[發(fā)明專利]一種基于多接入點(diǎn)的TDMA接入裝置及其接入方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210345480.6
• 申請(qǐng)日: 2012-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN103686756A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁煒;劉帥;張曉玲;楊雨沱;于海斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;H04W56/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;許宗富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具體地說(shuō)是一種基于多接入點(diǎn)的TDMA接入裝置及其接入方法。

背景技術(shù)

工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是繼現(xiàn)場(chǎng)總線之后，工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的又一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)，是降低工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)成本、提高應(yīng)用范圍的革命性技術(shù)，也是未來(lái)幾年工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品新的增長(zhǎng)點(diǎn)。工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用于惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，具有抗干擾能力強(qiáng)、能耗低、實(shí)時(shí)通信等技術(shù)特征，是對(duì)現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用方向上的功能擴(kuò)展和技術(shù)創(chuàng)新，并最終轉(zhuǎn)化為新的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸應(yīng)用于高速的工廠自動(dòng)化領(lǐng)域，成為繼面向過(guò)程自動(dòng)化的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，國(guó)際上無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的又一焦點(diǎn)。面向工廠自動(dòng)化的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，即工廠自動(dòng)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，不僅具有工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)低成本、易安裝、易維護(hù)的優(yōu)勢(shì)，而且能夠避免工廠設(shè)備因移動(dòng)導(dǎo)致的線纜易老化、線纜污染、滑環(huán)電力接觸易失敗等問(wèn)題。然而，工廠自動(dòng)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)面臨著更加苛刻的需求：（1）大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，要求支持百點(diǎn)至千點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量；（2）高通信速率，傳輸速率要求Mbit/s的量級(jí)；（3）高可靠性，端到端的傳輸成功率要求10e-9；（4）高實(shí)時(shí)性，端到端的通信延遲要求低于10ms。

基于工廠自動(dòng)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的上述需求，時(shí)分多路訪問(wèn)（TDMA，Time?Division?Multiple?Access）機(jī)制是工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)較為理想的機(jī)制訪問(wèn)控制（MAC，Medium?Access?Control）層的接入機(jī)制。究其原因在于：首先，工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)性能具有確定性要求；其次，受工業(yè)應(yīng)用環(huán)境的限制，現(xiàn)有大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)固定且常為層次性結(jié)構(gòu)；此外，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的數(shù)據(jù)大多具有周期性特征。

然而，采用TDMA機(jī)制的工廠自動(dòng)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中仍存在下述問(wèn)題：（1）由于無(wú)線介質(zhì)的開放性以及工業(yè)電磁干擾環(huán)境的特殊性，數(shù)據(jù)包傳輸有較大的不可控、不確定性，甚至多次重傳后也難以達(dá)到端到端的可靠性要求，特別是工廠自動(dòng)化應(yīng)用；（2）預(yù)先分配固定數(shù)目的重傳時(shí)隙實(shí)現(xiàn)高可靠性是工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最為常用的方法，然而實(shí)際中多數(shù)重傳時(shí)隙都得不到利用，導(dǎo)致資源利用率低，從而使得工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)難以容納大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)。

目前的工廠自動(dòng)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)多采用單接入點(diǎn)（AP，Access?Point）的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌堑膯蝹€(gè)AP成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。一旦單個(gè)AP出現(xiàn)故障，則網(wǎng)絡(luò)崩潰；此外，此外，工廠環(huán)境中有許多諸如機(jī)器人、軌道掛載設(shè)備、無(wú)人搬運(yùn)車（AGV，Automated?Guided?Vehicle）等移動(dòng)設(shè)備，從而要求對(duì)其監(jiān)控的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)能力。在這種應(yīng)用場(chǎng)合下，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可能移動(dòng)到與單個(gè)AP無(wú)法通信的區(qū)域，導(dǎo)致報(bào)文傳輸失敗，影響工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的可靠性。解決上述問(wèn)題的一種直觀而有效的方法是網(wǎng)絡(luò)中布設(shè)多個(gè)AP，其他站點(diǎn)可以與多個(gè)AP進(jìn)行通信。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中AP故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰的問(wèn)題，以及現(xiàn)有針對(duì)工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的TDMA方法無(wú)法同時(shí)滿足實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的實(shí)時(shí)性和可靠性需求的現(xiàn)狀，本發(fā)明引入多個(gè)接入點(diǎn)，提出一種基于多接入點(diǎn)的TDMA接入裝置及其接入方法。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于多接入點(diǎn)的TDMA接入裝置，包括站點(diǎn)STA、接入點(diǎn)AP、網(wǎng)關(guān)和控制器，其中STA在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及控制生產(chǎn)過(guò)程，STA與多AP接入裝置中的多個(gè)接入點(diǎn)AP無(wú)線連接；所述多個(gè)接入點(diǎn)AP與多AP接入裝置中的一個(gè)網(wǎng)關(guān)有線連接；所述多AP接入裝置用于將STA采集的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到控制器，將控制器的控制信息轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上的執(zhí)行器。

所述多個(gè)AP共用一個(gè)地址，并行工作。

所述多AP接入裝置包括：TDMA模塊、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議通信模塊、濾包模塊、緩存區(qū)管理模塊以及網(wǎng)絡(luò)管理模塊；其中，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議通信模塊采用UDP通信協(xié)議，用于轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)自于多個(gè)AP的數(shù)據(jù)包；濾包模塊連接用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議通信模塊，用于過(guò)濾多余的重復(fù)包；緩存區(qū)管理模塊連接用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議通信模塊和濾包模塊，用于管理存取緩存區(qū)；網(wǎng)絡(luò)管理模塊連接緩存區(qū)管理模塊，用于將數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)關(guān)；TDMA模塊連接用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議通信模塊和網(wǎng)絡(luò)管理模塊，用于組織TDMA超幀通信，包括ACK回復(fù)子模塊。

一種基于多接入點(diǎn)的TDMA接入裝置的接入方法，包括

令多AP接入裝置作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間源，STA利用多AP接入裝置廣播的信標(biāo)幀進(jìn)行時(shí)間同步；

將包含n個(gè)AP的多AP接入裝置分成k組，k為自然數(shù)，且1≤k≤n；