22、物联网机器人通信协议增强与危险气体实时管理系统

物联网机器人通信协议增强与危险气体实时管理系统

1. 物联网机器人通信面临的挑战与解决方案

物联网机器人（IoRT）在实现各种应用时，通信技术面临着诸多挑战。

首先，在功耗方面，有研究提出可将功耗降低至标准的 40%。在无线个人区域网络（WPAN）的路由层，有许多增强方案用于负载均衡、链路估计、移动性支持和能源优化。例如，环境反向散射技术正逐渐受到关注，它能从无电源节点获取数据，依靠能量收集技术实现短距离通信，并且还提出了一些能保证超低功耗运行的媒体访问控制（MAC）方案。

其次，将不同类型的网络（包含传感器设备和机器人）整合到单个机器人应用中是一大挑战。异构网络的管理存在排队、路由和优化等问题。为解决异构设备问题，软件定义无线电的概念被提出，并且针对微处理器的设计也在进行中。同时，为了使多个网络共存，需要公平分配免许可频谱的信道访问权，因此建议采用基于机器学习的信道访问协调机制，用于协调物联网、Wi-Fi 和机器人设备之间的竞争。

再者，WPAN 网络中节点的移动性支持有限或缺乏。为解决这一问题，提出了一些路由协议扩展，如移动性增强的 RPL、Co - RPL、ME - RPL、mRPL 和 Backpressure RPL，这些协议允许传输节点或根节点移动。此外，还提出了一些支持 WPAN 移动性的 MAC 协议，如 M - ContikiMAC、MobIQ、MX - MAC 等，以支持移动节点的互连。

另外，机器人和物联网设备要协同工作，需要对它们之间传递的信息有清晰的理解，因此数据交换协议中需要通用的数据格式。虽然有 JSON、BSON、CBOR、MsgPack、JSONC 等多种格式，但最近的 Protobuf 以其二进制格式在减