一种智能车间中的无线采样装置的接入方法与流程

本发明属于智能车间和无线网络领域，尤其涉及一种智能车间中的无线采样装置的接入方法。

背景技术：

近年来，随着自动化技术的发展，开始进入智能制造时代，出现了智能车间。智能车间是通过网络及软件管理系统把数控自动化设备(含生产设备，检测设备，运输设备，机器人等所有设备)实现互联互通，达到感知状态(客户需求，生产状况，原材料，人员，设备，生产工艺，环境安全等信息)，实时数据分析，从而实现自动决策和精确执行命令的自组织生产的精益管理境界的车间。

而在智能车间中，为了感知状态，需要对车间内的数据进行采集，因此需要安装多种采样装置，采样装置将采集到的数据通过网络传输到车间服务器，为了可以随时随地安装采样装置，现在的采样装置都开始小型化，采用电池供电和无线网络连接，这给采样装置之间数据传输带来了挑战。

现有技术中，常见的智能车间无线网络采用wifi网络，无线采样装置通过接入点(ap)接入wifi网络，由于车间中各种布置常常比较复杂，因而需要在车间中的不同位置布置多个接入点。在这种情况下，一个采样装置附近可能具有多个接入点，现有技术中采样装置都是选择信号最强的接入点接入网络，但是这会导致部分接入点负担过重，不利于采样装置的数据传输。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种智能车间中的无线采样装置的接入方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种智能车间中的无线采样装置的接入方法，括以下步骤：

步骤1：在所述智能车间中布置多个接入点和多个无线采样装置；

步骤2：所述无线采样装置计算周围每个接入点的负荷值；

步骤3：所述无线采样装置基于所述负荷值选择接入点。

进一步地，所述采样装置包括气压采样装置、温度采样装置、湿度采样装置、臭氧采样装置。

本发明的有益效果包括：在不同接入点之间均衡地接入采样装置，使得不同接入点的负担比较平衡，资源利用率较高。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明智能车间的总体架构图；

图2是本发明采样装置和接入点的网络连接图。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

参考附图1，其示出了本发明所应用的智能车间系统，该系统包括多个无线采样装置和车间服务器，车间服务器和各个采样装置之间通过内部wifi网络连接，车间服务器通过该网络从这些采样装置接收其所检测的数据并进行处理，也可以通过网络控制这些采样装置。用户使用客户端通过互联网和车间服务器远程连接，从而可以通过车间服务器访问和控制各个采样装置。所述采样装置例如可以是气压采样装置、温度采样装置、湿度采样装置、臭氧采样装置等等。

参见附图2，其示出了本发明采样装置和接入点的网络连接图，图中的智能车间系统包括三个接入点(三个仅仅是一个示例，实际情况中可能具有更多的接入点)，以及多个采样装置(图中以小圆圈代表)部署在这三个接入点周围，当采样装置启动时，其需要连接到其中一个接入点，从而接入内部wifi网络。三个接入点之间通过一个有线网络相互通信。

本发明提出的接入方法是由采样装置选择一个负担较低的接入点接入，网络的接入调整不是由承担接入的接入点主动执行的，而是分散到各个采样装置被动执行的。为了选择一个负担较低的接入点，本发明的采样装置需要考虑多种衡量因素，具体包括：

1)rssi，即接收信号强度值。每个采样装置可能会位于多个接入点的信号覆盖范围内，但是对于同一个采样装置而言，不同接入点的信号强度是不一样的，采样装置在扫描接入点的时候，可以测量各个接入点的接收信号强度值(rssi)。通常而言，接入点的rssi越高，采样装置和接入点之间的链路质量越好，rssi越低，采样装置和接入点之间的链路质量越差，当rssi低到一定程度，极差的链路质量会导致极差的传输质量，即传输会经常失败，重传次数会明显增加，甚至导致采样装置掉线。因此，采样装置在选择接入点时，需要有一个可接受的最低的rssi值，记为rssimin，该rssimin是预先设置的一个rssi值。

2)接入点当前接入的设备数量。同一个接入点可以接入大量的设备，接入设备的数量是影响接入点处理能力的一个重要因素，接入的设备的数量越多，为了保持各设备的连接，接入点需要付出更多的资源和处理能力。

3)接入点的数据传输率。数据传输率是接入点当前负荷最重要的标志，每个接入点所能承担的数据传输率都是有上限的，当数据传输率接近上限时，采样装置传输数据的速率就会迅速下降，影响整个网络的传输能力。数据传输有上行和下行两个方向，本发明所说的数据传输率指的是上行数据传输率和下行数据传输率之和。

4)丢包率。丢包率反映了一个接入点和采样装置之间数据传输的实际质量，其受到环境、距离、信号等各种因素的影响。本发明的丢包率主要通过采样装置向接入点成功发送一个数据帧的帧传输时间来衡量的。

本发明通过上述4个因素，进行采样装置的接入，具体的方法步骤如下：

1)当一个采样装置需要接入wifi网络时，其首先扫描并获取周围的所有接入点。

一般而言，采样装置主动扫描附近的wifi网络时，其可以发送一个请求帧，当接入点接收到该请求帧时，会回复一个响应帧，采样装置通过接收到的响应帧，就可以获取周围的所有接入点的ssid。

2)所述采样装置获取周围所有接入点的rssi。

采样装置在接收到各个接入点的响应帧时，可以根据响应帧测量出相应接入点的rssi。

3)采样装置检查各个接入点的rssi是否大于预定义的rssimin，假设共有n个接入点的rssi大于rssimin，如果n≤1，则该采样装置直接接入rssi最大的那个接入点，否则继续下述步骤。

如前所述，rssimin是保证链路质量的可接受的最低值，如果n＝1，那么采样装置别无选择，只能接入大于rssimin的唯一一个接入点，如果n＝0，说明附近没有一个接入点满足接入条件，那么采样装置也只能尽量接入rssi最大的那个接入点。

4)采样装置向上述n个接入点发送负荷请求，接收到负荷请求的接入点向该采样装置返回其已经接入的设备总数和其在最近一定时间内的数据传输率。

所述一定时间是一个统一的预定义的时间长度，一般是设置为t个小时，优选的，t＝1。每个接入点都根据自身的数据传输情况实时统计其数据传输率。

5)采样装置针对上述n个接入点，测量采样装置到各个接入点的帧传输时间。

具体地，对于其中一个接入点ai，采样装置连续向其发送k个mac帧，接入点在接收到mac帧后，会回复一个ack，采样装置记录发送每个mac帧到接收到相应ack的时间，计算这k个时间的平均值ti，该ti就是采样装置对接入点ai的帧传输时间。

6)对于上述n个接入点，采样装置分别计算其负荷值。

具体地，假设n个接入点为a1，a2，……，an，其中ai的rssi值设为rssii，已接入的设备总数设为si，在所述一定时间内的数据传输率为di，采样装置到ai的帧传输时间为ti。则该ai的负荷值fi可通过下述公式计算：

其中，w1、w2、w3是三个预定义的权重值，且满足w1+w2+w3＝1；

dmax是所有di中的最大值，tmax是所有ti中的最大值。

7)采样装置选择接入n个接入点中负荷值最小的一个接入点。

在采样装置接入负荷值最小的一个接入点后，各个接入点的具体情况可能发生变化，例如接入的设备数量、数据传输率都可能发生变化，因此各个接入点的负荷实际也是处于变化中的。因此有可能在一定时间后，负荷值最小的一个接入点反而变成负荷值最大的接入点。基于此，采样装置的接入点也需要进行调整。根据本发明的一个实施例，可以让采样装置在接入接入点后预定时间(例如t小时，与数据传输率的计算时间一致)从接入点断开，然后再次执行上述接入方法。为了防止多个采样装置在同一时间接入，发生碰撞，本发明的另一个实施例可以让采样装置在接入接入点后t小时加m分钟从接入点断开，再执行上述接入方法；其中m是一个随机值。

基于以上接入方法，在大范围复杂情况的传感网中进行了接入实验，对实验结果的统计分析表明，与现有技术相比，各个接入点的资源利用更加平衡，总体资源利用率高，提高了各个接入点的反应速度，使接入点负荷更加平衡。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。