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起重机能耗检测无线传感网实时传输技术研究 报告人：李 响 导师：姜 秀 柱 China University of Mining and Technology School of Computer Science and Technology 中国矿业大学计算机科学与技术学院 报告内容 选题背景与意义 国内外研究现状 研究内容 技术路线 进度安排 选题背景与意义 无线传感网络（WSN）的低成本、易用、泛在感知等特性给信息感知带来了一场变革，与工业流程的全面监测相结合成为了必然的趋势 低速率的无线个域网广泛的应用在智能家居、医疗检测和军事应用等领域 传感器网络的研究属于5个尖端领域之一 选题背景与意义 起重机作为国民生产的重要设备而广泛的应用在各种工业现场，据国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监督局的统计截至2013年底我国登记的起重机械数量达213.50万台，占特种设备总量的23%，其高耗能占据了特种设备的50%以上 利用低功耗、高可靠性的工业无线传感器网络技术实时检测和监测起重机设备的工作过程，发现耗能异常，采取节能措施 国内外研究现状 简述IEEE 802.15.4 定义了物理层和MAC层，由MAC层规范信道访问方式 支持信标使能和非信标使能两种模式 在信标使能的模式中使用了超帧结构 超帧中定义了保障时隙（GTS），用于满足对实时性要求较高的设备的需求 国内外研究现状 超帧结构 国内外研究现状 国内外几种提高实时性的机制 多重信标GTS分配机制 多重超帧结构贪婪GTS分配算法（GGA） 《A Novel Multi-Beacon Superframe Structure with Greedy GTS Allocation for IEEE 802.15.4 Wireless PANs》 通道预留多播GTS机制 GTSPA帧信标帧 《Efficient Channel Reservation for Multicasting GTS Allocation and Pending Addresses in IEEE 802.15.4》 动态分配GTS机制 D-GTS分配算法 《 A Dynamic GTS Allocation Algorithm in IEEE 802.15.4 for QoS guaranteed Real-time Applications 》 自适应GTS机制 AGA算法 《 An Adaptive Interleaving Access Scheme (IAS) for IEEE 802.15.4 WPANs 》 优先级GTS机制 《工业无线传感网络实时性接入研究》 研究内容 寻找影响无线传感网实时性的因素，定量的分析这些因素的影响权重，以及改善这些因素所需的性价比，然后给出改善实时性的1~2中方案。 分析影响实时性的因素 提出改进方法 仿真测试与对比 研究内容 目前探索到的影响实时性的因素： 在信标使能的IEEE802.15.4中，信标间隙(BI)和超帧长度(SD)由信标层级(BO)和超帧层级(SO)分别决定。一个单独的时隙长度必须为1/16的 SD，因此当SD的长度增长时，一个单独的时隙长度也随之增长。在信息传输时间一定的情况下，越长的时隙长度将导致越多的带宽浪费。同时如果减小SD的长度，就会导致更加频繁的信标接收和发送，增大能量的消耗。因此需要较为合理的设置SD和BI的长度。 研究内容 信标模式下，IEEE802.15.4协议中的预留地址字段、GTS说明字段、GTS指向字段和GTS列表字段会广播出去，但是不是所有的设备节点都需要这些信息，而WSN属于密集型的节点网络，造成的带宽浪费将是巨大的。 当一个节点需要使用GTS的时候，协调器通过节点的申请后将会给该节点分配预定义的固定大小的GTS信息，而每个节点必须完全的使用一个完整的GTS，那么这一个GTS可能只会被用到其中的部分时隙，从而造成带宽的浪费。 IEEE802.15.4在处理请求时，是先来先服务的策略，即没有划分优先级，导致对实时性要求高的设备将延迟处理其请求。 研究内容 提出改进方法 在节点设备向协调器请求GTS的过程中，附带请求参数。参数的内容分别有：设备的优先级，合理的BO、SO长度，是否需要GTS信息，分配GTS所需信息等。 优化信标帧结构，去除不必要的信息 为不同的节点设备设置不同的优先级 研究内容 仿真测试与优化 无线传感器网络仿真是评估WSN性能的有效方法之一，因此我们有必要对改进后的方法进行仿真测试。因此我们需要将改进后的规范与标准的无线传感网规范以及前人改进的方法进行比较，仿真测试，分析其性能和优缺点。 技术路线 对IEEE802.15.4的各种GTS分配机制进行深入的研究，分析协议