基于CPS的智能建筑无线网络异构体系结构研究

发布时间：2017-10-06 08:07

  本文关键词：基于CPS的智能建筑无线网络异构体系结构研究

  更多相关文章： CPS 建筑智能化 Zigbee 异构网络融合 层次分析 代价函数

【摘要】：本课题主要研究建筑智能化环境下CPS概念、特点、信息监测、异构网络融合算法及处理方法,从而提高建筑环境CPS的整体性能分析与决策依据。本文先阐述了CPS的研究目的意义,根据CPS概念和特点为理论基础,构建建筑环境下信息物理融合系统的三层结构,在物理节点层实现建筑智能化的信息监测,在信息网络层优化异构网络的融合。针对建筑环境下布线复杂混乱的弊端,在CPS物理节点层中使用Zigbee技术来实现建筑环境信息的监测,通过CC2430射频芯片和SHT11温湿度传感器设备采集建筑环境下温湿度信息。为确保系统实时性,对节点数与延迟的关系进行测试,确定传感器入网延时与最佳距离关系,证实在建筑环境下用Zigbee技术通信以满足建筑智能化日益发展的需求,实现建筑环境下的信息监测,促进信息世界与物理世界的融合。针对CPS中的异构性特点,研究多种异构网络的融合是CPS网络进一步发展的重要任务。在建筑环境下CPS中为满足用户需求,提高通信服务质量(QoS),需要选择一个最佳接入网络,而最佳接入网络的选择受几个因素的影响。面对传统算法考虑参数单一问题,本文提出一种利用层次分析,计算权重再进行加权平均计算决策的异构无线网络选择算法。通过仿真结果证明,利用改进的异构网络融合算法可以提高通网络吞吐量,提升服务质量。在CPS的信息网络层中,异构无线网络环境下进行网络选择过程中的频繁切换会有大量切换处理开销,降低服务质量。为此本文研究了一个改进的垂直切换算法可减少在异构无线网络环境下进行的垂直切换次数。首先将带宽、信号强度等判决参数进行归一化处理,用层次分析法计算权重,权重系统用于代价函数,再根据最小代价函数选择最佳网络。以无线局域网(WLAN)和移动通信系统(UMTS)为例,进行仿真建模。仿真结果表明改进的垂直切换算法,在运行时间和不同移动速度的情况下,均能有效减少切换次数,选择最佳网络,提高服务质量。文章最后对工作进行总结,并对下一步管理服务层的研究工作做出展望。
【关键词】：CPS 建筑智能化 Zigbee 异构网络融合 层次分析 代价函数
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU855;TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究的目的及意义11-13
• 1.1.1 课题研究的目的11-12
• 1.1.2 课题研究意义12-13
• 1.2 课题的国内外现状13-15
• 1.2.1 课题的国外现状13-14
• 1.2.2 课题的国内现状14-15
• 1.3 本文主要内容及章节安排15-17
• 第二章 信息物理融合系统及建筑环境CPS体系结构17-25
• 2.1 CPS及其相关概念17-20
• 2.1.1 CPS的概念17-18
• 2.1.2 CPS的特点18-19
• 2.1.3 CPS与物联网19-20
• 2.1.4 CPS面临的挑战20
• 2.2 智能建筑20-22
• 2.3 建筑环境CPS的三层体系结构22-23
• 2.4 本章小结23-25
• 第三章 基于Zigbee技术CPS物理节点层的设计25-35
• 3.1 建筑环境下CPS可移动节点25-29
• 3.1.1 建筑环境下CPS固定节点26-27
• 3.1.2 移动节点搭载其他硬件简介27-29
• 3.2 Zigbee无线通信技术29
• 3.3 Zigbee节点的硬件设计29-32
• 3.3.1 CC243030-31
• 3.3.2 SHT1131-32
• 3.4 Zigbee节点的软件设计32-33
• 3.4.1 控制中心节点流程图32
• 3.4.2 传感器节点流程图32-33
• 3.5 系统测试分析33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 在CPS信息网络层中异构无线网络的融合35-43
• 4.1 异构无线网络35-36
• 4.2 服务质量评价36
• 4.3 层次分析36-38
• 4.3.1 层次模型的建立36
• 4.3.2 标准化网络参数36-37
• 4.3.3 判断矩阵建立37-38
• 4.3.4 权重计算38
• 4.4 加权平均算法38-39
• 4.5 仿真及结果分析39-41
• 4.5.1 仿真场景及参数选择39-40
• 4.5.2 仿真结果与分析40-41
• 4.6 本章小结41-43
• 第五章 在异构无线网络环境下改进的垂直切换算法43-51
• 5.1 垂直切换43-44
• 5.1.1 切换判决参数44
• 5.1.2 传统垂直切换判决流程44
• 5.2 改进的垂直切换算法44-45
• 5.2.1 归一化判决参数44-45
• 5.2.2 带宽归一化45
• 5.2.3 信号强度归一化45
• 5.3 层次分析计算权重45-46
• 5.4 代价函数46-47
• 5.5 仿真分析47-49
• 5.6 本章小结49-51
• 第六章 结论51-53
• 6.1 结论51-52
• 6.2 展望52-53
• 参考文献53-57
• 作者简介57
• 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文57-59
• 致谢59-60

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