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1、 无线通信技术1.对于无线通信技术的网关的拥塞控制 在无线通信技术中,如无线传感器网络的技术,会给工业企业带来巨大的经济效益。但是公开渠道和多跳网络的分支将影响它的实时拓扑结构和性能安全可靠。汇流作用是一种由逐跳和多对一的无线网络所引起的阻塞。 IEEE802.15.4是一个可以用于工业现场监测和控制的无线个人区域网络标准,。对于基于IEEE802.15.4的工厂自动化系统的工业无线通信协议被提出来了。为了解决汇流作用，一种随选的TDMA在媒体的访问控制层的superframe网关被扩展和一个基于优先级的通信调度机制在路由设备附近的网关被采用。分析表明,该可兼容IEEE802.15.4的技术,
2、避免了引导作用,保证了通信性能并满足工业应用的要求。 工业通讯是设计用来互连数字控制器和传感器与执行器以及其他控制器的来解决自动化或控制任务。随着无线通信技术的思路扩展,在工业企业的基底应用无线技术的想法是有吸引力的并且好处是流行。在一个工业企业，现场设备除了相互沟通外还必须通过网关传送讯息给工厂的控制或管理系统。由于受无线通信传输距离的限制,数据包需要被投递在多跳网络。在无线网络有许多无线现场设备和只有一个或几个网关。这种多对一和敌对网络使得网关成为了一种瓶颈并且在网关附近引起一种叫做汇集效应的阻塞进而影响实可靠性。在这种类型的无线网络中，尽管通用分布式拥塞控制算法、影像学检查系统的网络设计
3、和数据聚合技术,能回应增加的负荷和拥堵,但是这些技术本身并不能完全缓解引导作用,因为有效地控制聚合分率交通“瓶颈”或来源来匹配观察到的网关的瓶颈条件是非常困难的研究人员已经提出了一些交通管制汇流机制来缓解汇流作用。研究人员为了减少多对一的路由汇流效应提出了一个把公平问题考虑进去的发射率控制技术。而COMUT(拥塞控制为多层次交通)应用了基于聚类服务的分化拥塞控制技术，并且在MAC层有一些研究工作来解决这个在无线传感器网络的网关中的瓶颈问题,这在汇集作用中将是最关键的。TDMA-based MAC通过指定每个节点自己的时间槽达到了免费存取和能源效率的碰撞。Z-MAC是一种混合的在低流量一种基于竞
4、争的协议和在高流量下一种基本进度的协议条件，通过使用分布式随机时隙安排协议计算出的时间表作为一种启示。Funneling-MAC的基础是在网络范围的CSMA与局部、sink-oriented时分多路复用以减轻汇流作用。为了解决在网关内的阻塞问题，研究人员提出了一种优先基础服务的差异,基于复用的分化和自适应服务时段调度。在本文中,我们首先提出一个基于IEEE802.15.4为工厂自动化系统的工业无线网络通信协议。 我们展现了在多对一和一对一的无线网络的网关附近的通信阻塞。然后在附近的路由设备我们引入了一种在时分多址延伸IEEE802.15.4 MAC层按需的网关和一个基于优先的通信调度机制。我们
5、推测,通过把额外的交流的机会和控制在网关和第一跳路由器的方式,我们能明显改善通信性能和消除的汇流作用。 IEEE802.15.4是一种低功耗、低成本、低数据率的无线个人区域网络技术。它支持实时通信和非实时大规模通信监听，并且对于工业无线通信(IWC)它是是最好的选择了。无线哈特,WIA-PA和ISA SP100全部采用它作为低一层的通信协议。IEEE802.15.4-based iwc(IIWC)协议模型包括IEEE802.15.4(PHL)物理层和MAC层、网络层(NWL)、传输层(TRL)、应用层(APL)，网络和安全管理工作。这是由两种PHL IEEE802.15.4分开，频率范围内:8
6、68/915兆赫和2.4千兆赫。MAC层支持beacon-enabled及非beacon-enabled操作模式。Beacon-enabled模式在星型网络被使用并且渠道时间按超帧来划分。 这种超帧是发送的协调员及分为一个活跃的部分和一个不活跃的部分。活跃的部分包含访问期间(CAP)的争论。开槽的CSMA / CA用于帽和GTSs时段(保证),通常是供童趣出版有限公司作为低价延迟实时应用。非beacon-enabled模式被使用在点对点的拓扑结构和unslotted CSMA / CA是用来访问的无线通信信道的。NWL的主要功能包括网络形成和地址分配、路由发现和维护、包路由在种网络。这TRL提
7、供端到端的和可靠的通讯服务对象为APL。APL定义了标准化和自动化应用对象,诸如AI、AO和PID。这些都是用来构建分布式工业自动化监测和控制用户的应用程序。设备的IIWC可分为现场设备,路由设备、手持设备和网关。领域设备是无线传感器、执行器和控制器。路由设备提出了从一个设备的信息在无线中其他网络。此外,他们现场设备可以在同样的时间,并且有了所有现场设备的能力。手持装置使无线工人对互动网络。网关提供无线网络和植物之间的联系网络或有线领域的工具。 根据所具有的特点工业生产和网络拓扑结构IIWC IEEE802.15.4可操作的支持,树和star-mesh集群拓扑结构在工业自动化系统、通讯工作可分
8、为预先定义的周期和非预先定义通信并且实时性和可靠性经常在其中扮演了关键角色。特别的,安全级别的周期信息必须传送指定的期限内。这类信息的延迟和丢失将会危害人类的生活、生产工艺和生产环境。 IIWC支持沟通的自动化任务，通过APL的应用对象和服务主要协议层。单跳星型网络被用于预定义的周期性和强制的实时自动的设备中。在超帧中的GTSs保证确定性和艰苦的实时性能。但在一个超帧中由于GTSs的数量有限(最多7 GTSs),一个IIWC星型网络不能支持一项大型数量的周期性硬现场实时通信。在簇状结构和星网网络中,领域信息和事件能够在一个多对一的交通模式或者一个或多个网关向高水平自动化或管理系统中传送。在网关
9、上的敌手通信和集中式数据采集的结合创造了一个瓶颈的自由流动IIWC讯息的网络。并且这将导致增加的过境交通的强度和延迟作为消息在移动更接近了网关,导致显著的包碰撞,交通拥挤,损失;最多这导致有限应用忠诚所量测到的网关，在最坏的情况网络拥塞崩溃的。此外,路由装置内的门户,典型在一个单跳内,释放不成比例的较大数量的包和比其他装置消费更多的能量进一步远离网关,于是,缩短了整个网络的运行寿命。这个汇流作用将影响工业通讯的事实性和可靠性。 为了解决了漏斗效应，IIWC网关应该为附近的路由设备提供了更多的交流机会。在一个标准化IEEE802.15.4 MAC superframe不活跃的时期,用于设备睡眠以
10、节约用电。但是IIWC网关和路由装置通常是IEEE802.15.4种全功能的设备(FFDs)。 用电不是最重要的问题。所以,我们延长IEEE802.15.4的superframe不活跃的部分在网关和附近的路由设备中来增加通信带宽。 在不活跃的部分我们采用时分多路复用机制的集中控制这被称为附加信息阶段(ACP)。在活跃部分，附加信息阶段(ACP)是基于TDMA和是由时间间隙组成的并且这些时间间隙在活跃部分都是平等的。只有在IIWC网络中的网关发送扩展的超帧到附近的路由设备和其他的装置,包括现场设备,还用附近标准的EEE802.15.4 MAC，协议在ACP中时隙的分布是以在网关附近所有的路由设备
11、通信要求为依据的。当一个FFD作为一个路由设备连接到网关时，网关首先识别预先定义的时隙到基于网关的通信能力和设备要求的FFD上。超帧的信号浮标广播ACP时隙的分布信息到所有附近的路由设备。如果路由设备仍就有当识别的时候被用光被发送的信息，他们就能要求更多的来自于网关的时隙。在所有附近的路由设备中实时的和非实时的信息数量决定了ACP时隙的分配。如果在附近的路由设备几乎没有信息，那么APC的长度就能是非常短的。当没有信息被发送时，路由设备能休息。使用网关MAC超帧不活跃的部分将引起被附近路由设备发送的超帧的冲突和碰撞。但一个网关安排一个ACP通信，他必须首先与附近的路由协调。然后根据协调的结果，附
12、近的路由装备决定他的超帧并且网关分配ACP时隙和选择跳的序列以避免冲突与碰撞。 IEEE802.15.4 MAC超帧 的按需拓展 能增加网关和附近路由设备之间的带宽，但是在路由设备中实时的信息与非实时的信息仅有相同发送过程。为了保证实时信息的传输，网关附近的路由设备必须为不同实时要求的设备提供不同的服务。我们为在路由附近基于信息优先权将要被发送的消息建立不同的缓存队列。 缓存队列包括-时间和非实时消息队列。在实时队列中的消息被突发信息的程度和截止时间分类，而且先进先出的策略被用在非实时的序列中。路由设备和网关协调来获得使用两队列中缓存的信息数量的ACP时隙而不是在活跃部分通信机会，然后当一个路
13、由设备在他的ACP时隙通信时，他首先发送实时信息。如果在实时排序中的所有信息不能被在他的ACP时隙中发送，那么剩余的信息将被在下一个超帧中发送。如果有很多剩下的时隙，之后所有的实时信息被发送，路由设备发送信息进入非实时的序列。除了在不活跃部分的ACP，路由设备也能在ACP中和在不活跃部分的CFP中通信。 首先,对于IIWC网关的拥塞控制由IEEE802.15.4 MAC 的超帧的不活跃部分的拓展来实施，MAC 超帧的其他部分保持不变。包括网关和附近的路由设备的所有IIWC设备都能通过标准的IEEE802.15.4协议进行通信。设备能完成标准的通信服务，例如信息传输、时间同步，设备和网络管理和安
14、全通信。所以，阻塞控制和 标准的IEEE802.15.4是一致的。 阻塞控制技术利用IIWC 的MAC层的超帧。它增加了通信的生产能力，给附近的路由设备更多的通信机会并且阻塞和汇集效应。路由设备通常是主要的能量，所以MAC的超帧的不活跃部分的使用不能影响他们正常的作用。 网关ACP和TDMA时隙的中心按需分布和基于附近路由设备的通信顺序的优先权能保证信息的实时传输。并且在序列中具有最高优先权的信息首先被发送，所以，实时性和可靠性能被大大提高。 标准的IEEE802.15.4 MAC超帧是一个 TDMA and CSMA/CA的组合。当网络处于忙的状态时， CSMA/CA 将会产生严重的通信冲突
15、，引起频繁的数据丢失和重发。这个将大大的降低网络的性能。标准的IEEE802.15.4 MAC超帧的ACP拓展把更多的 TDMA 时隙给了网关附近的路由设备。不同的路由设备在他们分布的ACP时隙中通信，而且这个能避免与其他时隙的通信争议和冲突。与 CSMA/CA相比较，ACP能提供更多的决定性的通信机会和避免在忙时的冲突。所以按需的TDMA机制能使网络更可靠。另一方面，分配的ACP时隙的网关和附近路由装备的协议避免了网关的超帧和附近的路由设备的冲突与碰撞。2. 无线光纤通讯无线光纤通讯接入网络是一种新出现的接入网络结构，它把无源光网络和无线网状网络合为一体来提供普遍的、低成本的、高频带宽度的最
16、后一英里的互联网接入。尽管无线光纤通讯的无线网状网络的局域网能够提供高频带宽度，如果所有的流通量都是在线互联网，那么无线网络的局域网的干扰也限制了无限光纤通讯的网络流通量，然而，当无线网的一个客户到无线网的另一个客户的点对点通信被介绍过来后，无线网状网络和无源光网络的提出整合能够显著的提高网络的流通量，传统的无源光网络从无线网的一个客户到无线网的另一个客户的点对点通信时输入到无线网络的，从属于无线通信的干扰，在无限光纤通讯网络中，点对点通信能够被带入到无线光纤模型中，在这个模型中，流通量从无线网的源头被发送到最近的光网络单元，然后通过无线网状网络局域网发送到最接近于目的地无线客户的光网络单元，然后发送到无线客户。这样一种由无线光纤通讯所介绍进来的一种无线光纤模型能够承担无线局域网的干扰，因此，能够提高网络
