学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于IEEE802.15.4的工业无线网络结构设计与实时性分析

作　者: 李靖博
导　师: 孙鹤旭
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: IEEE802.15.4 工业无线网络 保证时隙 实时性 STM32
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 85次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


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IEEE 802.15.4MAC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。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-14
  §1-1 引言  8
  §1-2 工业无线传感器网络研究背景  8-10
  §1-3 工业无线传感器网络特点  10
  §1-4 主要工业无线网络通信技术简介  10-12
  §1-5 论文研究内容及章节安排  12-14
第二章 IEEE802.15.4 协议分析  14-23
  §2-1 IEEE802.15.4 标准简介  14-18
    2-1-1 IEEE802.15.4 协议架构  14-15
    2-1-2 IEEE802.15.4 协议特性  15
    2-1-3 IEEE802.15.4 网络拓扑结构  15-17
    2-1-4 IEEE802.15.4 数据传输模式  17-18
  §2-2 IEEE802.15.4MAC 层介绍  18-21
    2-2-1 IEEE802.15.4 MAC 层概述  18-19
    2-2-2 带GTS 超帧结构  19-20
    2-2-3 GTS 申请传输过程  20-21
  §2-3 吞吐量分析  21-23
第三章 仿真模型建立与性能研究  23-32
  §3-1 OPNET 仿真软件介绍  23-24
  §3-2 仿真模型建立  24-26
    3-2-1 网络域模型  24
    3-2-2 节点域模型  24-25
    3-2-3 进程域模型  25-26
  §3-3 仿真性能分析  26-31
    3-3-1 帧传输速率对吞吐量影响  26-27
    3-3-2 缓冲容量对吞吐量影响  27-29
    3-3-3 帧传输速率对网络延时影响  29-30
    3-3-4 缓冲容量对网络延时影响  30-31
  §3-4 仿真结论  31-32
第四章 工业无线网络结构设计  32-38
  §4-1 工业无线网络结构  32-33
  §4-2 工业无线网络传感器节点结构  33-34
  §4-3 工业无线网络传感器节点结构单元设计  34-38
    4-3-1 传感器节点数据采集单元  34
    4-3-2 传感器节点数据处理单元  34-35
    4-3-3 传感器节点数据通信单元  35-37
    4-3-4 传感器节点电池电源管理单元  37-38
第五章 实验测试与分析  38-49
  §5-1 实验测试环境介绍  38-41
    5-1-1 实验硬件测试环境搭建  38
    5-1-2 实验软件测试环境搭建  38-41
  §5-2 实验软件调试  41-43
    5-2-1 协议栈介绍  42
    5-2-2 协议栈软件设计  42-43
  §5-3 实验测试  43-45
    5-3-1 串口测试  43-44
    5-3-2 无线控制开关灯实验  44
    5-3-3 无线测温传输实验  44-45
  §5-4 实验数据帧分析  45-49
第六章 总结与展望  49-51
  §6-1 总结  49
  §6-2 展望  49-51
参考文献  51-53
致谢  53-54
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果  54

相似论文

  1. 基于FPGA的数字图像处理基本算法研究与实现,TP391.41
  2. 基于windows的计算机数字控制系统实时性的研究,TG659
  3. 一种自适应选择处理节点的时空查询算法,TN929.5
  4. 基于STM32的污水处理pH值控制系统的设计,TP273
  5. 一种改进型双光束分光光度计的设计,TH744.12
  6. 电动汽车离合器控制系统设计,U463.211
  7. 实时数据库安全访问的研究,TP311.13
  8. 大容量数字指纹系统的嵌入算法研究,TP309.7
  9. 工业无线网络可靠性研究及实验平台设计,TP273
  10. EPL工业以太网实时策略研究及其在SOE系统中的应用,TP273
  11. 基于磁阻传感器的弹体姿态测量技术研究,TJ760
  12. 网络视频录像机OSD子系统软件设计,TP277
  13. 基于PCI总线数据采集系统的研究与设计,TP274.2
  14. 基于STM32异步电机SVM-DTC系统的设计,TM921.2
  15. 基于线阵CCD及STM32的滚针直径精确测量的研究,TH133.333
  16. 智能变电站若干关键技术研究与应用,TM63
  17. 监护仪Linux系统的实时性研究,TP277
  18. 分布式实时工程机械构件动态监控系统研究,TP277
  19. 无线传感器网络接入控制的研究,TP212.9
  20. 广域保护通信系统可靠性及其路由选择研究,TN914
  21. 数字化全自动管焊平台通信系统的研究,TG409

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
© 2012 www.xueweilunwen.com