基于NB-IoT和BBR算法的工业远程控制系统设计与实现

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NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,窄带物联网)作为新一代的物联网通信技术,具有低成本、广覆盖、大连接、功耗低的优点,被认为是未来物联网应用的主要通信方式。网络拥塞影响了NB-IoT的传输性能,而基于丢包的拥塞控制算法在NB-IoT通信中表现不佳。本课题使用改进后的BBR(Bottleneck Bandwidth and Round-Trip Propagation Time,瓶颈带宽与往返传播时间)拥塞控制算法应对NB-IoT的网络拥塞,设计并实现了基于NB-IoT和BBR算法的工业远程控制系统。该系统具有通信距离远、通信成本低、通信稳定的优点。本文的内容由NB-IoT应用和工业控制系统的分析、BBR算法研究、工业远程控制系统的设计和实现组成。本文对NB-IoT应用和工业控制系统的发展现状进行了介绍,并分析了NB-IoT在工业控制系统中的应用。本文对NB-IoT在工业环境下的通信质量进行测量,指出NB-IoT在高数据发送速率时存在网络拥塞。本文对BBR算法的原理进行分析阐述,并针对NB-IoT通信波动较大的特点提出一种改进后的BBR算法。在系统设计方面,本文对工业远程控制系统的基本需求进行了分析,对系统各部分的主要功能和结构进行设计,对基于改进后的BBR算法和RTO(Retransmission Time Out,重传超时时间)算法的网络控制模块进行详细设计,根据转台业务需求对通信协议和数据库进行设计。在系统实现方面,本文列出系统硬件的选型和通信规格,并给出客户端界面、系统初始化流程等实现。最后测试结果表明改进后的BBR算法可以显著提高NB-IoT通信的稳定性,并且系统功能能够满足预期要求。本课题实现工业设备以低成本、稳定的方式直接接入互联网,为工业控制系统升级提供思路,具有一定的实用和参考价值。通过改进后BBR算法使NB-IoT保持一定通信速率的情况下具有更好的稳定性,促进了NB-IoT应用的发展。
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