面向车间现场的无线传感网络关键协议研究

发布时间：2017-06-11 17:05

  本文关键词：面向车间现场的无线传感网络关键协议研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工业4.0和中国制造2025是当今国内外的重要战略。我国制造业在“十二五”期间由生产规模能力向生产创新能力转变,这一转变将在“十三五”期间继续扩大。“智慧车间”作为创新能力转换的成果成为工业生产的发展趋势。建立产品生产在线监测对质量和成本控制至关重要。无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)应用于车间现场生产过程中可以数据为中心,信息感知为驱动,配合执行系统,实现对物和过程的智能化监控和管理。本文基于WSN,针对车间现场环境开展其中路由层和MAC层关键两层的研究与设计,本文的主要工作内容如下:(1)针对车间现场的无线传感网络分析分析了WSN的体系结构、通信协议栈,指出面向车间WSN的整体设计方案和关键技术,选出路由层和MAC两层作为本文研究对象。在分析了路由层关键技术之后,选取了三种典型路由协议DSR、DSDV、AODV进行性能分析。仿真从传输时延、吞吐量、丢包率、路由代价角度分析了三种路由协议的优劣,最终选取性能相对优良的AODV协议作为改进对象。对网络MAC层协议做了简单分析,并选取IEEE802.11 MAC和SMAC为研究对象进行了性能对比。从能耗的角度最终选取SMAC协议作为改进对象。(2)面向车间现场的无线传感网络路由协议设计阐述AODV协议的数据结构和工作过程,指出AODV应用于车间现场WSN存在的缺陷。在此基础上提出改进方案:(1)将AODV改进为多路径方式。(2)在选路过程中避免选取能量值小的路径。对协议分组格式和路由发现、回复以及维护过程进行改进使其满足以上两种改进方案。给出改进协议在NS2平台下C++代码的具体实现并进行性能验证。(3)面向车间现场的无线传感网络MAC层设计介绍了SMAC协议原理和通信流程。从节能的角度指出SMAC改进方案:动态占空比调整机制。对SMAC协议的帧信息以及运行机制改进后,给出了改进协议在NS2平台下的具体C++代码实现并进行性能验证。最后,针对车间现场给出WSN整体设计方案,针对具体生产线部署传感节点并给出了数据采集结果图。
【关键词】：无线传感网络 多路径 能耗均衡 自适应流量
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究的背景与意义11-12
• 1.1.1 车间现场监测现状11-12
• 1.1.2 车间现场无线传感网络研究现状12
• 1.2 无线传感网络简介12-15
• 1.2.1 无线传感网络的发展现状13
• 1.2.2 与传统Ad hoc网的区别13-14
• 1.2.3 无线传感网络的应用14-15
• 1.3 论文研究内容及章节安排15-16
• 第二章 面向车间现场的无线传感网络总体设计16-25
• 2.1 无线传感网络的结构16-18
• 2.1.1 无线传感网络体系结构16-17
• 2.1.2 无线传感网络通信协议栈17-18
• 2.2 面向车间现场的无线传感网络系统设计18-20
• 2.2.1 车间现场工业互联拓扑结构18
• 2.2.2 车间现场无线传感网络结构18-19
• 2.2.3 车间现场无线传感网络关键技术19-20
• 2.3 无线传感网络的仿真20-24
• 2.3.1 NS2简介20-22
• 2.3.2 仿真基本过程22-24
• 2.3.3 NS2添加新协议的方法24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 车间现场无线传感网络关键协议性能分析25-40
• 3.1 网络性能评价指标25-31
• 3.2 路由层协议分析31-35
• 3.2.1 路由协议的分类31-32
• 3.2.2 典型路由协议的性能比较32-35
• 3.3 MAC层协议分析35-39
• 3.3.1 MAC协议的分类35-37
• 3.3.2 典型MAC协议的性能比较37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 路由层AODV协议改进算法研究40-65
• 4.1 AODV路由协议分析40-44
• 4.1.1 AODV路由协议数据结构40-42
• 4.1.2 AODV路由协议工作过程42-44
• 4.2 AODV路由协议改进方案44-46
• 4.2.1 AODV协议的缺陷44-45
• 4.2.2 多路径方式45-46
• 4.2.3 能耗均衡46
• 4.3 ESAODV路由协议46-51
• 4.3.1 协议分组格式改进46-48
• 4.3.2 路由发现过程改进48-50
• 4.3.3 路由回复过程改进50-51
• 4.3.4 路由维护过程改进51
• 4.4 ESAODV仿真实验和结果分析51-64
• 4.4.1 协议C++代码实现51-56
• 4.4.2 仿真环境设置56-60
• 4.4.3 仿真结果分析60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 链路层SMAC协议改进算法研究65-78
• 5.1 SMAC协议原理65-71
• 5.1.1 SMAC协议采用机制65-68
• 5.1.2 SMAC协议通信流程68-71
• 5.2 SMAC协议改进分析71-73
• 5.2.1 SMAC协议的缺陷71-72
• 5.2.2 动态占空比调整机制的设计72-73
• 5.3 A_SMAC协议仿真实验和结果分析73-77
• 5.3.1 协议C++代码实现73-74
• 5.3.2 仿真环境设置74-75
• 5.3.3 仿真结果分析75-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 车间现场无线传感网络平台应用78-85
• 6.1 车间现场无线传感网络整体系统78-80
• 6.2 车间现场无线传感网络结果显示80-84
• 6.3 本章小结84-85
• 第七章 总结与展望85-87
• 7.1 本文的工作总结85-86
• 7.2 展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻读硕士学位期间取得的成果91-92
• 附录92-104
• 附录 1 部分提取网络性能参数核心代码92-93
• 1.1 总能量消耗提取脚本92
• 1.2 路由代价提取脚本92-93
• 附录 2 TCL脚本93-97
• 2.1 ESAODV脚本93-95
• 2.2 A_SMAC脚本95-96
• 2.3 参数自动设定shell脚本96-97
• 附录 3 ESAODV协议部分核心代码97-102
• 附录 4 A_SMAC协议部分核心代码102-104

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