用于无线网状网络通信的装置和方法
【专利摘要】一种在无线网状网络中使用的便携式设备，包括无线电装置，无线电装置构造成发送和接收至联接到机器的一个或多个网络节点的信号。便携式设备还包括通信接口，通信接口联接到无线电装置，通信接口构造成联接到计算装置，计算装置包括联接到输入接口的处理器。
【专利说明】用于无线网状网络通信的装置和方法
【技术领域】
[0001]本文描述的实施例一般地涉及无线通信，更具体地涉及用于与无线网状网络中的节点进行通信的方法和装置。
【背景技术】
[0002]很多已知通信网络构造成无线网状网络(WMN)。至少某些已知WMN包括以网状拓扑组织的多个无线节点。此外，至少某些已知WMN是使用电气和电子工程师协会标准802.16?的无线宽带网络，有时称作W1-Fi网络。某些这种W1-Fi网络可以以超过10兆比特每秒(Mbits / sec)传输大量信息，并且在超过2.4千兆赫(GHz)的频率范围内操作。经常，这种W1-Fi网络使用全向天线、定向天线或其组合，并且已知具有例如超过400毫安(mA)每网络设备的相对高的电流消耗率。
[0003]此夕卜，至少某些已知WMN使用ZigBee?规范、WirelessHART?标准或者
ISA100.1la标准，这是由于所有这些都基于用于低速无线网络的IEEE标准802.15.4?。但是，这些低速无线网络一般仅传输相对少量的信息，例如约250千比特每秒(Kbits / sec)或更低。此外，这些低速无线网络利用约2.4千兆赫(GHz)或更低的频率进行操作。此外，这些低速无线网络与W1-Fi网络相比具有相对低的电流消耗率，例如低于50mA每网络设备。相应地，低速无线网络一般地是更昂贵的W1-Fi网络的不复杂且成本有效的替代物，并且一般用于网络流量通常限于传感器信息的工业设施中。
[0004]无线硬件的已知危险区域认证会限制无线硬件的通信、显示和用户交互能力。此夕卜，在大型装备中，可能难以对已知WMN的单独节点(例如无线硬件)进行定位。相应地，需要与无线网状网络中的无线硬件交互、从该无线硬件检索信息和定位该无线硬件的装置和方法，以增强无线网状网络的功能。
【发明内容】
[0005]一种在无线网状网络中使用的便携式设备包括无线电装置，无线电装置构造成发送和接收至联接到机器的一个或多个网络节点的信号。便携式设备还包括通信接口，通信接口联接到无线电装置，通信接口构造成联接到计算装置，计算装置包括联接到输入接口的处理器。
[0006]在另一方面，提供一种监测系统。该监测系统包括计算装置和无线网状网络。无线网状网络包括至少一个网络节点和便携式设备。便携式设备包括构造成发送和接收至该至少一个网络节点的信号的无线电装置和联接到无线电装置的通信接口。通信接口构造成联接到计算装置。
[0007]在另一方面，提供一种操作网络的方法。该方法包括:提供在具有联接到机器部件的一个或多个网络节点的无线网状网络中使用的便携式设备。该设备包括构造成发送和接收至一个或多个网络节点的信号的无线电装置，联接到无线电装置的通信接口，和联接到通信接口的计算装置。该方法还包括操控计算装置以使得无线电装置将定位器信号发送到一个或多个网络节点。该方法还包括基于来自由定位器信号触发的一个或多个网络节点的可听或视觉线索来定位一个或多个网络节点。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]通过参照下列描述并接合附图可以更好地理解本文描述的实施例。
[0009]图1是可以用于监测和/或控制机器和/或网络设备的操作的示例性计算装置的框图。
[0010]图2是包括机器控制器和设施控制器的示例性监测系统的框图。
[0011]图3是可以与图2中所示的监测系统一起使用的示例性网络的示意图。
[0012]图4是可以与图2中所示的监测系统一起使用的示例性网络的示意图。
[0013]图5是可以用于操作图2和图3中所示的网络的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]图1是可以用于监测和/或控制机器(图1中未示出)的操作的示例性计算装置105的框图。在某些实施例中，计算装置105是数据收集装置。计算装置105包括存储装置110和可操作地联接到存储装置110以执行指令的处理器115。在某些实施例中，可执行指令存储在存储装置110中。通过对处理器115进行编程，计算装置105可构造成执行本文描述的一种或多种操作。例如，可以通过将操作编码成一个或多个可执行指令并且将可执行指令提供到存储装置110中，来对处理器115进行编程。处理器115可以包括一个或多个处理单元(例如，呈多核构造)。
[0015]在示例性实施例中，存储装置110是能够存储和检索信息(例如可执行指令和/或其他数据)的一个或多个装置。存储装置110可以包括一个或多个计算机可读介质，例如但不限于，随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、固态盘、硬盘、只读存储器(ROM)、可擦可编程ROM(EPROM)、电可擦可编程ROM(EEPROM)、和/或非易失性RAM(NVRAM)存储器。上述存储器类型仅是示例，因此并不限制用于存储计算机程序的存储器的类型。
[0016]此外，如本文使用的，术语“软件”和“固件”可互换，并且包括存储在存储器中由个人计算机、工作站、客户端和服务器执行的任意计算机程序。
[0017]存储装置110可以构造成存储操作测量结果，包括但不限于，振动读数、场电压和电流读数、场参考设定点、定子电压和电流读数、转子速度读数、维护任务、和/或任意其他类型的数据。在某些实施例中，处理器115根据数据的存放时间从存储装置110移除或“排出”数据。例如，处理器115可以覆盖与后续时间和/或事件相关联的先前记录并存储的数据。附加地或可替换地，处理器115可以移除超过预定时间间隔的数据。
[0018]在某些实施例中，计算装置105包括联接到处理器115的表示接口 120。表示接口120向用户125表示出信息，例如用户界面和/或警报。例如，表示接口 120可以包括显示适配器(未示出)，显示适配器可以联接到显示装置(未示出)，例如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(IXD)、有机LED(OLED)显示器、和/或“电子墨水”显示器。在某些实施例中，表示接口 120包括一个或多个显示装置。附加地或可替换地,表示接口 120可以包括音频输出装置(未示出)(例如音频适配器和/或扬声器)和/或打印机(未示出)。[0019]在某些实施例中，计算装置105包括用户输入接口 130。在示例性实施例中，用户输入接口 130联接到处理器115并接收来自用户125的输入。用户输入接口 130可以包括例如键盘、指点设备、鼠标、触控笔、触敏控制板(例如触摸板或触摸屏)、陀螺仪、加速度计、位置检测器、和/或音频输入接口(例如包括麦克风)。单一部件(例如触摸屏)可以起到具有表示接口 120和用户输入接口 130两者的显示装置的作用。
[0020]通信接口 135联接到处理器115，并且构造成联接成与一个或多个其他装置(例如传感器或其他计算装置105)通信并且执行相对于这些装置的输入和输出操作。例如，通信接口 135可以包括但不限于有线网络适配器、无线网络适配器、移动通信适配器、串行通信适配器和/或并行通信适配器。通信接口 135可以从一个或多个远程装置接收数据和/或将数据传输到一个或多个远程装置。例如，一个计算装置105的通信接口 135可以向另一计算装置105的通信接口 135发出警报。
[0021]表示接口 120和/或通信接口 135两者都能够提供适合与本文描述的方法一起使用的信息(例如至用户125或另一装置)。相应地，表示接口 120和通信接口 135可以称作输出装置。类似地，用户输入接口 130和通信接口 135能够接收适合与本文描述的方法一起使用的信息，并且可以称作输入装置。
[0022]图2是可以用于监测和/或操作机器204的示例性系统200的框图。在某些实施例中，系统200是数据采集系统(DAS)和/或监视控制和数据采集系统(SCADA)。机器204可以是用于任意工业过程的任意工业设备，包括但不限于化学过程反应器、余热蒸汽发生器、蒸汽涡轮机、燃气涡轮机、压缩机、泵、电动机、开关站断路器和开关站变压器。在示例性实施例中，机器204是更大的集成工业设施208的一部分。设施208可以包括但不限于多个机器204。此外，在示例性实施例中，系统200包括通过网络220通信联接在一起的机器控制器210和设施控制器215。
[0023]在示例性实施例中，网络220是无线电网状网络，或者更具体地为低速无线网状网络(WMN)。网络220可以使用ZigBee?规范(ZigBee?是位于美国加利福尼亚州San
Ramon的ZigBee Alliance的注册商标)、基于可寻址远程传感器高速通道(HAR"T'_)协议的WirelessHART?标准(WirelessHART?是位于美国德克萨斯州Austin的HARTCommunication Foundation 的注册商标)、ISA100.lla(由 International Society ofAutomation, Research Triangle Park, NC开发的用于自动化的无线系统)和/或基于电气和电子工程师协会(IEEE)标准802.15.4? (IEEE标准802.15.4?是位于美国新泽西州Piscataway的IEEE Standards Association的商标)的任何其他通信标准。可替换地，网络220可以使用使得系统200能够起到本文描述的作用的任意网状网络标准、规范和/或协议，例如IEEE标准802.16TM。
[0024]低速无线网络220传输相对少量的信息，例如大约或者小于250千比特每秒(Kbits / sec)并且在例如大约或小于2.4GHz的频率下传输信息。网络220的实施例可以包括但不限于互联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线LAN(WLAN)、和/或虚拟专用网络(VPN)。尽管下文参照具体计算装置105来描述某些操作，但是可以想到任意计算装置105可以执行一个或多个所述操作。例如，控制器210和控制器215可以执行下面的所有操作。
[0025]参照图1和图2，在示例性实施例中，机器控制器210和设施控制器215是计算装置105。此外，每个计算装置105通过通信接口 135联接到网络220。在可替换实施例中，控制器210与控制器215集成一体。
[0026]控制器210与第一操作者225 (例如通过用户输入接口 130和/或表示接口 120)交互。例如，控制器210可以向操作者225表不与机器204有关的信息,例如警报。设施控制器215与第二操作者230 (例如通过用户输入装置130和/或表示接口 120)交互。例如，设施控制器215可以向第二操作者230表示警报和/或维护任务。如本文使用的，术语“操作者”包括与操作和维护设施208相关的任何身份的任意人员，包括但不限于移位操作人员、维修技术员和设施主管。
[0027]机器204包括与网络220通信的一个或多个监测传感器235。在示例性实施例中，监测传感器235收集操作测量结果，包括但不限于振动读数、场电压和电流读数、场参考设定点、定子电压和电流读数、转子速度读数、维护任务、和/或任意其他类型的数据。监测传感器235重复地(例如，周期性地、连续地和/或根据要求)传输当前时刻的操作测量结果读数。附加地，监测传感器235可以传输心跳信号以指示操作状态(例如，通电、故障状态、正常操作状态等)。这些数据沿着网络220传输并且可以由能够访问网络220的任意设备(包括但不限于台式计算机、笔记本计算机和个人数字助理(PDA)(都未示出))访问。传输可以选择性地指向与网络220通信的任意计算装置105 (例如设施控制器215或控制器210)。
[0028]设施208可以包括与监测传感器235类似的附加监测传感器(未示出)，该附加监测传感器收集与设施208的剩余部分相关的操作数据测量结果，包括但不限于来自冗余机器204的数据和设施环境数据(包括但不限于局部风速、局部风矢量和局部外部温度)。
[0029]图3是网络220的示意图。在示例性实施例中，网络220包括多个节点265，这些节点265各自可使用唯一地址单独寻址。每个节点265可以起到消息发起端、中继器和/或消息接收端的作用。当执行消息发起端的作用时，节点265产生数据消息，包括但不限于目的地址和数据负载。目的地址是一个或多个预定节点的唯一地址。数据负载可以包括传感器测量数据、心跳消息、网络/传感器配置消息、控制命令、和/或任意数据消息。数据消息使用网络220从消息发起端经过中继器(如有必要)转发到一个或多个消息接收端，中继器能够将数据消息路由至数据消息的目的地址。网络220包括网关装置250，其中装置250是能够如本文所述在网络220实现通信的任意网关装置(即，是网络220内的节点)，包括但不限于路由器、调制解调器、USB适配器和交换机。在示例性实施例中，每个计算装置105通过通信接口 135联接到网络220，通信接口 135联接到网关装置250。可替换地，计算装置105可以通过通信接口 135联接到网络220，其中接口 135是网络220上的节点。
[0030]如图4所示，根据示例性实施例，提供在无线网状网络220中使用的便携式网关装置201。无线网状网络220可以具有联接到机器204和/或机器204的部件的一个或多个节点265。装置201可以包括构造成传送和接收至一个或多个节点265的信号205的无线电装置203和联接到所述无线电装置的通信接口 135。通信接口 135构造成联接到计算装置105，计算装置105具有连接到输入接口 130的处理器115。通信接口 135构造成使用无线网状网络220的认证方案来对信号205进行认证。计算装置105可以包括移动电话、计算机、平板装置或手持数据采集器。计算装置105包括联接到通信接口的处理器115和显示器(例如，联接到处理器115的表示接口 120)。显示器120构造成显示与从一个或多个节点265接收的信号205相对应的信息。输入接口 130构造成接收操作者125的与信号205相对应的输入，以将输入传送到节点265。计算装置105构造成能够在一个或多个节点265上执行维护任务。计算装置105还构造成能够实现从一个或多个节点265进行数据采集或者能够实现一个或多个节点265的位置识别。计算装置105可以构造成使用无线网状网络220与一个或多个节点265交互。无线电装置203可以结合在计算装置105内。无线电装置203可以符合无线通信的IEEE802.15.4标准。通信接口 135可以包括通用串行总线(USB)端口、串行通信端口或无线通信接口。
[0031]根据示例性实施例，提供包括计算装置105和无线网状网络220的监测系统200。无线网状网络220包括至少一个节点265和便携式网关设备250。便携式网关设备250包括无线电装置203和联接到所述无线电装置203的通信接口 135，无线电装置203构造成传送和接收至所述至少一个节点265的信号205。通信接口 135构造成联接到计算装置105。监测系统200还包括具有至少一个部件(未示出)的至少一个机器204，以使得至少一个节点265联接到该部件。通信接口 135可以构造成使用无线网状网络220的认证方案对信号205进行认证。计算装置105可以包括包括移动电话、计算机、平板装置或手持数据采集器。计算装置105可以实现在节点265上执行维护任务。计算装置105还可以能够实现从节点265进行数据采集或者实现对节点265的位置识别。计算装置105可以构造成使用无线网状网络220与节点265交互。无线电装置203可以符合无线通信的ISA100标准。
[0032]根据示例性实施例，图5中示出操作网络的方法400，包括提供402在具有联接到机器部件的一个或多个节点的无线网状网络中使用的便携式设备的动作。该设备可以包括构造成将信号传送到一个或多个节点的无线电装置。该设备还可以包括联接到无线电装置的通信接口和联接到通信接口的计算机装置。方法可以包括操控404计算机装置以使得无线电装置将定位器信号发送到一个或多个节点。方法还可以包括基于来自由定位器信号触发的节点的可听或视觉线索来定位406 —个或多个节点。通信接口可以构造成使用无线网状网络的认证方案来对信号进行认证。计算机装置可以包括移动电话、计算机、平板装置或手持数据采集器。方法还可以包括利用计算机装置实现在一个或多个节点上执行维护任务和实现从一个或多个节点进行数据采集。
[0033]与已知无线网状网络不同，本文描述的方法、系统和装置促进改进数据的传输。具体地，与已知无线网状网络不同，本文描述的监测方法、系统和装置促进计算装置与无线网状网络中的节点进行通信和交互，而不需要计算装置采用网关来访问节点。根据示例性实施例，计算装置能够(例如，利用附接的通信接口)通过无线网状网络直接与一个或多个节点通信。更具体地，与已知无线网状网络不同，本文描述的监测方法、系统和装置能够实现在与节点相关的设备上执行维护，而不需要操作者从远程位置访问节点。此外，示例性实施例通过经由连接到计算装置的通信接口与节点直接通信，使得操作者能够从具体节点采集数据。此外，示例性实施例使得用户能够定位具体节点和附接到该具体节点的设备件，同时自由地仅带着计算装置在工厂环境中漫游。
[0034]本文描述的方法和系统提供用于实现无线网状网络中的节点和计算装置之间的通信的有效且有成本效益的装置，而不需要使用中间网关。与已知无线网状网络相比，本文描述的网络和节点能够实现提高通信效率。
[0035]本文描述的方法、系统和装置的示例性技术效果包括下列各项中至少一项:(a)提供用于具有联接到机器部件的一个或多个节点的无线网状网络中的便携式网关设备；(b)操控计算机装置以使得所述无线电装置将定位器信号发送到一个或多个节点；(C)基于来自由定位器信号触发的一个或多个节点的可听或视觉线索来定位一个或多个节点。
[0036]本文描述促进实现系统和/或设施的监测数据的传输和接收的无线网状网络和监测系统的示例性实施例。具体地，本文描述的无线网状网络和监测系统采用ISA100通信协议(和其他协议)，以实现计算装置和无线网状网络中的节点之间直接的通信。
[0037]本文描述的方法和系统不限于本文所述的具体实施例。例如，每个系统的部件和/或每个方法的步骤可以与本文描述的其他部件和/或步骤独立地和分开地使用和/或实施。此外，每个部件和/或步骤还可以与其他组件和方法一起使用和/或实施。
[0038]某些实施例涉及使用一个或多个电子或计算装置。这些装置通常包括处理器或控制器，例如通用中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微控制器、精简指令集计算机(RISC)处理器、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、和/或能够执行本文描述的功能的任意其他电路或处理器。本文描述的方法可以被编码成收编在计算机可读介质(包括但不限于，记忆装置和/或存储装置)中的可执行指令。这些指令当由处理器执行时，使得处理器实施本文描述的方法的至少一部分。上面的示例仅是示例性的，因此不意味着以任何方式限制术语处理器的定义和/或含义。
[0039]尽管根据各种具体实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解本发明可以在权利要求书的精神和范围内利用修改形式来实施。
【权利要求】
1.一种在无线网状网络中使用的便携式设备，所述设备包括: 无线电装置，所述无线电装置构造成发送和接收至联接到机器的一个或多个网络节点的信号；和 通信接口，所述通信接口联接到所述无线电装置，所述通信接口构造成联接到计算装置，所述计算装置包括联接到输入接口的处理器。
2.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述通信接口构造成使用与所述无线网状网络相关的认证方案来对所述信号进行认证。
3.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述计算装置包括移动电话、计算机、平板装置和手持数据采集器中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述计算装置包括: 显示器，所述显示器联接到所述处理器以显示与从所述一个或多个网络节点接收的信号相对应的信息，所述处理器联接到所述通信接口 ；并且 所述输入接口构造成接收与所述信号相对应的操作者输入以传输到所述一个或多个节点。
5.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述计算装置构造成开始下列至少一项:在所述一个或多个节点上执行维护任务、开始从所述一个或多个节点的数据采集以及识别所述一个或多个节点的位置。
6.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述计算装置构造成使用所述无线网状网络与所述一·个或多·个节点交互。
7.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述无线电装置与所述计算装置
8.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述无线电装置符合无线通信的IEEE802.15.4 标准。
9.根据权利要求1所述的便携式设备，其特征在于，所述通信接口包括通用串行总线(USB)端口、串行通信端口和无线通信接口中的至少一者。
10.一种监测系统，包括: 计算装置；和 无线网状网络，所述无线网状网络包括: 至少一个网络节点；和 便携式设备，所述便携式设备包括: 构造成发送和接收至所述至少一个网络节点的信号的无线电装置；和 联接到所述无线电装置的通信接口， 其中所述通信接口构造成联接到所述计算装置。
11.根据权利要求10所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括至少一个机器，所述至少一个机器包括至少一个部件，其中所述至少一个网络节点联接到所述部件。
12.根据权利要求10所述的监测系统，其特征在于，所述通信接口构造成使用与所述无线网状网络相关的认证方案来对所述信号进行认证。
13.根据权利要求10所述的监测系统，其特征在于，所述计算装置包括移动电话、计算机、平板装置和手持数据采集器中的至少一者。
14.根据权利要求10所述的监测系统，其特征在于，所述计算装置构造成开始下列至少一项:在所述至少一个网络节点上执行维护任务、从所述至少一个网络节点进行数据采集以及识别所述至少一个网络节点的位置。
15.根据权利要求10所述的监测系统，其特征在于，所述计算装置构造成使用所述无线网状网络与所述至少一个网络节点交互。
16.根据权利要求10所述的监测系统，其特征在于，所述无线电装置符合无线通信的ISA100 标准。
17.一种操作网络的方法，所述方法包括: 提供在具有联接到机器的一个或多个网络节点的无线网状网络中使用的便携式设备，所述设备包括: 构造成发送至所述一个或多个网络节点的信号的无线电装置； 联接到所述无线电装置的通信接口 ；和 联接到所述通信接口的计算装置； 操控所述计算装置以使得所述无线电装置将定位器信号发送到所述一个或多个网络节点；并且 基于来自由所述定位器信号触发的所述一个或多个网络节点的可听或视觉线索来定位所述一个或多个网络节点。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述通信接口构造成使用与所述无线网状网络相关的认证方案来对所述信号进行认证。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述计算装置包括移动电话、计算机、平板装置和手持数据采集器中的至少一者。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括利用所述计算装置开始下列至少一项:在所述一个或多个网络节点上执行维护任务以及从所述一个或多个节点进行数据采集。
【文档编号】H04W84/18GK103716916SQ201310464166
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2012年10月5日
【发明者】R.P.斯塔乔, T.S.卡瓦诺 申请人:通用电气公司