1、近年來，工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)成為工業(yè)過程自動化技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，除繼承了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的泛在感知、低成本、易維護(hù)和低功耗特點(diǎn)之外，還具有抗干擾和實時通信等優(yōu)點(diǎn)，能廣泛運(yùn)用于工業(yè)過程自動化的流程控制與實時監(jiān)測。
　　 WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation)是在國家863重點(diǎn)課題支持下

2、，由中科院沈陽自動化研究所牽頭，聯(lián)合西南大學(xué)、重慶郵電大學(xué)等10余家單位共同研究開發(fā)的用于過程自動化的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。WIA-PA將無線通信技術(shù)引入工業(yè)過程控制領(lǐng)域，其主要解決無線通信中的高可靠、實時通信、低能耗等關(guān)鍵問題。
　　 鏈路調(diào)度用于建立可靠的點(diǎn)對點(diǎn)或者點(diǎn)對多點(diǎn)的通信連接，實現(xiàn)高效公平的共享通信資源。WIA-PA網(wǎng)絡(luò)采用星型(star)和網(wǎng)狀(mesh)相結(jié)合的兩層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每個星型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個簇。在WIA-

3、PA通信協(xié)議中，使用超幀來組織通信資源，星型網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)于超幀周期的簇內(nèi)通信，mesh網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)于超幀周期中的簇間通信。WIA-PA mesh網(wǎng)絡(luò)通信在整個無線網(wǎng)絡(luò)中起著至關(guān)重要的作用，進(jìn)行合理的簇間鏈路調(diào)度是保證整個網(wǎng)絡(luò)可靠實時通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　 WIA-PA簇間通信采用基于TDMA的鏈路調(diào)度方式，將時間分割成周期性的幀，再將幀分割成小的時隙。Mesh網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過相應(yīng)的鏈路調(diào)度機(jī)制，獲取屬于本節(jié)點(diǎn)的通信時隙進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送或

4、者接收。基于TDMA機(jī)制的鏈路調(diào)度就是為mesh網(wǎng)絡(luò)中的通信鏈路分配傳輸時隙。作者在參與WIA-PA項目的研究開發(fā)工作中，深入分析WIA-PA簇間鏈路調(diào)度的特點(diǎn)，提出了基于圖頂點(diǎn)著色的空間重用集中式TDMA簇間鏈路調(diào)度策略SCC-TDMA(Spatialruse and Centralized TDMA inter-cluster link scheduling strategy based On graph vertex Colori

5、ng)。
　　 本文主要研究WIA-PA mesh網(wǎng)絡(luò)的鏈路調(diào)度模型和算法。首先，分析了WIA-PA簇間鏈路調(diào)度需要解決的三個關(guān)鍵問題：如何避免無線網(wǎng)絡(luò)中存在的兩類通信沖突問題，“聚播”通信造成的流量不均衡問題以及如何提高信道利用率問題，并進(jìn)行了調(diào)度問題的公式化描述，給出了調(diào)度問題難解性證明。接著，針對上述問題，提出了WIA-PA簇間鏈路調(diào)度模型，即尋找滿足通信沖突約束和鏈路時槽數(shù)目約束條件下的最短超幀周期調(diào)度。其次，利用鏈路沖

6、突圖將鏈路調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為圖的頂點(diǎn)最小著色問題。針對圖著色為典型的NP-Hard問題，本文設(shè)計了基于獨(dú)立集的圖頂點(diǎn)著色算法求取近似解。該算法復(fù)雜度低，執(zhí)行效率高，適用于WIA-PAmesh網(wǎng)絡(luò)鏈路調(diào)度。本文同時闡述了將SCC-TDMA調(diào)度算法運(yùn)用于WIA-PA簇間鏈路調(diào)度的實現(xiàn)方法。
　　 為驗證SCC-TDMA調(diào)度算法的性能，本文選擇兩個典型的TDMA鏈路調(diào)度算法貪心算法以及混合智能算法作為對比算法進(jìn)行仿真實驗，并選取著色色數(shù)、

7、算法運(yùn)行時間、網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)延時四個比較參數(shù)。仿真實驗表明，對于著色色數(shù)與算法運(yùn)行時間兩個相互矛盾的性能參數(shù)，本文算法取得了一個較好的折中，在將其運(yùn)用于十個典型的WIA-PA網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的簇間鏈路調(diào)度實驗中，無論是所需時隙數(shù)目還是算法運(yùn)行時間都能滿足WIA-PA協(xié)議需求。最后，本文模擬了WIA-PA網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收集過程，結(jié)果表明，SCC-TDMA算法的網(wǎng)絡(luò)吞吐量和數(shù)據(jù)收集延時指標(biāo)均好于貪心算法以和混合智能算法，且隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加，這種優(yōu)