多信道優(yōu)化算法及工業(yè)無線通信協(xié)議棧的研究與應(yīng)用

高九連

摘要：隨著科技的發(fā)展，無線通信技術(shù)也不斷地發(fā)展并得到了廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槎嘈诺捞l可以很好的提高無線通信的抗干擾能力而在工業(yè)領(lǐng)域也得到了很好的發(fā)展，因此，本文主要研究了多信道的優(yōu)化算法和無線通訊協(xié)議棧在工業(yè)上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多信道優(yōu)化算法 工業(yè)無線通信協(xié)議 抗干擾能力

中圖分類號(hào)：TN911.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）08-0041-01

與有線技術(shù)相比，無線技術(shù)憑借著其節(jié)約成本、方便維護(hù)、布網(wǎng)靈活等相當(dāng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用，并且隨著無線通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中上的控制、檢測(cè)、監(jiān)視等模塊都逐步的運(yùn)用了無線通訊技術(shù)。隨著工業(yè)實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程，無線技術(shù)擁有著美好的發(fā)展前景，并且將會(huì)成為我國(guó)未來技術(shù)研究的發(fā)展方向。

1 多信道分配及工業(yè)無線通信的發(fā)展現(xiàn)狀

自從無線通信得到廣泛的應(yīng)用以后，伴隨而來的是信道分配問題，由于大量的通信壓力使得信道出現(xiàn)了信道擁堵和通信速度低等問題，多信道分配問題就成為了人們廣為研究的問題，甚至專門成立相關(guān)部門管理資源分配的問題。對(duì)于無線技術(shù)來講，要想以低功耗高可靠的無線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)工業(yè)的高速控制是相當(dāng)困難的，但是對(duì)于工業(yè)成產(chǎn)中的監(jiān)控和慢速控制場(chǎng)合還是可以發(fā)揮無線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)的，甚至目前80%的工業(yè)監(jiān)控都在運(yùn)用無線技術(shù)，因此在我國(guó)工業(yè)未來的研究過程中，對(duì)于無線通信技術(shù)的研究將會(huì)占據(jù)重要地位[1]。

2 簡(jiǎn)述信道分配

按照分配的方式不同可以將信道分為動(dòng)態(tài)分配和靜態(tài)分配，動(dòng)態(tài)分配較為復(fù)雜，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜拓?fù)載會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，因此信道的分配也會(huì)隨著時(shí)間而變化，最具有典型特征的動(dòng)態(tài)分配就是移動(dòng)通信的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，相比之下靜態(tài)分配就不會(huì)很復(fù)雜，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)基本保持穩(wěn)定，負(fù)載和干擾因素隨著時(shí)間的變化的變化量也相對(duì)較小，相應(yīng)的信道分配也會(huì)在一定的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。按照分配的對(duì)象可將信道分配分為三種情況，面向流、面向連接、面向數(shù)據(jù)[2]。但是在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的信道分配與普通的信道分配往往有很大的區(qū)別，與一般的信道分配算法相比，其對(duì)節(jié)點(diǎn)耗能的要求很高，因此更應(yīng)該注意信道分配的算法優(yōu)化。

3 多信道優(yōu)化算法研究

3.1 信道切換算法

信道切換是以信道質(zhì)量和丟包率為依據(jù)的，其主要切換原理為：網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具備統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)丟包數(shù)量的能力，終端的節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)統(tǒng)計(jì)周期性的將丟包數(shù)上報(bào)給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器也會(huì)統(tǒng)計(jì)和記錄節(jié)點(diǎn)的丟包數(shù)量，當(dāng)丟包率上升到某一個(gè)特定的值時(shí)，為了保證節(jié)點(diǎn)的正常工作，協(xié)調(diào)器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)相應(yīng)的切換機(jī)制，以丟包率來確定是否要啟動(dòng)切換機(jī)制的同時(shí)，協(xié)調(diào)器也會(huì)相應(yīng)的關(guān)注信道的質(zhì)量，如果協(xié)調(diào)器通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該條信道不適合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)啟動(dòng)信道的切換機(jī)制[3]。

3.2 DPSO-CAA算法

想要在信道分配問題中完全的解決節(jié)點(diǎn)間的碰撞問題是不可能的，但是可以盡量的減少碰撞的幾率，因此可以使用DPSO-CAA算法進(jìn)行信道分配優(yōu)化。此算法是通過傳統(tǒng)的DPSO算法改進(jìn)提高而來，其以超高的搜索能力而被廣泛的應(yīng)用，并且在DPSO-CAA算法中提出的發(fā)射功率調(diào)節(jié)算法更加的使用，它在保證網(wǎng)絡(luò)超高的連通度的同時(shí)能在一定程度上減小節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率[4]。

4 工業(yè)無線通信協(xié)議棧的研究

在工業(yè)生產(chǎn)中將無線通信完全取代有線的是不切合實(shí)際的，但是無線通信和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)共存的現(xiàn)象會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)一段時(shí)間，因此本文就目前工業(yè)可以應(yīng)用的無線技術(shù)進(jìn)行研究。

目前工業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)主要采用串口和工業(yè)以太網(wǎng)作為通訊手段，所以工業(yè)無線通信協(xié)議棧主要集成了串口和以太網(wǎng)。因此設(shè)計(jì)中主要體現(xiàn)了串口隔離電路和以太網(wǎng)接口電路的設(shè)計(jì)，通常TMS320DM6446可以支持三個(gè)串口設(shè)備，其中一個(gè)串口的作用是將TTL電平轉(zhuǎn)換成RS332-C電平，這項(xiàng)工作是通過SP3232ECY-L來實(shí)現(xiàn)的。TMS320DM6446可以通過以太網(wǎng)的MDIO接口來實(shí)現(xiàn)管理功能，運(yùn)用隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸信號(hào)的電氣隔離，這樣做可以有效的提高信道的抗干擾性。在整個(gè)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)過程中要考慮工業(yè)中的電磁兼容的問題，通常的解決做法是采用金屬罩屏蔽射頻電路，這樣做有以下兩點(diǎn)好處，第一屏蔽了射頻信號(hào)可以有效的防止它通過空間輻射影響其他的設(shè)備，保證了設(shè)備的正常工作；第二采用的金屬罩可以有效的保護(hù)射頻電路，使得其不受外界位電磁的干擾，提高了射頻電路的抗干擾能力[5]。

設(shè)計(jì)完成后通過高低溫實(shí)驗(yàn)和電磁干擾實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)的性能，高低溫實(shí)驗(yàn)是指將無線網(wǎng)關(guān)設(shè)置在高低溫實(shí)驗(yàn)箱中，向無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送一定字節(jié)的數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)傳送停止，在一系列發(fā)送和接收的過程中不斷的改變溫度箱內(nèi)的溫度，統(tǒng)計(jì)丟包率?？垢蓴_實(shí)驗(yàn)可以與高低溫實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)中不斷地發(fā)射脈沖信號(hào)并觀察對(duì)數(shù)據(jù)接收的影響。并在測(cè)試運(yùn)行的同時(shí)匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以達(dá)到改善頻射模塊性能的目的。

5 結(jié)語

通過本文以上的分析，筆者闡述了信道分配和工業(yè)無線協(xié)議的發(fā)展現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)述了信道分配的主要分類，通過研究分析找到了信道分配的優(yōu)化方法，最后對(duì)無線網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，簡(jiǎn)述了設(shè)計(jì)的主要步驟應(yīng)注意的問題。經(jīng)過以上的研究分析，筆者可以得出以下結(jié)論，在未來的工業(yè)通訊的發(fā)展進(jìn)程中，無線通訊將會(huì)占據(jù)重要的位置，并且本文的分析為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境下的無線技術(shù)研究打下了理論基礎(chǔ)，無線通信協(xié)議棧的成功研究會(huì)為混雜的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)切實(shí)可行的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

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