面向機械振動同步采集的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧設(shè)計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡作為一種新興的信息感知和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，運用到機械設(shè)備的振動監(jiān)測領(lǐng)域，可以避免有線監(jiān)測系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場布線復雜，靈活性低、可擴展性和可維護性差等缺點，具有巨大的工程應用價值。然而，要把無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)應用在機械振動監(jiān)測領(lǐng)域中，除了要實現(xiàn)網(wǎng)絡自組織和數(shù)據(jù)可靠傳輸這兩個基本功能之外，還需要解決多節(jié)點振動信號同步采集等難題，這需要針對性地設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡通信協(xié)議棧來解決，所以設(shè)計一套面向機械振動同步采集的無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧至關(guān)必

2、要。
　　本文根據(jù)機械振動監(jiān)測應用的特點，以及對多節(jié)點同步采集的要求，總結(jié)出面向機械振動同步采集的通信協(xié)議棧需要具備多跳網(wǎng)絡自組織、多節(jié)點同步采集和數(shù)據(jù)可靠傳輸幾個主要功能，并根據(jù)這些功能需求設(shè)計實現(xiàn)了一套基于信標時序補償?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)絡層和應用層，實現(xiàn)了機械振動同步采集應用對協(xié)議棧的幾個主要功能需求。
　　在進行同步采集

3、之前，自動組建網(wǎng)絡，STBTC_P協(xié)議棧采用分布式地址分配算法來協(xié)調(diào)地址分配，避免了不同父節(jié)點給子節(jié)點分配重復的短地址。成功組網(wǎng)后，在實現(xiàn)同步采集的過程中，STBTC_P協(xié)議棧提出了集中關(guān)聯(lián)信標時序分配法，避免了信標沖突的發(fā)生，并把IEEE802.15.4協(xié)議提供的基于信標的時鐘同步機制擴展到全網(wǎng)，實現(xiàn)全網(wǎng)時鐘同步，然后，采用信標時序補償同步法實現(xiàn)多節(jié)點采集命令的多跳同步觸發(fā)，解決了影響同步采集的兩個關(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層傳輸確認機制基礎(chǔ)上，增加應用層分包重傳恢復機制降低丟包率，進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
　　本文采用實驗室自研WSN-G2.1節(jié)點為開發(fā)平臺，運行了STBTC_P協(xié)議棧，并為系統(tǒng)開發(fā)了上位機控制終端。最后，為了驗證STBTC_P協(xié)議棧的性能，分別針對STBTC_P協(xié)議棧在實現(xiàn)同步采集過程中的信標發(fā)送時序、時鐘同步精度、命令同步觸發(fā)精度進行