电力线通讯网络组网算法在植物工厂中的应用研究

发布时间：2017-06-20 11:12

  本文关键词：电力线通讯网络组网算法在植物工厂中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大型植物工厂是一个高度集成化的智能生态系统,是未来农业的一种重要发展模式,对植物工厂进行研究具有重要意义。植物工厂的集成化控制系统的核心是连接所有设备的可靠的通讯网络。传统上,通讯网络常使用工业总线技术,该技术在通讯节点少的情况下具有较高的可靠性和实时性,但在通讯节点较多时就会产生十分复杂的布线问题难以解决而且成本较高。本文主要提出使用电力线载波通讯技术构建植物工厂核心通讯网络,其利用已有的配电线路作为数据传输媒介,解决工业总线技术所产生的复杂布线问题和成本问题。因此,本文研究的重点是一个高性能的电力线核心控制网络。在大量研究了电力线特性和电力线网络算法后发现:其一,电力线信道电器特性复杂,强干扰,多径效应等都严重影响着电力线通讯。其二,应用于电力线网络的算法大都产生较大的网络开销或不能适应电力线变化的信道。已有很多学者使用扩频技术和正交频分复用技术在很大程度上解决了物理信道的不可靠问题。本文在减少网络多余数据包发送降低数据冲突概率,简化路由规则和增强单跳可靠性的目标下,提出了基于多叉排序树的电力线核心网络组网算法(PLC-TR)和在其基础上改进的机会树路由算法(PLC-OTR)。经仿真实验,算法在数据包交付率、平均端到端时延和网络吞吐量等方面都具有较好的性能。为了验证算法的实际性能,本文还进行了硬件系统和通讯协议的设计,主要包括:PLC通讯节点、植物工厂主控制器、植物工厂液晶控制面板、网络层和应用层通讯协议等。实测表明,由PLC节点组成的电力线核心控制网络,在通讯时延和数据包交付率等方面表现出了较好的性能。对植物工厂的应用测试主要包括两部分:本地控制测试和通过PLC控制网络的“远程”控制测试,在持续两周的测试中也取得了良好效果。
【关键词】：植物工厂 电力线通讯 核心控制网络 PLC节点 路由算法
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN913.6;S181
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 电力线载波通讯技术研究现状13-16
• 1.3.1 电力线载波通讯技术的发展13-14
• 1.3.2 电力线载波通讯技术的标准化14-16
• 1.3.3 电力线载波通讯技术的应用优势16
• 1.4 论文主要内容及结构16-19
• 第二章 电力线网络特性分析19-26
• 2.1 电力线网络特性19-22
• 2.1.1 输入阻抗19-20
• 2.1.2 信道衰减20-21
• 2.1.3 信道噪声21-22
• 2.2 技术解决方案22-24
• 2.2.1 扩频技术22-23
• 2.2.2 OFDM技术23-24
• 2.3 本章小结24-26
• 第三章 植物工厂核心网络组网算法研究26-35
• 3.1 泛洪算法26-27
• 3.2 动态源路由算法27
• 3.3 机会路由27-30
• 3.4 ZIGBEE簇树路由算法30-32
• 3.5 二叉排序树与多叉排序树32-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第四章 基于多叉排序树的核心网络组网算法35-45
• 4.1 电力线网络模型35-36
• 4.2 相关定义36-37
• 4.2.1 多叉排序树36
• 4.2.2 分支权重36
• 4.2.3 能量值36-37
• 4.3 多叉排序树构建策略37-40
• 4.3.1 拓扑探索和路由节点选取37-38
• 4.3.2 网络地址分配38-40
• 4.4 基于多叉排序树的路由算法40-42
• 4.4.1 节点网络地址与MAC地址关系维护40
• 4.4.2 路由算法40-42
• 4.5 软件仿真及实验结果分析42-44
• 4.5.1 仿真环境42
• 4.5.2 仿真过程42-43
• 4.5.3 仿真结果及结果分析43-44
• 4.6 本章小结44-45
• 第五章 核心网络机会树路由算法45-51
• 5.1 机会树构造方法45-47
• 5.1.1 转发结点集选取46
• 5.1.2 转发优先级分配46-47
• 5.1.3 转发协调机制47
• 5.2 路由算法47-48
• 5.3 仿真及结果分析48-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第六章 核心网络与植物工厂设计51-68
• 6.1 网络系统总体设计51-52
• 6.2 硬件系统设计52-57
• 6.2.1 芯片选型52-53
• 6.2.2 PLC节点设计53-55
• 6.2.3 主控制器设计55-56
• 6.2.4 液晶控制面板设计56-57
• 6.3 通讯协议设计57-62
• 6.3.1 网络层协议设计57-60
• 6.3.2 应用层协议设计60-62
• 6.4 核心网络性能测试62-66
• 6.4.1 测试环境62
• 6.4.2 测试过程62-63
• 6.4.3 测试结果及结果分析63-66
• 6.5 植物工厂应用测试66-67
• 6.6 本章小结67-68
• 第七章 总结与展望68-70
• 7.1 本文主要工作及创新点68-69
• 7.2 展望69-70
• 参考文献70-75
• 研究生期间公开发表的论文及专利75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

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本文编号：465436