近年来,工业无线网络成为工业过程自动化技术领域研究的热点之一。工业无线网络是在传统无线传感器网络基础上发展而来,除继承了无线传感器网络的泛在感知、低成本、易维护和低功耗特点之外,还具有抗干扰和实时通信等优点,能广泛运用于工业过程自动化的流程控制与实时监测。WIA-PA(Wireless Networks for Industrial Automation-Process Automation)是在国家863重点课题支持下,由中科院沈阳自动化研究所牵头,联合西南大学、重庆邮电大学等10余家单位共同研究开发的用于过程自动化的工业无线网络协议标准。WIA-PA(?)将无线通信技术引入工业过程控制领域,其主要解决无线通信中的高可靠、实时通信、低能耗等关键问题。链路调度用于建立可靠的点对点或者点对多点的通信连接,实现高效公平的共享通信资源。WIA-PA网络采用星型(star和网状(mesh)相结合的两层网络拓扑结构,每个星型网络构成一个簇。在WIA-PA通信协议中,使用超帧来组织通信资源,星型网络对应于超帧周期的簇内通信,mesh网络对应于超帧周期中的簇间通信。WIA-PA mesh网络通信在整个无线网络中起着至关重要的作用,进行合理的簇间链路调度是保证整个网络可靠实时通信的关键技术之一。WIA-PA簇间通信采用基于TDMA的链路调度方式,将时间分割成周期性的帧,再将帧分割成小的时隙。Mesh网络中的节点通过相应的链路调度机制,获取属于本节点的通信时隙进行数据发送或者接收。基于TDMA机制的链路调度就是为mesh网络中的通信链路分配传输时隙。作者在参与WIA-PA项目的研究开发工作中,深入分析WIA-PA簇间链路调度的特点,提出了基于图顶点着色的空间重用集中式TDMA簇间链路调度策略SCC-TDMA(Spatialruse and Centralized TDMA inter-cluster link scheduling strategy based on graph vertex Coloring).本文主要研究WIA-PA mesh网络的链路调度模型和算法。首先,分析了WIA-PA簇间链路调度需要解决的三个关键问题：如何避免无线网络中存在的两类通信冲突问题,“聚播”通信造成的流量不均衡问题以及如何提高信道利用率问题,并进行了调度问题的公式化描述,给出了调度问题难解性证明。接着,针对上述问题,提出了WIA-PA簇间链路调度模型,即寻找满足通信冲突约束和链路时槽数目约束条件下的最短超帧周期调度。其次,利用链路冲突图将链路调度问题转化为图的顶点最小着色问题。针对图着色为典型的NP-Hard问题,本文设计了基于独立集的图顶点着色算法求取近似解。该算法复杂度低,执行效率高,适用于WIA-PAmesh网络链路调度。本文同时阐述了将SCC-TDMA调度算法运用于WIA-PA簇间链路调度的实现方法。为验证SCC-TDMA调度算法的性能,本文选择两个典型的TDMA链路调度算法贪心算法以及混合智能算法作为对比算法进行仿真实验,并选取着色色数、算法运行时间、网络吞吐量和网络延时四个比较参数。仿真实验表明,对于着色色数与算法运行时间两个相互矛盾的性能参数,本文算法取得了一个较好的折中,在将其运用于十个典型的WIA-PA网络拓扑结构的簇间链路调度实验中,无论是所需时隙数目还是算法运行时间都能满足WIA-PA协议需求。最后,本文模拟了WIA-PA网关数据收集过程,结果表明,SCC-TDMA算法的网络吞吐量和数据收集延时指标均好于贪心算法以和混合智能算法,且随着网络规模的增加,这种优势越明显,在121个节点的网络规模中,网络吞吐量相比贪心算法提高了19.2%,相比混合智能算法提高了12.8%；数据采集延时分别提高了33.6%与22.0%,从而验证了SCC-TDMA算法运用于WIA-PA簇间链路调度的有效性。