一种流程工业无线网络信道评估系统的制作方法
【专利摘要】本发明是一种流程工业无线网络信道评估系统，该系统包括多个设置在工业无线网络工作区域的工业无线节点、以及网络体系和通讯链路，工业无线节点包括信道评估节点、以及信息融合与信道序列发布节点，其中：在网络体系上，基于流程工业，流程工业的工艺过程包括一序列子工艺过程，由一个信息融合与信道序列发布节点和多个信道评估节点组成一个基于现场子网络FN的架构，在每个子工艺过程设置一个或多个现场子网络FN架构，每个子工艺过程中的现场子网络FN架构感知该工艺过程的信道质量，经过信息融合与信道序列发布节点进行信息融合，并以ZigBee和WiFi数据帧格式对外发布。本发明实现了工业无线可用信道可用度排序，形成有序的信道集。
【专利说明】
一种流程工业无线网络信道评估系统
技术领域
[0001]本发明涉及工业无线网络技术领域，具体涉及一种流程工业无线网络信道评估系统。
【背景技术】
[0002]工业无线技术可以降低工业自动化系统部署和维护成本，一直是近年工业自动化领域的研究热点，其中，对如何提高工业无线网络的可靠性方面的研究是重点也是难点。可靠通信是工业无线网络的首要和基本要求，然而，由于工业无线设备一般基于IEEE802.15.4，工作在I SM频段，不可避免地存在来自WiF1、蓝牙等设备的同频干扰;在设备林立的工业现场，不同信道中的无线通信也不同程度地存在多径和衰落。如何对通信信道进行有效评估，从而为信道选择提供依据和基础，在工业无线网络推广应用中至关重要。实际应用中，对信道评估一般通过能量检测等方法，判定某一(些)信道可用/不可用情况，然后确定可用信道集。在工业无线网络中，我国一般采用2.4GISM频段的16个信道，信道集中信道少，根据判定将不可用信道列入黑名单，或者将可用信道列入白名单，会进一步减少可用信道集中信道数量。实际上，信道都具有一定的可靠度(可用度)，简单判定信道可用/不可用，会浪费信道资源，应该根据信道可用度进行排名，按使用需求依次选用，最大可能利用信道。
[0003]目前，工业无线系统中由工业自动化装置不同程度地完成信道评估，还没有独立的信道评估系统，这在几个方面带来不利:I)工业自动化系统现场设备一般通信能力和数据处理能力有限，不利于信道评估;2)工业自动化系统现场设备主要关注测控等方面性能，难以在通信和数据处理上提供更多资源，进一步弱化系统评估能力；3)信道评估不同程度占用工业自动化装置宝贵的通信和运算资源。本发明针对流程工业，提供一种独立的工业无线网络信道评估系统，系统由多个工业无线节点组成，可以按需灵活部署在工业无线系统工作区域，各个节点通过频谱感知，对信道集中信道按照可用度进行排序，然后进行加权融合，形成有序的信道集，为系统高效使用信道资源提供基础和条件。
【发明内容】
[0004]针对传统的流程工业无线网络中根据白名单或黑名单使用信道带来的信道集中信道数量不足、信道不能有效利用等问题，本发明提供一种工业无线网络信道评估系统，实现工业无线可用信道可用度排序，形成有序的信道集，为系统高效使用信道资源提供基础和条件。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
一种流程工业无线网络信道评估系统，该系统包括多个设置在工业无线网络工作区域的工业无线节点、以及网络体系和通讯链路，所述工业无线节点包括信道评估节点、以及信息融合与信道序列发布节点，其中:
在所述网络体系上，基于流程工业，所述流程工业的工艺过程包括一序列子工艺过程，各个子工艺过程设置在一片相对独立的区域，由一个信息融合与信道序列发布节点和多个信道评估节点组成一个基于现场子网络FN的架构，在每个子工艺过程设置一个或多个现场子网络FN架构，每个子工艺过程中的现场子网络FN架构感知该工艺过程的信道质量，经过信息融合与信道序列发布节点进行信息融合，并以ZigBee和WiFi数据帧格式对外发布；在所述通信链路上，其包括主通讯链路和冗余通讯链路，所述主通讯链路上设有多个主通信节点，所述冗余通讯链路上设有冗余通信节点，所述主通信节点间设有两个通信时隙，所述冗余通信节点与其前后跳主通信节点间设有一个通信时隙，形成基于TDMA的多跳低功率二冗余通信链路。
[0006]进一步的，所述流程工业无线网络信道评估系统各个现场子网络FN之间具有一定的次序和逻辑关系。
[0007]进一步的，采用所述ZigBee和WiFi数据帧格式对外发布时，以ZigBee数据帧格式发布信息遵循ModBus/RTU协议，WiFi通信中支持嵌入式Webserver，现场仪表通过标准的ModBus/RTU协议获取有序的信道集信息，或是访问嵌入式Webserver获取有序的信道集信息。
[0008]进一步的，所述信道评估节点基于IEEE802.15.4进行无线通信，并采用MC13213，设置于工业现场。
[0009]进一步的，所述信息融合与信道序列发布节点基于MC13213和ESP8266芯片，设置有两种无线通信前端，该无线通信前端包括基于IEEE802.15.4的通信前端和WiFi通信前端，信息融合与信道序列发布节点设置在控制室，用于周期地感知所在区域各个信道信息，按可靠度进行信道排序。
[0010]本发明的有益效果是:
本发明实现了工业无线可用信道可用度排序，形成有序的信道集，为系统高效使用信道资源提供基础和条件，克服了传统方案的不足。
【附图说明】
[0011]图1为本发明流程工业无线网络信道评估系统网络体系图；
图2为本发明基于TDMA的多跳低功率二冗余通信链路图；
图3为本发明信道评估节点一种实现方式图；
图4为本发明信息融合与信道序列发布节点一种实现方式图。
【具体实施方式】
[0012]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0013]—种流程工业无线网络信道评估系统，该系统包括多个设置在工业无线网络工作区域的工业无线节点、以及网络体系和通讯链路，所述工业无线节点包括信道评估节点、以及信息融合与信道序列发布节点，其中:
如图1所示，在所述网络体系上，基于流程工业，所述流程工业的工艺过程包括一序列子工艺过程，各个子工艺过程设置在一片相对独立的区域，由一个信息融合与信道序列发布节点和多个信道评估节点组成一个基于现场子网络FN的架构，在每个子工艺过程设置一个或多个现场子网络FN架构，每个子工艺过程中的现场子网络FN架构感知该工艺过程的信道质量，经过信息融合与信道序列发布节点进行信息融合，并以ZigBee和WiFi数据帧格式对外发布；
如图2所示，在所述通信链路上，其包括主通讯链路和冗余通讯链路，所述主通讯链路上设有多个主通信节点，所述冗余通讯链路上设有冗余通信节点，所述主通信节点间设有两个通信时隙，所述冗余通信节点与其前后跳主通信节点间设有一个通信时隙，形成基于TDMA的多跳低功率二冗余通信链路，一般地，流程工业无线网络通信周期分为周期性调度、非周期性调度和空闲时间三个部分，本评估系统通信设置在空闲时间部分，采用基于TDMA的调度方式，以减少信道评估节点的能耗;为减少信道评估系统无线通信对原有无线网络干扰，以及降低信息融合与信道序列发布节点发射功率，采用多跳链路进行通信，为弥补降低发射功率降低通信可靠性的影响，通信链路设计上采用该二冗余通信，大幅提高通信可靠性。
[0014]所述流程工业无线网络信道评估系统各个现场子网络FN之间具有一定的次序和逻辑关系。
[0015]采用所述ZigBee和WiFi数据帧格式对外发布时，以ZigBee数据帧格式发布信息遵循ModBus/RTU协议，WiFi通信中支持嵌入式Webserver，现场仪表通过标准的ModBus/RTU协议获取有序的信道集信息，或是访问嵌入式Webserver获取有序的信道集信息。
[0016]如图3所示，所述信道评估节点基于IEEE802.15.4进行无线通信，并采用MC13213，扩展基本的外围电路，包括电源电路、晶振电路、复位电路和天线电路，设置于工业现场。
[0017]如图4所示，所述信息融合与信道序列发布节点基于MC13213和ESP8266芯片，设置有两种无线通信前端，该无线通信前端包括基于IEEE802.15.4的通信前端和WiFi通信前端，信息融合与信道序列发布节点设置在控制室，用于周期地感知所在区域各个信道信息，按可靠度进行信道排序信息融合与信道序列发布节点采用24V直流供电，部署在控制室，信道评估节点周期地感知所在区域各个信道情况，按可靠度进行信道排序，ESP8266采用802.11 b/g/n固件，扩展基本的外围电路，包括电源电路、晶振电路、Flash和天线电路，既形成W1-Fi网络解决方案。
[0018]此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0019]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种流程工业无线网络信道评估系统，该系统包括多个设置在工业无线网络工作区域的工业无线节点、以及网络体系和通讯链路，其特征在于，所述工业无线节点包括信道评估节点、以及信息融合与信道序列发布节点，其中: 在所述网络体系上，基于流程工业，所述流程工业的工艺过程包括一序列子工艺过程，各个子工艺过程设置在一片相对独立的区域，由一个信息融合与信道序列发布节点和多个信道评估节点组成一个基于现场子网络FN的架构，在每个子工艺过程设置一个或多个现场子网络FN架构，每个子工艺过程中的现场子网络FN架构感知该工艺过程的信道质量，经过信息融合与信道序列发布节点进行信息融合，并以ZigBee和WiFi数据帧格式对外发布； 在所述通信链路上，其包括主通讯链路和冗余通讯链路，所述主通讯链路上设有多个主通信节点，所述冗余通讯链路上设有冗余通信节点，所述主通信节点间设有两个通信时隙，所述冗余通信节点与其前后跳主通信节点间设有一个通信时隙，形成基于TDMA的多跳低功率二冗余通信链路。2.根据权利要求1所述的流程工业无线网络信道评估系统，其特征在于，所述流程工业无线网络信道评估系统各个现场子网络FN之间具有一定的次序和逻辑关系。3.根据权利要求1所述的流程工业无线网络信道评估系统，其特征在于，采用所述ZigBee和WiFi数据帧格式对外发布时，以ZigBee数据帧格式发布信息遵循ModBus/RTU协议，WiFi通信中支持嵌入式Webserver，现场仪表通过标准的ModBus/RTU协议获取有序的信道集信息，或是访问嵌入式Webserver获取有序的信道集信息。4.根据权利要求1所述的流程工业无线网络信道评估系统，其特征在于，所述信道评估节点基于IEEE802.15.4进行无线通信，并采用MC13213，设置于工业现场。5.根据权利要求1所述的流程工业无线网络信道评估系统，其特征在于，所述信息融合与信道序列发布节点基于MC13213和ESP8266芯片，设置有两种无线通信前端，该无线通信前端包括基于IEEE802.15.4的通信前端和WiFi通信前端，信息融合与信道序列发布节点设置在控制室，用于周期地计算区域各个信道信息，按可靠度进行信道排序。
【文档编号】H04W72/12GK106028383SQ201610451208
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】许洪华, 陈彩莲, 关新平
【申请人】苏州科技大学