基于IEEE802.15.4的工业无线网络结构设计与实时性分析

摘要

随着工业的现代化和高效化发展，各种工业控制系统已经在冶金、电力、石化等各个领域得到了广泛应用。工业控制系统的发展也推动着工业网络化的发展，将无线传感技术与工业技术相结合形成工业无线网络控制系统，应用于工业企业的生产领域实现生产全流程的远程监测，获取重要的工业流程数据将成必然趋势。 在工业无线网络控制系统中，系统的实时性响应发挥着至关重要的作用，直接关系着企业生产能否顺利安全的进行。工业无线网络一般是基于无线传感器网络，IEEE802.15.4 正是一种适用于无线传感器网络的通信协议，MAC层的保证时隙GTS机制能为无线传感网络提供良好的实时性保障。本文重点对IEEE802.15.4MAC层的实时接入能力作研究，使用OPNET 仿真软件建立了带GTS机制的分析仿真模型，分析了在不同超帧级数SO下，帧传输速率和缓冲容量对GTS 机制下的网络吞吐量和延时的影响。研究结果表明，对于低传输速率和低缓冲容量的无线传感器网络而言，选取合适的SO值（SO=2或3），带GTS的分配时隙机制更适合用来提升网络利用率和系统实时性响应。 在仿真分析的基础上，为了达到将理论研究与实际应用相结合的目的，通过搭建实际的网络平台来模拟工业现场环境，使用无线网络传感器节点进行点对点通信。设计的传感器节点以32 位ARM 微控制器STM32为核心，结合外围传感器和2.4GHz 无线收发模块CC2430 作为无线工业网络结构中的节点。STM32控制传感器采集环境参数，由无线收发芯片CC2430 将数据发送给相邻节点，数据经无线传感器网络节点的多级转发最终送到计算机终端，实际观察数据的传输结果，实现对工业网络环境的监测。设计的传感器节点可以保障实时数据的传输，所建立的无线传感器网络也能满足工业无线网络的实时性要求，可以用于工业网络现场进行测验并推广发展。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

第二章IEEE802.15.4 协议分析

第三章仿真模型建立与性能研究

第四章工业无线网络结构设计

第五章实验测试与分析

第六章总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果