面向工業(yè)現(xiàn)場的短程無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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1、上海大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著無線通信技術(shù)的日趨成熟與發(fā)展，無線通信方式在工業(yè)控制領(lǐng)域中已經(jīng)有了越來越廣泛的應(yīng)用，工業(yè)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)就是在這種趨勢和背景下發(fā)展起來的。本論文首先介紹了工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中無線通信技術(shù)的研究背景、意義以及國內(nèi)外研究概況，分析了當(dāng)前無線通信技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境中存在的主要問題，并簡要描述了相關(guān)無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、物理層傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議等方面的內(nèi)容。其次，針對工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)控任務(wù)對網(wǎng)絡(luò)通信實時性要求，設(shè)計了一種基于令牌控制策略的MAC層協(xié)議。協(xié)議棧中令牌控制子層采用令牌機制管理各站點對無線信道的訪問，克服了原有MAC子層CSMA／CA機制無序競爭的缺陷，保證了

2、數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間確定性。協(xié)議設(shè)計中定義了控制幀和數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，并對網(wǎng)絡(luò)的組建與維護(hù)過程做了詳細(xì)地介紹。同時，文中還敘述了協(xié)議棧模型、邏輯令牌環(huán)動態(tài)建立、令牌故障的自恢復(fù)機制等內(nèi)容。然后，從實際工程應(yīng)用角度出發(fā)，設(shè)計了一種基于IEEE802．15．4a標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)無線短程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主／從站點，給出了硬件設(shè)計電路圖和相關(guān)軟件配置方式。同時，還設(shè)計并實現(xiàn)了用于對令牌網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時監(jiān)聽的網(wǎng)絡(luò)嗅探器以及用于人機交互和數(shù)據(jù)實時顯示的PC平臺監(jiān)控軟件WICN．Monitor。最后，以所設(shè)計的硬件平臺為基礎(chǔ)，采用自主設(shè)計的令牌控制協(xié)議實現(xiàn)了一個用于監(jiān)控溫度、濕度、光線強度的WICN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在實驗室環(huán)境

3、下進(jìn)行了相關(guān)測試，結(jié)果表明所設(shè)計的WICN無線網(wǎng)絡(luò)主／從站點能夠穩(wěn)定運行，令牌MAC協(xié)議及WICN監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的實時性可以滿足一般工業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的要求。關(guān)鍵詞：工業(yè)無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)；介質(zhì)訪問控制協(xié)議：令牌機制；網(wǎng)絡(luò)嗅探器V上海大學(xué)碩士學(xué)位論文ABSTRACTWiththematurityanddevelopmentofwirelesscommunicationtechnology,itsapplicationinindustrialcontrolnetworkswillberealizedinlargeareas．Thewirelessindustrialcontrolnetw

4、orkhasbeendevelopedatthisbackground．Firstly,thesituationandpotentialdeploymentprospectofwirelesscommunicationusedinindustrialenvironmentsareintroducedandtheexistingproblemsarepointedout．Currentwirelesscommunicationprotocols，physicaltechniquesanddatalinklayerprotocolarealsobrieflyanalyzed．Seco

5、ndly,Inaccord．a(chǎn)ncewithreal．timeperformanceofnetworkcommunicationinthefieldofindustrialmonitoring，thispaperpresentsawirelessnetworkprotocol，whichbasesonTokencontrolstrategy．Tokencontrolsublayermanagesthewirelesschannelaccessbythetoken．ItovercomestheshortcomingsoftheCSMA／CAdisorderedcompetition

6、onMACsublayer,ensuresthedeterministicpropertyofdatatransmission．Theprotocoldefinesstructureofcontrolpacketsanddatapacketindetail，andspecifiestherulesofhowtobuildofandmaintainthenetwork．Thepaperalsorecountsprotocolstackmodel，thedynamiccreationoflogictokenring，andthetokenself-recoveryschemes，et

7、c．Thirdly,thispaperpresentsthedesignofwirelessmaster／slavestationsproceededfromactualengineeringapplication，whichbasesonthewirelessIEEE802．15．4astandard．Thebasichardwarecircuitsandsoftwareflowchartaregiven．Meanwhile，thenetworksnifferwhichcani