机械工业设备物联网平台通信机制的优化与仿真

作     者：赖丽春 

作者单位：东华理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李祥

授予年度：2019年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 13[艺术学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 081001[工学-通信与信息系统] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：工业设备物联网 传输通道 实时通信 进程通信 

摘      要：工业设备物联网将含有监控、感知能力的传感器或者控制器和移动通信、云计算、大数据等技术融入到生产过程中,实现传统工业向智能化方向的转型。在工业设备物联网内部结构中,应用的信息技术是传感器网络技术与电信网络技术。信息技术在工业设备物联网中起着至关重要的作用,是设备之间通信的基础。因此,构建安全、稳定、快捷的通信机制,实现物联网数据实时安全传输,便成为亟待解决的工业设备物联网问题。本文以工业设备物联网企业项目为依托,从通信协议分析入手,提出解决物联网实现通信问题的机制、方法,本文主要完成以下工作:(1)针对工业设备物联网中设备之间通信存在设备多样性和数据大小等问题,这些问题容易导致无线信道的中断,无线信道的可靠性得不到保障,本文设计了一种以无线通信多址接入技术和自组织网络理论为基础的动态附加传输通道机制,以实现设备信息的可靠接入。通过实验仿真,证明了动态附加传输通道机制可以有效降低网络通信重度负载期间的丢包率。(2)针对工业物联网环境的多样性和复杂性,以及高度的异构性,使用无线Mesh网络的组网方式,提出了工业设备物联网实时通信网络架构,在分析LEACH-C路由算法特点的基础上,根据工业设备物联网环境下的问题对分簇方式进行优化,提出了一种动态自适应分簇策略,使其更适应工业环境和实际需求。(3)针对工业设备物联网中终端设备云平台接入需求,以MQTT协议为接入的终端设备云平台验证方法、接入流程,结合HTTP协议,终端设备对来自于云平台的RESTful API接口进行访问,开展身份验证工作,并基于结果,与MQTT服务器通信,以便合法、安全地实现设备接入。本文的创新主要体现在以下方面:(1)无线传输层的代理器由局部搜索算法改进为局部搜索+模拟退火算法,避免了原来下一跳错过最优解的情况,在传输层面保障物联网通信息的完整性和时效性。(2)优化了LEACH-C算法。LEACH-C采用集中式簇头处理协议,通过加入查找标识,提高搜索效率,从而提高通信效率,实现设备网络层优化。