专利名称：一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络。
背景技术：
目前，污水处理厂控制系统的信号传输普遍采用总线方式，需要对现场布线进行施工，安装不便，而且由于化学腐蚀、线路老化易造成总线短路或断路，系统可靠性差，检修不便，增加了系统的维护成本；并且某些极端恶劣的工作环境难以布线，则无法实施监控。此外，水处理系统空间跨度大，地形复杂，节点数量多，通信数据源分布不均衡。直接使用民用的IEEE802.11星状无线网，会由于通信节点数量庞大导致信道拥塞、电磁污染大等缺点而无法用于水处理工控环境；而完全使用基于Zigbee的小功率无线传感网络只适用于小范围内密集分布的节点间通信，对于水处理厂中距离较远的多个工艺处理环节间的通信则无法满足通信距离和带宽的需求。因此，针对水处理厂应用的特殊需求，需要一种能够兼顾远距离传输、大节点数量覆盖的、高可靠性工业无线网络系统。
发明内容
针对上述问题，本发明公开了一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络，水处理自动控制系统各监测子站之间采用无线的方式进行通信，通信节点按照水处理工艺数据采集和控制要求呈簇状分布，将无线传输组织成两级的、层次化的结构。本发明采用如下技术:一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络，包括IEEE802.11无线网络作为一级通信域和多个Zigbee网络构成二级网络通信子域，一级通信域的节点为二级通信子域的网关，一级通信域的节点拓扑结构为网状网MESH，按照数据多跳、多路径和自组织通信；所述的一级通信域的节点无线信号发射功率在200mW-500mW ；二级通信子域包括多个呈簇状分布的水处理工艺环节中的数据采集/控制的无线传感器节点，每个簇内的无线传感器节点间通过zigbee通信，具有自组织、自适应的通信路由机制；二级通信子域的传感节点将数据汇聚到子域网关处，由一级通信域进行传送；二级通信子域节点使用发射功率10mW-50mW，通信速率100kbps-250kbps。本发明还具有如下特征:1、如上所述的无线传感器节点按照水处理工艺数据采集和控制需求呈簇状分布，每个水处理工艺环节相关的数据采集和控制的无线传感器节点构成一个二级通信域，二级通信域用于在水处理工艺中覆盖水厂的每个工艺处理厂房或每个工艺处理环节的数据采集或控制节点间通信。2、如上所述的一级通信域用于实现水处理工艺中跨厂房、远距离分布的多个水处理工艺环节之间的通信。本发明实现的水处理厂监控系统通信方案能够省去传统有线互联布线的成本和工作量，无需考虑线路腐蚀老化问题，可以获得比有线方式更高的可靠性和稳定性，而且降低了整体的建设和维护成本，并具有极强的适应性和可扩展性。两级分层的无线通信架构合理地分配了节点的发射功率、通信范围，避免了庞大数量节点间信道争抢、相互干扰导致的通信带宽降低和可靠性问题，同时也降低了整体系统成本。水处理应用中通信节点分布具有明显的特点，虽然整体跨度大、距离远，但通信节点通常按照工艺流程按簇状分布，一个工艺环节处集中多个节点，本发明的二级通信域的Zigbee系统能以较低的成本和发射功率保证局部节点的可靠通信。针对水处理应用中通信范围大、分布位置不规则、地形复杂的特点，一级通信域的主干网络采用基于MESH结构的802.11无线通信，能够以多路径自组织路由适应各种复杂地形和电磁屏蔽障碍的情况，并且可以用较强的发射功率保证通信距离。
图1为本发明双级无线通信网络体系示意图； 图2为双极无线网络网关不意图。
具体实施例方式本发明公开了一种用于水处理厂的两级分层的无线通信网络，将水处理自动控制系统各监测子站之间采用无线通信的方式进行连接。本发明根据水处理各工艺环节的空间分布、逻辑关系特点和数据通信带宽要求，将无线通信节点按簇状分布，并将通信传输组织成两级的、层次化的结构。无线传感器节点构成的二级通信子域，用于覆盖水厂的每个工艺处理厂房，节点间通过ZigBee通信，具有自组织、自适应的通信路由机制；网关间通信构成了系统的一级通信域，节点间通信带宽高，距离较远，采用基于802.11的MESH网络通信。这样无线通信架构充分利用了水处理工艺的控制特点，不仅解决了布线的可靠性、建设和维护成本问题，还具有很好的系统灵活性和可扩展性等优点。实施例1:一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络，包括IEEE802.11无线网络作为一级通信域和多个Zigbee网络构成二级网络通信子域，一级通信域的节点为二级通信子域的网关，一级通信域的节点拓扑结构为网状网MESH，按照数据多跳、多路径和自组织通信；所述的一级通信域的节点无线信号发射功率在200mW-500mW ;二级通信子域包括多个呈簇状分布的水处理工艺环节中的数据采集/控制的无线传感器节点，每个簇内的无线传感器节点间通过zigbee通信，具有自组织、自适应的通信路由机制；二级通信子域的传感节点将数据汇聚到子域网关处，由一级通信域进行传送；二级通信子域节点使用发射功率10mW-50mW，通信速率100kbps-250kbps。所述的无线传感器节点按照水处理工艺数据采集和控制需求呈簇状分布，每个水处理工艺环节相关的数据采集和控制的无线传感器节点构成一个二级通信域，二级通信域用于在水处理工艺中覆盖水厂的每个工艺处理厂房或每个工艺处理环节的数据采集或控制节点间通信。所述的一级通信域用于实现水处理工艺中跨厂房、远距离分布的多个水处理工艺环节之间的通信。实施例2:如图1所示，为本发明水处理的两级分层的无线通信网络，所述网络包括:一级通信节点101和一级通信连接102。一级通信节点101又称为网关节点，网关节点间通信构成了系统的一级通信域。一级通信为基于IEEE802.11的MESH网络。一级通信带宽要求约为数十MB/s，每个节点的发射功率在200mW-500mW量级，节点间距离较远，约在数百米-数千米。根据污水处理监控系统的需求特点，一级通信节点用于实现跨车间甚至跨厂区的远距离、大数据量网络通信。二级通信节点103和Zigbee通信链路构成二级通信连接104。二级节点为无线传感器节点，二级节点间构成了二级通信域。传感节点间通信带宽要求约为数十Kbps/s，各控制设备间的距离通常较近，约在数米-数十米左右，用于覆盖水处理工艺的一个厂房或一个工艺处理环节。从图中可以看到二级通信子域的传感节点将数据汇聚到子域网关处，由一级通信进行传送。因此网关节点是一级通信域与二级通信域间承上启下的关联，既属于一级通信与又属于二级通信域。其中网关节点是一级通信域与二级通信域之间通信承上启下的枢纽。因此网关节点如图2所示，从硬件上说即包含IEEE802.11通信模块，又包含Zigbee通信模块；从软件上说，网关节点既包含IEEE802.1lMESH软件协议栈，又包含Zigbee协议栈，二者由中继软件实现两个通信域数据的转发。
权利要求
1.一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络，包括IEEE802.11无线网络作为一级通信域和多个Zigbee网络构成二级网络通信子域，其特征在于:一级通信域的节点为二级通信子域的网关，一级通信域的节点拓扑结构为网状网MESH，按照数据多跳、多路径和自组织通信；所述的一级通信域的节点无线信号发射功率在200mW-500mW ;二级通信子域包括多个呈簇状分布的水处理工艺环节中的数据采集/控制的无线传感器节点，每个簇内的无线传感器节点间通过zigbee通信，具有自组织、自适应的通信路由机制；二级通信子域的传感节点将数据汇聚到子域网关处，由一级通信域进行传送；二级通信子域节点使用发射功率 10mW-50mW，通信速率 IOOkbps — 250kbps。
2.根据权利要求1所述的一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络，其特征在于:所述的无线传感器节点按照水处理工艺数据采集和控制需求呈簇状分布，每个水处理工艺环节相关的数据采集和控制的无线传感器节点构成一个二级通信域，二级通信域用于在水处理工艺中覆盖水厂的每个工艺处理厂房或每个工艺处理环节的数据采集或控制节点间通信。
3.根据权利要求1所述的一种用于水处理厂监控系统的双级无线网络，其特征在于:所述的一级通信域用于实现水处理工艺中跨厂房、远距离分布的多个水处理工艺环节之间的通信。
全文摘要
一种用于水处理厂的两级分层的无线通信网络，将水处理自动控制系统各监测子站之间采用无线通信的方式进行连接。本发明根据水处理各工艺环节的空间分布、逻辑关系特点和数据通信带宽要求，将无线通信节点按簇状分布，并将通信传输组织成两级的、层次化的结构。无线传感器节点构成的二级通信子域，用于覆盖水厂的每个工艺处理厂房，节点间通过ZigBee通信，具有自组织、自适应的通信路由机制；网关间通信构成了系统的一级通信域，节点间通信带宽高，距离较远，采用基于802.11的MESH网络通信。这样无线通信架构充分利用了水处理工艺的控制特点，解决了布线的可靠性、建设和维护成本问题，具有很好的系统灵活性和可扩展性的优点。
文档编号H04W40/02GK103200705SQ201310057738
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者桑胜田, 张海峰, 蒋明, 刘晓为 申请人:哈尔滨工业大学