一种基于链路规避的工业无线wia?pa网络信道使用方法

文档序号:10691827阅读:355来源:国知局
一种基于链路规避的工业无线wia?pa网络信道使用方法
【专利摘要】本发明请求保护一种基于链路规避的工业无线WIA?PA网络信道使用方法。该方法在新的单播数据发送之前首先搜索匹配链路,读取链路的选择控制位,如果该链路不允许被选择性忽略,则直接使用该链路进行发送,否则对该链路的信道质量进行评估,如果评估认为存在信道干扰,则选择性规避该发送链路,重新执行搜索过程,如果评估通过则使用该链路进行发送。本发明不需要在已知信道干扰存在的情况下通过多次重传保证数据传输可靠性,有效避免不必要的设备能量损耗,同时对信道干扰的规避过程不需要繁复的帧交互流程,降低干扰信道的使用率,减轻通信开销和网络负担,由于不需要调整跳信道序列的长度,因而具有对网络运行影响较小的优势。
【专利说明】
-种基于链路规避的工业无线w IA-PA网络信道使用方法
技术领域
[0001] 本发明属于工业无线网络通信技术领域,具体设及一种基于链路规避的工业无线 WIA-PA网络信道使用方法。
【背景技术】
[0002] 工业无线技术作为一种面向工厂自动化和过程自动化应用的无线通信技术,W其 超低功耗、抗干扰、实时通信的技术特征和安装简单、覆盖范围广、维护成本低的优势在工 业现场环境得到逐步推广和使用。
[0003] WIA-PA标准是由中国主导制定的一项工业无线通信规范,主要面向工业过程测 量、监视与控制应用提供技术解决方案。多信道跳频技术作为工业无线WIA-PA标准的一项 重要支撑技术,在降低网络整体丢包率,提高设备间连通性,减少重传操作的能量损耗,维 护WIA-PA网络长期运行的稳定性和可靠性等方面具有重要意义。WIA-PA提供Ξ种跳频机 审IJ,分别为自适应跳频机制、自适应频率切换机制和时隙跳频机制。其中,自适应频率切换 应用于活动期,自适应跳频机制应用于簇内通信阶段,时隙跳频机制应用于簇间通信阶段。
[0004] 但在实际应用过程中,自适应跳频机制需要在干扰环境下进行多次重传,并W重 传次数作为信道质量的评估依据,评估未通过再切换到其他信道进行通信,切换过程需要 节点与簇首进行多次切换通知和切换确认等交互过程,操作流程复杂,而多次重传操作和 频繁的帖交互过程往往伴随着大量的通信资源消耗,因此该方法无法适应实际工业无线网 络的使用需求。

【发明内容】

[0005] 本发明本发明的主要目的在于针对上述依赖重传次数的干扰评估方式和复杂的 信道切换流程的局限性,提供一种能够有效降低干扰环境下的重传次数,减少设备的能量 损耗,减小干扰信道的使用率,在规避WIA-PA网络中信道干扰影响的同时保证网络运行的 稳定性的基于链路规避的工业无线WIA-PA网络信道使用方法。本发明的技术方案如下:一 种基于链路规避的工业无线WIA-PA网络信道使用方法,其包括W下步骤:
[0006] 10UWIA-PA设备发送新的单播数据时,首先捜索链路表中链路类型与发送数据所 需链路类型相匹配链路,读取该匹配链路的选择控制位,判断如果该匹配链路不允许被选 择性忽略,则直接使用该链路进行发送;
[0007] 102、否则对该链路的信道质量进行评估,如果评估认为存在信道干扰则评估不通 过,则选择性规避该发送链路,重新捜索下一条匹配链路并进行判断,如果评估通过则使用 该链路进行发送。
[000引进一步的,步骤101中WIA-PA设备在新的单播数据发送之前首先捜索匹配链路具 体包括:St邱1:如果有单播数据包需要发送,则捜索链路表查找匹配链路,读取匹配链路的 信道偏移Channe lOf f set和相对时隙号Re lati veSlotNumber,读取超帖循环次数 SuperFrameCycl e和超帖长度Supe;rFrameDurat ion,计算匹配链路的绝对时隙号 AbsoluteSlotNumber,
[0009]
[0010] Step2:根据可用信道列表化annelArray计算该可用信道列表中的信道数,即可用 信道长度ChannelNum,读取匹配链路的信道偏移ChannelOffset,根据绝对时隙号 AbsoluteSlotNumber、信道偏移Qiannel Off set和可用信道长度QiannelNum计算信道的检 索号 Ch 曰 nnelindex:
[0011] Qiannellndex= (QiannelOffset+AbsoluteSlotNumber) %QiannelNum (2)
[0012] Step3:利用信道检索号Qiannellndex在可用信道列表QiannelArray中检索获得 该链路的信道号ActiveQiannel:
[0013] ActiveCh 曰 nnel = Ch 曰 nnelArr 曰 y[Ch 曰 nnelindex] (3)。
[0014] 进一步的,步骤101在链路类型属性中新增链路选择控制位,对设备链路的使用进 行管理,链路选择控制位为1表示即使链路与数据包类型匹配,也允许设备依据信道质量选 择放弃使用该链路,链路使用控制位为0表示当链路与数据包类型匹配时,强制使用该链路 进行发送,不考虑链路的信道质量。
[0015] 进一步的,步骤102中WIA-PA设备信道质量的评估依据为设备收发操作的历史信 息,主要包括发送成功次数、丢包次数、CCA空闲信道评估失败次数。
[0016] 进一步的,所述步骤102对该链路的信道质量进行评估的信道质量评估结果记录 在IdleQiannelMask属性,评估步骤如下:
[0017] 401、如果该信道已经被IdleChannelMask限制使用,则判断该信道的限制时间是 否结束,如果限制时间结束则将该信道对应的限制掩码位清0,否则保持对该信道限制,并 结束对该信道的评估流程;
[0018] 402、如果该信道尚未被Idle化annelMask限制使用,则对该信道中的最近5次发送 情况进行统计,如果出现3次丢包,则直接将该信道对应的限制掩码位置1,且重新开始定 时,并结束该信道的评估流程。
[0019] 403、对该信道的单播数据包的发送成功次数、丢包次数、CCA失败次数进行汇总, 如果单播数据包发包总数低于评估算法启动的最小发包阔值,则结束该信道的评估流程;
[0020] 404、根据该信道中单播数据包发送总次数化cketTotal、丢包次数化cket化il、 CCA失败次数CCAFail计算该信道的丢包率化cketLossRate和CCA失败率CCAFailRate:
[0023] 405、判定该信道的丢包率或CCA失败率是否超过阔值上限,如果高于阔值上限,贝U 将该信道对应的限制掩码位置1,重新开始定时,并结束该信道的评估流程,否则直接结束 该信道的评估流程。
[0024] 本发明的优点及有益效果如下:
[0025] 本发明与现有的WIA-PA自适应跳频机制相比,该方法不需要在已知信道干扰存在 的情况下通过多次重传保证数据传输可靠性,更不W重传次数作为信道质量的评估依据, 运能有效避免不必要的设备能量损耗。其次,该方法对信道干扰的规避过程不需要繁复的 帖交互流程,设备通过自身信道历史信息对本地信道质量进行评估,并主动规避存在信道 干扰的发送链路,在有效降低干扰信道使用率的同时减轻通信开销和网络负担。最后,该方 法不需要系统管理器的参与,也不需要调整跳信道序列的长度,因而具有对网络运行影响 较小的优势。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明提供优选实施例干扰链路的规避示例;
[0027] 图2干扰链路的规避流程;
[00巧]图3发送情况统计表TransCon化ble结构;
[0029] 图4链路表中的链路类型属性。
【具体实施方式】
[0030] W下结合附图,对本发明作进一步说明:但是应该理解,运些描述只是示例的,而 并非要限制本发明的范围。此外,在W下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,W避免 不必要地混淆本发明的概念。
[0031] 干扰链路规避示例如图1所示,配合图2中的具体执行流程,一种基于链路规避的 工业无线WIA-PA网络信道使用方法的执行步骤如下:
[0032] Stepl:如果有单播数据包需要发送,则捜索链路表查找匹配链路,读取匹配链路 的信道偏移ChannelOf f set和相对时隙号Relati veSlotNumber,读取超帖循环次数 SuperFrameCycl e和超帖长度Supe;rFrameDurat ion,计算匹配链路的绝对时隙号 AbsoluteSlotNumber:
[0033]
[0034] Step2:根据可用信道列表化annelArray计算可用信道长度化annelNum,读取匹配 链路的信道偏移ChannelOf f set,根据绝对时隙号AbsoluteSlotNumber、信道偏移 QlannelOffset和可用信道长度QlannelNum计算信道的检索号QlannelIndex:
[0035] Qiannellndex= (QiannelOffset+AbsoluteSlotNumber) %QiannelNum (2)
[0036] Step3:利用信道检索号Qiannellndex在可用信道列表QiannelArray中检索获得 该链路的信道号ActiveQiannel:
[0037] ActiveCh 曰 nnel = Ch 曰 nnelArr 曰 y[Ch 曰 nnelindex] (3)
[0038] Step4:读取该链路的选择控制位,如果该链路不允许被选择性忽略,则直接使用 该链路进行发送,结束链路选择过程。否则执行Steps对该信道进行评估。
[0039] Step5:如果信道Active化annel被IdleQiannelMask限制使用,则判断该信道的限 制时间是否结束,如果结束则解除I d 1 e C h a η η e 1Μ a S k对该信道的限制,否则保持 IdleQiannelMask 不变。转至 SteplO。
[0040] Step6:如果信道Active化annel未被IdleQiannelMask限制使用,则统计该信道最 近5次的数据包发送情况,如果出现3次丢包或者CCA失败,则将该信道在Idle化annelMask 中进行限制,重置该信道的定时器并转至SteplO,否则保持Idle畑annelMask不变并执行 St 邱 7d
[0041] Step7:检索发送情况统计表化ansCon化ble,对该信道上的单播数据包发送成功 次数、丢包次数、CCA失败次数进行汇总:
[0042] PacketTotal =化cketSuccess+化[Ι?θ??^?Ι+?ΧΑ?^?Ι (4)如果单播数据包发包 总数化cketTotal低于启动评估算法的最小发包阔值,则保持IdleChannelMask不变并执行 SteplO,否则执行 steps。
[0043] steps:计算该信道的丢包率化cketLossRate和CCA失败率CCAFai IRate:
[0046] Step9 :判定信道ActiveChannel 的丢包率Packe化ossRate和CCA失败率 CCA化ilRate是否超过阔值上限,如果高于阔值上限,则将该信道在IdleChannelMask中进 行限制,重置该信道的定时器,否则保持Idle化annelMask不变。转至SteplO。
[0047] St邱10:读取信道评估结果,如果该信道未通过评估则返回Stepl重新捜索其他匹 配链路进行判断,否则使用该信道进行发送。
[0048] W上运些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在 阅读了本发明的记载的内容之后,技术人员可W对本发明作各种改动或修改,运些等效变 化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种基于链路规避的工业无线WIA-PA网络信道使用方法,其特征在于,包括以下步 骤: 101、 WIA-PA设备发送新的单播数据时,首先搜索链路表中链路类型与发送数据所需链 路类型相匹配链路,读取该匹配链路的选择控制位,判断如果该匹配链路不允许被选择性 忽略,则直接使用该链路进行发送; 102、 否则对该链路的信道质量进行评估,如果评估认为存在信道干扰则评估不通过, 则选择性规避该发送链路,重新搜索下一条匹配链路并进行判断,如果评估通过则使用该 链路进行发送。2. 根据权利要求1所述的基于链路规避的工业无线WIA-PA网络信道使用方法,其特征 在于,步骤101中WIA-PA设备在新的单播数据发送之前首先搜索匹配链路具体包括:Stepl: 如果有单播数据包需要发送,则搜索链路表查找匹配链路,读取匹配链路的信道偏移 ChannelOffset和相对时隙号1^1&1:;[¥631(^他11^61',读取超帧循环次数3卯6冲瓜1116〇5^16和 超帧长度SuperFrameDuration,计算匹配链路的绝对时隙号AbsoluteSlotNumber,Step2:根据可用信道列表ChannelArray计算该可用信道列表中的信道数,即可用信道 长度ChannelNum,读取匹配链路的信道偏移ChannelOffset,根据绝对时隙号 AbsoluteSlotNumber、信道偏移0^111161(^€861:和可用信道长度〇1&111161灿1]1计算信道的检 索号 Channel Index: Channellndex=(ChannelOffset+AbsoluteSlotNumber)%ChannelNum (2) Step3:利用信道检索号Channellndex在可用信道列表ChannelArray中检索获得该链 路的信道号ActiveChannel: Act i veChanne1 = Channe1Array[Channe1Index] (3)〇3. 根据权利要求1或2所述的基于链路规避的工业无线WIA-PA网络信道使用方法,其特 征在于,步骤101在链路类型属性中新增链路选择控制位,对设备链路的使用进行管理,链 路选择控制位为1表示即使链路与数据包类型匹配,也允许设备依据信道质量选择放弃使 用该链路,链路使用控制位为0表示当链路与数据包类型匹配时,强制使用该链路进行发 送,不考虑链路的信道质量。4. 根据权利要求1或2所述的基于链路规避的工业无线WIA-PA网络信道使用方法,其特 征在于,步骤102中WIA-PA设备信道质量的评估依据为设备收发操作的历史信息,主要包括 发送成功次数、丢包次数、CCA中文空闲信道评估失败次数。5. 根据权利要求4所述的基于链路规避的工业无线WIA-PA网络信道使用方法,其特征 在于,所述步骤10 2对该链路的信道质量进行评估的信道质量评估结果记录在 IdleChannelMask属性,评估步骤如下: 401、 如果该信道已经被IdleChannelMask限制使用,则判断该信道的限制时间是否结 束,如果限制时间结束则将该信道对应的限制掩码位清0,否则保持对该信道限制,并结束 对该信道的评估流程; 402、 如果该信道尚未被IdleChannelMask限制使用,则对该信道中的最近5次发送情况 进行统计,如果出现3次丢包,则直接将该信道对应的限制掩码位置1,且重新开始定时,并 结束该信道的评估流程。 403、 对该信道的单播数据包的发送成功次数、丢包次数、CCA失败次数进行汇总,如果 单播数据包发包总数低于评估算法启动的最小发包阈值,则结束该信道的评估流程; 404、 根据该信道中单播数据包发送总次数PacketTotal、丢包次数PacketFail、CCA失 败次数CCAFail计算该信道的丢包率PacketLossRate和CCA失败率CCAFailRate:405、 判定该信道的丢包率或CCA失败率是否超过阈值上限,如果高于阈值上限,则将该 信道对应的限制掩码位置1,重新开始定时,并结束该信道的评估流程,否则直接结束该信 道的评估流程。
【文档编号】H04W24/02GK106060845SQ201610321010
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】王恒, 杜乾, 夏枢洋, 王平
【申请人】重庆邮电大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1