控制器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信資源調(diào)度，以提高網(wǎng)絡(luò)的可控可管性，滿足工業(yè)應(yīng)用需求。
　　本文針對資源集中控制的IWSNs，研究了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的資源調(diào)度模式，以及網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的資源調(diào)度算法。本文的主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　提出了IWSNs集中式資源調(diào)度協(xié)議。本文研究了IWSNs中控制平面的邏

2、輯控制功能、數(shù)據(jù)平面的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程、協(xié)議棧的跨層調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)資源抽象及調(diào)度策略?；跁r分多址接入，本文采用空閑信道評估機(jī)制區(qū)分控制通道和數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)時隙級的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，并設(shè)計(jì)了IWSNs集中式資源跨層調(diào)度協(xié)議。實(shí)驗(yàn)分析了IWSNs端到端傳輸時延和數(shù)據(jù)包傳輸成功率等性能優(yōu)勢，并與傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了對比。
　　提出了基于資源感知的路由圖生成算法。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定義IWSNs網(wǎng)絡(luò)層采用圖路由協(xié)議。本文針對廣播、上行、下行三種通信模式

3、，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的路由圖生成算法。路由圖生成算法通過對網(wǎng)絡(luò)資源的感知，考慮多個度量標(biāo)準(zhǔn)和不同路由容錯機(jī)制計(jì)算路徑度量，基于路徑度量結(jié)果和服務(wù)質(zhì)量需求，控制器進(jìn)行路徑選擇并生成路由圖。本文仿真分析了鏈路丟包率對基于資源感知的路由圖生成算法性能的影響，驗(yàn)證了該算法在數(shù)據(jù)包接收率和網(wǎng)絡(luò)開銷上的性能優(yōu)勢。
　　提出了基于時隙重用的多路徑傳輸資源調(diào)度算法。多路徑傳輸導(dǎo)致通信所需的資源增加。為了提高通信資源的利用率，本文采用時隙重用的優(yōu)化調(diào)度策略

4、，基于網(wǎng)絡(luò)層的路徑選擇，分配無沖突的節(jié)點(diǎn)共享通信資源。基于該調(diào)度優(yōu)化策略，本文通過路徑樹的建立、遍歷和優(yōu)化進(jìn)行時隙調(diào)度，提出了基于時隙重用的多路徑傳輸資源調(diào)度算法。仿真證明，該算法在不影響數(shù)據(jù)包接收率性能的同時，減少了通信所需的時隙資源。
　　提出了基于多約束條件的時延優(yōu)化資源調(diào)度算法。IWSNs標(biāo)準(zhǔn)支持跳頻技術(shù)，控制器需要進(jìn)行時隙頻率的雙重調(diào)度。本文通過公式化描述時隙頻率的雙重調(diào)度問題，理論分析頻率數(shù)目不限和受限兩種情況下完成數(shù)