基于WIA-PA安全标准的网络密钥管理机制设计分析

WIA-PA安全标准隶属于过程自动化领域,是由我国工业无线联盟制定的基于IEEE802.15.4标准的无线网络系统,属于WIA的子标准,主要用于工业过程中无线短程网的控制、测量以及监视。基于WIA-PA安全标准网络密钥管理机制设计的内容主要包括基于WIA-PA安全标准的密钥基本管理设计、基于WIA-PA安全标准的入网安全性设计、基于WIA-PA安全标准的数据流安全传输设计、基于WIA-PA安全标准的系统实用性研究设计、基于WIA-PA安全标准的系统性能研究设计。

基于WIA-PA的工业无线网络网关设备

阐述基于WIA-PA的工业无线网络系统及其网关的总体设计,给出WIA-PA网关架构。分析网关设备的软硬件系统,对模块进行划分,并给出模块设计与处理流程。搭建系统对网关设备进行了测试,测试结果表明了网关设备设计的正确性和合理性。

WIA-PA网络关键技术的设计与实现

WIA-PA(wireless network for industrial automation-process automation)是IEC认可的工业无线国际标准。WIA-PA网络具有网状和星型混合拓扑结构、自适应调频能力、CSMA与TDMA混合访问机制等技术特点,能够适应复杂工业环境和满足苛刻工业需求。为了在嵌入式平台上实现WIA-PA网络系统,通过分析WIA-PA的这些技术特点和体系结构,得出了原型网络实现的关键技术,并给出了目前采用的策略和技术方法,如时间管理、时间同步、网络安全和网状组网等。最后利用搭建的原型网络验证了设计的可行性和合理性。

应用于无线传感器网络的射频发射机电路

设计了符合工业无线传感器网络WIA-PA标准的发射机电路。采用中频转换电路控制模拟中频信号的偏置及幅度以满足混频器的输入范围。采用正交双平衡混频器结构进行上变频,通过在固定电容上串联可调电容,拓宽了混频器的选频范围。后级接可编程功率预放大器,产生差分的功率输出信号,以满足不同传输距离的要求。发射机电路在0.13μmCMOS工艺下进行流片。通过与WIA-PA基带芯片联合调试,测试结果表明,设计的直接上变频发射机芯片的误差矢量幅度(EVM)小于13.5%,镜像抑制达到34dBc,很好地满足了无线传感器网络节点的应用需求。

基于低能耗WSN的石油场站监控系统设计

为实现石油场站中长输管道状态的智能化监控,提出一个融合无线传感器网络(WSN)、GPRS和Internet的监控系统。基于WIA-PA无线工业标准,进行WSN的硬件集成,设计优化分簇拓扑管理机制,采用扩展超帧的时隙分配策略实现低能耗的上行协议,利用带时间戳的泛洪机制实现高实时性的下行协议。将监控系统运行于石油场站现场,并在OMNet++平台上对分簇WSN进行仿真,结果显示该系统的传输可靠性高于98%,网络中各簇节点的能量消耗均衡,自主运行时间可达1年。

工业无线网络链路选择与时隙分配的同步优化

以工业无线网络为研究对象,通过结合多链路路由算法和时隙调度算法静态优化无线网络的传输性能.链路选择用于优化网络的空间资源,时隙分配用于优化网络的时间资源,两者相互作用影响无线网络的传输性能.根据无线网络的传输特性给出多跳分级的无线网络模型,将分布式的工业无线网络系统层次化,减小无线网络节点之间联通的复杂性,并给出基于该模型的无线网路链路选择和时隙分配同步优化架构.针对这2个分属于空间和时间上的不同问题,采用链路染色方法进行标记,避免网路传输链路冲突问题;采用遗传算法隐并行性和组合优化解决链路选择和时隙分配的相互干扰;提出层次化的编码方案,并给出基于遗传算法双层编码方案使2类问题得以结合;给出基于遗传算法的同步优化策略并加以验证.实验结果表明:优化后的算法使得无线无线网络的采样率、数据平均延迟和节点负载性都得到进一步的提升.