[發明專利]工業無線網絡數據冗余發送方法

無效

• 申請號: 200910103396.1
• 申請日: 2009-03-17
• 公開（公告）號: CN101500262A
• 公開（公告）日: 2009-08-05
• 發明（設計）人: 楊頌華;張丹
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: H04W28/04
• 分類號: H04W28/04;H04W84/18;H04L1/22;H04L29/12
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司
• 代理人: 周韶紅

技術領域

本發明屬于工業無線網絡通信技術，具體是一種工業無線網絡中數據冗余發送的方法。

背景技術

工業無線技術是一種面向設備間信息交互的無線通信技術，是對現有工業通信技術在工業應用方向上的功能擴展和提升，將引發傳統工業測控模式的變革，引領工業自動化系統向著低成本、高可靠、高靈活的方向發展。隨著無線熱潮的到來，工業無線通信技術得到快速發展。在工業無線網絡通信中，要求極高的可靠性，任何來自現場設備的數據丟失將會導致工業領域不可預知的事故，尤其是關鍵信息傳輸的不可靠，更將帶來災難性的后果。對于無線網絡，數據冗余是提高網絡通信可靠性的有效方法，國際工業無線網絡的兩種主要標準ISA-SP100和無線HART在它們發布的規范中主要研究MESH網絡的冗余功能，并未涉及到工業無線網絡星型網中數據冗余問題。

現有的無線網絡規范通常采用MESH網絡拓撲結構。MESH網絡的可靠性主要通過冗余路徑實現。MESH網絡中的路由互相連接，源路由與目的路由之間有多條通信路徑。當源路由檢測到當前路徑受到干擾或者出現故障時，可以選擇其它路徑冗余發送，但這種方式是被動的數據冗余發送方式，并沒有根據數據的特征進行選擇性的主動冗余發送。

在有線或者無線網絡中，為了保證數據的可靠性，通常采用數據重傳的方式。數據重傳是指源節點向目的節點發送數據，但在規定時間內源節點未收到目的節點發回的確認幀，則認為數據沒有正常發送，而重新發送數據來保證數據正確傳送的方法。但若是重要度很高的數據在傳送途中被篡改，目的節點收到已經被篡改的數據，發回確認幀，這時重傳機制不會啟動，但目的節點接收到的數據是不正確的數據，此時數據重傳機制不能保障數據傳輸的可靠性。

由于工業無線網絡應用的特殊性，它并不采用單一的網絡拓撲。若全網采用MESH結構，反而會增加系統管理和安全管理負擔，以及使資源的分配和通信調度問題變得更加復雜，因此在工業應用中，無線網絡采用MESH和星型相結合的雙層網絡拓撲結構，實現全網的集中式和分布式控制。星型網絡特點是結構簡單，數據傳輸方向確定，但可靠性不高。在星型網絡中，采用的是TDMA通信方式。每個現場設備由簇首分配一個簇內地址，對應一個簇內通信時隙，每個現場設備都在自己通信時隙到來時才能與簇首路由通信。若當前所要發送的數據在一個通信時隙內不能完成，則將至少延遲一個超幀的時間才能完成發送；若當前數據是關鍵數據，需要多次發送，以保證傳輸數據的正確性，原有的星型網絡數據傳輸機制將不能滿足。MESH網絡可以提供數據的冗余傳輸，保證數據的可靠性和及時性。但沒有區分信息的重要度，不能對數據有選擇性的進行冗余，而只能在數據傳送失敗后，根據冗余的路徑進行被動性的數據重傳。

發明內容

本發明的目的是基于以上現有技術存在的缺陷，試圖通過在星型網絡和MESH網絡上分別實現不同策略的數據冗余來解決工業無線網絡數據通信的可靠性問題。本發明利用在星型和MESH網絡中分別實現接入點時隙冗余和路由發送冗余，來實現不同數據不同冗余策略的動態冗余，保證關鍵數據的可靠性傳輸，提高整個網絡通信的可靠性。

本發明的另一個目的是針對應用在工業現場環境中的雙層拓撲結構不能防止數據在傳輸途中被篡改，不能保證長數據發送的實時性，不能對數據進行有區別的冗余發送，而無法保證通信可靠性的問題，提出一種工業無線網絡數據冗余的方法，能動態調節數據的冗余發送，從而保證通信的可靠性。

本發明的技術思路為，首先對星型網絡中數據的關鍵度Q進行檢測，實現對關鍵數據的冗余發送，再根據現場設備傳輸數據的數據重要度K和路由保存的冗余路由表數來確定數據發送的冗余度N，實現數據在MESH網絡的N冗余發送。

由于工業無線網絡采用MESH+STAR雙層拓撲結構，工業無線網絡數據冗余方法設計也分為MESH和星型兩個層次。在星型網絡層上主要采用接入點時隙冗余，MESH層上則主要采用路由發送冗余。兩個層次的數據冗余發送存在一定聯系，共同構成的工業無線網絡數據冗余方法保證了網絡數據傳輸的可靠性。接入點時隙冗余保證星型網絡中數據從現場設備到簇首的可靠性和及時性傳輸，同時為路由發送冗余數據提供了基礎和依據。路由發送冗余數據則保障了從簇首到網關的數據傳輸的可靠性。兩種方法緊密結合，從而提高整個工業無線網絡的可靠性和實時性。

本發明所述的工業無線網絡數據冗余方法，包括以下步驟：

(1)星型網絡中現場設備申請加入網絡，獲得1個網絡地址以及和網絡地址中簇內地址相對應的通信時隙；