[發(fā)明專利]工業(yè)無線通信網(wǎng)絡中一種冗余路徑的設計方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810070004.1
• 申請日: 2008-07-21
• 公開（公告）號: CN101325545A
• 公開（公告）日: 2008-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 王恒;王平;馬鑫
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04L12/56
• 分類號: H04L12/56;H04L29/08
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發(fā)明涉及無線通信技術，具體是一種工業(yè)無線通信網(wǎng)絡中冗余路徑的設計方法。

背景技術

隨著無線通信技術的快速發(fā)展，各種新技術逐漸被應用到工業(yè)現(xiàn)場，無線通信技術的引入解決了工業(yè)現(xiàn)場布線困難、安裝維護成本高等問題，但現(xiàn)有的無線通信網(wǎng)絡無法適應復雜的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。對無線通信技術中冗余機制的研究現(xiàn)在大都集中在數(shù)據(jù)冗余方面，而ISA-SP100和無線HART作為國際工業(yè)無線通信領域內(nèi)兩種主要標準，在它們所發(fā)布的規(guī)范中重點研究的都是具備相關冗余功能的Mesh拓撲結構，并沒有涉及到樹型網(wǎng)絡里的通信冗余問題。例如在文獻【W(wǎng)irelessHART?Communication?Standard，HART?7.0Specifications，The?HARTCommunication?Foundaion(HCF)，September?7，2007】HART通信基金會所發(fā)布的無線HART最新規(guī)范中，網(wǎng)關對所有設備實施集中式管理，而系統(tǒng)管理器使用Mesh機制統(tǒng)一為每個現(xiàn)場設備配置至少兩條和網(wǎng)關進行通信的路徑，實現(xiàn)冗余功能。但是這種全Mesh拓撲結構的系統(tǒng)管理和安全管理十分復雜，Mesh全網(wǎng)的通信調(diào)度更是難題，因此尚處于標準階段，并未真正應用。

在工業(yè)應用中，考慮到要在管理方便的基礎上實現(xiàn)通信調(diào)度等具體問題，因此骨干網(wǎng)和工作在各個現(xiàn)場環(huán)境中的通信子網(wǎng)通常采用兩層網(wǎng)絡拓撲結構。由網(wǎng)關和骨干路由設備所形成的骨干網(wǎng)絡采用Mesh拓撲，通過Mesh機制來實現(xiàn)通信路徑的冗余，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r可靠性。而之前在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中使用的第二層通信子網(wǎng)是由骨干路由設備和終端設備組成的星型網(wǎng)，特點是管理方便，骨干路由只需管理終端設備的加入與斷開，不需考慮子網(wǎng)內(nèi)通信路徑的冗余問題。但是這種星型結構的網(wǎng)絡擴展性不強，無法滿足日益復雜的現(xiàn)場環(huán)境的需求，因此在現(xiàn)階段的工業(yè)應用中通常采用Mesh+Tree的兩層網(wǎng)絡拓撲結構。

由一個骨干路由設備和若干工作在現(xiàn)場環(huán)境的具有采集功能的終端設備及路由設備組成第二層樹型拓撲的通信子網(wǎng)，組網(wǎng)靈活方便，并能夠通過增加深度來擴展網(wǎng)絡。但是無線通信技術中的樹型網(wǎng)絡只是對作為網(wǎng)絡核心的骨干路由配置了冗余設備，卻一直沒有實現(xiàn)通信冗余的功能，無法為網(wǎng)絡中工作的現(xiàn)場設備提供冗余路徑，使得網(wǎng)絡的抗干擾能力差，不能保證通信的可靠性。并且由于工業(yè)無線網(wǎng)絡經(jīng)常會應用于環(huán)境較為惡劣的場所，特別是作為終端的采集設備，通常工作在人員長時期不去的地方，因此樹型網(wǎng)絡中如果某個現(xiàn)場路由設備受到干擾或者發(fā)生故障，則其下層的所有子設備都無法收發(fā)數(shù)據(jù)，影響工業(yè)生產(chǎn)。本發(fā)明就是在此背景下提出的，主要是通過在現(xiàn)場設備層設置冗余路徑來解決樹型工業(yè)無線網(wǎng)絡的通信可靠性問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對應用在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中的樹型網(wǎng)絡抗干擾能力差，無法保證通信可靠性的問題，提出了一種為網(wǎng)絡中現(xiàn)場設備提供冗余路徑的方法，能夠提高網(wǎng)絡的抗干擾能力，從而保證通信可靠性。

本發(fā)明所采用的技術方案是：設計了一種工業(yè)無線通信樹型網(wǎng)絡中冗余路徑的實現(xiàn)方法，該方法包括如下步驟：

(1)網(wǎng)絡中每個現(xiàn)場設備(包括現(xiàn)場路由設備和現(xiàn)場終端設備)入網(wǎng)時在Mac層管理信息庫中選擇鏈路質(zhì)量指示LQI值最大的路由設備作為父設備，選擇LQI值次之的路由設備作為備用父設備；

(2)在現(xiàn)場設備的網(wǎng)絡層信息庫中設置通信失敗次數(shù)閾值，若現(xiàn)場設備向其父設備連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)失敗的次數(shù)達到通信失敗次數(shù)閾值，則該現(xiàn)場設備自動向備用父設備發(fā)送包含自身地址和深度信息的冗余路徑建立幀，并設置特定標識位Sign的值；

(3)備用父設備在收到冗余路徑建立幀后，通過解析幀結構更新自身網(wǎng)絡層信息庫中備用表項StandbyTbl的內(nèi)容，然后復制建立幀的載荷并以自身為源地址向父路由設備發(fā)送冗余路徑建立幀；

(4)每個收到冗余路徑建立幀的路由設備在更新完自身的StandbyTbl表項后，將建立幀轉發(fā)給自己上一層的父路由設備，這樣建立幀就逐層上傳至骨干路由設備，建立起從現(xiàn)場設備到骨干路由的冗余路徑。

所述StandbyTbl表項的內(nèi)容包括：冗余路徑建立幀載荷中無法和父設備進行通信的現(xiàn)場設備的地址和深度信息，使用冗余路徑向下發(fā)送信息時所用的下一跳地址參數(shù)。所述特定標識位Sign定義為兩個字節(jié)，標識現(xiàn)場設備所處的通信狀態(tài)，低字節(jié)為1表示現(xiàn)場設備的父設備正常工作，為0表示現(xiàn)場設備無法與父設備進行通信，而現(xiàn)場設備發(fā)送冗余路徑建立幀后將高字節(jié)置為1，發(fā)送冗余路徑取消幀后將高字節(jié)置為0。