工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高可靠實時通信支撐技術(shù)的研究與開發(fā).pdf

1、工業(yè)無線技術(shù)是一種面向設(shè)備問短程、低速率信息交互的無線通信技術(shù)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的實例化。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正是利用工業(yè)無線技術(shù)實現(xiàn)的旨在工業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集無線傳輸一站式服務(wù)的短距離工業(yè)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于無線通信技術(shù)的全空間輻射通信方式和工韭現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性等因素，使得網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性和實時性無法得到保證。
　　 本文以工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高可靠實時通信問題為研究對象，從硬件平臺上保證底層通信的高

2、可靠性和良好的通信性能，進(jìn)而結(jié)合軟件平臺上時間同步技術(shù)、可靠路由技術(shù)這兩個保證網(wǎng)絡(luò)可靠實時通信的關(guān)鍵支撐技術(shù)為研究重點，旨在為工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高可靠實時通信問題的解決提供良好的底層平臺。
　　 在硬件平臺的設(shè)計和實現(xiàn)上，為在固有成本下提高硬件平臺的通信性能，對決定通信性能優(yōu)劣的射頻電路模塊利用ADS進(jìn)行建模仿真，分析了射頻電路中如板厚、基板特性、微帶線等各設(shè)計參數(shù)對通信性能的影響，并對實際制作的硬件平臺的通信性能進(jìn)行了測試和反

3、饋研究，結(jié)果表明實際節(jié)點通信性能與仿真結(jié)果具有一致性，仿真結(jié)果能很好的解釋節(jié)點的通信能力，這有助于克服射頻電路設(shè)計的盲目性，提高設(shè)計的針對性和成功率。
　　 對于軟件平臺上支撐高可靠實時通信的關(guān)鍵技術(shù)，依據(jù)對工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的理解，本文設(shè)計并實現(xiàn)了比對廣播時間同步算法(PBTS)和基于鏈路質(zhì)量的多徑路由算法(MPRLQ)。PBTS算法結(jié)合廣播方法和比對同步方法各自優(yōu)點來實現(xiàn)全網(wǎng)的時間同步，既減少對特定硬件的依賴，又顯著減少了同步

4、開銷，而且設(shè)計了分組延遲時間更新周期因子，可根據(jù)實際同步需求來配置算法，增加算法的靈活性和可配置性。MPRLQ引進(jìn)EWMA方法設(shè)計穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)鏈路質(zhì)量估計器評估鏈路質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)高質(zhì)量的多徑路由，并考慮了通信負(fù)荷均衡和高實時性的數(shù)據(jù)傳輸要求，提高多跳的可靠性和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的成功率。
　　 上述算法均在自主開發(fā)的硬件平臺上進(jìn)行了性能測試，PBTS算法的單跳同步精度達(dá)到20us，六跳同步精度在50us內(nèi)，同步精度較高且時鐘誤差的穩(wěn)定