面向工业无线网络的高实时高可靠路由算法研究

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近些年来,无线传感器开始在工业领域得到广泛运用,也即工业无线网络。由于工业无线网络具有安装简便、投入成本低及方便布署等优势,因此成为工业控制应用极佳的通信解决方案。许多大型国际企业纷纷推出工业无线产品,比如西门子、艾默生等。工业无线网络不仅能够减少成本投入,同时具有极大的发展空间。路由是多跳工业无线网络的关键问题。工业应用的特殊性对路由算法提出了高实时、高可靠等方面的需求。本文主要研究工业无线网络路由算法所面临的挑战性问题,取得如下成果:(1)本文针对工业无线网络 WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation,WIA-PA)高实时高可靠路由算法的需求,提出了一种基于 RSSI(Received Signal Strength Indication,RSSI)筛选的 WIA-PA 实时冗余路由算法,该算法以BFS(Breadth First Search,BFS)遍历树为基础,具有路径最短的特点,保证了实时性,同时实现了冗余路由,保证了可靠性,并以RSSI值作为选路标准,降低了通信失败的可能,进一步增强了路由的可靠性,满足了WIA-PA工业需求。(2)针对基于RSSI筛选的WIA-PA实时冗余路由算法仅仅以RSSI值作为选路标准而造成的路由可靠度不高的问题,提出了一种基于混合寻路准则的WIA-PA高可靠冗余路由算法,该算法通过引入平滑因子α,同时实现了工业无线网络中要求的路径冗余,在验证RSSI可靠性不足后,选路标注加入端到端可靠性,提出混合寻路准则,大幅度的提高了路由的可靠性。另外,混合寻路算法在Dijkstra算法的基础上,实现了冗余路由,同时达到本文定义的混合寻路准则下的路径最优。(3)设计出常见的场景,然后再运用仿真及实验,验证本文中的算法,进而证明算法的可行性及可用性。同时通过搭建WIA-PA软硬件平台,完成了组网实验,从实时性和可靠性两个方面,对算法进行了比较和分析,证明本文提出两种路由算法均可满足工业无线网络WIA-PA高实时高可靠的需求。针对实时性要求高的应用,可以采用基于RSSI筛选的WIA-PA实时冗余路由算法,针对可靠性要求高的应用,可以采用基于混合寻路准则的WIA-PA高可靠冗余路由算法。本文对路由算法的研究,很好的在WIA-PA产品中实现并取得了不错的效果,具有一定的应用价值。
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