基于无线网络控制系统的动态优先级调度仿真研究

论文摘要

无线网络控制系统(Wireless Networked Control System, WNCS)具有信息集成度高,灵活性强,布线及安装成本低等优点。但是,由于WNCS中存在网络诱导延时、丢包、动态链路特性、时变的信道增益和干扰、网络带宽有限等基本问题,使WNCS的分析和设计更加复杂。近年来,WNCS的稳定性分析,控制策略,网络协议优化等问题,已经成为了研究的热点。通过提高网络的服务质量,减少数据包的延时和丢失,从而为无线网络控制系统提供稳定的网络环境,是无线网络控制系统中的关键问题。在网路协议中,调度策略直接影响了无线网络的实时性和有效性,进而影响无线网络控制系统的控制性能。本文给出了一种动态优先级的调度策略,保证节点公平进入网络,以略微增大数据包延时的代价,减少了数据包丢失的概率,从而为无线网络控制系统提供高效的无线网络服务。IEEE 802.15.4协议是IEEE针对低功率低传输速率的使用环境提出的无线网络协议标准,该协议可以通过设置其MAC层的网络参数,非常灵活的适应各种网络需求不同的场合,但是基于IEEE 802.15.4协议实现的无线网络会在网络繁忙的情况下出现大量的数据包丢失现象。本文以IEEE 802.15.4协议作为网络协议研究对象,针对该协议在繁忙情况下出现的延时和数据包丢失问题进行了研究。分析及实验表明,协议减少了数据包的丢失,能够很好的满足无线网络控制系统对网络服务的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线网络控制系统的特点
• 1.3 无线网络控制系统的研究现状
• 1.3.1 无线网络控制系统QoS方面的研究
• 1.3.2 无线网络控制系统QoP方面的研究
• 1.3.3 无线网络控制系统功率控制方面的研究
• 1.4 论文的主要工作及结构
• 2 无线网络控制系统中的问题分析
• 2.1 无线网络控制系统中存在的问题
• 2.2 诱导延时的组成
• 2.2.1 诱导延时组成
• 2.2.2 诱导延时的影响因素
• 2.3 节点驱动方式
• 2.4 Truetime工具箱介绍
• 2.5 小结
• 3 IEEE 802.15.4协议概述
• 3.1 引言
• 3.2 网络拓扑结构
• 3.3 IEEE 802.15.4协议物理层介绍
• 3.3.1 物理层实现的功能
• 3.3.2 物理层帧结构
• 3.3.3 物理层功能服务实现
• 3.4 IEEE802.15.4协议MAC层介绍
• 3.4.1 MAC层功能
• 3.4.2 超帧结构
• 3.4.3 MAC层帧结构
• 3.4.4 数据传输模式
• 3.4.5 IEEE 802.15.4 CSMA/CA算法流程及描述
• 3.5 小结
• 4 基于动态优先级实现的IEEE 802.15.4 MAC层协议
• 4.1 BLACKBURST机制概述
• 4.2 基于BLACKBURST机制的动态优先级CSMA/CA机制
• 4.2.1 使用BLACKBURST机制的竞争
• 4.2.2 同等优先级节点之间的竞争
• 4.3 效率分析
• 4.4 最大节点数估算
• 4.5 最坏情况分析
• 4.6 小结
• 5 仿真与实验
• 5.1 无线网络控制系统的仿真实例设计
• 5.3 丢包及延时结果分析
• 5.4 控制性能分析
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢