基于WIA标准的工业无线传感器网络资源分配算法研究

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WIA-PA规范是由中国技术人员自主研发的工业无线标准,于2008年10月成为国际通用标准,该规范同Wireless HART,ISA100.11a一起成为当今国际上工业无线方面的应用规范。众所周知,无线通讯过程中使用的信道和时隙是两种极为重要的通信资源,只有在特定的信道,拥有特定的时隙,才能进行通信。信道分配和基于TDMA的时隙分配是无线传感器网络、无线网络关注的重要问题,如何综合考虑并有效利用两种资源,是工业无线传感器网络设计重要指标——资源利用率的研究难点。   本文针对WIA-PA规范,以及Wireless HART以及ISA100.11a等工业无线网络标准支持的网络拓扑的特点,提出了基于路由的信道、时隙分配算法,解决了工业无线网络通信资源分配的问题,同时实现了基于TDMA的冲突图染色的资源分配算法。基于TDMA以路由为前提的资源分配算法分三步进行,首先对WIA-PA规范支持的mesh网络的物理拓扑进行逻辑抽象,形成逻辑上的mesh网络拓扑结构,对这种mesh拓扑进行信道分配,保证有通信关系的节点间尽可能的使用不同的通信信道;其次,在分配了信道的mesh拓扑的基础上计算网络的路由(这里由WIA-PA规范的限制使用集中式路由算法),形成mesh型的路由拓扑结构图;最后在分配了信道的路由拓扑图中进行时隙分配,充分利用树型结构中特点,尽可能的重复使用时隙,使得整个网络在尽可能短的时间内将各个节点要传输的数据包发送完毕。为了证明算法的有效性,在Visual Studio6.0,使用C语言进行了模拟实验,实验结果显示出算法在充分利用信道,减少整个网络的通信时隙数方面有较好的效果,本文同时实现了冲突图染色算法,并对这两种算法进行了对比,结果显示这两种算法均能有效解决mesh网络的资源分配问题,减少了整个网络使用的时隙数目,从而降低了网络时延。
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