随着信息化技术在工业上的应用和发展,工业物联网应运而生,它对传统工业的产业链进行升级,全面完善产品从生产、库存、运输和销售等过程的自动化和智能化。工业无线网络由于其基础性和灵活性,得到了广泛的应用,从而推动了工业4.0的进一步发展。然而,随着工业无线网络应用场景的多样化与应用环境的复杂化,工业无线网络由之前支持的软实时应用向硬实时应用和高采样率的控制应用转变,给工业无线网络的适配提出了各方面的挑战。本文首先对工业无线网络通信协议和调度算法进行了综述,提出了一种在不需要考虑同步节点本地时钟的情况下,能够保证消息可靠传输和确定延迟的免同步调度策略,同时还研究了该策略在分布式的多跳工业无线网络中的应用,最后通过仿真实验证明了分布式免同步确定性保证机制的可行性。本文的主要研究工作包括:1.针对集中式的网络架构控制节点失效影响系统的稳定运行,现有的保证网络通信实时性的算法都基于时钟同步的问题,提出了一种免同步调度策略,在单跳网络中节点通过周期内冗余的发送数据包,确保所有节点在任意周期都存在无冲突的发送时隙,不需要考虑同步节点本地时钟,保证了确定的通信延迟和可靠的数据传输。2.考虑到在单跳网络中免同步调度策略受到节点个数和节点通信距离等多方面的制约,无法广泛应用于节点数目要求较多的工业无线网络场景中,因此,需要设置路由节点依靠中继转发的方式对网络进行扩展。本文将该问题建模为连通图的顶点着色问题,利用图划分算法规划拓扑模型和划分子网,利用图染色算法为每个节点分配对应的调度模式,将所有子网的节点个数限制在预先设定的范围内,从而将子网内节点的通信问题归约为单跳网络的数据传输问题。在子网间存在干扰的情况下,改变图染色算法的着色分配策略,从而有效地提高了数据传输的可靠性。通过服务质量区分普通非实时流量和紧急实时流量以确保数据流的及时转发,保证确定的端到端传输延迟。3.利用Contiki软件仿真平台对本文在多跳工业无线网络中实现的分布式免同步确定性保证机制进行验证,在汇聚数据流通信方面,加入ACK应答机制减小了传输延迟,并且利用优先级队列实现了事件触发流的实时转发和周期性数据流传输的确定性时延,在分发数据流通信方面,通过入队前对比最新入队的数据包避免了重复入队和冗余发送,保证了确定的通信延迟和可靠的数据传输。