工业无线网络实时调度方法研究

摘要

无线网络具有成本低、部署快、易维护等优点，在工业现场中得到越来越多的应用。与一般无线网络相比，工业无线网络对传输时延、实时性、可靠性等网络性能有更高要求。传输调度作为提高网络性能的重要手段，具有重要的研究意义。
　　本文以提高工业无线网络实时性、降低传输时延为目标，分别从网络拓扑与网络业务角度出发，对调度方法进行研究。本文主要工作包括:
　　(1)分析工业无线网络的特点，研究了工业无线网络的业务模型。
　　(2)根据网络拓扑结构，提出了一种基于网络拓扑的动态调度算法。首先，利用最短路径路由算法建立最短路径路由，根据路由结果建立网络传输计划;然后根据网络业务，动态生成并执行传输计划实例，并确定网络节点的工作时隙。算法通过对网络传输计划的执行，确定了网络传输的最大时延，保证了网络的实时性。
　　(3)根据网络业务的时间约束，提出了一种基于延迟容忍的实时调度算法。利用最短路径路由算法建立网络路由，根据网络业务的截止时间与数据的传输路径为数据传输分配优先级;结合数据聚合压缩技术，对数据传输路径进行分解，为传输链路分配时隙。
　　(4)对算法性能进行分析，并利用NS-3对网络进行仿真。结果表明本文方法能显著降低网络平均传输时延，提高数据保真度。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与研究意义

1．2 工业无线网络研究现状

1．3 研究内容

1．4 论文结构

第二章 工业无线网络调度技术及仿真方法

2．1 常用工业无线网络

2．1．1 ZigBee

2．1．2 WirelessHART

2．1．3 WIA-PA

2．1．4 ISA 100.11a

2．2 工业无线网络调度技术

2．2．1 介质访问控制协议

2．2．2 调度算法的分类

2．2．3 工业无线网络中的传输调度

2．3 网络仿真方法

2．3．1 网络仿真软件

2．3．2 NS-3中的仿真步骤

2．4 本章小结

第三章 工业无线网络系统模型

3．1 工业无线网络模型

3．1．1 网络一般架构

3．1．2 网络表示方法

3．2 工业无线网络干扰模型

3．2．1 干扰范围模型

3．2．2 协议干扰模型

3．2．3 多跳干扰模型

3．2．4 物理干扰模型

3．2．5 网络冲突矩阵

3．3 工业无线网络业务模型

3．3．1 工业无线网络特点

3．3．2 网络业务模型

3．3．3 基本假设

3．4 本章小结

第四章 基于网络拓扑的动态调度算法

4．1 算法总体思想

4．2 TSANT算法描述

4．2．1 建立最短路径路由

4．2．2 建立网络传输计划

4．2．3 产生传输计划子实例

4．2．4 确定节点发送与接收时隙

4．3 TSANT算法性能分析

4．4 仿真结果

4．4．1 不同网络规模下的仿真结果

4．4．2 不同网络业务频率下的仿真结果

4．5 本章小结

第五章 基于延迟容忍的实时调度算法

5．1 算法总体思想

5．2 TSADT算法描述

5．2．1 建立网络冲突矩阵

5．2．2 计算节点优先级

5．2．3 确定节点工作状态

5．3 TSADT算法性能分析

5．4 仿真结果

5．4．1 不同网络规模下的仿真结果

5．4．2 不同网络业务频率下的仿真结果

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文研究工作

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况