工业无线网络实时路由协议研究与实现

论文摘要

工业无线网络技术是满足工业应用高可靠、低能耗、硬实时等特殊应用需求的一类无线传感器网络技术。工业无线网络相比于传统的工业有线通信方式,拥有低成本、高可靠、易维护和高度灵活性的特点。工业无线网络的广泛应用,将会大大地节约生产成本从而极大地提高生产效率,它将带来工业控制领域翻天覆地的变化。在保障系统高可靠性的同时,工业控制网络对于实时性要求很高,过长的网络时延会对控制系统的性能产生影响,甚至可能破坏系统的稳定性,所以如何降低网络时延是工业控制网络的研究重点之一。本文以工业无线网络为研究背景,以网络的可靠性和实时性为研究目标,针对无线自组织网络的典型路由协议进行了深入的对比研究,并通过NS-2网络仿真验证了相关的结论。在理论研究的基础上,设计了基于CC2430的无线节点硬件平台,提出了一个工业无线网络的框架模型,同时相应给出了网络协议栈的软件设计模型,重点进行了DSDV路由协议模块化设计。最后以工程应用为背景设计了一个真实的工业测控系统,以工程实践的结果验证了该套设计方案的可行性。本文的主要工作包括以下几个方面:（1）从工业无线网络实时性的需求出发,结合无线自组织网络路由协议当前的研究现状,对比研究了DSDV和AODV这两种路由算法。（2）以实际工程为背景来建立无线网络模型,并利用NS-2对其进行仿真对比,以网络数据的分组投递率和端到端时延为评价标准,得出了表驱动路由协议DSDV比按需路由协议AODV更适合工业应用的结论。（3）以射频芯片CC2430为核心设计了适用于工业无线网络的无线节点硬件平台。（4）提出了一种工业无线网络的协议框架,给出了协议栈的软件设计模型,以及DSDV协议的模块化设计思路。（5）以CC2430的硬件平台和提出的协议栈的设计模型为基本框架,结合MSTP等有线网络技术,构建了一个面向中小型监控应用的工业无线测控系统。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及其意义
• 1.2 相关领域国内外研究现状
• 1.2.1 工业无线网络的国内外研究现状
• 1.2.2 工业无线网络面临的主要技术难题
• 1.3 本文的研究工作及组织结构
• 第2章 工业无线网络实时性与路由协议研究
• 2.1 工业无线网络的实时性研究
• 2.2 无线自组织网络的典型路由协议及其对比研究
• 2.2.1 DSDV路由协议
• 2.2.2 AODV路由协议
• 2.3 关于工业实时路由协议的分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 工业无线网络建模与路由协议仿真研究
• 3.1 工业无线网络模型的建立
• 3.2 基于NS-2平台的路由协议的仿真研究
• 3.2.1 NS-2简介
• 3.2.2 NS-2仿真环境的搭建
• 3.2.3 仿真性能指标的确立
• 3.2.4 使用 NSG2建立网络仿真场景
• 3.2.5 仿真结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于CC2430的工业无线测控系统的设计
• 4.1 工业测控系统硬件平台的设计
• 4.1.1 CC2430简介
• 4.1.2 工业无线网络节点硬件电路设计
• 4.2 工业无线网络的协议框架与编程实现
• 4.2.1 网络协议堆栈的架构
• 4.2.2 协议栈的软件设计
• 4.3 工业无线测控系统平台的搭建
• 4.3.1 工业无线测控系统的网络结构
• 4.3.2 工业无线测控系统的运行状况分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文的工作总结
• 5.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的科研工作