一種符合ISA100.11a標(biāo)準(zhǔn)的骨干路由裝置和路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種符合ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)的骨干網(wǎng)路由裝置及骨干路由方法，屬于 工業(yè)無線傳感網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)作為工業(yè)無線傳感網(wǎng)的=大標(biāo)準(zhǔn)之一，正在改變著工業(yè)現(xiàn)場應(yīng) 用。ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲，如星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、Mesh網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等。星 型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，容易實現(xiàn)，實時性高，但僅限單跳范圍。Mesh網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)雖然可W提高 終端設(shè)備之間的通信可靠性，但設(shè)備需要較復(fù)雜的路由協(xié)議支持，消耗更多的軟硬件資源， 而且會增加數(shù)據(jù)的傳輸延遲，該又是傳感器網(wǎng)絡(luò)最致命的缺陷。為了擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積而 不帶來其他問題，該標(biāo)準(zhǔn)同時又引入了骨干網(wǎng)。根據(jù)ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)描述，骨干網(wǎng)是一個 高速的網(wǎng)絡(luò)，可W減小數(shù)據(jù)傳輸時延，所有現(xiàn)場終端設(shè)備可通過骨干路由裝置接入骨干網(wǎng)， 現(xiàn)場終端設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)為化子網(wǎng)?；泳W(wǎng)和骨干網(wǎng)就組成了 ISA100. 11a網(wǎng)絡(luò)，如圖1 所示。
[0003] ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)中沒有對骨干網(wǎng)絡(luò)做出明確要求，但骨干路由裝置是 ISA100. 11a網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)備，既要能夠和無線終端進行通信，又能夠和系統(tǒng)管理器、網(wǎng)關(guān) 設(shè)備通信。當(dāng)化子網(wǎng)終端設(shè)備之間傳輸通信機制采用10ms為一個時隙進行調(diào)度時，骨干 路由裝置要在必須滿足10ms的定時調(diào)度的基礎(chǔ)上，還要和網(wǎng)關(guān)設(shè)備、其他骨干網(wǎng)設(shè)備的通 信盡可能保持實時傳輸。
[0004] 目前，國際上主流無線傳感網(wǎng)科技公司推出的符合ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)均為 將網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)管理器和骨干路由裝置運行在一個處理器模塊上，即一體機的模式，未實現(xiàn)可 擴展的骨干網(wǎng)絡(luò)?；谠摌拥谋尘?，發(fā)明一種符合ISA100. 11a協(xié)議要求的骨干路由裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供了一種符合ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)的骨干路由裝置和路由方法， 最大限度的發(fā)揮該標(biāo)準(zhǔn)中骨干網(wǎng)的優(yōu)勢，從而帶來網(wǎng)絡(luò)易擴展、終端設(shè)備傳輸效率高等優(yōu) 勢，可W更好的發(fā)揮無線傳感網(wǎng)系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用。
[0006] 骨干路由裝置與終端設(shè)備進行通信，并將符合ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)的帖轉(zhuǎn)換成符合 IPv6格式的數(shù)據(jù)包。同時骨干路由裝置具有與網(wǎng)關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)管理器和其他骨干路由裝置 進行通信的功能?？紤]到要保證和化子網(wǎng)中終端設(shè)備的固定時隙調(diào)度，采用分布式的設(shè)計 思想，即將無線通信的協(xié)議找功能通過無線電傳輸模塊來實現(xiàn)；需要進行骨干網(wǎng)數(shù)據(jù)包接 收解析和封裝發(fā)送的功能通過路由模塊來實現(xiàn)。該樣保證了化子網(wǎng)中的10ms時隙調(diào)度的 實時性和準(zhǔn)確性。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種符合ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)的骨干路由裝置，其特征是；骨 干路由裝置由無線電傳輸模塊和路由模塊組成，無線電傳輸模塊包括射頻模塊、微處理器 模塊和本地接口模塊；路由模塊包括本地接口模塊、微處理器模塊和網(wǎng)絡(luò)接口模塊。
[000引無線電傳輸模塊實現(xiàn)與化子網(wǎng)的終端設(shè)備通信的功能。主要完成無線帖收發(fā)，并 和路由模塊進行通信；無線通信采用2. 4G帶寬，滿足IE邸802. 15. 4協(xié)議要求。
[0009] 路由模塊實現(xiàn)化子網(wǎng)的終端設(shè)備骨干路由和IPv6數(shù)據(jù)包封裝解析的功能。通過 網(wǎng)絡(luò)接口模塊和網(wǎng)關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)管理器和其他骨干路由裝置進行數(shù)據(jù)包傳輸。
[0010] 網(wǎng)絡(luò)接口模塊通過Socket傳輸機制發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的格式采用 IPv6版本協(xié)議。
[ocm] 本地接口模塊采用UART串行接口，能夠滿足兩個模塊間的通信要求。
[0012] 在微處理器上運行協(xié)議找軟件，該協(xié)議找軟件主要包括DMAP模塊、A化模塊、化模 塊、化模塊、U-Link模塊、化模塊和IEEE 802. 15. 4 MAC模塊。
[0013] 射頻模塊實現(xiàn)IE邸802. 15. 4物理層功能。
[0014] 一種符合ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)的骨干路由方法，其特征在于所述路由方法包括骨干 路由裝置入網(wǎng)過程和骨干路由轉(zhuǎn)發(fā)過程，
[0015] 其中骨干路由裝置入網(wǎng)過程如下；骨干路由裝置上電初始化后，由無線電傳輸模 塊中的DMAP模塊發(fā)起入網(wǎng)請求，通過U-1 ink模塊將數(shù)據(jù)帖發(fā)送給路由模塊；當(dāng)路由模塊接 收到入網(wǎng)請求后，先給無線電傳輸模塊回復(fù)ACK帖，并進行IPv6數(shù)據(jù)包封裝，封裝完成后再 通過網(wǎng)絡(luò)接口 W Socket機制發(fā)送給系統(tǒng)管理器；
[0016] 當(dāng)路由模塊接收到來自系統(tǒng)管理器的入網(wǎng)響應(yīng)數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)包解析分段后通過 串口模塊送給無線電傳輸模塊的U-Link模塊；U-1 ink模塊對接收的帖進行解析后，再送給 協(xié)議找的化層模塊，最終由DMAP模塊進行響應(yīng)處理，完成入網(wǎng)過程；
[0017] 所述骨干路由轉(zhuǎn)發(fā)過程如下：骨干路由裝置入網(wǎng)完成后，無線電傳輸模塊通過射 頻模塊按照分配的時隙周期性發(fā)送廣播帖，并在固定時隙接收數(shù)據(jù)帖；當(dāng)射頻模塊接收到 來自化子網(wǎng)的終端設(shè)備的帖后，送給化模塊，化模塊進行目標(biāo)地址判斷，如果目標(biāo)地址為 該骨干路由裝置，則將數(shù)據(jù)帖送給化模塊，進行協(xié)議找內(nèi)部處理；如果目標(biāo)地址為系統(tǒng)管 理器或網(wǎng)關(guān)等其他設(shè)備，則將數(shù)據(jù)帖送給U-link模塊，U-link模塊再通過本地接口將數(shù)據(jù) 帖送給路由模塊；路由模塊接收后先回復(fù)ACK帖，再進行數(shù)據(jù)帖解析判斷；如果數(shù)據(jù)帖是分 段的數(shù)據(jù)，則先將數(shù)據(jù)緩存；當(dāng)接收到其余分段數(shù)據(jù)后，進行重組，并封裝成符合IPv6格式 的數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送；否則，直接將數(shù)據(jù)帖進行封裝并通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送；
[001引當(dāng)路由模塊接收到來自骨干網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，進行解析，判斷目標(biāo)地址是否為該骨干 路由裝置的地址；如果不是，則進行骨干路由轉(zhuǎn)發(fā)；否則，進行化子網(wǎng)數(shù)據(jù)分發(fā)過程；判斷 該數(shù)據(jù)包是否需要分段，如果需要分段，則進行分段處理，再封裝成符合ISA100. 11a協(xié)議 的數(shù)據(jù)帖，通過本地接口送給無線電模塊；否則直接封裝數(shù)據(jù)帖送給無線電模塊，該樣完成 骨干路由轉(zhuǎn)發(fā)的過程。
[0019] 發(fā)明效果
[0020] 本發(fā)明提出一種符合ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)的骨干路由裝置，在具有骨干網(wǎng)情況下，有 效的解決了在維護化子網(wǎng)運行的同時保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性的問題。通過該 裝置，可W容易實現(xiàn)骨干路由網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備擴展，提高工業(yè)傳感網(wǎng)的應(yīng)用規(guī)模和范圍。
【附圖說明】
[0021] 圖1是ISA100. 11a標(biāo)準(zhǔn)中具有骨干路由裝置的網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。
[0022] 圖2是骨干路由裝置硬件模塊示意圖。
[0023] 圖3是骨干路由裝置軟件模塊示意圖。
[0024] 圖4是骨干路由裝置入網(wǎng)過程信令圖。
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