基于时隙跳频的分布式工业无线网络关键技术研究
发布时间：2022-09-17 14:37
工业有线网络部署的成本与现场安全问题使得工业网络走向“无线化”。然而,工业现场设备有限的硬件资源、有限的能量供给以及对突发事件的实时传输要求对工业无线网络的部署带来挑战。作为众多工业无线网络标准所采用的技术,时隙跳频（TimeSlottedChannelHopping,TSCH）使得工业无线网络具有低功耗与高可靠的传输性能,从而满足了工业现场部署对设备以及网络的要求。采用时隙跳频的网络需要两个支撑机制:时间同步与资源分配。这两个支撑机制是影响低功耗与高可靠传输性能的关键技术,通常研究路线分为集中式与分布式两种。工业无线网络互联趋势以及规模的扩大都倾向于具有低通信开销以及较快响应速度的分布式策略。本文研究时隙跳频网络的分布式时间同步与资源分配机制,主要工作与贡献如下:首先,本文提出了一种基于自适应时间补偿的低开销单跳同步算法,利用同步间隔与同步“保护时间”之间的关系,自适应的调整数据包同步间隔。在室内与室外环境下,相对于无时间补偿的同步方法,自适应时间补偿算法可以分别减少98%与80%的同步数据包的发送次数,与此同时还可以保持节点之间100微秒以内的同步精度。针对温度对节点时钟的影响,该...
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题背景
1.1.1 通讯协议标准化-物联网实现的关键
1.1.2 工业物联网标准组6TiSCH与时隙跳频
1.2 研究意义和目的
1.2.1 时间同步:时隙跳频网络的通信基础
1.2.2 资源分配:时隙跳频网络的性能指向
1.2.3 时隙跳频网络的研究与6TiSCH协议标准化进程
1.3 主要内容及创新点
1.4 论文组织
2 时隙跳频的相关技术
2.1 工业无线网络与时隙跳频网络
2.1.1 工业无线网络的特点
2.1.2 工业无线网络对分布式的需求
2.1.3 工业无线网络关键技术在实际部署中的挑战
2.1.4 时隙跳频的低功耗与高可靠性能
2.1.5 工业无线网络技术框架与时隙跳频技术
2.2 时间同步相关技术以及时隙跳频网络中的应用
2.2.1 低功耗网络时间同步技术
2.2.2 时隙跳频网络中的时间同步
2.2.3 时隙跳频网络中的多跳同步问题
2.3 低功耗网络资源分配技术与时隙跳频网络中的资源分配
2.3.1 低功耗网络资源分配技术
2.3.2 基于时隙跳频网络的6TiSCH资源分配机制:6TOP
2.3.3 基于时隙跳频网络的6TiSCH资源分配算法
2.4 本章小结
3 基于时隙跳频的自适应时间补偿同步算法
3.1 问题提出
3.2 时钟偏差补偿模型
3.2.1 问题定义
3.2.2 有补偿的时钟偏差模型
3.3 自适应时钟补偿同步算法的实现
3.3.1 基于漂移时隙数的自适应补偿算法的实现
3.3.2 温度对时钟漂移的影响
3.4 实验测试与分析
3.4.1 实验环境的设定
3.4.2 实验场景与结果分析
3.5 自适应补偿同步算法的互操作性
3.6 本章小结
4 跟随式多跳网络时间协调同步算法
4.1 问题提出
4.2 跟随式多跳网络的协调同步
4.2.1 多跳网络节点时钟偏差模型
4.2.2 多跳网络协调同步方法
4.2.3 新节点的加入与重同步
4.3 实验测试与分析
4.3.1 OpenWSN的参数设定与OpenSim
4.3.2 同步算法精度的整体性分析
4.3.3 时间协调同步算法的验证
4.4 本章小结
5 基于6TOP的低时延链状时隙分配策略
5.1 问题提出
5.2 时隙跳频网络中时延分析
5.2.1 时隙跳频网络时延相关参数
5.2.2 时隙相对位置对时延的影响
5.3 基于6TOP分配机制的低时延分配算法
5.3.1 时隙的添加
5.3.2 时隙的删除
5.4 实验测试与分析
5.4.1 实验参数的设定
5.4.2 低时延分配与随机分配的对比
5.5 本章小结
6 基于时隙平等性的代价权衡时隙重分配策略
6.1 问题提出
6.2 时隙跳频网络中时隙通信质量的平等性
6.2.1 时隙平等性实验设置
6.2.2 实验结果分析
6.3 基于代价权衡的资源重分配算法
6.4 实验测试与分析
6.4.1 实验环境与设置
6.4.2 重分配算法性能分析
6.5 本章小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器网络中一种抗无线局域网干扰的信道分配机制[J]. 张招亮,陈海明,黄庭培,崔莉,赵泽. 计算机学报. 2012(03)
[2]无线传感网和物联网中网络的地位和作用[J]. 余子轩. 射频世界. 2010(04)
[3]分布式无线传感器网络及其应用核心技术研究[J]. 景博,张劼,张宗麟,孙勇,李金梁. 测试技术学报. 2005(02)
本文编号：3679417
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 课题背景
1.1.1 通讯协议标准化-物联网实现的关键
1.1.2 工业物联网标准组6TiSCH与时隙跳频
1.2 研究意义和目的
1.2.1 时间同步:时隙跳频网络的通信基础
1.2.2 资源分配:时隙跳频网络的性能指向
1.2.3 时隙跳频网络的研究与6TiSCH协议标准化进程
1.3 主要内容及创新点
1.4 论文组织
2 时隙跳频的相关技术
2.1 工业无线网络与时隙跳频网络
2.1.1 工业无线网络的特点
2.1.2 工业无线网络对分布式的需求
2.1.3 工业无线网络关键技术在实际部署中的挑战
2.1.4 时隙跳频的低功耗与高可靠性能
2.1.5 工业无线网络技术框架与时隙跳频技术
2.2 时间同步相关技术以及时隙跳频网络中的应用
2.2.1 低功耗网络时间同步技术
2.2.2 时隙跳频网络中的时间同步
2.2.3 时隙跳频网络中的多跳同步问题
2.3 低功耗网络资源分配技术与时隙跳频网络中的资源分配
2.3.1 低功耗网络资源分配技术
2.3.2 基于时隙跳频网络的6TiSCH资源分配机制:6TOP
2.3.3 基于时隙跳频网络的6TiSCH资源分配算法
2.4 本章小结
3 基于时隙跳频的自适应时间补偿同步算法
3.1 问题提出
3.2 时钟偏差补偿模型
3.2.1 问题定义
3.2.2 有补偿的时钟偏差模型
3.3 自适应时钟补偿同步算法的实现
3.3.1 基于漂移时隙数的自适应补偿算法的实现
3.3.2 温度对时钟漂移的影响
3.4 实验测试与分析
3.4.1 实验环境的设定
3.4.2 实验场景与结果分析
3.5 自适应补偿同步算法的互操作性
3.6 本章小结
4 跟随式多跳网络时间协调同步算法
4.1 问题提出
4.2 跟随式多跳网络的协调同步
4.2.1 多跳网络节点时钟偏差模型
4.2.2 多跳网络协调同步方法
4.2.3 新节点的加入与重同步
4.3 实验测试与分析
4.3.1 OpenWSN的参数设定与OpenSim
4.3.2 同步算法精度的整体性分析
4.3.3 时间协调同步算法的验证
4.4 本章小结
5 基于6TOP的低时延链状时隙分配策略
5.1 问题提出
5.2 时隙跳频网络中时延分析
5.2.1 时隙跳频网络时延相关参数
5.2.2 时隙相对位置对时延的影响
5.3 基于6TOP分配机制的低时延分配算法
5.3.1 时隙的添加
5.3.2 时隙的删除
5.4 实验测试与分析
5.4.1 实验参数的设定
5.4.2 低时延分配与随机分配的对比
5.5 本章小结
6 基于时隙平等性的代价权衡时隙重分配策略
6.1 问题提出
6.2 时隙跳频网络中时隙通信质量的平等性
6.2.1 时隙平等性实验设置
6.2.2 实验结果分析
6.3 基于代价权衡的资源重分配算法
6.4 实验测试与分析
6.4.1 实验环境与设置
6.4.2 重分配算法性能分析
6.5 本章小结
7 结论
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线传感器网络中一种抗无线局域网干扰的信道分配机制[J]. 张招亮,陈海明,黄庭培,崔莉,赵泽. 计算机学报. 2012(03)
[2]无线传感网和物联网中网络的地位和作用[J]. 余子轩. 射频世界. 2010(04)
[3]分布式无线传感器网络及其应用核心技术研究[J]. 景博,张劼,张宗麟,孙勇,李金梁. 测试技术学报. 2005(02)
本文编号：3679417
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3679417.html
