Топологические методы повышения эффективности работы беспроводных сетей в распределенных системах управления объектами промышленной электроники

• Автор: Образцов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.09.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Особенности применения технологий беспроводной передачи данных при разработке и реализации распределенных систем управления объектами промышленной электроники
1.1 Анализ структуры и принципов построения интеллектуальных
систем управления объектами промышленной электроники
1.2 Выработка критериев эффективности работы беспроводных се-
тей в распределенной системе управления объектами промышленной электроники
1.3 Сравнительная характеристика современных технологий беспроводной передачи данных
1.3.1 Области применения беспроводных технологий
1.3.2 Технология Wi-Fi (IEEE 802.11)
1.3.3 Технология Bluetooth (IEEE 802.15.1)
1.3.4 Технология ZigBee (IEEE 802.15.4)
1.3.5 Оценка энергоэффективности физического уровня беспроводных технологий Wi-Fi, Bluetooth и ZigBee
1.4 Методы повышения эффективности работы беспроводных сетей
IEEE 802.15.4 в распределенных системах управления объектами промышленной электроники
1.5 Выводы
ГЛАВА 2. Разработка методов и алгоритмов управления топологической структурой беспроводных сетей в распределенных системах управления

2.1 Разработка модели сетевого взаимодействия узлов беспроводной
сети ШЕЕ 802.15.4 с топологией «кластерное дерево»
2.1.1 Разработка модели взаимодействия на сетевом уровня
2.1.2 Разработка модели взаимодействия на прикладном уровне
2.2 Разработка метода определения сетевых параметров кластера
2.2.1 Постановка задачи
2.2.2 Анализ алгоритма множественного доступа к среде передачи
данных с оценкой занятости канала СБМА/СА
2.2.3 Разработка математической модели процесса взаимодействия
узлов внутри кластера на основе цепи Маркова
2.2.4 Исследование эффективности работы узлов внутри кластера в
зависимости от сетевых параметров
2.3 Разработка алгоритма формирования топологической структуры
«кластерного дерева»
2.3.1 Постановка задачи
2.3.2 Разработка алгоритма
2.4 Разработка программного обеспечения стека протоколов сети
ШЕЕ 802.15.4 с кластерной топологией
2.5 Выводы
ГЛАВА 3. Оценка эффективности работы беспроводных сетей распределенных систем управления объектами промышленной электроники на примере установки наружного освещения
3.1 Имитационные модели беспроводных сетей в распределенных
системах управления объектами промышленной электроники
3.1.1 Постановка задачи
3.1.2 Сравнительная характеристика пакетов прикладных программ
имитационного моделирования беспроводных сетей

3.1.3 Разработка имитационной модели распределенной системы
управления на примере установки наружного освещения
3.2 Экспериментальное исследование
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Экспериментальное исследование процесса передачи данных узлом кластера
3.3 Выводы
ГЛАВА 4. Разработка аппаратно-программных средств сопряжения беспроводных устройств с системами управления объектами промышленной электроники
4.1 Особенности практической реализации беспроводных сетей в
распределенных системах управления объектами промышленной электроники
4.2 Основные типы интерфейсов систем управления объектами промышленной электроники
4.3 Разработка методики загрузки программного обеспечения в аппаратную платформу ХВее
4.4 Разработка устройства удаленной настройки беспроводной сети
4.5 Выводы
ГЛАВА 5. Реализация интеллектуальной установки наружного освещения с беспроводной системой управления
5.1 Краткий анализ способов энергосбережения в установках наружного освещения при регулировании светового потока
5.2 Структура и принципы построения интеллектуальной системы
управления наружным освещением
5.3 Реализация интеллектуальной системы управления наружным
освещением

IEEE

ZigBee
Прикладной уровень
Физический уровень
Канальный уровень MAC и LLC
Сетевой уровень

Рис. 1.8. Сетевая модель технологии ZigBee
2 МГц и несущую частоту
fk = 2405 + 5(6 — 11) МГц, k= 11,26.
(1.9)
Скорость передачи данных на частоте 2,4 ГГц составляет 250 Кбит/с. Так же, как и в IEEE 802.11, на физическом уровне производится кодирование псевдослучайными кодами.
В сетях IEEE 802.15.4 выделяют два типа узлов: полнофункциональные устройства (FFD) и устройства с сокращенным набором функций (RFD) — по критерию возможности выполнения функций координатора, т. е. узла, организующего сеть и ретранслирующего сообщения. При этом устройства RFD не могут обмениваться данными друг с другом. Также подразумевается, что устройства RFD имеют автономное питание, аппаратную платформу с низкой производительностью и, как правило, выполняют функцию датчиков.
Стандарт IEEE 802.15.4 устанавливают два режима работы сети: с синхронизацией доступа путем периодической передачи координатором кадров-маяков и асинхронный. В первом случае выделяется основной координатор в области радиовидимости, который периодически передает специальные кадры-маяки с информацией о структуре суперкадра (рис. 1.9). Суперкадр разделен на 16 временных интервалов — слотов, часть из ко-