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研究生:莊君偉
研究生(外文):Chun-Wei Chuang
論文名稱:網路式診斷與維護之關鍵技術研發
論文名稱(外文):Key Technologies Development of e-Diagnostics and e-Maintenance
指導教授:洪敏雄洪敏雄引用關係
指導教授(外文):Min-Hsiung Hung
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學中正理工學院
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:114
中文關鍵詞:無線感測網路機動部署資料融合環形佇列網路服務存取延遲時間
外文關鍵詞:Wireless Sensor NetworkDynamic-deployment MechanismsData FusionCircular QueueWeb ServicesAccess Delay Times
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ZigBee具有進行低功率消耗無線通訊、可以路由訊息,以及允許65535裝置節點工作在同一網路等特點,因此非常適合應用於大樓、工廠與家庭等各類監控應用(其中包含網路式診斷與維護系統)。然而,面對數量龐大的ZigBee裝置,如果沒有妥適的節點管理與機動部署機制,勢必產生節點管理上的混亂,並影響整個網路拓樸的清晰度。此外,當裝設ZigBee節點之監測點越多,所傳輸的訊息數量將越多,融合後之負載資料長度也會變大。因此如何有效地縮小融合後之資料長度、降低訊息碰撞與遺失率,進而縮短存取延遲時間也是一個重要研究議題。本論文提出一個基於ZigBee技術之網路式診斷與維護通用型架構,並針對上述兩個關鍵問題,開發了相對之解決方案與技術。最後利用所提架構建構了一個校園室內照明系統的網路式診斷系統。測試結果顯示,本系統在節點管理上,可以達到機動部署節點的功能;在訊息負載資料融合效能上,可將存取延遲時間大幅降低36%。相信本文所發展的技術與架構,可以作為植基於ZigBee技術之網路式診斷與維護系統相關問題之有效解決方案。
ZigBee possesses various distinctive features, such as performing wireless communication with low power consumption, being able to route messages, and allowing 65535 device nodes working on the same network. Thus, it is very suitable to be applied in various monitoring and control applications of buildings, factories, and homes, including e-Diagnostics and e-Maintenance systems. However, if there are no proper node-management and dynamic-deployment mechanisms for dealing with a large number of ZigBee devices (nodes), it will result in chaos on node management, and affect the clarity of the whole network topology. In addition, when the number of monitoring points equipped with ZigBee nodes increases, the quantity of transmitted messages and the length of the fused payload data also raise accordingly. Hence, how to decrease the length of the fused payload data and reduce the rates of message collisions and losses so as to shorten the data access delay time is also an important research topic. In this thesis, a generic architecture of ZigBee-based e-Diagnostics and e-Maintenance systems is proposed. Besides, the associated solutions and technologies are developed to solve the above two key problems. Finally, an e-Diagnostics system for campus indoor lighting systems is constructed based on the proposed architecture. Testing results illustrate that the e-Diagnostics system can achieve the functionality of dynamically deploying nodes in an easy way for node management. In the performance of payload data fusion, the data access delay time is significantly reduced by 36 percent. It is believed that the developed technologies and architecture can be an effective solution to the associated problems of ZigBee-based e-Diagnostics and e-Maintenance systems.
誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
表目錄 viii
圖目錄 ix
1. 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文架構 4
2. ZigBee介紹 5
2.1 ZigBee/IEEE 802.15.4簡介 5
2.2 ZigBee/IEEE 802.15.4通訊模式 6
3. 無線感測網路診斷與維護架構之設計 10
4. 無線感測網路關鍵技術與功能元件設計 14
4.1 機動部署設計 14
4.1.1 加入網路程序 14
4.1.2 節點註冊程序 16
4.1.3 節點角色啟動機制 19
4.2 資料融合與解融合 20
4.2.1 資料融合(Data Fusion) 20
4.2.2 資料解融合(Data Defusion) 28
4.3 功能元件設計 30
4.3.1 資料處理單元 32
4.3.2 認證與授權 34
4.3.3 UART排程管理 34
4.3.4 節點管理 36
4.3.5 圖形化監控 38
4.3.6 群組控制 39
4.3.6.1 群組節點設定 40
4.3.6.2 節點運作 42
4.3.7 警告訊息 45
5. 串列埠通訊格式設計 46
5.1 共同訊息格式 46
5.2 串列埠資料編碼與解碼 48
5.2.1 串列埠資料編碼 49
5.2.2 串列埠資料解碼 52
6. 應用範例開發 54
6.1 範例實作需求 54
6.1.1 開發環境 54
6.1.2 軟體需求 54
6.1.3 硬體需求 55
6.2 範例整合及測試 56
6.2.1 監控元件 58
6.2.2 資料處理單元設定 60
6.2.3 系統登入 61
6.2.4 圖形化監控 63
6.2.5 群組控制 72
6.2.6 警告訊息 74
6.2.7 節點管理 75
6.2.8 使用者管理 78
7. 實驗設定與測試結果 81
7.1 測試平台腳本 81
7.1.1 ZigBee ThroughPut(TP)效能 81
7.1.2 ZigBee 多重跳點(Multi-hop)延遲 82
7.1.3 ZigBee遠端控制延遲 83
7.1.4 ZigBee資料收集延遲 83
7.2 實驗結果 85
7.2.1 ZigBee ThroughPut(TP)效能 85
7.2.2 ZigBee 多重跳點(Multi-hop)延遲 87
7.2.3 ZigBee遠端控制延遲 88
7.2.4 ZigBee資料收集延遲 89
8. 結論 93
8.1 論文總結 93
8.2 重要成果 94
參考文獻 96
自傳 99
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