物联网环境下测量与控制系统的通信网络体系结构设计与实现

发布时间：2017-08-15 01:23

  本文关键词：物联网环境下测量与控制系统的通信网络体系结构设计与实现

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【摘要】：随着物联网技术的发展,单一无线通信方式不能满足差异化的信息传输需求,多种无线通信网络共用的模式越来越多,探讨无线通信物联网异架构组网方法是有理论意义和工程应用价值的。针对无线网络协议繁多、架构各异、互不兼容的现象,本文在分析现有无线通信国际标准的基础上,通过对无线网络协议标准各层规范进行分解,保留各无线网络固有特点层规范,定义可整合层规范,研究设计新型网络体系架构与协议栈,并将该方法应用在温室大棚监控系统中,验证了该网络体系的可行性和有效性。论文主要做了以下几方面的研究工作：1、构建了一种支持TCP/IP协议的新型无线网络架构。分析WiFi, Bluetooth, ZigBee三种无线通信标准的各自特点和差异特征,保留原有各协议网络层和传输层基础上,定义整合了应用层规范,构建了一种新型多协议无线网络架构。并给出了该规范应用的详细描述,为异构网络中多种协议间转换提供架构基础。2、定义了新型网络体系架构的协议栈。根据物联网环境下对信息传输的要求,设计了协议栈功能,包含网络模型、通信方式、连接过程、I/O触发模式,实现了异架构组网中各协议的应用层共享。3、温室大棚智能监控物联网系统设计应用。以温室大棚智能监控为背景,建立新型无线通信物联网系统,设计了感知层、控制层和信息层三层融合架构体系,构建了多异架构网络(ZigBee、WiFi、3G/4G、TCP/IP)的层间与跨层信息传输的应用层共享协议,并给出了该系统的控制器和感知网络的硬件电路和软件编程设计。经测试和用户成功应用,实现了多种异架构无线网络的无缝集成,从数据采集到存储、现场到云端服务器、监测到控制的无障碍传输,验证了该网络体系架构的可行性和有效性。
【关键词】：无线网络 体系结构 TCP/IP协议 温室大棚
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN915.02
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 物联网技术背景与意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.3 本文要解决的问题和所做的工作18-20
• 第二章 新型无线异构网络的架构体系设计20-27
• 2.1 WiFi标准分析20-21
• 2.1.1 WiFi联盟20
• 2.1.2 IEEE 802.11标准20-21
• 2.2 Bluetooth标准分析21-22
• 2.2.1 Bluetooth联盟21
• 2.2.2 IEEE 802.15.1-2005标准21-22
• 2.3 ZigBee标准分析22-24
• 2.3.1 ZigBee联盟22
• 2.3.2 IEEE 802.15.4标准22-24
• 2.4 新型无线异构网络体系架构设计24-27
• 2.4.1 体系架构模型设计24-25
• 2.4.2 各层功能定义25-27
• 第三章 新型无线异构网络的协议栈设计27-33
• 3.1 协议栈设计概述27
• 3.2 工作方式设计27-30
• 3.3 数据报文封装结构30-31
• 3.4 功能特点31-33
• 第四章 温室大棚智能监控物联网系统设计应用33-56
• 4.1 系统整体网络结构33-34
• 4.2 控制层设计34-47
• 4.2.1 硬件设计34-40
• 4.2.2 软件设计40-45
• 4.2.3 网络设计45-47
• 4.3 感知层设计47-54
• 4.3.1 硬件设计47-50
• 4.3.2 软件设计50-54
• 4.3.3 网络化设计54
• 4.4 信息层设计54-56
• 第五章 应用与测试56-67
• 5.1 控制系统工作模式56
• 5.1.1 WiFi接入模式56
• 5.1.2 ZigBee接入模式56
• 5.2 定时任务接口设计56-58
• 5.2.1 数据结构设计56-57
• 5.2.2 数据结构的处理57-58
• 5.3 传感器联动接口设计58-60
• 5.3.1 数据结构设计58-59
• 5.3.2 数据结构的处理59-60
• 5.4 TCP/IP通信协议设计60-62
• 5.4.1 报文设计60-62
• 5.4.2 报文解析处理62
• 5.5 系统测试与分析62-67
• 5.5.1 运行与测试环境64
• 5.5.2 运行与测试结果及分析64-67
• 第六章 总结与展望67-68
• 6.1 主要结论67
• 6.2 未来展望67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况71

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本文编号：675671