工业有线—无线传感器网络透明传输技术的研究及应用

【摘要】由于其独特的特性,无线网络目前变得越来越具有吸引力,而且更多地被使用在工业自动化和制造应用领域。然而,至少在中短期时间内,它们还不能完全替代在这样的环境中更为传统的有线网络。这就意味着对于目前的情况,为了达到增强整体网络系统的灵活性、效率和性能的目的,将它们与现有的工业有线连接通信方式进行整合的解决方案是值得关注的。针对无线传感器网络的特点,研究工业有线-无线传感器网络透明传输的理论和应用技术具有非常重要的意义。基于低功率无线个人区域网的IPv6网络(6LoWPAN)是—个简单的低成本的通信协议,允许在功率有限的应用中实现无线连接。6LoWPAN采用了IPv6协议栈,以实现在基于IEEE802.15.4的网络和基于IPv6的基础设施之间的无缝连接。本文结合工业自动化对无线传感器网络的应用需求,专注6LoWPAN在工业环境中监测和控制的应用中如何保证在节点间交换消息的实时性的理论与技术展开了深入研究。本文取得的理论研究成果和创新点如下：1.本文提出了一种基于meshunder的新的路由方案,称之为controlledmeshunder。考虑到无线传感器网络中转发网帧的主要问题,本文研究了不同的路由解决方案(routeover,meshunder和enhancedrouteover),关注它们如何转发报文分片。本文评价了当传输IP分段的数据包时,它们在延迟和能量消耗方面的性能。所有的测试均已经在一个真正的6LoWPAN实现中完成。2.在本文中提出了LoWMob,这是一个适合移动6LoWPAN节点的,基于网络层的移动性方案,6LoWPAN节点的移动性在网络层处理。LoWMob确保在6LoWPAN中静态节点的帮助下实现网关和移动节点之间的多跳通信。为了减少支持移动节点而产生的静态节点信令开销,在LoWMob中提出了一种在6LoWPAN适配层支持移动性的包格式。本文中也提出了一个分布式版本的LoWMob,命名为DLoWMob(或分布式的LoWMob),它采用移动性支持节点(MSP)来分配集中在网关的通信量,并且优化了在6LoWPAN中源和目的节点之间的多跳路由路径。此外,本文中还讨论了所提出的移动性方案在安全性方面的考虑,并且从移动信令消耗、端到端延迟和包传送成功率等方面评价了所提出的方案。3.本文提出了一个适合6LoWPAN中命名为6LoMSN的移动传感器节点的协议,此方案基于代理移动IPv6标准(PMIPv6)。传统的PMIPv6标准只支持单跳网络,并不能应用于多跳的6LoWPAN网络。它既不支持6LoMSN的移动性也不支持称为6LoGW的6LoWPAN网关,而且还不能检测出PAN中6LoMSN的连接。因此,本文提出了一个6LoMSN移动通知协议,以支持其在多跳的6LoWPAN环境中的移动性。6LoMSN的连接通过使用路由器征集(RS)消息和路由器广播(RA)消息降低了无线链路的信令开销。性能评估结果表明,所提出的协议可以减少总的信令成本以及跨区域切换延迟。此外,本文基于PMIPv6标准来评估该方案在工业自动化系统中的设计和实现。根据实验结果,在所提出的基于PMIPv6的6LoWPAN中,预期6LoMSN能使用更长的电池寿命。本文还确认了即使6LoMSN没有移动性协议栈而且能自由地在PAN之间移动,它也可以保持连接。
【作者】琚贇；
【导师】白焰；
【作者基本信息】华北电力大学，控制理论与控制工程，2014，博士
【关键词】无线传感器网络；混合；异构；分片转发；多跳通信；适配层；移动性；

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