基本信息
- 項目名稱：
- 具有認知功能的工業(yè)級無線組網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計--工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)共性平臺關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)信息化中的應(yīng)用,有著嚴格的實時性與可靠性的通信需求。本作品依托于國家自然科學(xué)基金重點項目: “基于認知無線電的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)理論與優(yōu)化方法”，從科研層面對作品設(shè)計的工業(yè)無線系統(tǒng)提供理論研究支持，通過上海市科委重點科技計劃支持項目: “工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”，在實際應(yīng)用中進行產(chǎn)業(yè)示范，將遇到的實際問題反饋理論研究，最終達到工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的可靠，實時，異構(gòu)融合的性能要求
- 詳細介紹：
- 工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)信息化中的應(yīng)用,有著嚴格的實時性與可靠性的通信需求。本作品依托于國家自然科學(xué)基金重點項目-- “基于認知無線電的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)理論與優(yōu)化方法”（項目編號：60934003），從科研層面對作品設(shè)計的工業(yè)無線系統(tǒng)提供理論研究支持，通過上海市科委重點科技計劃支持項目-- “工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（項目編號：08511501600），在實際應(yīng)用中進行產(chǎn)業(yè)示范，進而在工業(yè)現(xiàn)場對該系統(tǒng)相關(guān)性能進行有效評估，將遇到的實際問題反饋回理論研究，最終達到工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的可靠，可控，實時，安全，異構(gòu)融合的性能要求。 本作品以鋼鐵工業(yè)監(jiān)測與橋梁振動監(jiān)測系統(tǒng)為應(yīng)用范例，利用認知無線電的認知性與適變性，探索工業(yè)無線電頻譜感知與資源管理的科學(xué)方法，通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)建立無線網(wǎng)絡(luò)面向工業(yè)應(yīng)用的硬件系統(tǒng)與協(xié)議體系。針對工業(yè)環(huán)境下無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的獨立性及多約束下的性能優(yōu)化，本項目突破了低功耗高可靠跨層協(xié)議設(shè)計，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)自組織、多路由技術(shù)，異常情況下網(wǎng)絡(luò)的自恢復(fù)與報警機制，能量受限下的無線網(wǎng)絡(luò)安全機制五大難題，對相關(guān)技術(shù)開展了深入的研究，并開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的協(xié)議棧。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為工業(yè)信息化的關(guān)鍵，在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用是必然趨勢，已經(jīng)成為信息化推動工業(yè)化發(fā)展的代表性技術(shù)之一，是國際技術(shù)競爭的焦點和科技的制高點。針對能耗高、資源利用率低的流程工業(yè)，采用無線網(wǎng)絡(luò)建立監(jiān)控、調(diào)度和優(yōu)化分配等綜合管理系統(tǒng)，是解決能源介質(zhì)和主要設(shè)備在線監(jiān)測和調(diào)度優(yōu)化的有效措施。本作品以鋼鐵工業(yè)監(jiān)測與橋梁振動監(jiān)測系統(tǒng)為應(yīng)用范例，利用認知無線電的認知性與適變性，探索工業(yè)無線電頻譜感知與資源管理的科學(xué)方法，通過異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)建立無線網(wǎng)絡(luò)面向工業(yè)應(yīng)用的硬件系統(tǒng)與協(xié)議體系。針對工業(yè)環(huán)境下無線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的獨立性及多約束下的性能優(yōu)化，本項目突破了低功耗高可靠跨層協(xié)議設(shè)計，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)自組織、多路由技術(shù)，異常情況下網(wǎng)絡(luò)的自恢復(fù)與報警機制，能量受限下的無線網(wǎng)絡(luò)安全機制五大難題，對相關(guān)技術(shù)開展了深入的研究，并開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的協(xié)議棧。 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標： 1.攻克無線節(jié)點部分的射頻設(shè)計難題，開發(fā)出符合相關(guān)規(guī)范的節(jié)點產(chǎn)品。 2.實現(xiàn)多網(wǎng)數(shù)據(jù)異構(gòu)融合功能，開發(fā)出協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)設(shè)備，能實現(xiàn)無線/有線網(wǎng)絡(luò)的無縫銜接。 3.完成針對于工業(yè)環(huán)境的協(xié)議優(yōu)化設(shè)計，最大支持路由256跳，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點具有自主感知功能，支持自組網(wǎng)，自修復(fù)。 4.網(wǎng)絡(luò)丟包率小于0.01%,支持周期采樣和事件觸發(fā)采樣，完善的糾錯機制，并且實現(xiàn)丟包重傳機制。 5.網(wǎng)絡(luò)規(guī)模具有可擴展性，支持星型、樹型、Mesh型網(wǎng)絡(luò)拓撲。 6.支持數(shù)據(jù)傳輸加密和接入認證。
科學(xué)性、先進性
- 作品開發(fā)了符合工業(yè)應(yīng)用且經(jīng)過多個實際項目驗證的專屬無線通信協(xié)議，具有以下特色： 一、組網(wǎng)方式靈活，可擴展性強，基于認知無線網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)是對傳統(tǒng)監(jiān)測手段的革新，它使分布在廠區(qū)的各個設(shè)備能夠通過優(yōu)化的無線鏈路接入主干網(wǎng)絡(luò)，從而取得設(shè)備運行狀況的實時數(shù)據(jù)，并與這些信息進行交互。 二、實現(xiàn)了大規(guī)模無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，作品針對工業(yè)應(yīng)用的無線通信方案，解決了大規(guī)模組網(wǎng)的技術(shù)難題，既保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?，同時還滿足協(xié)議開銷少的要求，使無線網(wǎng)絡(luò)達到可靠，可控，可見的要求。 三、跨層優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，作品定量刻畫網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計與能耗的關(guān)系，提出跨層協(xié)議優(yōu)化模型和分布式算法，實現(xiàn)上位機系統(tǒng)、各種總線和用戶系統(tǒng)的過程層、現(xiàn)場單元層和監(jiān)控站之間的無縫通信，提高網(wǎng)絡(luò)的生存期，減少網(wǎng)絡(luò)維護費用。 四、實現(xiàn)了對現(xiàn)有設(shè)備的兼容性，智能終端設(shè)備采用標準的工業(yè)接口，能夠直接對現(xiàn)有設(shè)備進行無線化改造，從而免去重新布線的費用，大大降低二次投入成本。 五、網(wǎng)絡(luò)的自恢復(fù)與報警機制 六、無線網(wǎng)絡(luò)的通信安全體系構(gòu)建
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2010年12月，上海市科委評定相關(guān)無線技術(shù)為優(yōu)； 2010年8月，作品研發(fā)的無線PH值儀表、無線溶氧量儀表，通過了質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的鑒定，符合工業(yè)應(yīng)用標準，見附件鑒定報告部分； 2010年9月，天津天豐鋼鐵有限公司，大冊營水處理公司提供的用戶報告對該系統(tǒng)給出了較高的評價，詳見附件中用戶報告部分。 注：項目作品的完成依托于上海交大課題，故附件文檔中體現(xiàn)單位為上海交大，實際完成人為作品項目組成員，特此說明
作品所處階段
- 作品涉及到的技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過實際驗證，現(xiàn)在處于市場推廣，示范應(yīng)用階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)推廣，合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物，圖片，視頻，樣機
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 作品提供的是一套能夠應(yīng)用于實際工業(yè)背景的技術(shù)解決方案，抓住工業(yè)應(yīng)用對無線需求的共同特性，并不局限于某個應(yīng)用領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。相對于有線監(jiān)控系統(tǒng)，基于無線網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)具有易擴展、成本低、高靈活和可移動等特性。無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于局部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部組網(wǎng)，避免了各種現(xiàn)場布線，而且可以靈活增加新的監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)內(nèi)部組網(wǎng)完成后，可以直接由智能網(wǎng)關(guān)連接Internet外部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各種設(shè)備和網(wǎng)內(nèi)環(huán)境的實時遠程監(jiān)控。系統(tǒng)能夠在降低安裝、維護成本、監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)、安全保障等方面產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。項目方案針對基于無線技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，建立一個基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系和通信管理共性智能化支撐平臺，形成我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)專利。本作品的研究主要是圍繞工業(yè)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展的無線應(yīng)用試點，促進無線技術(shù)與先進工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)密切結(jié)合，推進中國智能工業(yè)的發(fā)展，為以無線網(wǎng)絡(luò)為技術(shù)基礎(chǔ)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)起到示范作用，項目完成后將促進工業(yè)無線技術(shù)的跨越式發(fā)展，提高我國工業(yè)無線信息化實際應(yīng)用的整體水平。
同類課題研究水平概述
- 工業(yè)無線技術(shù)興起于本世紀初，它是一種面向設(shè)備間信息交互的無線通信技術(shù)，是對現(xiàn)有工業(yè)通信技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方向上的功能擴展和提升。工業(yè)無線技術(shù)將引發(fā)傳統(tǒng)工業(yè)測控模式的變革，引領(lǐng)工業(yè)自動化系統(tǒng)向著低成本、高可靠、高靈活的方向發(fā)展。目前很多工業(yè)設(shè)備已經(jīng)采用無線網(wǎng)絡(luò)，以滿足未來的需求。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的低成本、易用和泛在感知等特征，可以以較低的投資和使用成本實現(xiàn)對工業(yè)全流程的全面監(jiān)測，獲取傳統(tǒng)方法中由于成本原因無法在線監(jiān)測的重要工業(yè)過程參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)實施優(yōu)化控制，來達到提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低工業(yè)生產(chǎn)過程中的跑冒滴漏、提高能源效率的目標。歐美等國政府多次在發(fā)展規(guī)劃中指出，工業(yè)無線技術(shù)將在提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高能源效率等方面發(fā)揮重要作用。美國能源部還將工業(yè)無線技術(shù)列為實現(xiàn)到2020年美國工業(yè)整體能耗降低5％目標的主要技術(shù)手段之一。與面向商用的無線技術(shù)不同，面向工業(yè)自動化應(yīng)用的無線技術(shù)需要滿足高可靠性、嚴格實時性、低能耗、安全性、兼容性等需求。無線技術(shù)雖好，但要在工業(yè)中得到實際應(yīng)用，還存在諸多技術(shù)難題必須解決：首先，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境對無線網(wǎng)絡(luò)的可靠通信提出了挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)的可靠傳輸率超過 95%就能適應(yīng)大部分的工業(yè)控制應(yīng)用要求。但是，無線介質(zhì)的開放特征決定了無線信號傳輸過程中會產(chǎn)生衰落和多徑效應(yīng)等問題，會影響通信的可靠性。尤其是對于工廠環(huán)境，廠房中遍布的各種大型器械、金屬管道等對信號的反射、散射所造成的嚴重多徑效應(yīng)，以及馬達、器械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的電磁噪聲，都會影響無線信號的正確接收。其次，自配置無線網(wǎng)絡(luò)還要滿足工業(yè)應(yīng)用的實時通信要求。對于工業(yè)閉環(huán)控制應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸延遲應(yīng)低于1.5倍的傳感器采樣時間。工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)要求投資和安裝成本很低，通常沒有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的支撐，設(shè)備間的通信需要通過自配置的方式以多跳接力的方式進行，保證端到端通信時延的確定性比較困難。此外，工業(yè)現(xiàn)場無線設(shè)備的節(jié)能運行技術(shù)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)與工廠其它無線網(wǎng)絡(luò)的共存技術(shù)、工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的安全技術(shù)、工業(yè)無線測控系統(tǒng)與現(xiàn)有有線工業(yè)測控系統(tǒng)的互連與互操作技術(shù)、面向應(yīng)用的工業(yè)無線測控系統(tǒng)部署、安裝與配置技術(shù)等都是工業(yè)無線所要解決的主要技術(shù)難題。本作品針對工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)共性平臺的關(guān)鍵問題進行技術(shù)攻關(guān)，以實際工業(yè)系統(tǒng)為背景，旨在攻克無線技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)難點，建立一套低成本、高安全、高可靠的實時無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。
