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工业无线接入点集中管控与资源调度机制研究

发布时间:2018-07-20 11:53
【摘要】:近几年,工业自动化中,无线控制系统的发展已经取得了显著成效。无线控制系统的易于搭建部署,成本低等特点推动了工业无线控制系统的发展,使其在工业自动化领域拥有巨大的发展空间。传统的工业无线管控网络由于其传输速率低下,无法满足不断发展的工业应用需求,本文将把无线局域网WLAN(Wireless Local Network)关键技术引入工业领域,而现有无线局域网虽然可以支持高速应用,但由于网络特性所限,无法应用于高实时性和可靠性需求的工业场景。为了满足高速工业应用的需求,项目组对现有无线局域网的MAC层协议进行改进,即基于TDMA的IEEE 802.11 MAC协议,本文结合智慧协同网络中控制与转发分离和逻辑化集中式控制、服务网络资源适配等体系机制,提出了工业无线接入点集中管控系统的多跳网络架构设计及其网络资源调度机制,可较好地满足高速工业应用对实时性和可靠性的需求。本文对集中式管控系统的控制管理层和基础设施层进行了详细的结构和功能设计,并对系统中的管控消息格式进行了详细设计。管控层的核心组件集中控制器根据控制转发消息来对基础设施层的网络进行管控,从而满足服务网络资源适配和控制与转发分离的应用需求。具体实现为将网络操作系统的资源抽象与配置参数绑定起来,通过采用具体的控制转发消息作为控制消息的传输载体,集中控制器对基础设施层的组件进行管控操作。关于时隙、信道和路由这三个网络资源,本文阐述了详细的调度设计并予以实现,通过集中控制器中时隙调度和信道调度的算法机制以及路由调度的图路由机制,将时隙调度、信道调度和路由调度一起结合为链路调度的配置消息下发到基础设施层来实现上述三个调度,进而实现网络资源的实时调度。在上述设计和实现完成后,本文通过动态链接库DLL(Dynamic Link Library)进行了可编程功能的扩展。本文最后对实现的工业无线接入点集中管控系统进行了全面测试,包括系统基础测试、集中管控功能测试和资源调度资源测试。本文通过引入逻辑控制与数据转发分离、开放式的编程接口、集中式的管控和高效的资源调度机制等设计思想,使新研发的工业局域网技术易管控、易调度,能够满足现有工业无线管控网络所面临的一些难点和挑战。
[Abstract]:In recent years, the development of wireless control system has achieved remarkable results in industrial automation. The characteristics of wireless control system, such as easy construction and low cost, promote the development of industrial wireless control system, and make it have a huge development space in the field of industrial automation. Because of the low transmission rate of traditional industrial wireless control and control network, it can not meet the needs of developing industrial applications. In this paper, the key technology of WLAN (Wireless Local Network) will be introduced into the industrial field. Although the existing WLAN can support high speed application, it can not be applied to the industrial scene with high real-time and reliability requirements due to the limitation of network characteristics. In order to meet the needs of high-speed industrial applications, the project team improves the existing MAC layer protocols of WLAN, that is, the IEEE 802.11 MAC protocol based on TDMA. This paper combines the separation of control and forwarding and logical centralized control in intelligent collaborative networks. This paper proposes a multi-hop network architecture design and network resource scheduling mechanism for industrial wireless access point centralized management and control system, which can better meet the real-time and reliability requirements of high-speed industrial applications. In this paper, the structure and function of the control management and infrastructure layer of the centralized control system are designed in detail, and the control message format in the system is designed in detail. The core component centralized controller of the control layer controls the network of the infrastructure layer according to the control and forwarding messages, so as to meet the application requirements of the service network resource adaptation and the separation of control and forwarding. The concrete implementation is to bind the resource abstraction of the network operating system with configuration parameters. By adopting the specific control and forwarding message as the transmission carrier of the control message, the centralized controller controls and controls the components of the infrastructure layer. For the three network resources of slot, channel and routing, this paper describes the detailed scheduling design and implementation. Through the algorithm mechanism of slot scheduling and channel scheduling in centralized controller and the graph routing mechanism of routing scheduling, slot scheduling is scheduled. Channel scheduling and routing scheduling combine the configuration messages of link scheduling to the infrastructure layer to achieve the above three scheduling, and then realize the real-time scheduling of network resources. After the above design and implementation, this paper extends the programmable function by DLL (dynamic Link Library). At the end of this paper, the industrial wireless access point centralized control system is tested, including system basic test, centralized control function test and resource scheduling resource test. Through the introduction of logic control and data forwarding separation, open programming interface, centralized control and efficient resource scheduling mechanism and other design ideas, this paper makes the newly developed industrial LAN technology easy to control and schedule. Can meet the existing industrial wireless control network facing some difficulties and challenges.
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN925.93;TP273

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本文编号:2133430

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