[發明專利]一種流量自適應的工業無線WIA-PA網絡成簇方法

在審

• 申請號: 201410709079.5
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104469854A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王恒;王平;肖開;夏樞洋;代蜀梅
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W28/10
• 分類號: H04W28/10
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明屬于工業無線網絡通信技術領域，具體涉及一種流量自適應的工業無線WIA-PA網絡成簇方法。

背景技術

工業無線三大標準之一WIA-PA，是基于IEEE?802.15.4標準的用于工業過程測量、監視與控制的無線網絡通信系統，是對現有工業無線通信技術在工業現場應用方向上的功能擴展，將引領工業無線自動化系統向著低成本、高可靠與高靈活的方向發展。隨著工業無線通信技術的發展，工業無線網絡通信技術逐漸被應用到工業現場，解決了工業現場布線困難、安裝成本高以及工作人員維護任務難等問題。我國擁有自主知識產權的WIA-PA技術成為國際標準，是對改變我國工業自動化產業發展模式的有益探索和嘗試，為我國在工業化與信息化的融合工作中提供了一種新的高端技術解決方案，標志著我國在工業無線通信領域已經躋身世界前列。

現有的工業無線WIA-PA網絡在部署組網過程中，一般采用兩種方式：一是手動指定方式，二是自動形成方式。手動指定方式簡單方便，但缺乏靈活性，在現場環境進行組網部署時缺乏自適應性，也不適合大規模網絡。自動形成方式是目前的主流方式，但這種方式下的工業無線WIA-PA網絡在實際組網部署時，簇首的選擇一般通過RSSI或LQI等鏈路質量信息來進行決策。在實際應用中發現，工業無線WIA-PA網絡若僅依靠RSSI或LQI等鏈路質量信息進行組網，容易造成網絡中簇成員節點集中于某些鏈路質量最好的簇首，進而導致網絡內各簇首間傳輸的數據流量不均勻，降低了網絡整體的數據吞吐量，影響WIA-PA網絡的傳輸性能。

發明內容

針對上述WIA-PA網絡實際部署過程中導致的簇首流量分布不均勻的問題，本發明的目的在于創新性的提出了一種流量自適應的工業無線WIA-PA網絡成簇方法，該方法在通信范圍內有多個滿足鏈路質量基本要求的簇首節點存在的前提下，系統管理器依據優化策略為待入網設備指定周期性數據流量最小的簇首，實現對WIA-PA網絡內各簇首流量分布的調節和控制，解決部分簇首下節點過于集中的問題，提高了網絡的整體傳輸性能。本發明的技術方案如下：

一種流量自適應的工業無線WIA-PA網絡成簇方法，其包括以下步驟：

101、待入網設備在網絡發現階段，掃描信道并捕獲其通信范圍內的在網簇首發出的信標幀，將所述鏈路質量≥N1的信標幀對應的不同簇首的地址信息生成為簇首統計列表；

102、待入網設備在步驟101獲得的簇首統計列表中隨機選擇一個簇首作為該設備入網階段的代理簇首；

103、待入網設備向步驟102選擇的代理簇首發送改進的連接請求命令，連接請求命令包括掃描獲得的簇首統計信息；代理簇首收到連接請求命令后，代理簇首根據連接請求命令的信息構造改進的入網請求并發送給系統管理器；

104、系統管理器根據改進的入網請求中的簇首統計信息查找各個簇首的超幀調度信息，根據簇首已有的超幀調度信息，計算獲得網內周期性數據流量最小的簇首節點；

105、系統管理器判斷步驟104計算獲得的最小的簇首是否是該入網設備的代理簇首，如果是，則系統管理器返回改進型加入響應給代理簇首，響應幀載荷的指定簇首短地址域為代理簇首短地址，跳至步驟106；否則，由系統管理器指定該計算獲得的周期性數據流量最小的簇首作為入網設備的最終簇首，先將待入網設備的設備信息作為簇成員指定命令幀載荷的一部分發送給該指定簇首，指定簇首收到系統管理器發送的包含待入網設備的設備信息的簇成員指定命令后，則將載荷中的待入網設備的設備信息加入自己的簇成員列表中；再將指定簇首短地址作為改進型加入響應命令幀載荷的一部分，返回給代理簇首，代理簇首收到系統管理器發送的包含指定簇首短地址的改進型加入響應，則構造改進型連接響應發送給待入網設備，連接響應幀的載荷中包含指定簇首的地址信息，發送完成后即完成此次代理入網職能，并解除與待入網設備的代理關系，跳轉至步驟107；

106、代理簇首收到改進型加入響應，且指定簇首為代理簇首，則該代理簇首成為入網設備的最終簇首，構造改進型連接響應按照WIA-PA標準規定的傳輸過程返回給待入網設備，待入網設備成為代理簇首的簇成員，完成入網過程；

107、待入網設備收到代理簇首的改進型連接響應，將指定簇首作為自己的最終簇首，成為該簇首的簇成員節點，完成該設備的入網過程。

進一步的，步驟104中調度信息的簇首的周期性數據流量的具體表示如下：

201、將簇首周期性數據流量表示為單位時間內簇首節點在信標幀階段、簇內通信階段和簇間通信階段發送和接收的數據量的總和：