工业无线网络路由及通信调度的实现与优化

发布时间：2016-12-04 18:37

  本文关键词：工业无线网络路由及通信调度的实现与优化，，由笔耕文化传播整理发布。

《浙江大学》 2014年

工业无线网络路由及通信调度的实现与优化

何之栋  

【摘要】：与有线工业通信网络相比,工业无线网络具有布线成本低、组网灵活、易于安装和维护的优点,因此在国内外工业自动化监测及控制领域得到了越来越多的重视和应用。本文以WirelessHART为主要研究对象,分析工业无线网络的应用需求,研究其中的关键技术,包括路由管理方法及通信调度方法,进而设计具体方案并进行相关仿真测试及实验分析。本文主要内容包括： 针对工业无线网络的可靠性需求,设计了一种基于网络状态的多路径图路由方法。根据不同阶段的网络状态采用相应路由算法：在网络拓扑变化阶段采用一种网络局部调整的路由算法,只针对变更链路做出调整,不影响网络其他设备,从而避免全局网络频繁调整,加快网络收敛；在网络拓扑稳定时采用一种均衡路由算法,即根据网络及设备状态,针对实时性及负载均衡需求进行全局优化。仿真结果表明,基于网络状态的多路径图路由方法保证了网络路由可靠性并实现了负载均衡。 针对工业无线网络通信调度的应用需求,设计了基于信道优先搜索的通信调度方法。其中,为了保证优先级较高任务的实时性,设计了预留时隙调度策略,对网络管理及控制任务能保障通信资源的优先分配,避免被连续多个时隙被优先级较低的数据上传任务所挤占而导致的调度延迟；其次为使定长超帧兼容不同数据刷新率,设计了超帧循环拼接策略,简化超帧管理,提高网络及设备兼容性。仿真分析表明,预留时隙策略可以保证重要管理任务调度的实时性。此外,本文在嵌入式平台实现了所设计的通信调度方法,对相关通信调度服务进行测试,结果验证了本文方法的可行性。 研究了工业无线网络路由及调度联合优化方法,运用极值动力学方法优化网络路由及通信调度问题。以网络实时性及网络寿命为优化目标,建立符合工业无线网络特性和需求的整数规划问题模型。基于极值优化方法,设计优化算法步骤、选取适值函数并设计变异规则,并将其应用于求解无线网络通信调度问题。数值算例结果表明,使用本文算法能快速有效地达到优化目标,即延长网络寿命,降低数据延时；并通过仿真分析了两个优化目标的权衡关系,在工程应用中可根据具体需求灵活配置。

【关键词】：
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN92
【目录】：

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