面向智能制造的工业无线网络服务质量优化关键技术研究
发布时间：2020-12-06 11:27
在以多品种、小批量、个性化等为特征的新一代智能制造系统下,分布式制造单元以协作、自组织形式完成生产制造任务,因此各个制造单元之间的互联互通具有重要意义。工业无线网络依靠其无需布线、灵活性强等诸多优势成为了连接智能制造各个组件关键性的网络通信技术,是实现智能制造的重要基础。然而,智能制造系统智能化、高柔性、移动性、可重构等层面的新特征,对工业无线通信系统的网络服务质量,尤其是实时性与能效,提出了新的需求。同时,无线网络的服务质量又会反过来直接影响智能制造系统其他方面的性能。鉴于网络服务质量对工业无线网络的重要性与对智能制造系统的影响,本文以簇状拓扑结构无线通信系统为基础,对面向智能制造环境下的工业无线网络实时性与能效两个主要服务质量层面的优化关键技术进行了研究。而影响网络实时性与能效因素众多,主要包括关键节点部署、移动节点切换、数据网络传输、网络负载等几个方面。为此,本文从网络节点、传输、网络、实施四个层面,对前述多个因素涉及的问题进行了深入研究,提出了相关优化方法与实施验证,旨在提高整个面向智能制造环境下的工业无线网络服务质量。具体的研究内容与成果如下:在网络节点层面,针对现有网络节点...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 课题的研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 工业无线网络概述
1.2.1 工业无线通信网络技术
1.2.2 智能制造环境下无线网络面临的挑战
1.3 国内外研究现状
1.3.1 无线网络部署与簇间干扰研究现状
1.3.2 无线网络移动切换研究
1.3.3 无线网络数据传输研究
1.3.4 网络负载均衡研究
1.4 本文主要研究内容
第二章 实时性限制的无线网络簇首节点部署策略
2.1 引言
2.2 问题模型
2.2.1 图论预备知识
2.2.2 网络模型与分析
2.2.3 无线网络簇首节点部署问题描述
2.3 无线网络簇首节点部署算法设计与分析
2.3.1 实时性限制的簇首覆盖算法
2.3.2 基于改进虚拟力的簇首位置调整算法
2.4 仿真实验
2.4.1 实验环境与参数
2.4.2 实验结果对比
2.5 本章小结
第三章 工业无线移动节点的实时性切换策略研究
3.1 引言
3.2 问题描述
3.3 基于云辅助的工业移动节点切换接入策略
3.3.1 移动节点切换与接入簇首选择算法
3.3.2 工业无线移动节点切换执行策略
3.4 性能评估
3.4.1 实验设计环境
3.4.2 实验结果分析
3.5 本章小结
第四章 时限分级与数据缓存的网络实时性传输研究
4.1 引言
4.2 基于时限分级的无线网络簇间数据传输研究
4.2.1 问题模型与分析
4.2.2 面向传输时间限定的无线网络数据传输策略
4.2.3 仿真实验与性能分析
4.3 基于分布式缓存的工业无线网络数据快速分发策略
4.3.1 系统框架与问题描述
4.3.2 工业无线移动网络数据快速分发方法
4.3.3 仿真实验
4.4 本章小结
第五章 实时性与能效约束的网络负载均衡策略研究
5.1 引言
5.2 问题描述
5.2.1 网络模型与分析
5.2.2 无线网络通信负载模型与分析
5.2.3 分簇工业无线网络簇首能耗模型与分析
5.2.4 网络的负载均衡与能效优化问题描述
5.3 工业无线网络负载均衡与能效优化算法设计
5.3.1 算法总体设计
5.3.2 基于最优簇首分配的网络负载均衡策略
5.3.3 基于簇首动态休眠的网络能率优化算法
5.4 仿真结果与性能分析
5.4.1 仿真环境与参数
5.4.2 实验结果分析
5.5 本章小结
第六章 面向智能制造的工业无线网络实施验证
6.1 引言
6.2 工业无线网络测试平台的构建与实施
6.2.1 智能制造系统架构与工作流程
6.2.2 工业无线网络节点的构建
6.2.3 智能制造环境下的工业无线网络试验平台
6.3 面向智能制造的工业无线网络实时性与能效试验研究
6.3.1 验证试验平台网络结构
6.3.2 网络性能测试
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]军事信息系统中基于无线Mesh网络的内容分发方法[J]. 杨晨凯,潘越,郭继光. 中国电子科学研究院学报. 2017(06)
[2]基于无线广播优势的无线Mesh网络负载感知多播算法[J]. 王继红,石文孝. 北京邮电大学学报. 2017(04)
[3]适用于工业无线WIA-PA网络的负载均衡成簇方法[J]. 王恒,夏枢洋,王平. 北京邮电大学学报. 2017(02)
[4]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[5]基于模糊逻辑的环境感知无线网络切换方法[J]. 费宁,庄毅,陈春玲,曹建农. 北京邮电大学学报. 2015(02)
[6]基于节点健康度的无线传感器网络冗余通路控制方法[J]. 宋佳,罗清华,彭喜元. 物理学报. 2014(12)
[7]订阅/发布模式下多节点协同的数据分发方法[J]. 袁飞飞,汪芸. 东南大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]基于圆环划分的能耗均衡WSNs拓扑控制研究[J]. 韩丽,刘彬,刘浩然,尹荣荣. 仪器仪表学报. 2014(05)
[9]移动分布感知的车载自组网络数据分发[J]. 吴磊,刘明,王晓敏,陈贵海,龚海刚. 软件学报. 2011(07)
[10]异构无线传感器网络中簇首的优化部署策略[J]. 刘琳,于海斌. 通信学报. 2010(10)
博士论文
[1]无线Mesh网络负载均衡技术研究[D]. 张春飞.吉林大学 2016
[2]面向智能制造的多机器人系统任务分配研究[D]. 王友发.南京大学 2016
[3]无线传感器网络定位及覆盖技术研究[D]. 徐江.南京理工大学 2016
[4]小麦生长监测物联网关键技术研究[D]. 杜克明.中国农业科学院 2015
[5]制造车间无线传感网络结构设计及路由与定位算法研究[D]. 巫婕妤.华中科技大学 2014
[6]无线传感器网络能量高效分簇拓扑控制研究[D]. 马国喜.上海交通大学 2013
[7]异构无线网络切换方法研究[D]. 但峰.武汉大学 2013
[8]面向精细农业的无线传感器网络关键技术研究[D]. 张伟.浙江大学 2013
[9]工业无线mesh网络若干技术的研究[D]. 左芸.华东理工大学 2013
[10]基于协同策略的工业无线网络分布式估计问题研究[D]. 朱善迎.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]多跳D2D的数据分发与缓存管理研究[D]. 周小金.北京邮电大学 2017
[2]无线工业控制系统安全实验平台及算法验证[D]. 唐海定.浙江大学 2017
[3]面向MES的离散制造系统可重构技术及其仿真研究[D]. 彭忆炎.南京理工大学 2017
[4]制造车间无线传感网络数据传输策略研究[D]. 麦浩前.广东工业大学 2016
[5]基于SDN技术的异构网络切换技术的研究[D]. 邱晓娜.北京邮电大学 2015
[6]工业无线/有线网络的集成研究与实现[D]. 宋兴儒.华东理工大学 2013
[7]无线传感器网络覆盖与节点部署问题研究[D]. 凡志刚.电子科技大学 2008
本文编号：2901286
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.1.1 课题的研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 工业无线网络概述
1.2.1 工业无线通信网络技术
1.2.2 智能制造环境下无线网络面临的挑战
1.3 国内外研究现状
1.3.1 无线网络部署与簇间干扰研究现状
1.3.2 无线网络移动切换研究
1.3.3 无线网络数据传输研究
1.3.4 网络负载均衡研究
1.4 本文主要研究内容
第二章 实时性限制的无线网络簇首节点部署策略
2.1 引言
2.2 问题模型
2.2.1 图论预备知识
2.2.2 网络模型与分析
2.2.3 无线网络簇首节点部署问题描述
2.3 无线网络簇首节点部署算法设计与分析
2.3.1 实时性限制的簇首覆盖算法
2.3.2 基于改进虚拟力的簇首位置调整算法
2.4 仿真实验
2.4.1 实验环境与参数
2.4.2 实验结果对比
2.5 本章小结
第三章 工业无线移动节点的实时性切换策略研究
3.1 引言
3.2 问题描述
3.3 基于云辅助的工业移动节点切换接入策略
3.3.1 移动节点切换与接入簇首选择算法
3.3.2 工业无线移动节点切换执行策略
3.4 性能评估
3.4.1 实验设计环境
3.4.2 实验结果分析
3.5 本章小结
第四章 时限分级与数据缓存的网络实时性传输研究
4.1 引言
4.2 基于时限分级的无线网络簇间数据传输研究
4.2.1 问题模型与分析
4.2.2 面向传输时间限定的无线网络数据传输策略
4.2.3 仿真实验与性能分析
4.3 基于分布式缓存的工业无线网络数据快速分发策略
4.3.1 系统框架与问题描述
4.3.2 工业无线移动网络数据快速分发方法
4.3.3 仿真实验
4.4 本章小结
第五章 实时性与能效约束的网络负载均衡策略研究
5.1 引言
5.2 问题描述
5.2.1 网络模型与分析
5.2.2 无线网络通信负载模型与分析
5.2.3 分簇工业无线网络簇首能耗模型与分析
5.2.4 网络的负载均衡与能效优化问题描述
5.3 工业无线网络负载均衡与能效优化算法设计
5.3.1 算法总体设计
5.3.2 基于最优簇首分配的网络负载均衡策略
5.3.3 基于簇首动态休眠的网络能率优化算法
5.4 仿真结果与性能分析
5.4.1 仿真环境与参数
5.4.2 实验结果分析
5.5 本章小结
第六章 面向智能制造的工业无线网络实施验证
6.1 引言
6.2 工业无线网络测试平台的构建与实施
6.2.1 智能制造系统架构与工作流程
6.2.2 工业无线网络节点的构建
6.2.3 智能制造环境下的工业无线网络试验平台
6.3 面向智能制造的工业无线网络实时性与能效试验研究
6.3.1 验证试验平台网络结构
6.3.2 网络性能测试
6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
答辩委员会对论文的评定意见
【参考文献】：
期刊论文
[1]军事信息系统中基于无线Mesh网络的内容分发方法[J]. 杨晨凯,潘越,郭继光. 中国电子科学研究院学报. 2017(06)
[2]基于无线广播优势的无线Mesh网络负载感知多播算法[J]. 王继红,石文孝. 北京邮电大学学报. 2017(04)
[3]适用于工业无线WIA-PA网络的负载均衡成簇方法[J]. 王恒,夏枢洋,王平. 北京邮电大学学报. 2017(02)
[4]智能制造——“中国制造2025”的主攻方向[J]. 周济. 中国机械工程. 2015(17)
[5]基于模糊逻辑的环境感知无线网络切换方法[J]. 费宁,庄毅,陈春玲,曹建农. 北京邮电大学学报. 2015(02)
[6]基于节点健康度的无线传感器网络冗余通路控制方法[J]. 宋佳,罗清华,彭喜元. 物理学报. 2014(12)
[7]订阅/发布模式下多节点协同的数据分发方法[J]. 袁飞飞,汪芸. 东南大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]基于圆环划分的能耗均衡WSNs拓扑控制研究[J]. 韩丽,刘彬,刘浩然,尹荣荣. 仪器仪表学报. 2014(05)
[9]移动分布感知的车载自组网络数据分发[J]. 吴磊,刘明,王晓敏,陈贵海,龚海刚. 软件学报. 2011(07)
[10]异构无线传感器网络中簇首的优化部署策略[J]. 刘琳,于海斌. 通信学报. 2010(10)
博士论文
[1]无线Mesh网络负载均衡技术研究[D]. 张春飞.吉林大学 2016
[2]面向智能制造的多机器人系统任务分配研究[D]. 王友发.南京大学 2016
[3]无线传感器网络定位及覆盖技术研究[D]. 徐江.南京理工大学 2016
[4]小麦生长监测物联网关键技术研究[D]. 杜克明.中国农业科学院 2015
[5]制造车间无线传感网络结构设计及路由与定位算法研究[D]. 巫婕妤.华中科技大学 2014
[6]无线传感器网络能量高效分簇拓扑控制研究[D]. 马国喜.上海交通大学 2013
[7]异构无线网络切换方法研究[D]. 但峰.武汉大学 2013
[8]面向精细农业的无线传感器网络关键技术研究[D]. 张伟.浙江大学 2013
[9]工业无线mesh网络若干技术的研究[D]. 左芸.华东理工大学 2013
[10]基于协同策略的工业无线网络分布式估计问题研究[D]. 朱善迎.上海交通大学 2013
硕士论文
[1]多跳D2D的数据分发与缓存管理研究[D]. 周小金.北京邮电大学 2017
[2]无线工业控制系统安全实验平台及算法验证[D]. 唐海定.浙江大学 2017
[3]面向MES的离散制造系统可重构技术及其仿真研究[D]. 彭忆炎.南京理工大学 2017
[4]制造车间无线传感网络数据传输策略研究[D]. 麦浩前.广东工业大学 2016
[5]基于SDN技术的异构网络切换技术的研究[D]. 邱晓娜.北京邮电大学 2015
[6]工业无线/有线网络的集成研究与实现[D]. 宋兴儒.华东理工大学 2013
[7]无线传感器网络覆盖与节点部署问题研究[D]. 凡志刚.电子科技大学 2008
本文编号：2901286
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