基于无线HART的工业无线Mesh协议的设计与实现

无线传感器网络技术的发展和完善为工业应用提供了实施的可行性,但是工业现场环境复杂,无线技术在其中的应用一直备受挑战。通过剖析现今热门的、适用于工业环境的无线HART协议,依据无线HART的机理与应用需求,设计了工业无线Mesh协议。通过对原有TSMP协议的剖析及其对路由算法、TDMA调度算法的改进,以满足工业现场实时、可靠通信的要求。通过仿真实验以及硬件的部分实现,验证了协议的有效性和可实现性。

基于精确时间协议的工业无线传感器网络时间同步方法

针对工业无线传感器网络(IWSNs)中复杂链路环境、温度波动等造成的链路时延动态变化、时钟计时干扰、时间戳获取不确定等问题,提出一种基于精确时间协议(PTP)的IWSNs时间同步方法。首先,融合PTP双向时间同步过程的时钟计时干扰、非对称链路时延噪声,建立时钟状态空间模型和观测模型;其次,构建反向自适应卡尔曼滤波算法以滤除噪声干扰;然后,利用反向估计和正向估计的时钟状态归一化新息比值来评估噪声统计模型的合理性;最后,在设定检测阈值后,动态调整时钟状态过程噪声,以实现时钟参数的精确估计。仿真结果表明,相较于经典卡尔曼滤波算法和PTP,在不同时钟计时精度下,反向自适应卡尔曼滤波算法估计的时钟偏移和偏移率均有较小且更稳定的误差标准差,有效解决了噪声不确定等原因造成的卡尔曼滤波发散问题,提高了时间同步的可靠性。

《工业和信息化部关于在无线电发射设备型号核准中开展对无线局域网设备支持IPv6协议能力测试有关事宜的通知》解读

为深入贯彻党的二十大精神,加快网络强国建设,扎实推动IPv6规模部署和应用向纵深发展,根据《中华人民共和国无线电管理条例》《无线电发射设备管理规定》等法规规章,近日,《工业和信息化部关于在无线电发射设备型号核准中开展对无线局域网设备支持IPv6协议能力测试有关事宜的通知》(以下简称《通知》)印发。现就有关内容解读如下。

公开征求《工业和信息化部关于在型号核准中开展对无线局域网设备支持IPv6协议能力测试有关事宜的通知(征求意见稿)》的意见

为深入贯彻落实党的二十大精神,加快网络强国建设,扎实推动IPv6规模部署和应用向纵深发展,根据《中华人民共和国无线电管理条例》《关于加强和规范2400MHz、5100MHz和5800MHz频段无线电管理有关事宜的通知》(工信部无[2021]129号),拟在无线电发射设备型号核准(以下简称型号核准)中开展对无线局域网设备支持IPv6协议(以下简称IPv6无线局域网设备)能力测试,具体要求详见《工业和信息化部关于在型号核准中开展对无线局域网设备支持IPv6协议能力测试有关事宜的通知(征求意见稿)》。

支持网络编码的无线Mesh网络路由协议

无线Mesh网络的吞吐量受路由策略、无线干扰等因素影响,基于最短路径的传统路由协议并不能获得良好的性能.为此,提出了1个在单播通信中基于网络编码的无线Mesh网络路由协议.该协议引入条件链路消耗,采用马尔可夫链模型来设计路由判据,下一跳的路由消耗以上一跳为条件.网络中的节点对数据编码组合后,选择条件消耗值最小的路径传输编码后的分组.实验结果表明,优化后的路由判据能更好地支持网络编码,节省网络资源,使得网络吞吐量提高了大约20%.

无线Mesh网中编码感知组播路由协议CAMR

网络编码是一种能够提高网络吞吐量的新技术,将网络编码应用于无线Mesh网组播对Mesh网络进一步实用化有重要意义.编码感知路由是一种能够充分识别和利用网络中的编码机会的路由.虽然已有若干个基于网络编码的单播路由协议,但无线网络中编码机会并没有被充分利用,到目前为止还没有无线Mesh网络中的编码感知组播路由协议.提出一个编码感知组播路由协议CAMR(coding-aware multicast routing).CAMR协议利用了一个新奇的编码感知路由度量CAM(coding-awarerouting metric),可以度量无线Mesh网络中节点的实际编码机会和编码能力的大小.基于CAM设计的CAMR协议可以充分利用无线Mesh网络中节点的编码机会,提高了无线Mesh网络组播的吞吐量.模拟实验验证了CAMR协议的优势及其有效性.

无线mesh网中网络编码感知的按需无线路由协议的研究

提出一个支持无线网络编码技术COPE的按需路由协议OCR,以提高无线mesh网中的网络吞吐量。在路由发现过程中,该协议主动地探测编码机会并灵活地寻求"增加编码机会"、"最短路径"以及"避免拥塞"之间的折衷。仿真结果表明OCR能够有效地发现编码机会,进而使得网络拥有更高的吞吐量。

无线mesh网中一种基于博弈论的公平性路由协议

提出一种基于博弈论的以树为拓扑结构的公平性路由协议。新的协议综合了先验式路由和按需路由,并且将路由计算和信道资源分配控制分布到树中的每个枝节点上,降低了根节点的负担,使其更适合于无线mesh网的通信需求。仿真结果表明,新的路由协议改进了AODV、HWMP路由协议的端到端平均延迟和网络吞吐量,并且网络中各个无线节点占有的信道资源基本相近,满足公平性原则。

基于链路状态加权的无线Mesh网络路由协议

由于无线Mesh网络还没有统一标准,adhoc中的路由算法并不能完全适合无线Mesh网络.在分析adhoc中经典路由协议AODV的基础上,结合无线Mesh网络的特点,提出了一种新颖的、基于链路状态加权的路由协议.该协议利用节点的可用带宽、吞吐性能和缓冲队列的饱和度等计算路由每一跳的代价(即权重),选择从信源到信宿累计权重最小的路径作为路由.仿真结果表明,提出的路由协议在数据包转发率、平均端到端延迟和标准化路由负载等性能上均优于AODV,是一种适合无线Mesh网络的路由协议.

混合无线Mesh网络中改进的分层AODV路由协议

路由是无线Mesh网络发展中的一个研究热点。无线Mesh网络从移动Adhoc网络中借鉴了许多路由选择算法作为路由的解决方案,但是这些方法都不太理想或者没有达到性能的最优化,且没有利用到无线Mesh网络自身的特点。提出了一个改进的分层AODV路由协议(IH-ADOV),它表现出了更好的可扩展性和网络性能,当一条路由丢失时,它使寻找替代路由的路由开销得到降低。在IH-AODV中,还提出了一种新技术,即最新链路发现机制。利用NS-2软件对AODV和IH-AODV进行了仿真比较。基于混合无线Mesh网络的仿真结果表明,IH-AODV在大的网络中也表现出了很好的扩展性,相对于AODV,在其他性能方面也表现良好甚至更优。

面向无线工业网络的数据链路层协议WICN-Z

首先介绍了工业现场控制对无线通信网络WICN的具体要求,针对其要求分析比较了目前几种常用的无线网络MAC协议的特点,提出了一种基于令牌且能利用目前被普遍使用的CSMA协议的数据链路层控制机制,简称WICN-Z协议。详细叙述了WICN-Z的通信协议栈的结构、主站的定义、令牌环的动态建立和复原过程、各个移动站点的动态加入与离开过程等,定义了几种用到的帧的结构。最后利用OMNet++平台对WICN-Z和CSMA/CA性能进行了仿真比较,并且在基于GAINS的硬件平台上实现了该协议,且在一个工厂车间现场建立了包括9个移动1个固定站点的一个网络系统,针对数据吞吐量和响应时间指标作了初步的测试。仿真结果和实际测试显示,WICN-Z确保了无线信道接入的公平性,其数据吞吐量大于CSMA/CA,且减少了数据的传输延迟。

基于HART协议的工业无线监控系统设计

针对基于HART协议工业仪表数据远程有线传输易受现场恶劣环境影响的问题,将工业无线通信技术应用于现场监控,设计了一种基于HART协议的无线网络监控系统,采用ATM91SAM7X256微处理器和XBee为无线通信控制模块.系统测试结果表明,该系统现场数据采集准确性高,生产运行控制管理安全可靠.

基于链路状态感知的无线Mesh网优化路由协议

在分析无线Mesh网路由协议所面临的挑战的基础上,结合无线Mesh网络的性能要求,以OLSR协议为原型,采用跨层设计理论,提出了一种基于链路状态良好程度的路由协议LR-OLSR。该协议引入了认知无线网络中的环境感知推理思想,通过对节点负载、链路投递率和链路可用性等信息进行感知,并以此为依据对链路质量进行推理,将其作为路由选择的依据,实现对路由的优化选择,提高网络的吞吐量,达到负载均衡。仿真结果表明,LR-OLSR能够在很大程度上提高网络中分组的递交率,降低平均端到端时延,在一定程度上达到负载均衡。

无线mesh网络路由协议的研究

无线mesh网络是一种新型的无线宽带接入、多跳网络,它融合了无线局域网和移动Ad hoc网络的优点。根据无线mesh网络的结构特点,讨论和比较了无线mesh网络中各种路由协议的由来及其各自的特点,对现有的路由协议进行了分析和概括,指出了每种路由协议各自所具有的优缺点,最后讨论了无线mesh网络路由协议的一些应用以及未来的研究方向。

基于节点区分和跨层设计的无线Mesh网路由协议

以优化的链路状态路由(optimized link state routing,OLSR)协议为原型,为无线Mesh网设计了一种基于节点区分和跨层设计的优化链路状态路由协议NDCL-OLSR(node-differentia-tion and cross-layer based optimized link state routing).该协议采用了一种新的路由判据NDCLM(node-differentiation and cross-layer metric),在路由计算过程中通过跨层操作机制综合考虑了节点当前负载和链路投递率2个因素对链路质量的影响,并且对节点的类型进行了区分,使得网络流量尽量绕开业务繁忙的超网关节点(SGW),从而大大优化了路由选择的效果.仿真结果表明,NDCL-OLSR能够从很大程度上提高网络的吞吐量,降低端到端的延时,并且能够达到负载均衡的路由效果.

基于综合判据的无线Mesh网路由协议

为用户提供高质量、高性能的通信链路是无线Mesh网路由协议所面临的重要挑战,而当前从AdHoc网络沿袭下来的路由协议并不能够满足无线Mesh网的性能要求.文中以OLSR协议为原型,结合跨层优化理论,为基础设施架构的无线Mesh网提出了一种新颖的、基于综合判据的路由协议.该协议通过跨层操作机制综合考虑无线链接的长度及通信效率对链接性能的影响,从而达到优化路由选择的效果.仿真结果表明,所提出的路由协议能够有效地提高网络中分组的递交率,降低端到端的延时,并且能够在一定程度上达到负载均衡的路由效果.

基于ZigBee协议的工业无线网关的设计

针对无线网关易组网、低功耗、低成本的要求,提出了一种基于ZigBee无线协议的无线网关的设计方法。给出了无线网关的软硬件设计,并通过原型机的可靠运行测试,验证了该方法的可行性。测试结果表明,对比于传统网关功能单一、智能化程度低以及通用性差等缺点,该无线网关使数据包的稳定性更好、功耗更低;同时,Mesh网络的支持使网关的智能性大大增强。

利用ETX路由度量的无线Mesh网络协调机会路由协议

针对无线网格网络(wireless Mesh network,WMN)中传统路由协议重复传输且频繁运行路由发现过程的问题,提出了基于期望传输次数(expected transmission count,ETX)路由度量的协调机会路由协议。首先,利用无线网络的广播特性寻找拥有最大化吞吐量和最小丢包率的最优路由协议;然后,使用ETX路由度量标记关键问题的计算成本;最后,利用源节点发送的信用和区域成本计算节点的区域,并实现路由发现。仿真结果表明,提出的路由协议在不同参数情况下,平均吞吐量可提高32%,投递率可由10%提高至20%,相比其他几种较新的路由协议,提出的协议在吞吐量、投递率和平均端与端间延迟方面具有更好的性能。

基于标识的无线Mesh网络接入认证协议

为解决无线Mesh网络节点高效、安全入网认证的问题,提出了一种新的基于标识认证的无线Mesh网络接入认证协议。该协议针对无线Mesh网络的特点,将标识认证体制引入到无线Mesh节点接入认证当中,并在标识认证的基础上一次性完成了入网节点的双向身份认证、网络认证和空口密钥的建立3个步骤。简化了认证的流程,减少了认证的时延,达到了分布式认证的效果,为大规模的节点接入提供了一种新的认证方案。通过BAN逻辑形式化方法证明了协议的安全性,通过效率分析说明了协议的高效性。

基于无线Mesh网络的路由协议性能比较分析

无线Mesh网络(Wireless Mesh Network,WMN)作为一种新型的无线网络,继承了WLAN和Ad hoc网络的一些特点.目前,国内外对WMN路由协议的研究还处于初级阶段.该文对目前存在的基于WMN的路由协议AODV及CGSR路由协议做了详细的分析,并进行仿真比较,指出了两种路由协议的性能差异,对今后在无线Mesh网络环境下改进更优的路由协议可起到一定的参考作用.