面向无线人机交互的多设备连接算法研究

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工业无线通信技术的发展,使得无线人机交互(Human-Machine Interaction,HMI)逐步在工业现场得以应用,并具有操作灵活、功能强、效率高等优点。但在与机器设备进行交互前,工程师必须将目标设备从一个存有大量设备信息的列表中挑选出。这种选择的方式增加了操作负担,容易导致连接错误,浪费时间。在工业人机交互中,工程师通常需要面对目标设备进行状态读取和修改参数等操作,这使得工业无线人机交互具有视距(Line-of-Sight,LOS)内通信的特点。这一特性使得接近感知(Proximity Estimation)算法适合用来简化对目标设备的接入。然而,由于无线信号的不稳定性,现有算法存在精度低、无法应对多设备连接等问题,因此难以直接在工业无线人机交互中得以应用。为了解决上述问题,本文研究了面向无线人机交互的多设备连接算法,其核心思想是利用无线设备的显示模块显示不同的可视化标识,从而将设备选择转换为标识选择,进而大幅减少设备连接的复杂度。具体而言,本文包含以下研究内容:1、本文首先结合Android智能设备和蓝牙无线技术设计了无线工业人机交互系统,该系统能够完成工业人机交互的基本功能,同时机器无线节点设计有显示模块,用以显示可视化标识,为设计多设备连接算法提供硬件支撑。2、基于无线人机交互系统,本文搭建了工业人机交互网络实验平台,并根据工业环境的设备部署特性,建立了网络空间模型,进而给出视距范围内设备节点的严格定义,并基于接近感知算法设计了筛选视距范围节点的方法。3、本文设计了基于可视化标识的多设备连接算法LightCon。LightCon算法具体包括:筛选节点、标识分配、标识发布、标识显示、标识选择等五个方面,能够将设备选择转换为标识选择,从而简化了人工选择设备的复杂度。4、针对可视化标识的有限性,本文设计了两种标识分配算法(A-SA、B-SA),并通过理论和仿真分析,证明了B-SA算法能够有效降低用户选择标识的次数,进而减少了连接时间。5、本文将LightCon在工业人机交互网络实验平台进行了实现,并且将其与已有算法的性能进行比较,实验结果证明LightCon算法能够有效减少连接时间,更能满足工业人机交互中多设备连接的需求。
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