ZigBee网络与EPA网络集成技术研究

论文摘要

工业无线技术是21世纪新兴、面向设备间短程、低速率信息交互的无线通信技术,适合在恶劣的工业现场环境使用,具有很强的抗干扰能力、超低能耗、实时通信等技术特征,是对现有无线技术在工业应用方向上的功能扩展和技术创新,是当前工业控制领域的研究热点与工业自动化产品新的增长点。研究了当前工业无线技术的发展现状与趋势,介绍并分析了现有有线网络与无线网络的集成方法及其应用现状,根据ZigBee无线通信技术与EPA工业以太网的通信协议特点,确定了采用应用层集成方法实现两者集成的方案,通过对EPA应用层协议的统一支持实现网络设备的统一管理。研究了ZigBee协议中树型地址分配方式,给出一种递增式的地址分配方式弥补了树型地址分配网络纵深小的限制,并通过对地址标识的管理实现了网络地址的再分配。给出了路径成本的计算方法,以树型路由与AODV路由相结合的方式实现了对Mesh网络的支持。通过滑动窗口机制与选择自动重传错误检测方法实现了报文的拆分传输。介绍了可编程控制器PEC8000硬件平台。给出了工业以太网、RS485网络与ZigBee网络的网络管理与数据传输系统通信模型。根据无线组网与入网要求给出无线设备的配置方法,通过资源映射、参数配置与命令解析执行方法实现对从设备的管理,提出了无线设备上下线的自动检测与网络拓扑采集方法,并利用层层封包的方式实现了报文的多级转发,支持多级网络控制。给出并介绍了ZigBee网络与EPA网络集成系统的应用方案,并通过无线网络的配置与操作实例验证本文工作。ZigBee无线网络的扩展可有效的扩展EPA网络的应用范围,降低成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 工业无线技术
• 1.2 工业无线技术发展现状
• 1.3 课题的提出及研究意义
• 1.4 本文内容与结构安排
• 2 ZigBee与EPA集成方法
• 2.1 有线网络与无线网络集成方法
• 2.1.1 物理层集成方法
• 2.1.2 数据链路层集成方法
• 2.1.3 网络层集成方法
• 2.1.4 应用层集成方法
• 2.1.5 用户层集成方法
• 2.1.6 集成方法应用现状
• 2.2 ZigBee无线通信技术
• 2.2.1 ZigBee协议栈体系结构
• 2.2.2 ZigBee设备类型与拓扑结构
• 2.3 EPA工业以太网技术
• 2.3.1 EPA通信模型
• 2.3.2 EPA应用层规范
• 2.4 ZigBee与EPA集成方法
• 2.4.1 ZigBee与EPA集成方法选择
• 2.4.2 应用层集成方法实现原理
• 2.5 小结
• 3 ZigBee协议栈实现
• 3.1 ZigBee协议栈移植
• 3.2 ZigBee协议栈升级
• 3.3 ZigBee地址分配
• 3.3.1 树型地址分配
• 3.3.2 星型网络扩展
• 3.3.3 地址分配实现
• 3.4 ZigBee路由实现
• 3.4.1 树型路由及其实现
• 3.4.2 AODV路由原理
• 3.4.3 路径成本计算
• 3.4.4 AODV路由实现
• 3.5 ZigBee拆分传输
• 3.5.1 拆分传输原理
• 3.5.2 拆分传输实现
• 3.6 小结
• 4 ZigBee与EPA集成实现
• 4.1 硬件平台介绍
• 4.2 集成系统通信模型
• 4.3 系统主程序设计
• 4.4 无线模块初始化
• 4.5 无线模块配置
• 4.6 无线模块接口设计
• 4.7 从设备管理
• 4.7.1 Modbus设备功能扩展
• 4.7.2 从设备资源映射
• 4.7.3 从设备配置参数定义
• 4.7.4 从设备配置命令解析
• 4.7.5 从设备上下线管理
• 4.7.6 无线网络拓扑采集
• 4.8 报文多级转发
• 4.9 小结
• 5 ZigBee与EPA集成应用
• 5.1 集成网络应用方案
• 5.2 无线设备管理示例
• 5.2.1 无线设备配置
• 5.2.2 无线网络组建
• 5.2.3 参数配置
• 5.2.4 变量监控
• 5.3 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