工業(yè)監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)負載均衡和功放優(yōu)化的設(shè)計與研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)作為新興的網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)，正在逐步擴展應(yīng)用于各行各業(yè)。工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域由于環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)在組網(wǎng)時需要布線，在很大程度上限制了網(wǎng)絡(luò)的擴展和結(jié)構(gòu)的靈活變化，而利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以以較低的投資和使用成本實現(xiàn)對生產(chǎn)全流程的遠程監(jiān)測與控制，獲取傳統(tǒng)由于客觀原因無法在線監(jiān)測的重要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，極大地擴展現(xiàn)有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的功能。
　　 本文以提高工業(yè)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)

2、點能量利用率為目的，對經(jīng)典匯聚樹協(xié)議(Collection Tree Protocol，CTP)進行改進，提出了均衡匯聚樹模型，定義了節(jié)點均衡度，引入“規(guī)避繁忙節(jié)點接入”機制，設(shè)計并實現(xiàn)了具有負載均衡功能的匯聚樹路由算法LB-CTP(Load Balance Collection Tree Protocol)，經(jīng)過仿真評估，證明其性能達到了研究目標(biāo)。并針對工業(yè)監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點功能需求，設(shè)計了一種基于分離器件的傳感器節(jié)點功放改進方案，

3、經(jīng)過ADS仿真證明方案的可行性。
　　 首先，調(diào)研了工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀，分析工業(yè)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、特點和現(xiàn)狀。提出了工業(yè)監(jiān)控?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)負載均衡路由協(xié)議的需求和無線傳感器節(jié)點功放優(yōu)化的需求。并進一步調(diào)研了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負載均衡路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀，為文章后面的深入研究打下了基礎(chǔ)。
　　 其次，針對WSN多對一數(shù)據(jù)傳輸模式的特點，以均衡負載為目標(biāo)，建立了均衡匯聚樹模型，定義均衡閾值區(qū)間，引入“規(guī)

4、避繁忙節(jié)點接入”機制，改進CTP協(xié)議，提出LB-CTP路由方案，在路由建立階段，建立均衡路由，保證關(guān)鍵節(jié)點能耗均衡。理論研究的基礎(chǔ)上，基于TinyOS操作系統(tǒng)，用NesC語言編寫LB-CTP協(xié)議的相關(guān)代碼，通過TOSSIM平臺仿真，對COV(Coefficient of Variation)和節(jié)點發(fā)射功耗隨時間的變化進行了分析，結(jié)果表明，與CTP協(xié)議相比，LB-CTP協(xié)議在保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時，有效改善了WSN節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢撦d

5、均衡性。LB-CTP協(xié)議可部署在相應(yīng)的傳感器節(jié)點上，對實際系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計起一定的指導(dǎo)作用。
　　 再次，針對工業(yè)監(jiān)控傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點功能需求，以現(xiàn)有無線傳感器節(jié)點的電路為基礎(chǔ)，設(shè)計了一種通過增大發(fā)射信號功率、提高接收信號靈敏度來增加系統(tǒng)傳輸距離的方法。使用ADS軟件對功放系統(tǒng)的各個部分進行仿真與性能優(yōu)化，從而得出一種有效的解決方案，并對仿真結(jié)果進行了分析和總結(jié)。對實際傳感器節(jié)點的設(shè)計起到一定的指導(dǎo)作用。
　　 最后，提