基于跳频的工业无线传感器网络系统的设计与实现-计算机应用技术专业论文.docx

中原工学院硕士学位论文摘 中原工学院硕士学位论文 摘 要 I I 基于跳频的工业无线传感器系统的设计与实现 专 业：计算机应用技术 硕 士 生：袁红斌 指导教师：张书钦 副教授 摘 要 随着电子技术、嵌入式计算、网络以及无线通信技术的发展，出现了无线传感器网络。 该网络集成了上述四种技术的特点，使网络发展到一个新的阶段，促生了物联网。该网络 被广泛应用于工农业控制、生物医疗、环境检测等诸多领域，尤其在工业控制领域的应用， 是近年研究的热点，并日益引起人们广泛关注。 本文通过分析无线传感器网络发展现状、体系结构、协议栈等，指出了无线传感器网 络MAC协议设计时需要注意的主要性能指标。结合工业环境的具体情况，本文提出了一种 适用于工业无线网络的MAC协议：SC-MAC。 SC-MAC协议采用状态机机制对信道进行评估和管理，生成了一个优质信道队列。结 合IEEE 802.15.4E的信道生成算法，产生出跳频图案。采用时隙帧和协同帧结构，在信道的 分配上，采用基于TDMA为基础的基本方法，当负载较重情况下，在同一个时隙内采用 CSMA/CA竞争算法分配时隙，使得每个节点都能公平的使用时隙。在链路分配上使用协 同帧在节点间进行协同。通过OMNeT++仿真分析，结果表明SC-MAC协议在不同负载情 况下，具有比IEEE 802.15.4E的PA-MAC协议更高的可靠性、更大的吞吐量、更低的延迟和 更小的能量消耗。 关键词：WSN；MAC协议；高吞吐量；网络仿真 Industrial wireless sensor network system based on FM the design and implementation Specialty: Technology of Computer Application Name: Yuan Hongbin Supervisor: vice-professor Zhang Shuqin Abstract With the development of electronic technology, embedded computing, networking, and wireless communications technology, WSN appeared. It integrates the characteristics of these four technologies, network development to a new height, motivated the Internet of Things. WSN can be widely used in industrial and agricultural control, biological, medical, environmental testing, and many other fields, especially in the field of industrial control applications, is a hotspot of research in recent years, more and more people and attention. In this paper, through analysis of current situation of the development of WSN, architecture, protocol stack, etc, pointed out the performance indicators that need to pay attention to when design wireless sensor networks MAC protocol. Combined with specific conditions of the industrial environment,proposed a MAC protocol for industrial wireless network based on the network load conditions:SC-MAC. SC – MAC protocol using state machine mechanism to assessment and management of channel, and generates a high quality channel queue. Combination of IEEE 802.15.4E channel generation algorithm, produce the frequency hopping pattern.