一種流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個設(shè)置在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域的工業(yè)無線節(jié)點、以及網(wǎng)絡(luò)體系和通訊鏈路，工業(yè)無線節(jié)點包括信道評估節(jié)點、以及信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點，其中：在網(wǎng)絡(luò)體系上，基于流程工業(yè)，流程工業(yè)的工藝過程包括一序列子工藝過程，由一個信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點和多個信道評估節(jié)點組成一個基于現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN的架構(gòu)，在每個子工藝過程設(shè)置一個或多個現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)，每個子工藝過程中的現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)感知該工藝過程的信道質(zhì)量，經(jīng)過信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點進行信息融合，并以ZigBee和WiFi數(shù)據(jù)幀格式對外發(fā)布。本發(fā)明實現(xiàn)了工業(yè)無線可用信道可用度排序，形成有序的信道集。
【專利說明】
一種流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)無線技術(shù)可以降低工業(yè)自動化系統(tǒng)部署和維護成本，一直是近年工業(yè)自動化領(lǐng)域的研究熱點，其中，對如何提高工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的可靠性方面的研究是重點也是難點。可靠通信是工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的首要和基本要求，然而，由于工業(yè)無線設(shè)備一般基于IEEE802.15.4，工作在I SM頻段，不可避免地存在來自WiF1、藍牙等設(shè)備的同頻干擾;在設(shè)備林立的工業(yè)現(xiàn)場，不同信道中的無線通信也不同程度地存在多徑和衰落。如何對通信信道進行有效評估，從而為信道選擇提供依據(jù)和基礎(chǔ)，在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)推廣應(yīng)用中至關(guān)重要。實際應(yīng)用中，對信道評估一般通過能量檢測等方法，判定某一(些)信道可用/不可用情況，然后確定可用信道集。在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中，我國一般采用2.4GISM頻段的16個信道，信道集中信道少，根據(jù)判定將不可用信道列入黑名單，或者將可用信道列入白名單，會進一步減少可用信道集中信道數(shù)量。實際上，信道都具有一定的可靠度(可用度)，簡單判定信道可用/不可用，會浪費信道資源，應(yīng)該根據(jù)信道可用度進行排名，按使用需求依次選用，最大可能利用信道。
[0003]目前，工業(yè)無線系統(tǒng)中由工業(yè)自動化裝置不同程度地完成信道評估，還沒有獨立的信道評估系統(tǒng)，這在幾個方面帶來不利:I)工業(yè)自動化系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備一般通信能力和數(shù)據(jù)處理能力有限，不利于信道評估;2)工業(yè)自動化系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備主要關(guān)注測控等方面性能，難以在通信和數(shù)據(jù)處理上提供更多資源，進一步弱化系統(tǒng)評估能力；3)信道評估不同程度占用工業(yè)自動化裝置寶貴的通信和運算資源。本發(fā)明針對流程工業(yè)，提供一種獨立的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，系統(tǒng)由多個工業(yè)無線節(jié)點組成，可以按需靈活部署在工業(yè)無線系統(tǒng)工作區(qū)域，各個節(jié)點通過頻譜感知，對信道集中信道按照可用度進行排序，然后進行加權(quán)融合，形成有序的信道集，為系統(tǒng)高效使用信道資源提供基礎(chǔ)和條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對傳統(tǒng)的流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)白名單或黑名單使用信道帶來的信道集中信道數(shù)量不足、信道不能有效利用等問題，本發(fā)明提供一種工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，實現(xiàn)工業(yè)無線可用信道可用度排序，形成有序的信道集，為系統(tǒng)高效使用信道資源提供基礎(chǔ)和條件。
[0005]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
一種流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個設(shè)置在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域的工業(yè)無線節(jié)點、以及網(wǎng)絡(luò)體系和通訊鏈路，所述工業(yè)無線節(jié)點包括信道評估節(jié)點、以及信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點，其中:
在所述網(wǎng)絡(luò)體系上，基于流程工業(yè)，所述流程工業(yè)的工藝過程包括一序列子工藝過程，各個子工藝過程設(shè)置在一片相對獨立的區(qū)域，由一個信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點和多個信道評估節(jié)點組成一個基于現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN的架構(gòu)，在每個子工藝過程設(shè)置一個或多個現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)，每個子工藝過程中的現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)感知該工藝過程的信道質(zhì)量，經(jīng)過信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點進行信息融合，并以ZigBee和WiFi數(shù)據(jù)幀格式對外發(fā)布；在所述通信鏈路上，其包括主通訊鏈路和冗余通訊鏈路，所述主通訊鏈路上設(shè)有多個主通信節(jié)點，所述冗余通訊鏈路上設(shè)有冗余通信節(jié)點，所述主通信節(jié)點間設(shè)有兩個通信時隙，所述冗余通信節(jié)點與其前后跳主通信節(jié)點間設(shè)有一個通信時隙，形成基于TDMA的多跳低功率二冗余通信鏈路。
[0006]進一步的，所述流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)各個現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN之間具有一定的次序和邏輯關(guān)系。
[0007]進一步的，采用所述ZigBee和WiFi數(shù)據(jù)幀格式對外發(fā)布時，以ZigBee數(shù)據(jù)幀格式發(fā)布信息遵循ModBus/RTU協(xié)議，WiFi通信中支持嵌入式Webserver，現(xiàn)場儀表通過標(biāo)準的ModBus/RTU協(xié)議獲取有序的信道集信息，或是訪問嵌入式Webserver獲取有序的信道集信息。
[0008]進一步的，所述信道評估節(jié)點基于IEEE802.15.4進行無線通信，并采用MC13213，設(shè)置于工業(yè)現(xiàn)場。
[0009]進一步的，所述信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點基于MC13213和ESP8266芯片，設(shè)置有兩種無線通信前端，該無線通信前端包括基于IEEE802.15.4的通信前端和WiFi通信前端，信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點設(shè)置在控制室，用于周期地感知所在區(qū)域各個信道信息，按可靠度進行信道排序。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明實現(xiàn)了工業(yè)無線可用信道可用度排序，形成有序的信道集，為系統(tǒng)高效使用信道資源提供基礎(chǔ)和條件，克服了傳統(tǒng)方案的不足。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系圖；
圖2為本發(fā)明基于TDMA的多跳低功率二冗余通信鏈路圖；
圖3為本發(fā)明信道評估節(jié)點一種實現(xiàn)方式圖；
圖4為本發(fā)明信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點一種實現(xiàn)方式圖。
【具體實施方式】
[0012]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本發(fā)明。
[0013]—種流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個設(shè)置在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域的工業(yè)無線節(jié)點、以及網(wǎng)絡(luò)體系和通訊鏈路，所述工業(yè)無線節(jié)點包括信道評估節(jié)點、以及信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點，其中:
如圖1所示，在所述網(wǎng)絡(luò)體系上，基于流程工業(yè)，所述流程工業(yè)的工藝過程包括一序列子工藝過程，各個子工藝過程設(shè)置在一片相對獨立的區(qū)域，由一個信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點和多個信道評估節(jié)點組成一個基于現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN的架構(gòu)，在每個子工藝過程設(shè)置一個或多個現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)，每個子工藝過程中的現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)感知該工藝過程的信道質(zhì)量，經(jīng)過信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點進行信息融合，并以ZigBee和WiFi數(shù)據(jù)幀格式對外發(fā)布；
如圖2所示，在所述通信鏈路上，其包括主通訊鏈路和冗余通訊鏈路，所述主通訊鏈路上設(shè)有多個主通信節(jié)點，所述冗余通訊鏈路上設(shè)有冗余通信節(jié)點，所述主通信節(jié)點間設(shè)有兩個通信時隙，所述冗余通信節(jié)點與其前后跳主通信節(jié)點間設(shè)有一個通信時隙，形成基于TDMA的多跳低功率二冗余通信鏈路，一般地，流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)通信周期分為周期性調(diào)度、非周期性調(diào)度和空閑時間三個部分，本評估系統(tǒng)通信設(shè)置在空閑時間部分，采用基于TDMA的調(diào)度方式，以減少信道評估節(jié)點的能耗;為減少信道評估系統(tǒng)無線通信對原有無線網(wǎng)絡(luò)干擾，以及降低信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點發(fā)射功率，采用多跳鏈路進行通信，為彌補降低發(fā)射功率降低通信可靠性的影響，通信鏈路設(shè)計上采用該二冗余通信，大幅提高通信可靠性。
[0014]所述流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)各個現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN之間具有一定的次序和邏輯關(guān)系。
[0015]采用所述ZigBee和WiFi數(shù)據(jù)幀格式對外發(fā)布時，以ZigBee數(shù)據(jù)幀格式發(fā)布信息遵循ModBus/RTU協(xié)議，WiFi通信中支持嵌入式Webserver，現(xiàn)場儀表通過標(biāo)準的ModBus/RTU協(xié)議獲取有序的信道集信息，或是訪問嵌入式Webserver獲取有序的信道集信息。
[0016]如圖3所示，所述信道評估節(jié)點基于IEEE802.15.4進行無線通信，并采用MC13213，擴展基本的外圍電路，包括電源電路、晶振電路、復(fù)位電路和天線電路，設(shè)置于工業(yè)現(xiàn)場。
[0017]如圖4所示，所述信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點基于MC13213和ESP8266芯片，設(shè)置有兩種無線通信前端，該無線通信前端包括基于IEEE802.15.4的通信前端和WiFi通信前端，信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點設(shè)置在控制室，用于周期地感知所在區(qū)域各個信道信息，按可靠度進行信道排序信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點采用24V直流供電，部署在控制室，信道評估節(jié)點周期地感知所在區(qū)域各個信道情況，按可靠度進行信道排序，ESP8266采用802.11 b/g/n固件，擴展基本的外圍電路，包括電源電路、晶振電路、Flash和天線電路，既形成W1-Fi網(wǎng)絡(luò)解決方案。
[0018]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括多個設(shè)置在工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)工作區(qū)域的工業(yè)無線節(jié)點、以及網(wǎng)絡(luò)體系和通訊鏈路，其特征在于，所述工業(yè)無線節(jié)點包括信道評估節(jié)點、以及信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點，其中: 在所述網(wǎng)絡(luò)體系上，基于流程工業(yè)，所述流程工業(yè)的工藝過程包括一序列子工藝過程，各個子工藝過程設(shè)置在一片相對獨立的區(qū)域，由一個信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點和多個信道評估節(jié)點組成一個基于現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN的架構(gòu)，在每個子工藝過程設(shè)置一個或多個現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)，每個子工藝過程中的現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN架構(gòu)感知該工藝過程的信道質(zhì)量，經(jīng)過信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點進行信息融合，并以ZigBee和WiFi數(shù)據(jù)幀格式對外發(fā)布； 在所述通信鏈路上，其包括主通訊鏈路和冗余通訊鏈路，所述主通訊鏈路上設(shè)有多個主通信節(jié)點，所述冗余通訊鏈路上設(shè)有冗余通信節(jié)點，所述主通信節(jié)點間設(shè)有兩個通信時隙，所述冗余通信節(jié)點與其前后跳主通信節(jié)點間設(shè)有一個通信時隙，形成基于TDMA的多跳低功率二冗余通信鏈路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，其特征在于，所述流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)各個現(xiàn)場子網(wǎng)絡(luò)FN之間具有一定的次序和邏輯關(guān)系。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，其特征在于，采用所述ZigBee和WiFi數(shù)據(jù)幀格式對外發(fā)布時，以ZigBee數(shù)據(jù)幀格式發(fā)布信息遵循ModBus/RTU協(xié)議，WiFi通信中支持嵌入式Webserver，現(xiàn)場儀表通過標(biāo)準的ModBus/RTU協(xié)議獲取有序的信道集信息，或是訪問嵌入式Webserver獲取有序的信道集信息。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，其特征在于，所述信道評估節(jié)點基于IEEE802.15.4進行無線通信，并采用MC13213，設(shè)置于工業(yè)現(xiàn)場。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流程工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)信道評估系統(tǒng)，其特征在于，所述信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點基于MC13213和ESP8266芯片，設(shè)置有兩種無線通信前端，該無線通信前端包括基于IEEE802.15.4的通信前端和WiFi通信前端，信息融合與信道序列發(fā)布節(jié)點設(shè)置在控制室，用于周期地計算區(qū)域各個信道信息，按可靠度進行信道排序。
【文檔編號】H04W72/12GK106028383SQ201610451208
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】許洪華, 陳彩蓮, 關(guān)新平
【申請人】蘇州科技大學(xué)