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近年来工业4.0概念逐渐兴起,数据共享是其重要特征,这对工业现场信息互联技术提出了很高要求。为此,OPC基金会提出了新一代工业互联技术统一架构OPCUA,它是一种安全、可靠、独立于厂商且能够满足工业现场信息高度互联需求的网络协议。然而,OPCUA并未提供确定性保证,尤其在易受电磁干扰的无线网络中该问题将更加突出。为解决该问题,本文为工业无线网络设计了一种有确定性的数据收发调度机制,并结合OPC UA对采样周期的需求实现了跨层优化,保证了 OPCUA在无线环境中传输的确定性。(1)为了保证工业无线网络中数据传输的确定性,现有的方法一般在MAC层采用集中式、同步的调度方式,利用精确的时钟同步机制来进行时隙控制以减少冲突次数。因此,有较高的同步开销并且可能产生单点故障。针对以上问题,本文在MAC层提出了一种分布式、异步且能保证数据传输确定性的调度方式。在该调度方式中,每个无线节点有固定的调度表,在一个调度周期内发送多次相同的数据,保证在最坏的情况下至少有一个数据可以发送成功,从而保证确定性。根据此调度思想本文提出了能使n个节点成功调度的充分必要条件并提出找到节点调度方式的周期最优算法。通过此算法最终实现4个节点周期是在26个时隙的可靠性保证。但是此算法复杂度高,为此本文设计了一种构造算法,该算法利用成功调度的充分条件来构造节点的调度方式。最终可以实现10个节点延迟在一个周期内的确定性保证。(2)针对OPCUA没有确定性保证的问题,本文设计一种跨层优化机制,结合OPC UA发布订阅机制和本文实现的MAC层调度方式对OPC UA周期性数据流传输进行确定性改进。首先,MAC层根据OPCUA的采样周期调整不同的调度方式;然后,应用层根据MAC层信息进行数据采样并传递给MAC层进行调度。该机制保证了 OPCUA对不同采样周期的数据流的确定性传输,使OPCUA可以在严苛工业无线环境下应用。(3)为了验证本文的跨层优化机制是否能保证OPC UA在无线环境下的确定性,本文在TelosB无线节点上用Contiki3.0平台实现了 OPC UA发布订阅机制和本文MAC层调度机制并测试验证,同时对比了加ACK机制和不加ACK机制的效果。结果表明此确定性调度机制可以保证OPC UA对周期性数据流传输延迟的有界性和确定性。