工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由算法研究

【摘要】： 隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,工業(yè)控制系統(tǒng)已進入了網(wǎng)絡(luò)化、智能化時代。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸發(fā)展成熟并開始進入工業(yè)自動化領(lǐng)域,使得工業(yè)控制系統(tǒng)的投資成本和使用成本降低。在這種背景下,無線通信技術(shù)應用于工業(yè)現(xiàn)場控制成為工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。 WIA-PA (Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation)是中科院、西南大學、重慶郵電大學等國內(nèi)10余家單位在國家863重點課題的支持下,共同研究開發(fā)的一種具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的高可靠、超低功耗的智能多跳工業(yè)無線測控網(wǎng)絡(luò),主要面向流程工業(yè)監(jiān)控。WIA-PA提供一種自組織、自治愈的智能Mesh網(wǎng)絡(luò)路由機制,能夠適應條件和環(huán)境的動態(tài)變化,保持網(wǎng)絡(luò)性能的可靠性和穩(wěn)定性。通過工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA-PA,用戶可以以較低的投資和使用成本實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)全流程的監(jiān)控,獲取由于成本和安裝場地限制等原因無法在線監(jiān)測的工業(yè)過程參數(shù),并以此為基礎(chǔ)實施優(yōu)化控制,來達到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目的。WIA-PA除應用于工業(yè)自動化以外,還可應用于樓宇自動化、能源管理、環(huán)境監(jiān)測、資產(chǎn)管理等領(lǐng)域。WIA-PA網(wǎng)絡(luò)一般適用于環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場,WIA-PA網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只能通過電池供電,而基于目前的技術(shù),大幅度提高電池容量較為困難,因而WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能問題研究就顯得具有非常重要的意義。路由技術(shù)是WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù),也是影響網(wǎng)絡(luò)整體性能最重要的因素之一。目前現(xiàn)有的路由算法,如AODV, DSR等不能完全適用于WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的要求,必須設(shè)計滿足WIA-PA網(wǎng)絡(luò)需求的路由算法。本文作者在參與WIA-PA項目的研究開發(fā)中,深入分析了現(xiàn)有無線路由策略,針對WIA-PA網(wǎng)絡(luò)特點及需求,提出了一種基于AODV的WIA-PA節(jié)能路由算法。本文首先介紹了WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的特點、應用領(lǐng)域、技術(shù)難點,以及研究意義和所做的工作。接著分析了幾種典型的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由策略,總結(jié)了目前已提出的一些節(jié)能路由策略,并深入分析了它們各自的優(yōu)缺點。針對AODV在網(wǎng)絡(luò)能量利用不均衡等方面的不足,不完全適用于WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò),本文基于能量分級策略和基于路由請求延時的思想,提出了保護低能量節(jié)點的節(jié)能路由策略-ES-AODV (Energy-Saving AODV for WIA-PA)算法。該算法根據(jù)節(jié)點的剩余能量進行分級,然后通過節(jié)點的剩余能量與網(wǎng)絡(luò)平均能量構(gòu)建延遲模型,對能量處于不同等級的節(jié)點采用不同的延時轉(zhuǎn)發(fā)機制,保護能量低的節(jié)點,延長生存周期,進而延長WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)服務時間。另外還延長了HELLO消息發(fā)送的周期,減少了HELLO消息的發(fā)送次數(shù),也降低了節(jié)點能耗。最后,通過NS2網(wǎng)絡(luò)仿真平臺,對ES-AODV和AODV算法從端到端平均時延、網(wǎng)絡(luò)生存時間、數(shù)據(jù)分組投遞率等方面進行了比較。 仿真實驗結(jié)果表明,本文提出的ES-AODV算法在保護低能量節(jié)點方面取得了較好的效果,有效地平衡了WIA-PA網(wǎng)絡(luò)的能量消耗,推遲了WIA-PA網(wǎng)絡(luò)分裂的時間。在靜止的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,ES-AODV策略能夠延長WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)5%左右的生存時間。 【關(guān)鍵詞】：WIA-PA ES-AODV 能量分級 延時模型 NS2仿真
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 課題背景9-10
• 1.2 工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)10-18
• 1.2.1 工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)標準11-12
• 1.2.2 WIA-PA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)12-15
• 1.2.3 WlA-PA的應用前景15-16
• 1.2.4 WIA-PA面臨的挑戰(zhàn)16-18
• 1.3 論文目的和意義18
• 1.4 論文主要工作18-19
• 1.5 論文組織結(jié)構(gòu)19-20
• 第2章 AdHoc網(wǎng)絡(luò)的路由策略研究20-35
• 2.1 WlA-PA路由選擇的特點20-21
• 2.2 AdHoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類21-29
• 2.2.1 表驅(qū)動路由策略21-23
• 2.2.2 按需路由策略23-28
• 2.2.3 混合路由策略28
• 2.2.4 幾種路由策略性能比較28-29
• 2.3 AdHoc網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由策略29-33
• 2.3.1 最小化報文傳輸能量的節(jié)能路由策略30-31
• 2.3.2 最大化網(wǎng)絡(luò)生存時間的節(jié)能路由策略31-33
• 2.4 WIA-PA網(wǎng)絡(luò)路由策略要求33-35
• 第3章 基于AODV的WIA-PA節(jié)能路由策略35-44
• 3.1 AODV在WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中的局限性35-36
• 3.2 ES-AODV基本思想36-38
• 3.3 ES-AODV描述38-40
• 3.4 ES-AODV的實現(xiàn)40-42
• 3.5 ES-AODV分組格式42-43
• 3.6 ES-AODV性能分析與評估43-44
• 第4章 基于NS2的仿真與分析44-53
• 4.1 NS2仿真工具44-47
• 4.1.1 NS2的特點44-45
• 4.1.2 NS2仿真步驟45
• 4.1.3 能量模型45-46
• 4.1.4 NS2添加新協(xié)議46-47
• 4.2 性能評價參數(shù)47-48
• 4.3 仿真分析與結(jié)論48-53
• 4.3.1 實驗場景設(shè)置48-49
• 4.3.2 實驗結(jié)果與分析49-53
• 第5章 總結(jié)與展望53-55
• 5.1 總結(jié)53
• 5.2 展望53-55
• 參考文獻55-58
• 致謝58-59
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文與參加的項目59

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