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工业无线网络技术是一种本世纪初新兴的,面向设备间信息交互的无线网络技术,适合在恶劣的工业现场环境下使用,是对现有无线技术在工业应用方向上的功能扩展和技术创新。工业无线网络技术是从新兴的短程无线传感器网络技术中发展而来。工业应用的特点使得高可靠性成为工业无线网络的首要性能指标。WIA-PA是用于过程自动化的工业无线网络规范。WIA-PA通过自适应跳频保证网络可靠性。
本文在对工业无线网络技术及其标准化、网络可靠性保证技术、WIA-PA标准及跳频方法分析总结的基础上,从自适应跳频方法设计与实现、自适应跳频测试平台开发、自适应跳频性能评价等方面对WIA-PA自适应跳频进行了研究,取得以下成果:
1.概括分析了影响工业无线网络的链路可靠性主要干扰因素,总结归纳了工业无线网络可靠性保证的实现方法。进一步介绍了WIA-PA标准,并着重分析了WIA-PA自适应跳频技术,对于网络抗干扰能力的提高,及其工程实施的可行性。
2.对簇内星型网络的特性进行了分析研究,在此基础上,针对现有通信资源分配算法复杂度较高的问题,设计了具有信道质量自适应性的轻型两阶段通信资源分配算法,用以支持自适应跳频算法的实现。该算法一方面具有低复杂度的特点,便于在嵌入式平台上实现,另一方面对于信道质量变化具有适应性,可以满足自适应跳频对于链路管理的需求。
3.提出了WIA-PA自适应跳频方法的架构,在此基础上,针对工业环境下干扰的复杂性,设计并实现了自适应频率切换(AFS)和自适应频率跳转(AFH)两种自适应跳频方法。
4.在协议栈和关键技术实现的基础上,建立了WIA-PA网络原型系统,并进一步开发了自适应跳频网络测试平台。
5.提出了包括网络性能和方法开销等性能指标的自适应跳频性能评价体系,并基于该评价体系和所开发测试平台,对自适应频率切换和自适应频率跳转两种自适应跳频方法的性能进行了系统评价,为自适应跳频方法的研究与应用提供了基础数据。