无线现场总线的研究

论文摘要

现场总线适应于工业控制系统的分散化、网络化和智能化的要求,促成目前的自动化仪表、集散控制系统等产品面临体系结构和功能结构的重要变革,导致了工业自动化产品的又一次更新换代,已经成为世界范围内研究的热点。但在许多工业环境及过程控制环境下的对象,如移动对象、旋转对象、危险环境对象等,有线的物理介质难以连接;工业以太网的发展,要求实现现场总线与以太网技术结合,实现多级网络的互连;工业布线的成本高。针对这一系列的不足,论文提出了将无线以太网技术应用于现场总线网络中,这是解决上述问题的方案。本文以CAN总线作为研究对象,在分析CAN总线和IEEE 802.11x两种协议的基础上,设计开发将无线以太网IEEE 802.11b应用于工业现场总线CAN中,用无线技术作为有线CAN总线网络的无线扩展。考虑了现有技术兼容问题和易实现性问题,并综合考虑技术、性能及市场等多方面要求,确定了无线CAN网络的技术目标。本文设计了无线CAN总线的网络架构-虚拟环网结构（VRE）,使有线站点和无线站点可以在同一个CAN网络内运行;分析了物理层使用无线扩频技术如何保证工业需求的高速、高性能;设计专用的AP节点-AP-IWU,实现有线/无线网段的平滑桥接;在应用层实现CAN总线和IEEE 802.11b的融合;设计无线网段内虚拟主机和虚拟从机的有限状态机,验证了有限状态机的可达性;并对由此组成的无线CAN网络的实时性作了初步的研究,针对无线信道自身的特点,讨论了数据调度算法,确定在无线CAN网络传输时间严格数据和周期数据的网络延迟。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 相关技术的现状和发展方向
• 1.2 课题的提出及意义
• 1.3 课题的任务及本系统的优点
• 第二章 通讯协议
• 2.1 CAN 2.0B协议的介绍
• 2.2 CANopen应用层协议的介绍
• 2.3 IEEE 802.11x协议的介绍
• 第三章 无线扩频技术
• 3.1 WLAN物理层简介
• 3.2 扩频技术简介
• 3.3 扩频技术理论原理
• 3.4 频谱扩展的实现
• 3.5 扩频通信系统工作原理
• 3.6 扩频通信的性能特点
• 第四章 CAN总线无线扩展的总体设计
• 4.1 IEEE 802.11x DSSS无线链路的误码特性
• 4.2 IEEE 802.11x 链路层的特性
• 4.3 CAN总线无线扩展的概述及设计
• 4.4 AP-IWU的设计
• 4.5 CAN总线无线扩展的架构及设计要求
• 第五章 调度算法
• 5.1 现场总线网络结构
• 5.2 带宽分配调度算法
• 5.3 应用实例
• 第六章 有限状态机
• 6.1 有限状态机的概念
• 6.2 有限状态机的基本原理
• 6.3 有限状态机与软件设计
• 6.4 无线CAN协议中有限状态机的设计
• 6.5 利用FSM验证应用层协议
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢