IEEE 1451标准在工业无线传感网络中的应用

论文摘要

由于工业现场市场过于细分,市场上现有的智能传感器网络和现场总线种类繁多,在实际的应用中都有各自的优势和劣势。缺少公认的传感器标准接口对于制造商来说是一个严峻的挑战,使传感器支持所有现有的通信协议就成为了一种重要且十分昂贵的方法。IEEE 1451标准正是在这种条件下推出的,它定义了一组智能传感器与网络连接的标准接口。工业现场目前基本都是采用有线方式连接,而工业现场存在环境恶劣和布线困难的问题,采用无线网络传感器技术可以有效的解决这一问题。因此,IEEE标准推出了其无线标准部分,即IEEE 1451.5。IEEE 1451.5标准是一个比较新的标准,目前国外只有少数学者对其进行了研究,而国内还没有任何研究机构和个人对它进行详细研究。此外,国内外传感器厂商对IEEE 1451系列标准以及该系列标准之间的关系还存在错误的认识。因此,对IEEE 1451标准的研究以及如何将IEEE 1451.5标准应用于工业现场环境具有很高的研究价值。本文首先对智能传感器网络已有的标准进行了归纳和研究,分析了当前各标准在工业智能传感器网络应用中存在的问题,而采用IEEE 1451系列标准可以有效解决现场总线标准不统一等问题。紧接着对IEEE 1451系列标准特别是IEEE 1451.5标准及所涉及的变送器电子数据表的主要内容和特点进行了介绍,综述了当前无线通信标准的发展状况,IEEE 1451标准定义的智能无线传感器网络包含两个基本节点:网络能力应用处理器(NCAP)和无线变送器接口模块(WTIM),本文采用了将IEEE 1451.0标准与IEEE 1451.5标准相结合的方式对系统进行了整体设计。在本次设计中,通过在IEEE 1451.0层和IEEE 1451.5层采用通用的API进行封装,使得无线通信设备模块独立于节点的设计,从而大大简化了无线智能传感器节点的设计和生产,并提供了各厂家产品以及各无线通信标准的互操作性。最后对NCAP节点进行了设计和模拟实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 关于无线传感器网络技术的研究现状
• 1.2.2 关于 IEEE 1451 标准的研究
• 1.2.3 研究现状小结
• 1.3 论文主要内容及章节安排
• 2 IEEE 1451 智能网络传感器标准
• 2.1 IEEE 1451 系列标准研究
• 2.1.1 IEEE 1451 标准族体系结构
• 2.1.2 IEEE 1451 标准族介绍
• 2.1.3 变送器电子数据表
• 2.1.4 支持的无线标准简介
• 2.2 需求分析
• 2.3 相关技术
• 2.3.1 无线网络传感器技术介绍
• 2.3.2 Java 简介
• 2.4 本章小结
• 3 IEEE 1451 标准节点的设计
• 3.1 总体架构
• 3.2 功能模块划分
• 3.3 功能模块设计
• 3.3.1 NCAP 管理模块
• 3.3.2 协议消息通信模块
• 3.3.3 网络数据传输模块
• 3.3.4 驱动适配层
• 3.3.5 无线通信驱动
• 3.4 系统整体类结构
• 3.5 系统主要流程
• 3.6 本章小结
• 4 IEEE 1451 标准节点的实现
• 4.1 NCAP 服务器
• 4.2 NCAP 管理模块
• 4.2.1 NCAP 配置管理模块
• 4.2.2 WTIM 管理
• 4.3 驱动适配层模块
• 4.4 协议消息通信模块
• 4.5 网络数据传输模块
• 4.5.1 NetworkStream
• 4.5.2 Connection
• 4.5.3 Listener
• 4.6 NCAP 服务器测试
• 4.7 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献