面向控制和安全应用的工业无线传感器网络关键技术研究

Due to the advantages of low cost, flexible use and wide deployment, wireless networks have been paid great attention by the "Industry 4.0" and "Industrial Internet". However, due to the harsh industrial radio environment and the diversity of industrial applications, the traditional wireless network technologies are difficult to meet the high network performance requirements of industrial applications. According to the requirements of network performance from low to high, the International Society of Automation has divided industrial applications into three levels: monitoring, control and security. Industrial Wireless Sensor Networks (IWSNs), as the first standardized industrial wireless network technology, has been successfully applied in monitoring level application. However, for control and security applications requiring high network performance, the current IWSNs cannot meet the requirements. An invited paper published in IEEE flagship journals “Proceedings of the IEEE” in 2016 discusses the above problem. Based on the theory and practical experiences in the field of IWSNs, this project analyzes the scientific problems, supporting control and security applications by IWSNs, and research methods to solve the problems. The results of the project will promote the wireless network of industrial production, and provide important technical support for "Made in China 2025".

无线网络由于布设成本低、使用灵活、部署广泛等优势，获得“工业4.0”和“工业互联网”等重大战略的高度重视。然而，工业现场射频环境的恶劣性以及工业应用的多样性，使得传统无线技术难于满足工业应用对网络性能的高要求。国际自动化协会根据性能从低到高的要求，将工业应用分为三级：监视、控制和安全。工业无线传感器网络(IWSNs)作为首个标准化的工业无线网络技术，已在监视级应用得到成功应用。然而，对于性能要求更加苛刻的控制和安全两级应用，目前的IWSNs难于胜任。IEEE旗舰期刊Proceedings of the IEEE发表于2016的特邀论文专门论述了以上问题。基于在IWSNs领域的理论积累和实践经验，项目组从网络流量模型、网络复杂性、网络体系构架三方面分析IWSNs支持控制和安全应用面临的科学问题，并研究解决问题的方法。项目成果将推进工业生产网络的无线化，为“中国制造2025”提供重要技术支撑。

无线网络由于布设成本低、使用灵活、部署广泛等优势，获得“工业4.0”和“工业互联网”等重大战略的高度重视。然而，工业现场射频环境的恶劣性以及工业应用的多样性，使得传统无线技术难于满足工业应用对网络性能的高要求。国际自动化协会根据性能从低到高的要求，将工业应用分为三级：监视、控制和安全。工业无线传感器网络作为首个标准化的工业无线网络技术，已在监视级应用得到成功应用。然而，对于性能要求更加苛刻的控制和安全两级应用，目前的工业无线传感器网络难于胜任。课题组基于在工业无线传感器网络领域的理论积累和实践经验，从网络流量模型、网络复杂性、网络体系构架三方面分析工业无线传感器网络支持控制和安全应用面临的科学问题，并研究解决问题的方法。课题组已发表相关学术论文20篇；申请发明专利8项；提交CCSA行业标准1项（工业互联网时间敏感网络测试方法）和企业标准2项；培养博士生7名（已毕业4名）、培养硕士生15名（已毕业12名）；研发出“智慧协同工业无线传感器网络”原型系统1套，通过北京新联铁集团股份有限公司在轨道交通领域的工业现场设备网络进行应用；项目执行期间项目负责人杨冬获批国家重点研发计划课题一项“工业异构网络融合体系架构”，课题经费300万元；项目负责人杨冬入选2019年国家“万人计划青年拔尖”计划。