عنوان پایان‌نامه
طراحی مدیریت کننده شبکه توزیع یافته برای شبکه های صنعتی بیسیم
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-سیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2633;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67485
- تاریخ دفاع
- ۳۰ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- حسین اخلاق پسند
- استاد راهنما
- وحید شاه منصوری
- چکیده
- امروزه استفاده از شبکه های صنعتی بی سیم در اتوماسیون های صنعتی توجهات زیادی را به خود جلب کرده است. همچنین در محیط های صنعتی پارامتر هایی مانند تأخیر و توان مصرفی از اهمیت بالایی برخوردارند. معمولا در چنین محیط هایی انتظار می رود تا شبکه عکس العمل سریعی داشته باشد. علاوه بر این، صرفه جویی در مصرف توان به دلیل محدود بودن منبع تغذیه ی حسگر ها، باعث افزایش طول عمر شبکه خواهد شد. دو بخش اساسی از شبکه های صنعتی بی سیم که پارامتر های مذکور در آن ها تحت کنترل هستند، لایه ی شبکه و زیر لایه ی MAC می باشند. در حقیقت، مدیریت شبکه با تعیین و اجرای سیاست های مناسب و پیاده سازی الگوریتم ها در بخش های مذکور می تواند الزامات خواسته شده را تا حد ممکن بر آورده نماید. همچنین مدیریت شبکه وظیفه دارد تا با استفاده از تعاریف و پروتکل های موجود در زیر لایه ی MAC نحوه ی ارتباطات گره های ِ شبکه را زمان بندی نماید. در این تحقیق، دو الگوریتم زمان بندی بر اساس تعاریف استاندارد IEEE 802.15.4 پیشنهاد می¬گردد. به دلیل اینکه استاندارد های WirelessHART و ISA 100.11a در زیر لایه ی MAC از پروتکل ها و تعاریف استاندارد IEEE 802.15.4 استفاده می کنند، الگوریتم های پیشنهادی روی استاندارد های اشاره شده قابل پیاده سازی خواهند بود. همچنین، به خاطر اینکه هر دوی این الگوریتم ها به صورت متمرکز اجرا می گردند، با استاندارد WirelessHART سازگار تر می باشند. علاوه بر این، الگوریتم های مذکور به منظور کاهش تأخیر در شبکه نوشته شده اند. الگوریتم اول پیچیدگی محاسباتی کمی دارد و الگوریتم دوم تأخیر شبکه را به خوبی کنترل می¬کند به گونه ای که نتیجه ی آن تقریب خوبی از مسئله ی بهینه سازی مطرح شده برای کمینه کردن تأخیر می باشد. مزیت دیگر الگوریتم دوم توانایی کنترل تأخیر تک تک گره ها می باشد. لایه ی شبکه وظیفه دارد تا مسیریابی شبکه را مدیریت کند. در استاندارد ISA 100.11a یک مدیر مرکزی پروتکل مسیریابی را آغاز می نماید و در طول زمان در صورت دریافت پیام های مغایر با شرایط کنونی شبکه دستور بروز رسانی مسیر ها را به دیگر گره های شبکه ابلاغ می کند. پُر واضح است که با این رویکرد عملکرد شبکه بهبود خواهد یافت. مجمع بین المللی اتوماسیون RPL را برای مسیریابی در استاندارد ISA 100.11a در نظر گرفته است. RPL پروتکلی است که همراه با IPv6ارائه شده است. این پروتکل مسیریابی به صورت توزیع یافته پیاده سازی میگردد و با استفاده از آن قادر خواهیم بود، پارامتر های اشاره شده را تا حد ممکن در پیاده سازی شبکه اعمال نمائیم. کار دومی که در این تحقیق ارائه می گردد، بررسی پروتکل مطرح شده برای ساخت مسیر های فراسو می باشد. علاوه بر این، با افزودن متریک های تأخیر و توان به گره های شبکه، می توان این دو پارامتر را تا حد ممکن کنترل نمود. این کار معایبی نیز دارد که از آن جمله می توان به افزایش انتقال پیام های سر بار و افزایش پیچیدگی اشاره نمود. ولیکن با توجه به شرایط شبکه و آنچه از آن انتظار داریم می توانیم از روش های پیشنهاد شده استفاده نمائیم. واژه های کلیدی: شبکه های صنعتی بی سیم، زمان بندی، الگوریتم های مکاشفه ای، پروتکل های مسیریابی، طرح همگرایی.
- Abstract
- Use of wireless field networks (WFNs) for the industrial automation applications has received attention recently. Also, Delay and power consumptions are the important parameters in industrial environments. It is expected the network has quick reaction. Likewise, due to battery of sensors has limited power, saving power causes to increased lifetime of the network. There are two main sections in the network, where it is possible to control mentioned parameters. They are MAC sublayer and also network layer. Scheduling is one of the main tasks of the MAC sublayer. Network manager can actually control delay via the suitable scheduling algorithms. In fact, network manager first runs scheduling algorithm and then implements results of the algorithm the entire network. The first part of this study observes two scheduling algorithms which are proposed to decrease delay of the network based on IEEE 802.15.4 standard. We know all definitions of IEEE 802.15.4 are held in physical layer and also MAC sublayer of WirelessHART and ISA 100.11a standards. So, two proposed algorithm could be implemented based on two desired standards. Likewise, our methods are centralized algorithms. Then, they are more compatible with WirelessHART. First algorithm has low complexity and the second can manage delay with high accuracy so that its answer is a good approximation of optimization problem. The optimization problem is suggested to minimize total delay. The second algorithm can control not only the total delay but also delay of each node. Network layer is responsible for management of routing protocols. In ISA 100.11a, a central manager begins construction of routing graph. And over time, it gives command to other nodes for updating graphs based on received information. Consequently, performance of network will be improved. International Society of Automation has chosen RPL for routing protocol of ISA 100.11a. RPL is proposed associated with IPv6 protocol. This routing could be implemented as distributed. In the second part of this study, we investigate RPL to build upstream graphs. We also apply delay and power metrics to the RPL. These metrics can help to construct DODAG that its delay and power consumption are decreased. Disadvantage of these methods is increased overhead. So, there is a tradeoff between delay/power consumption and overhead. Keywords: Wireless field network, scheduling, heuristic algorithm, routing protocols, convergecast.
