一、HART通信协议综述（论文文献综述）
李诚[1]（2020）在《工业无线网络接入IPv6网络方法及调度机制研究》文中进行了进一步梳理随着工业互联网的迅速发展,IPv4协议已经无法满足工业现场海量设备接入对地址的需求。IPv6（Internet Protocol Version 6）作为下一代IP协议,为IP网络与工业网络的无缝连接提供了必要的技术支持和广阔的地址资源。目前,国内外对IPv6应用于工厂内网络的研究还处于起步阶段,工业无线网络如WIA-PA和Wireless HART等与IPv6之间的无缝接入及协议适配尚待解决,同时工厂内网络扁平化后的数据调度也是急需解决的问题。本文首先提出了一种工业无线网络接入IPv6网络方法。同时,为了满足工业数据的实时和可靠传输,提出了一种面向工业无线接入的工厂骨干网调度机制,以优化网络性能。本文的主要研究工作如下:1.分析了非IP工业无线网络接入IPv6网络应用场景及体系架构,针对网关处提供IPv6接口和不提供IPv6接口的两种场景,提出了通过外部协议转换模块和内部协议模块来实现工业无线网络的接入方案。2.针对工业无线网络接入IPv6网络后,工业现场的业务数据流传输实时性和可靠性难以保证的问题,本文对基于优先级队列管理方法的数据流调度机制进行改进,设计了数据包的入队仲裁和出队调度机制,优化了IPv6工业网络中的丢包率和平均传输时延,同时提出了一种基于工业SDN的数据跨网传输（CNTS）带宽分配机制,以提高网络的链路利用率。3.搭建工业无线网络WIA-PA和Wireless HART接入IPv6网络验证平台对本文所提接入方法进行验证。结果表明,实现了工业无线网络与IPv6网络实现无缝连接。通过Mininet仿真软件创建SDN虚拟网络对本文所提调度机制进行验证,对链路利用率、平均时延、丢包率等性能指标进行测试,并与轮转调度算法以及ECMP算法分别进行了对比。对比发现本文方案更加优化,使得链路利用率达90%,平均传输时延小于50ms,网路丢包率小于1%。
黎峰[2]（2019）在《工业无线网络高能效通信关键技术研究》文中提出物联网作为新一代信息技术的重要组成部分,受到了世界各国的高度重视和积极布局。物联网在智慧交通、智慧城市、智慧医疗、智慧工业等领域都取得了大量的创新技术成果、示范性应用,以及规模化的产业发展。其中,无线工业控制网络（wireless industrial control network,WICN）在工业生产环境下通过无线通信技术对物理设备进行监测与控制。作为一种新兴的工业通信技术,无线工业控制网络为物联网在工业生产领域的快速应用提供了理论与技术基础。相比传统的基于有线方式连接的工业控制网络,无线工业控制网络具有低安装与维护成本、高可扩展性、可移动性等方面的优势,因此被越来越广泛的应用于日益复杂的智慧化工业生产环境中。由于节点规模、部署环境等方面的限制,无线网络节点通常采用电池供电的方式。节点能量消耗直接影响网络的运维成本、寿命、以及传输的可靠性,因此成为无线网络领域的首要研究问题之一。与传统的无线传感器网络主要面向环境数据的采集和监测的应用场景不同,当前的无线工业控制网络越来越多的被应用于工业生产环境下现场设备的闭环控制任务当中。实时性决定了工业自动化控制过程中关键信息采集和控制指令的传输是否在可预测的时间内完成。实时网络系统需要对节点间端到端的通信提供传输延迟的毫秒级上界保障,因此对于数据链路层及网络层网络体系架构层次的协议设计提出了新的要求。然而,经典的无线网络节能技术往往没有将实时性作为核心设计约束,因此无法直接适用于以实时采集和控制任务为主的无线工业控制网络中。以WirelessHART无线工业控制网络协议为例,为保障传输的可靠性与实时性,其通常基于链路质量作为单一的考量进行路径选择,并潜在的造成了节点能量黑洞以及调度拥塞等问题。本论文针对上述问题,面向无线工业控制网络路由协议设计过程中实时性、可靠性与低功耗等相互制约的设计与优化目标,在保障传输延迟实时性的基础上,研究高可靠与低功耗的网络通信协议,旨在为设计高可靠、低功耗的实时无线工业控制网络系统提供理论基础与技术支撑。面向上述研究目标,本文以WirelessHART无线工业控制网络协议为研究对象,主要的研究工作和贡献包括以下内容。论文首先针对WirelessHART网络路由算法在路径选择时仅考虑信道质量作为路径选择依据带来的能耗与可靠性方面的弊端,将层数及转发节点剩余能量等因素融入链路选择过程中,在此基础上提出了一种可靠的图路由构建算法和高能效的链路选择算法来提升网络的鲁棒性并延长网络寿命。首先,在路由图的构建过程中,论文提出为只有一个上层转发节点的节点增加一条基于同层节点的转发链路,从而保证在链路选择时,每个节点有足够多的选择。在此基础上,论文提出了在链路选择过程中综合考虑链路质量、能耗、跳数等因素,使用综合分析法决定权重系数,从而得到一种最优的链路选择方案。通过增加冗余链路并进行合理地链路选择,大大增加了传输的成功率并减少重传次数,从而提升网络的鲁棒性并延长网络寿命。最后,在模拟实验中,将本论文提出的算法与现有的JRMNL、RUG和Re-add三种WirelessHART路由协议进行了比较。实验结果表明,本论文提出的算法在延长网络寿命和提高数据传输可靠性方面具有明显的优势。数据融合方法通过减少整个网络中的数据传输次数以降低网络能耗,已成为无线传感器网络中广泛认可的节能技术。然而,现有的数据融合方法往往没有考虑网络通讯的实时性,在转发节点等待与其他数据包进行融合的过程中可能造成部分数据包错过端到端的通信截止时间约束。本文首次提出面向工业无线网络的实时通信的数据融合框架,将数据融合方法与WirelessHART网络路由算法的链路选择和超帧调度阶段相结合,通过数据融合减少数据包的传输次数,并同时保证网络的实时性和可靠性要求。首先,在上传路径的链路选择中,论文充分考虑了链路质量、能耗和剩余能量以及融合因素等关键因素。在融合因素的影响下,选择指向具有较高传输频率的父节点的链路作为上传路径,从而使网络中更多的数据包进行融合。在此基础上,本论文基于贪婪的启发式方法重新构建超帧,使得在中间路由节点处,将可以融合成单个数据包的数据包分配到相近的时隙,从而减少了数据融合的等待时间开销,使得使用数据融合后的网络仍然保持实时性特点。实验结果表明,本论文提出的框架,虽然数据融合需要一定的融合等待时间为代价,但仍然可以满足网络通信的实时性,同时网络在单个节点的能量消耗和整体寿命方面有显着的实质性改进。分簇路由方式作为无线传感器网络的通信能耗优化的经典技术之一,通过周期性选择簇头节点以负责簇内节点的数据转发,均衡网络节点剩余能量并提升网络生命周期。同时,分簇路由的方式可以在簇头转发数据时进行充分的数据融合工作,进一步降低网络通信开销。本论文首次将基于节点频率的分簇路由和超帧调度算法引入WirelessHART网络中。首先,将簇头选择过程引入到WirelessHART协议的上行链路选择阶段,从节点通信能耗、剩余能量、现场设备自身产生数据的频率等方面综合计算权重以决定上传链路的选择,以尽可能的满足超帧调度阶段的实时性约束。在此基础上,重新设计了 WirelessHART通信协议的超帧调度阶段,将超帧调度与基于分簇的数据融合相结合。同时针对数据包大小和节点频率进行优化,来保证数据包的端到端延迟问题。实验评估结果表明,与现有的WirelessHART通信协议相比,本论文提出的基于分簇的路由算法在满足端到端约束的条件下,可以将网络平均寿命提高40%。上述研究工作主要基于主客观相结合的层次分析法和综合分析法进行链路选择,在一定程度上依赖于网络设计过程中的主观判断。此外,上述方法均根据当前网络状态决定下一跳链路的选择方案,忽略了全局端到端路径的能耗状态以及实时性。论文针对上述问题,提出了一种基于LSTM（Long Short Term Memory）的节点能耗预测算法,利用过去一段时间内链路传输损耗及时间信息对节点之间的链路损耗进行了回归分析。然后,利用该分析得到的链路传输损耗,对设备网络中终端节点到网关的链路选择问题进行合理化建模,提出了基于蚁群算法的WirelessHART端到端路径选择和调度算法,降低设备网络数据传输延迟,并平衡网络中各个传输节点的能量损耗。基于LSTM的链路选择方法对网关的计算能力提出了一定的要求。与此同时,相比之前提出的方法,对于网络端到端路径的全局性预测使得网络节点的剩余能量更为均衡,在保障实时性的前提下,进一步提升了网络的寿命。
李涛[3]（2019）在《基于HART协议的现场总线设备管理系统的设计与实现》文中研究表明随着人们对控制系统的要求越发的严格,传统意义上的4～20mA信号无法向用户提供所需的全部信息,而现场总线设备的出现充分的解决了这一问题。该类设备凭借全数字化、双向多变量的通信方式,迅速的应用到了各个领域。本文分析了现场总线设备以及现场总线设备管理系统的特点和发展现状。研究内容主要涉及自动化领域中的现场总线技术和设备描述技术。在考虑了现场总线协议发展不统一的基础上选择开发基于HART通讯协议的现场总线设备管理系统。本文主要取得了以下几个方面的成果。1、分析了HART协议的特点,并针对协议的特点设计了两种设备管理模式,即通用模式和专用模式,保证在没有厂家提供设备描述文件时系统也能满足用户的基本操作需求。2、针对专用模式的情况研究了设备描述语言（EDDL）规范,自主设计并开发了EDDL解析器,可以顺利的解析EDD文件,在一定程度上能够降低系统所需的开发成本,且灵活度相对来说较高,可以按照用户的需求设计具体的数据存储结构和界面控件布局。3、设计了支持HART通讯协议的管理软件程序,保证无论有无EDD文件均能与设备进行正常通信,从而完成了对支持HART通讯协议类型设备的数字化管理,实现了设备参数的实时监控和报警提示设备异常情况等功能。4、进行了系统软件的实现,系统总体架构采用C/S模式,主要包括设备的安装、工程项目的创建、服务器与客户端的管理和交互以及服务器与数据库的信息交换等。最后对系统的功能和性能进行测试,证明系统能够满足实际需求,实现对现场总线设备的集中管理。
段莹[4]（2018）在《面向混杂工业无线传感器网络的动态路由规划及可靠性分析》文中提出工业无线传感器网络（Industrial Wireless Sensor Network,IWSN）因传感器种类繁多、多种通讯网络共存以及复杂场景又被称为“混杂工业传感器网络”,是实施工业4.0智能制造的重要基础。论文围绕混杂工业无线传感器网络动态路由规划及可靠性开展系统深入的研究,完成的主要工作及创新内容如下:（1）针对传感器节点和链路的随机失效而引起的网络拓扑和网络覆盖度的动态变化问题,从网络拓扑演化和重构入手来研究混杂工业无线传感器网络路由可靠性及其规划设计方法;基于无标度网络和小世界网络特性,构建了一种工业场景无线传感器网络拓扑演化模型,可提升网络的传输性能和抗毁性能。（2）针对工业无线传感器网络缺乏灵活扩展管理方法的问题,利用软件自定义技术在大规模网络应用和灵活扩展方面的优势,通过虚拟化映射技术在节点管理中的应用,以及基于软件定义网络、网络管理控制和数据包转发相分离的特点,构建了一种软件自定义工业无线传感器网络框架,以解决大规模网络管理、规模伸缩和网络覆盖的问题。（3）针对工业无线传感器网络缺乏对移动终端智能调度和数据传输模型研究的现状,分析了实际工业环境中的移动智能元素,通过建立任务调度模型,利用移动智能元素服务于工业无线传感器网络的数据传输。本方案引入工业场景中常见设备AGV（Automated Guided Vehicle）作为智能移动体,并充分考虑工业调度任务的特点和复杂的生产环境,构造出一种具有启发式的任务调度模型;针对单个或多个节点失效的情形,设计“临时链路”和“移动摆渡”传输方法,来提升路由传输链路的完整性。（4）针对传统无线传感器网络路由协议在工业场景中的应用弊端,本文在混杂工业无线传感器网络框架的基础上,结合移动设备（AGV）的任务驱动调度模型和AGV的运动轨迹,设计了一个工业场景下协同工作的路由算法。通过仿真实验,从评估丢包率、收包率、延时时间、吞吐量和能耗问题的角度去验证网络数据传输的可靠性。实验结果证明,在移动节点的移动过程中应用该启发式解决方案,可增加无线传感器网络数据的多路传输,修复网络数据传输路径,达到提升无线传感器数据网络传输性能的效果。
陈言[5]（2018）在《基于工业无线网络的电磁轴承调试监测系统》文中研究指明高温气冷堆（HTR）具有安全性良好、热效率高等优良特性,是第四代反应堆的热门候选堆型之一。主氦风机是高温气冷堆的核心部件之一,负责驱动氦气在一回路循环流动,将热量带出堆芯。由于能够避免润滑油脂等污染反应堆一回路的高纯氦气,同时提高主氦风机的可靠性和寿命,电磁轴承被认为是高温气冷堆主氦风机的最佳支承方式。电磁轴承的控制参数需要根据运行情况现场调试整定,参数信息需要存储到磁轴承实时控制器中,同时,电磁轴承的状态信息需要发送给工作人员,供其了解机组的运行情况。通常,这些功能使用有线通信方式实现,存在布线困难、可扩展性较差等缺点。工业无线网络技术的发展和成熟使其在这些方面具有优势,提供了一种新的可能。本文基于主流的工业无线网络技术,设计并实现了基于工业无线网络的电磁轴承调试监测系统。Zigbee技术是一种使用较为广泛的工业无线网络技术,具有低成本、低能耗、组网规模大等特点,这些特点比较符合在电磁轴承系统中使用的要求。本文首先开展了Zigbee技术应用于电磁轴承系统的可行性研究,设计并实现了基于Zigbee技术的通信程序,并实际测量了Zigbee技术的通信带宽和通信距离等参数。安全性问题是工业无线网络应用中必须考虑的重要问题,恶意攻击等安全问题严重威胁着工业无线网络的信息安全。Jamming攻击是其中危害较大、种类繁多,同时相应的研究和对策较多的一种。本文开展了工业无线网络的安全性研究,模拟了部分种类的Jamming攻击及相应的检测和防御对策,为保证无线网络在系统中应用时的网络安全提供了参考方案。基于以上工作,本文完成了基于电磁轴承实验台架的调试监测系统的设计。根据系统架构设计并实现了包括部分硬件设备、控制程序以及通信协议在内的模块,在设计通信程序时考虑了安全性的要求,以防御Jamming攻击等典型攻击方式。基于该系统,在电磁轴承实验台架上实现了基于工业无线网络的调试和监测功能。实验结果证明工业无线网络可以在电磁轴承系统中应用,同时能够在一定程度上保证网络通信的安全性,具有在核电系统中进一步应用的潜力。
田俊伟[6]（2017）在《基于HART协议的物位计设计与实现》文中研究表明现代工业自动化生产过程中经常需要对物位进行测量,准确的物位测量是连续生产和安全生产的保证。随着工业现代化进程的推进,现场设备与控制室自动化设备间的信息交互量也急剧增加,传统的4～20mA模拟回路只能单向传输一个参数,已经难以满足现代化生产的需求。HART协议作为向后兼容的智能仪表解决方案,具备现场总线优越性的同时保留了对原有4～20mA模拟回路的兼容性。本文针对高温、粘稠等恶劣工业应用环境,在对HART通信协议和物位测量方法探索和研究基础上,通过算法改进和借助曲线拟合的相关知识减小测量误差,完成了软硬件设计,研制出了一套高精度的物位计。论文的工作内容体现在以下几个方面:（1）对HART通信协议的特点和物位测量方法进行了比较深入的探讨和研究,分析了HART协议的体系结构和自身特点。阐述了射线法测量物位的原理,对国内外物位测量技术的研究和发展做了综述性的分析。（2）对几种常见的曲线拟合方式作了对比和分析,选取了最佳的拟合方式,使得标定曲线尽可能地接近真实曲线。在数据采集的过程中采用了一种平均值加权算法,每次采集十组数据,这些数据中与平均值相差越大的权值越小,以此防止出现误差较大的数据,确保采集到的数据的准确性,以提高物位测量的精度。（3）设计完成了一套物位测量系统。系统分为两个部分,即物位信号采集部分和手操器。物位信号采集部分采用ARM7作为处理器,软件编程是在MDK-ARM软件编程工具用C语言进行的模块化编程。HART通信部分由A5191型调制解调芯片和AD5421型D/A转换器组成,为信号采集部分设计了485通信接口。手操器采用三星S3C2416作为核心MCU,操作系统采用WinCE,在VS2008环境下开发的基于智能设备的MFC作为软件界面,手操器同样具备HART和485两种通信接口。STM32将捕获的脉冲频率转换成相应的物位值后经SPI口送到AD5421,转换成对应的4～20mA电流传送到HART总线。手操器作为便携式设备在工业现场可以实现参数查询、参数设置和标定等功能。系统测试结果表明,测量精度可达2%F.S.,实现了在高温、粘稠等恶劣工业环境中对物位的准确测量。系统具备参数设置、查询和标定等功能,智能化程度较高,本文的研究成果已应用于实际工业自动化过程中的物位测量。
郭涛,高米翔,韩鹏[7]（2016）在《工业物联网感知层协议分析与应用展望》文中认为工业物联网已在国内外引起了非常大的关注,比如"中国制造2025"以及"德国工业4.0"。工业物联网可以分为感知层、网络层以及应用层,其中感知层起到了连接物理世界的重要作用。文章通过对工业物联网感知层主流无线通信协议进行对比分析,从不同的角度（比如物理层频率、调制技术、网络拓扑、网络寿命以及实时性等）对比各种协议的优缺点,并对协议的应用领域进行了展望,从而为行业应用提供了参考。
张亚杰,詹炜,覃璐[8]（2014）在《Wireless HART认证概述》文中指出Wireless HART协议由于其安全性和可靠性等特点,在工业控制领域有着非常广阔的应用前景。本文重点介绍了Wireless HART认证,包括进行Wireless HART认证的认证机构,认证项目以及注册标志等,对企业了解Wireless HART认证具有重要意义。
焦怀强[9]（2014）在《HART多路复用器研究及其相关软件设计》文中研究说明信息技术飞速发展,带动了工业控制领域的深刻变革,以智能仪表和现场总线技术为基础,逐渐形成了全分布网络集成化的现场总线系统。新一代的控制系统能给最终用户带来更多的便利和实惠,今后将会逐步替代传统的DCS系统成为控制系统的主流。随着科学技术的不断进步,现场总线技术得到了飞速发展,已经成为过程控制领域的一大热点。HART协议作为一种过渡性协议,以其独有的优势和特点,得到了越来越广泛的应用。HART多路复用器用于对带HART功能的现场设备进行在线组态和诊断,通过PC机或管理系统持续地记录过程参数和状态,提高工业过程控制的效率。因此,HART多路复用器的研发具有现实意义。本文研究的HART多路复用器采用HART协议作为主要的通信协议,为了系统整体的层次感和提高抗干扰性,硬件部分我们采用分板设计的方案,分为模拟板卡和数字板卡两大部分。考虑到系统的复杂程度及实时性,软件方面我们采用有限状态机的方法,将软件部分分为测量、校准、组态、RS485、HART五个状态进行设计,并采用了实时性很好的μCO/S-Ⅱ操作系统,将各个子状态机在μCO/S-Ⅱ上作为任务进行设计。多路复用器与主机的接口部分采用了抗干扰性强的RS485方案。本次设计的HART多路复用器增加了对模拟信号的处理功能,即能同时处理HART信号中的数字信号和（4-20）mA模拟信号,进一步提高了它的兼容性以及实时性。
薛静云[10]（2013）在《基于HART协议的智能压力变送器的研究与设计》文中进行了进一步梳理随着科学技术的迅猛发展以及自动化技术的快速进步,压力变送器作为一种现场设备被广泛的应用于工业控制系统当中,在过程控制领域内,由于我国基于4-20mA的模拟设备仍在广泛的应用,为满足从模拟到全数字的过度HART协议应运而生。本课题在了解国内外压力变送器发展动态的前提下,对HART通讯协议在国内外的应用现状做了充分调研,结合现场控制系统的现状,研究并设计基于HART通信协议的智能压力变送器。论文的主要工作是围绕系统硬、软件的设计进行。硬件部分的工作是：通过研究分析现代智能仪表的原理及设计思想,确定系统总体方案；进行核心芯片的选型；设计出各模块之间的电路连接图；在进行系统可行性分析之后对电路供电及功耗等问题给出解决方案。软件部分的工作有：针对压阻式压力传感器温度漂移的现象,采用改进的BP神经网络方法实现了对压力传感器的温度补偿；分析系统软件体系结构,并对监控、测控、通信各部分的程序进行设计。本课题采用改进的BP神经网络方法实现了对压力传感器温度补偿,补偿后压力传感器的灵敏度温度漂移和零位温度漂移都有显着提高。本课题设计的智能压力变送器具有很高的可靠性和精度,达到了预期的效果。
二、HART通信协议综述（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、HART通信协议综述（论文提纲范文）
（1）工业无线网络接入IPv6网络方法及调度机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 注释表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 工业无线网接入IP网络研究现状 |
| 1.2.2 工业软件定义网络数据流调度研究现状 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 1.4 论文组织结构 |
| 第2章 工业无线网络接入IPv6网络体系架构及接入方法 |
| 2.1 方案整体流程设计 |
| 2.1.1 基于IPv6的工业互联网互联架构 |
| 2.1.2 网关不提供支持IPv6接口的场景 |
| 2.1.3 网关提供支持IPv6接口的场景 |
| 2.2 工业无线网络接入方法 |
| 2.2.1 网关不提供支持IPv6接口的接入方法 |
| 2.2.2 网关提供支持IPv6接口的接入方法 |
| 2.3 网络部署及数据采集 |
| 2.3.1 网络部署 |
| 2.3.2 数据采集及调度 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 面向工业无线接入的工厂骨干网调度机制设计 |
| 3.1 不同实时性要求的业务数据流分类 |
| 3.2 数据包入队列仲裁机制设计 |
| 3.3 数据包出队列调度机制设计 |
| 3.4 基于SDN的带宽分配机制设计 |
| 3.4.1 带宽分配模型设计 |
| 3.4.2 带宽分配算法设计 |
| 3.4.3 流表匹配 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 系统验证及结果分析 |
| 4.1 系统环境搭建 |
| 4.1.1 硬件平台 |
| 4.1.2 软件平台 |
| 4.2 工业无线网络接入IPv6网络验证与测试分析 |
| 4.2.1 验证与测试分析方案设计 |
| 4.2.2 网关处不提供支持IPv6接口的接入方法验证与测试分析 |
| 4.2.3 网关处提供支持IPv6接口的接入方法验证与测试分析 |
| 4.3 面向工业无线接入的工厂骨干网调度机制验证与测试分析 |
| 4.3.1 验证与测试分析方案设计 |
| 4.3.2 验证平台设计与实现 |
| 4.3.3 网络链路利用率测试 |
| 4.3.4 网络丢包率测试 |
| 4.3.5 网络平均传输时延测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果 |
（2）工业无线网络高能效通信关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 无线工业控制网络协议 |
| 1.2.1 WirelessHART |
| 1.2.2 ISA100.11a协议 |
| 1.2.3 WIA-PA和WIA-FA |
| 1.2.4 几种无线技术的标准的比较 |
| 1.3 WirelessHART路由协议 |
| 1.4 研究内容及主要创新点 |
| 1.5 论文组织结构 |
| 第2章 WirelessHART低能耗可靠链路选择算法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 相关性工作 |
| 2.3 相关背景 |
| 2.3.1 WirelessHART网络结构 |
| 2.3.2 路由机制 |
| 2.3.3 超帧调度 |
| 2.4 Re-add路由算法 |
| 2.4.1 符号表示 |
| 2.4.2 路由算法 |
| 2.5 链路选择 |
| 2.5.1 系统建模 |
| 2.5.2 综合评价法 |
| 2.6 实验结果及分析 |
| 2.6.1 实验环境配置 |
| 2.6.2 实验结果分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 针对高能效WirelessHART网络的数据融合框架 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 相关性工作 |
| 3.3 相关技术 |
| 3.3.1 超帧设计 |
| 3.3.2 数据融合分析 |
| 3.4 系统模型路由方法 |
| 3.4.1 链路选择 |
| 3.4.2 基于数据融合的超帧设计 |
| 3.4.3 实验结果及分析 |
| 3.4.4 实验环块配置 |
| 3.4.5 数据融合算法的实验结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于分簇的实时WirelessHART路由与调度策略 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 相关性工作 |
| 4.3 系统模型 |
| 4.3.1 链路选择 |
| 4.3.2 分簇算法 |
| 4.3.3 超帧设计 |
| 4.3.4 能量消耗模型 |
| 4.4 实验结果及分析 |
| 4.4.1 实验配置 |
| 4.4.2 超帧算法的实验结果及分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 WirelessHART跨层路径选择与实时调度算法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相关性工作 |
| 5.2.1 路由算法 |
| 5.2.2 深度学习 |
| 5.3 相关背景 |
| 5.3.1 RNN |
| 5.3.2 LSTM |
| 5.4 基于LSTM及蚁群算法的端到端路径选择算法 |
| 5.4.1 基站通信代价向量计算 |
| 5.4.2 基于LSTM模型的基站通信代价向量预测 |
| 5.4.3 基于回归分析的实时基站通信链路负载均衡算法 |
| 5.4.4 基于数据融合的超帧设计 |
| 5.5 实验数据及分析 |
| 5.5.1 实验环境配置 |
| 5.5.2 实验结果分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文总结 |
| 6.2 课题展望 |
| 6.2.1 基于机器学习的路由协议与调度策略设计 |
| 6.2.2 无线工业控制网络安全性研究 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间参与科研项目及发表学术论文情况 |
| 外文论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）基于HART协议的现场总线设备管理系统的设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 现场总线技术的现状及发展 |
| 1.2.1 现场总线技术特点 |
| 1.2.2 现场总线的国内外现状 |
| 1.2.3 现场总线发展趋势 |
| 1.3 现场总线设备管理系统的发展及现状 |
| 1.3.1 现场总线设备管理系统 |
| 1.3.2 现场总线设备管理系统的发展现状 |
| 1.4 论文主要内容及结构 |
| 第2章 HART通讯协议和EDDL技术 |
| 2.1 HART协议 |
| 2.1.1 HART协议简介 |
| 2.1.2 HART物理层规范 |
| 2.1.3 HART数据链路层规范 |
| 2.1.4 HART应用层规范 |
| 2.2 EDDL技术 |
| 2.2.1 EDD文件 |
| 2.2.2 EDDL技术的工作原理 |
| 2.2.3 EDDL语法结构 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 基于HART协议的现场总线设备管理系统的设计方案 |
| 3.1 系统需求性分析 |
| 3.1.1 系统功能性需求 |
| 3.1.2 系统非功能性需求 |
| 3.2 系统总体设计 |
| 3.2.1 系统网络设计 |
| 3.2.2 系统结构设计 |
| 3.3 系统核心模块的详细设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 现场总线设备管理系统的实现 |
| 4.1 开发环境的选取 |
| 4.2 数据管理模块 |
| 4.3 工程配置模块 |
| 4.4 服务端管理模块 |
| 4.5 客户端模块 |
| 4.6 EDD文件解析模块 |
| 4.7 设备组态通讯模块 |
| 4.8 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（4）面向混杂工业无线传感器网络的动态路由规划及可靠性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景 |
| 1.2.1 工业物联网 |
| 1.2.2 工业无线传感器网络 |
| 1.2.3 工业无线传感器网络性能局限性 |
| 1.3 课题研究意义 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 论文结构 |
| 第2章 工业无线传感器网络关键技术及可靠性方法 |
| 2.1 工业无线传感器网络的体系结构 |
| 2.2 工业无线传感器网络的关键技术框架 |
| 2.2.1 工业无线传感器网络标准 |
| 2.2.2 工业无线传感器网络协议设计 |
| 2.3 工业无线传感器网络路由规划及可靠性方法研究 |
| 2.3.1 网络拓扑演化重构的路由可靠性方法研究 |
| 2.3.2 基于网络节点管理的路由可靠性方法研究 |
| 2.3.3 面向移动智能体调度的路由可靠性方法研究 |
| 2.3.4 面向路由规划设计的可靠性方法研究 |
| 2.4 存在问题及研究趋势 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 工业无线传感器网络拓扑演化及可靠性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 工业无线传感器网络拓扑演化模型 |
| 3.2.1 传感器节点分类 |
| 3.2.2 网络拓扑演化模型说明 |
| 3.2.3 网络拓扑演化模型假设条件 |
| 3.2.4 网络拓扑演化模型设计 |
| 3.2.5 案例分析 |
| 3.3 基于复杂网络的理论分析 |
| 3.4 仿真结果 |
| 3.4.1 实验平台 |
| 3.4.2 小世界网络特征分析 |
| 3.4.3 无标度网络特征分析 |
| 3.4.4 能量消耗分析 |
| 3.4.5 网络可靠性分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 面向混杂网络的节点管理及数据传输优化 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 新型工业无线传感器网络框架设计 |
| 4.2.1 新型工业无线传感器网络架构 |
| 4.2.2 新型工业无线传感器网络优劣分析 |
| 4.3 新型工业无线传感器网络工作流程设计 |
| 4.3.1 网络初始化 |
| 4.3.2 网络虚拟化 |
| 4.3.3 网络管理 |
| 4.3.4 拓扑发现 |
| 4.3.5 路由发现 |
| 4.3.6 信息反馈 |
| 4.4 实验设计及可靠性评估 |
| 4.4.1 实验平台 |
| 4.4.2 实验场景 |
| 4.4.3 可靠性指标 |
| 4.4.4 可靠性评估 |
| 4.4.5 结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 面向移动智能体任务调度的数据传输可靠性方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于移动智能体的任务调度方法 |
| 5.3 面向任务的移动智能体协作方案 |
| 5.3.1 协作型架构设计 |
| 5.3.2 WirelessHART技术 |
| 5.3.3 网络元素及类型 |
| 5.4 面向任务调度策略 |
| 5.4.1 任务调度时间序列 |
| 5.4.2 智能体的任务建模 |
| 5.5 传输可靠性方法研究 |
| 5.5.1 基于临时链路的传输方法 |
| 5.5.2 基于移动摆渡的传输方法 |
| 5.5.3 分析对比 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 任务驱动的移动智能体协作路由算法及案例分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 工业无线传感器网络数据传输模式分析 |
| 6.2.1 工业环境干扰的影响 |
| 6.2.2 典型路由算法的缺陷及挑战 |
| 6.3 面向任务的工业无线传感器网络协作路由协议 |
| 6.3.1 自组织阶段 |
| 6.3.2 移动智能体管理和任务调度阶段 |
| 6.3.3 路径选择阶段 |
| 6.3.4 图路由与协作路由对比 |
| 6.4 仿真结果 |
| 6.4.1 仿真软件介绍 |
| 6.4.2 仿真平台设计 |
| 6.4.3 仿真实验过程 |
| 6.4.4 仿真实验结果 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 主要研究成果与创新点 |
| 7.2 未来的研究工作愿望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 一、发表论文 |
| 二、承担项目 |
| 三、获得奖励 |
（5）基于工业无线网络的电磁轴承调试监测系统（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景与意义 |
| 1.2 无线网络在核电系统中的应用 |
| 1.3 工业无线网络及其特性概述 |
| 1.3.1 Wireless HART |
| 1.3.2 WIA-PA |
| 1.3.3 Zigbee协议 |
| 1.4 工业无线网络安全性概述 |
| 1.4.1 安全性问题 |
| 1.4.2 安全对策 |
| 1.5 论文内容安排 |
| 第2章 Zigbee通信协议性能分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 Zigbee通信实现 |
| 2.2.1 Zigbee通信方案设计 |
| 2.2.2 Zigbee通信实现程序设计 |
| 2.3 Zigbee通信参数测量与分析 |
| 2.3.1 通信带宽 |
| 2.3.2 通信距离 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 Zigbee网络安全性分析 |
| 3.1 Jamming攻击、检测及防御 |
| 3.2 基于信道切换的Jamming攻防模拟 |
| 3.2.1 Jamming攻击模拟 |
| 3.2.2 Jamming攻击检测模拟 |
| 3.2.3 Jamming攻击防御模拟 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 电磁轴承监控系统总体结构设计 |
| 4.1 系统功能需求 |
| 4.2 系统控制结构 |
| 4.3 系统功能设计 |
| 4.3.1 上位机侧软硬件设计 |
| 4.3.2 现场节点软硬件设计 |
| 4.3.3 协议设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 系统实现 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 系统的硬件实现 |
| 5.3 通信协议设计 |
| 5.4 系统控制程序设计 |
| 5.4.1 现场节点程序设计 |
| 5.4.2 上位机控制程序设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 基于电磁轴承台架的实验 |
| 6.1 系统功能实现 |
| 6.1.1 调试任务实现 |
| 6.1.2 监测任务实现 |
| 6.2 安全措施验证 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 研究结论与展望 |
| 7.1 课题研究结论 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）基于HART协议的物位计设计与实现（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 论文研究的背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 智能仪表的发展现状 |
| 1.2.2 物位测量技术的发展现状 |
| 1.3 论文研究内容与组织结构 |
| 1.3.1 论文研究的主要内容 |
| 1.3.2 论文结构安排 |
| 2 HART协议 |
| 2.1 HART通信协议概述 |
| 2.2 HART通信体系结构 |
| 2.2.1 HART协议物理层 |
| 2.2.2 HART协议数据链路层 |
| 2.2.3 HART协议应用层 |
| 2.3 HART智能仪表的组成原理 |
| 2.4 HART通信协议的优点 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 曲线拟合与物位标定 |
| 3.1 多项式插值法 |
| 3.1.1 拉格朗日插值法 |
| 3.1.2 牛顿插值法 |
| 3.2 最小二乘法曲线拟合 |
| 3.3 确定标定系数 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 物位信号采集部分设计 |
| 4.1 射线法测量物位的原理 |
| 4.2 硬件设计 |
| 4.2.1 核心处理模块 |
| 4.2.2 电源模块 |
| 4.2.3 调试接口设计 |
| 4.2.4 HART模块 |
| 4.2.5 485通信模块 |
| 4.2.6 数模转换电路 |
| 4.3 软件设计 |
| 4.3.1 程序流程设计 |
| 4.3.2 数据处理 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 手操器 |
| 5.1 硬件设计 |
| 5.1.1 核心模块 |
| 5.1.2 电源部分 |
| 5.1.3 HART通信接口设计 |
| 5.1.4 LCD触摸屏电路 |
| 5.1.5 USB接口设计 |
| 5.1.6 SD卡接口设计 |
| 5.2 软件设计 |
| 5.2.1 界面设计 |
| 5.2.2 软件流程 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 系统测试与结果分析 |
| 6.1 物位测量系统测试 |
| 6.2 本章小结 |
| 结论 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（8）Wireless HART认证概述（论文提纲范文）
| 1 概述 |
| 2 Wireless HART认证 |
| 2.1 认证机构 |
| 2.1.1 HART通信基金会 |
| 2.1.2 HART通信基金会会员 |
| 2.1.3 国内测试机构 |
| 2.2 认证项目 |
| 2.3 注册标志 |
| 结语 |
（9）HART多路复用器研究及其相关软件设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 开发背景 |
| 1.2 开发目的及意义 |
| 1.3 文献分析与设计目标 |
| 1.4 本文内容安排 |
| 第2章 相关技术介绍与研究 |
| 2.1 HART通信协议 |
| 2.1.1 HART协议特点 |
| 2.1.2 物理层 |
| 2.1.3 数据链路层 |
| 2.1.4 应用层 |
| 2.1.5 HART帧格式 |
| 2.2 模拟与HART数字信号分离 |
| 2.3 HART智能仪表的组成原理 |
| 2.4 A/D技术 |
| 2.5 数字滤波技术 |
| 2.6 μC/OS-Ⅱ简介 |
| 2.7 HART OPC Server简介 |
| 2.7.1 OPC技术简介 |
| 2.7.2 OPC技术优点 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 系统硬件设计 |
| 3.1 硬件概述 |
| 3.2 硬件总体方案 |
| 3.3 模拟板卡设计 |
| 3.3.1 通道选择模块 |
| 3.3.2 信号调理模块 |
| 3.3.3 A/D模块 |
| 3.3.4 RS485模块 |
| 3.4 数字板卡设计 |
| 3.4.1 MCU模块 |
| 3.4.2 JTAG模块 |
| 3.4.3 RAM模块 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 系统软件设计 |
| 4.1 软件需求分析 |
| 4.2 软件设计思想 |
| 4.3 测量 |
| 4.4 校准 |
| 4.5 通信 |
| 4.5.1 通信接口的设计 |
| 4.5.2 RS485通信设计 |
| 4.5.3 应用层通信设计 |
| 4.5.4 上位机通信设计 |
| 4.6 组态 |
| 4.7 μC/OS-Ⅱ任务设计 |
| 4.8 μC/OS-Ⅱ系统移植 |
| 4.8.1 移植条件 |
| 4.8.2 移植过程 |
| 4.9 本章小结 |
| 第5章 系统调试 |
| 5.1 调试方法 |
| 5.2 调试内容 |
| 5.3 调试结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 总结 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（10）基于HART协议的智能压力变送器的研究与设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 技术背景与国内外技术综述 |
| 1.1.1 仪器仪表的发展史 |
| 1.1.2 国内外仪表的研究现状 |
| 1.1.3 智能仪表的概念 |
| 1.1.4 智能仪表的基本组成 |
| 1.1.5 智能仪表的优势特点及发展方向 |
| 1.2 现场总线技术介绍 |
| 1.2.1 现场总线技术的特点 |
| 1.2.2 现场总线技术的优越性 |
| 1.3 本课题研究的目的及意义 |
| 1.4 本课题主要研究内容 |
| 2 HART协议原理 |
| 2.1 HART通信协议概述 |
| 2.2 HART通信体系结构 |
| 2.2.1 HART协议物理层 |
| 2.2.2 HART协议数据链路层 |
| 2.2.3 HART协议应用层 |
| 2.3 HART协议的优点 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 智能压力变送器硬件部分设计 |
| 3.1 系统整体设计方案 |
| 3.1.1 总体方案的确定 |
| 3.1.2 硬件整体设计方案 |
| 3.2 硬件电路各个模块的实现 |
| 3.2.1 传感器模块 |
| 3.2.2 微处理器模块 |
| 3.2.3 A/D的选型及其与微处理器的接口设计 |
| 3.2.4 D/A的选型及其与微处理器的接口设计 |
| 3.2.5 HART通信模块及其接口设计 |
| 3.2.6 电源模块及其接口电路 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 压力传感器温度补偿的实现 |
| 4.1 BP神经网络算法的数据融合原理 |
| 4.1.1 传感器模块 |
| 4.1.2 神经网络结构 |
| 4.2 压力传感器的温度补偿方法 |
| 4.2.1 传感器实验标定数据 |
| 4.2.2 仿真数据与实验结果 |
| 4.3 算法补偿效果的分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 智能压力变送器软件设计 |
| 5.1 系统软件总体分析 |
| 5.1.1 系统软件总体概述 |
| 5.1.2 系统软件构成 |
| 5.1.3 系统工作状态 |
| 5.2 系统软件体系结构 |
| 5.2.1 系统监控程序 |
| 5.2.2 系统测控程序 |
| 5.2.3 系统通讯程序 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 致谢 |
四、HART通信协议综述（论文参考文献）
- [1]工业无线网络接入IPv6网络方法及调度机制研究[D]. 李诚. 重庆邮电大学, 2020(02)
- [2]工业无线网络高能效通信关键技术研究[D]. 黎峰. 山东大学, 2019
- [3]基于HART协议的现场总线设备管理系统的设计与实现[D]. 李涛. 华北电力大学, 2019(01)
- [4]面向混杂工业无线传感器网络的动态路由规划及可靠性分析[D]. 段莹. 武汉理工大学, 2018(07)
- [5]基于工业无线网络的电磁轴承调试监测系统[D]. 陈言. 清华大学, 2018(04)
- [6]基于HART协议的物位计设计与实现[D]. 田俊伟. 兰州交通大学, 2017(02)
- [7]工业物联网感知层协议分析与应用展望[J]. 郭涛,高米翔,韩鹏. 物联网技术, 2016(06)
- [8]Wireless HART认证概述[A]. 张亚杰,詹炜,覃璐. 市场践行标准化——第十一届中国标准化论坛论文集, 2014
- [9]HART多路复用器研究及其相关软件设计[D]. 焦怀强. 华东理工大学, 2014(06)
- [10]基于HART协议的智能压力变送器的研究与设计[D]. 薛静云. 西安工业大学, 2013(07)