工业无线网络路由及通信调度的实现与优化

【摘要】与有线工业通信网络相比,工业无线网络具有布线成本低、组网灵活、易于安装和维护的优点,因此在国内外工业自动化监测及控制领域得到了越来越多的重视和应用。本文以WirelessHART为主要研究对象,分析工业无线网络的应用需求,研究其中的关键技术,包括路由管理方法及通信调度方法,进而设计具体方案并进行相关仿真测试及实验分析。本文主要内容包括：针对工业无线网络的可靠性需求,设计了一种基于网络状态的多路径图路由方法。根据不同阶段的网络状态采用相应路由算法：在网络拓扑变化阶段采用一种网络局部调整的路由算法,只针对变更链路做出调整,不影响网络其他设备,从而避免全局网络频繁调整,加快网络收敛；在网络拓扑稳定时采用一种均衡路由算法,即根据网络及设备状态,针对实时性及负载均衡需求进行全局优化。仿真结果表明,基于网络状态的多路径图路由方法保证了网络路由可靠性并实现了负载均衡。针对工业无线网络通信调度的应用需求,设计了基于信道优先搜索的通信调度方法。其中,为了保证优先级较高任务的实时性,设计了预留时隙调度策略,对网络管理及控制任务能保障通信资源的优先分配,避免被连续多个时隙被优先级较低的数据上传任务所挤占而导致的调度延迟；其次为使定长超帧兼容不同数据刷新率,设计了超帧循环拼接策略,简化超帧管理,提高网络及设备兼容性。仿真分析表明,预留时隙策略可以保证重要管理任务调度的实时性。此外,本文在嵌入式平台实现了所设计的通信调度方法,对相关通信调度服务进行测试,结果验证了本文方法的可行性。研究了工业无线网络路由及调度联合优化方法,运用极值动力学方法优化网络路由及通信调度问题。以网络实时性及网络寿命为优化目标,建立符合工业无线网络特性和需求的整数规划问题模型。基于极值优化方法,设计优化算法步骤、选取适值函数并设计变异规则,并将其应用于求解无线网络通信调度问题。数值算例结果表明,使用本文算法能快速有效地达到优化目标,即延长网络寿命,降低数据延时；并通过仿真分析了两个优化目标的权衡关系,在工程应用中可根据具体需求灵活配置。
【作者】何之栋；
【导师】黄文君；
【作者基本信息】浙江大学，控制理论与控制工程，2014，硕士
【关键词】工业无线网络；负载均衡路由；局部路由调整；时隙预留通信调度；联合优化；

【参考文献】
[1]曹颖磊.BOT融资模式在高校基础设施建设中的应用研究[D].大连海事大学,项目管理,2012,硕士.
[2]干慧娟.论我国监护制度的现状与完善[D].新疆大学,法律,2013,硕士.
[3]赵云华.基于小波变换的地球化学数据降噪处理及异常提取[D].成都理工大学,应用数学,2013,硕士.
[4]邹阿琴.论德国承租人终止保护制度及其对中国的借鉴意义[D].中国政法大学,比较法学,2014,硕士.
[5]张捷.菊芋用于寒区盐碱地公路绿化的研究及景观评价[D].东北林业大学,森林植物资源学,2014,博士.
[6]张颖燕.我国生态建设资金绩效审计评价研究[D].浙江工商大学,会计学,2014,硕士.
[7]宿振伟.喀喇沁左翼蒙古族自治县地名研究[D].广西师范大学,语言学及应用语言学,2013,硕士.
[8]本报记者刘艳.重庆高新区：让梦想照进现实[N].中国高新技术产业导报,2014-09-22021.
[9]韩忠涛.食矮新星的测光分析[D].中国科学院研究生院（云南天文台）,天体物理,2014,硕士.
[10]何长安.具有可测强外扰作用的伺服系统应用二次型最优控制和最优观测器的工程实践[J].自动化学报,1985,02:166-174.
[11]蔡玥娇.右旋美托咪啶对毒血症鼠脑内炎症反应的影响及机制探讨[D].苏州大学,麻醉学,2013,硕士.
[12]于文航.审计署XX办事处人力资源整合研究[D].兰州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[13]夏宏.数据备份系统在电信领域的应用[J].通信世界,2001,33:53.
[14]范立娟.公共部门人力资源管理的激励机制研究[D].燕山大学,行政管理,2014,硕士.
[15]陈军强,张蕊,侯尧宸,马丽娜,丁路明,龙瑞军,尚占环.亚高山草甸植物群落物种多样性与群落C、N、P生态化学计量的关系[J].植物生态学报,2013,11:979-987.
[16]王宇.鹤大高速公路边坡滑坡治理研究[D].长安大学,交通运输工程,2013,硕士.
[17]李建成.基于弹性动力学的挖掘机器人工作装置优化设计[D].太原科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[18]耿晓宁.济钢1750m~3高炉零返矿自动控制系统[J].冶金自动化,2006,02:50-52.
[19]张春华.电磁场作用下聚合硫酸铁溶液的形态研究[D].内蒙古科技大学,环境工程,2013,硕士.
[20]蒋湘辉.中集IT以柔制快[J].每周电脑报,2004,10:22-24.
[21]刘鹏.基于.NET的企业Email管理系统[D].复旦大学,软件工程,2012,硕士.
[22]张燕.我国输日农产品贸易集中度研究[D].中国农业大学,产业经济学,2004,硕士.
[23]徐志伟,顾云燕,张春日,薛小涛,朱金录.网络与数据库的集成在档案管理系统中的应用[J].冶金自动化,1998,05:26-28.
[24]张振戎,张亚才,卢庆春.用环形冒口代替分散冒口铸造不锈钢上冠[J].一重技术.2004(01)
[25]徐彩云.基于尾部变结构Copula模型的股市波动溢出效应研究[D].浙江工商大学,金融学,2013,硕士.
[26]黄智华.蛛丝蛋白工程菌高密度发酵、表达产物纯化与湿法纺丝[D].福建师范大学,生物化学与分子生物学,2004,硕士.
[27]曾蔚霞.慈竹竹编在家具设计中的应用研究[D].中南林业科技大学,设计艺术学,2014,硕士.
[28]陈俊生.对波动方程偏移的补充讨论[J].石油地球物理勘探,1978,02:23-28.
[29]曹戟.活性氧簇（ROS）介导的蛋白翻译后修饰调控肿瘤细胞死亡的作用及其机制研究[D].浙江大学,药理学,2013,博士.
[30]田强.双馈风力发电机组有功功率平滑控制研究[D].兰州理工大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[31]黄春兰.中等职业学校德育有效性研究[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[32]沈伟,吴文传,张伯明,郑太一,孙宏斌.消纳大规模风电的在线滚动调度策略与模型[J].电力系统自动化,2011,22:136-140.
[33]孙莹.基于Web文本挖掘的企业口碑情感分类模型研究[D].华中师范大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[34]于春雷.邓小平干部教育思想研究[D].渤海大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[35]蔡佳,关辉.线上线下互惠影响机制的研究述评与展望[J].商业时代,2014,24:72-73.
[36]张红.Y2-632-4型非晶电机研究及非晶铁心卷绕装置设计[D].山东大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[37]马勇,许晓鸣,杨煜普,张卫东.基于再励自组织模糊CPN的稳定控制系统设计[J].控制与决策,1999,S1:549-552.
[38]魏恩平.考虑时滞和输入饱和的船舶航向自动舵设计[D].大连海事大学,交通运输工程,2013,硕士.
[39]王红燕.胰岛素、睾酮、AngⅡ、Ang-（1-7）对体外培养子宫内膜细胞的血管紧张素受体及细胞发育的影响[D].河北医科大学,妇产科学,2013,硕士.
[40]梁一婷.国际新闻中涉美深度报道探讨[D].山东大学,新闻与传播（专业学位）,2013,硕士.
[41]严晓颖.中国—东盟自由贸易区金融监管法律机制研究[D].西南政法大学,国际法学,2012,硕士.
[42]袁晓帅.“80后”记者生存状态调查[D].郑州大学,新闻与传播（专业学位）,2013,硕士.
[43]毛信表,张寅旭,王芬,马淳安.硝基苯在离子液体BPyBF_4/H_2O中的电化学行为[J].化工学报,2013,10:3679-3685.
[44]刘如金.调整磨浮工艺提高选铜指标[J].有色金属(选矿部分).1992(04)
[45]王松.吡柔比星联合维生素C对膀胱癌原代细胞增殖抑制作用的研究[D].桂林医学院,泌尿外科,2012,硕士.
[46]廉斌.中国中小股份制银行核心竞争力分析[D].内蒙古大学,工商管理,2012,硕士.
[47]孙慧环.团队建设视角下的高校学生干部队伍建设[J].高校辅导员,2014,03:34-37.
[48]于希.基于聚苯乙烯磁性纳米颗粒的磁性固相萃取的研究[D].吉林大学,分析化学,2013,硕士.
[49]夏思慧.商业房地产租金分析及投资价值评估[D].华中科技大学,企业管理,2012,硕士.
[50]魏晓梅.基于FPGA和ARM的二维激光位移测量技术研究[D].哈尔滨工业大学,仪器仪表工程,2014,硕士.