基于TSCH模式的工业无线系统级芯片设计

当前商业无线芯片只能实现工业无线网络标准的通信功能,时隙调度和同步等功能必须依靠软件通过定时中断的方式实现,增加了开发难度,限制了WIA-PA等工业无线协议的推广和普及。针对该问题,设计一款支持TSCH模式物理层协议面向工业无线网络的系统级工业无线芯片WIASoC2400。该芯片以IEEE802.15.4e协议的TSCH模式为基础,基于ARM Cortex-M3内核,集成2.4 GHz WIA-PA无线通信模块,同时包含符合IEEE802.15.4-2006协议CCM~*模式安全规范的AES-128加/解密安全模块,可保证数据传输的安全性。仿真结果表明,WIASoC2400能够满足TSCH模式下通信的时隙同步精度和跳频要求,具有定时精确、处理速度快、实现简单等优点。

突发流量自适应的6TiSCH网络分布式PID调度

工业物联网络6TiSCH通过对时隙跳频模式和IPv6协议的引入,在支持海量节点接入、确定性可靠传输以及低功耗运行方面优势明显。虽然6TiSCH操作子层的定义为用户自定义调度策略提供了规范化的调度执行过程,但在实际应用中仍面临不同应用场景的上层调度函数(即决策实体)个性化设计的问题。本文将控制理论引入确定性工业无线网络的资源调度应用中,将分布式节点间通信资源调控抽象为闭环控制问题,结合经典比例积分微分(proportional-integral-derivative,PID)控制算法,阐述基于PID控制理念的6TiSCH网络资源调度原理,设计面向突发流量场景的6TiSCH网络分布式PID调度算法,构建突发流量友好的上层调度函数。基于OpenMote-B的6TiSCH网络平台实验表明,所提方法支持流量需求动态变化的节点间通信资源的自适应调度,尤其对多种类型突发流量可以快速响应。

IETF 6TiSCH工业物联网研究综述：标准、关键技术与平台

互联网工程任务组(IETF)正在制定一套基于IPv6的低功耗工业物联网协议栈6TiSCH,其主要应用于复杂的工业过程控制及自动化领域。IETF 6Ti SCH协议栈在网络层上引入IPv6协议,使得海量的物联网节点可以无缝接入互联网;在链路层引入了IEEE802.15.4e TSCH新协议,可以有效降低节点能耗和增强无线通信可靠性。OpenWSN开源项目提供了一套该协议栈完整实现的代码。对IETF 6TiSCH工业物联网的标准、关键技术与平台进行了系统总结。首先对其发展历程及现状进行了详细的介绍;接着分析了CoAP应用层协议、UDP传输层协议、IPv6网络层协议、IEEE802.15.4e链路层协议及其物理层标准协议;随后总结了其高精度时间同步、资源调度与安全等关键技术,并对其实现平台进行了深入剖析;最后对未来研究可能面临的挑战进行了展望。

基于多波束卫星系统的跳波束技术研究

多波束卫星系统传统的固定资源分配方式缺乏足够的灵活性。文中在考虑多波束卫星系统各点波束业务需求多样性的基础上,基于全频率复用的“跳波束”技术,提出了一种灵活的资源分配方式。文中首先提出了两种不同的目标函数对资源进行优化,然后计算同频复用距离并引入新的约束机制以减轻同频干扰带来的性能下降,最后以最小同频率干扰为目标,结合时隙分配算法进行跳波束图案设计。仿真结果表明,相比于传统的分配方案,该方法能大大提高频谱利用率,使分配更能满足大容量动态需求。

工业物联网应用中多时隙帧调度算法研究

研究工业物联网中延迟约束的多种采样周期数据调度问题,以降低数据传输过程中的功耗与延迟及增加网络容量为目标,提出基于负载的多时隙帧调度算法。利用快刷新率设备的优先调度策略,满足不同采样周期数据的实时性需求。采用图论中匹配和着色理论实现通信资源的确定性分配,解决网络中的干扰和冲突问题。仿真结果表明,该算法可在保证数据传输可靠性和实时性的基础上,充分利用有限的通信资源增加网络容量及降低功耗。

基于跳频的认知无线电网络中的时隙优化策略

随着近几年无线通信技术的快速发展,无线电频谱资源越来越匮乏。认知无线电网络(CRN)由于可提高现有频谱资源的利用率,受到了广泛关注。针对传统的认知无线电网络中随机跳频交汇策略没有考虑信道碰撞和切换延迟的问题,提出了一种基于时隙ALOHA协议,融入了切换延迟的最优随机跳频交汇策略。首先,将整个交汇过程以时隙微分化,定义信道时长和切换时长时隙模型,并将跳频过程与ALOHA协议融合,给出策略交汇时长(TTR)的计算方法;然后,分步骤详细分析交汇策略的流程,根据联合概率推导出时隙期望关于信道数目、切换时延的公式;最后,根据求导和函数趋势图计算最低点,进而提出一种基于整数规化的时隙最优数目计算算法,以取得整体交汇策略的最优化。通过模拟实验考查了可用时隙数目和切换时延这两个重要参数,实验结果表明切换时延比可用信道数目对交汇效率的影响更大。此外,实验结果还表明:该策略在充分考虑时延的同时,总能以最优方式交汇,相比传统方式可大幅度地缩短平均交汇时间(ATTR),当时延的时隙数目不大于5时,ATTR整体上缩短了15%左右,这可促进节点快速交汇,进而加速节点信息交互,进一步提高现有频谱的利用率。