本发明涉及工业无线网络通信技术领域，具体涉及一种工业无线网络动态频谱池构建系统及方法。
背景技术
工业无线网络已经成为继现场总线、工业以太网之后工业自动化领域的又一关键技术，其中，如何根据通信环境频谱信息进行通信和组网，一直是这项技术的关键。目前，工业无线系统一般是根据底层仪表通信统计信息或频谱感知信息用于指导频谱使用决策，这种方式存在两个方面问题:第一,底层仪表频谱感知和数据处理功能有限，而且这些仪表主要功能是测控相关的，频谱感知和信道评估占用系统资源也会对测控系统带来不利影响；第二，工业4.0时代，生产柔性不断增强，工业无线系统的拓扑和要求也需要随工艺和生产要求变化而变化,现有模式和借助于底层测控仪表的方式面临挑战,信道和评估信息难以在线动态获取，应变能力不足。
目前，典型技术方案中，wirelesshart技术离线对现场通信情况进行评估，然后设置通信信道黑名单机制,将通信质量差的信道从所用频谱池中移除；wia/pa则设置白名单机制，保留通信质量好的信道在频谱池中。这两种方案实际都是简单排除了所判定的不可靠信道，且判定过程离线进行，难以适应动态变化的频谱环境，信道质量好转时难以恢复使用剔除的信道，从而降低了频谱资源利用率。另一方面，这些典型方法没有对所用频谱池中信道质量进行评估排名，随机使用而非择优使用，也降低了频谱效率。
在工业无线系统（或有线/无线工业异构网络的无线子系统）中，对无线信道的感知和评估信息，以及对无线网络状态的认知信息等，已经成为系统运行中重要的基础信息。但是，目前工业无线系统中还没有设计专用的设备和系统收集和处理这部分信息。本发明设计一种可灵活部署的分布式无线频谱感知系统，实时感知工业无线网络频谱信息，构建工业无线网络中有信道质量信息的动态频谱池，从而为工业无线通信和组网提供基础状态信息。
本发明中用到的几个定义：
1、工业生产区域：工业生产设备所在区域；
2、工业无线网络区域：工业生产区域内用于测控的工业无线节点设备所在区域；
3、频谱池构建系统区域：用于感知工业无线网络区域频谱的无线网络所在区域。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种工业无线网络动态频谱池构建系统及方法，实时感知工业无线网络频谱信息，构建工业无线网络中有信道质量信息的动态频谱池，从而为工业无线通信和组网提供基础状态信息。
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：
一种工业无线网络动态频谱池构建系统，包括工业生产设备所在的工业生产区域、工业生产区域内用于测控的工业无线网络区域、以及工业无线网络区域中无线仪表构成的工业无线网络节点，该系统包括分布在工业生产区域的若干具有工业无线通信全信道频谱感知能力和功率可调通信能力的频谱池构建系统节点、以及用于感知工业无线网络区域频谱的频谱池构建系统区域，其中，
所述频谱池构建系统区域以多个连通的正方形区域覆盖工业无线网络区域；
每个所述工业无线网络节点的通信半径内均包括至少一个频谱池构建系统节点，从而保证存在频谱池构建系统节点能感知该工业无线网络节点的通信；
每个所述频谱池构建系统节点的通信半径内至少包括另一个频谱池构建系统节点，从而保证频谱池构建系统节点间的连通性。
进一步的，所述频谱池构建系统节点通信半径
进一步的，每个所述正方形区域内放置有一个频谱池构建系统节点。
进一步的，所述频谱池构建系统节点包括zigbee芯片mc13213，所述zigbee芯片mc13213上分别连接有时钟电路、bdm接口、天线电路、电源电路、电源及相应的基本外围电路。
一种工业无线网络动态频谱池构建方法，该方法包括以下步骤：
步骤1）以工业无线网络区域一个端点为原点，建立平面直角坐标系，横纵座标单位为对应的方格数，并依次标记频谱池构建系统节点；
步骤2）选择相应无线通信协议，每个频谱池构建系统节点周期地感知各个信道质量
步骤3）各个频谱池构建系统节点依次沿x坐标轴将频谱感知结果传递，末端节点取
步骤4）按照各个信道质量进行排序，根据工业无线网络需要，选取所需数量的信道构成可用频谱池，末端节点将可用频谱池反向传回各个频谱池构建系统节点；
步骤5）在系统工作过程中，此频谱池构建过程周期进行，并通过强化学习优化权值从而形成系统可用的动态频谱池。
进一步的，所述步骤3）中频谱池构建系统节点的下一跳x无节点时沿y轴。
进一步的，所述步骤2）中工业无线网络采用ieee802.15.4物理层和链路层。
本发明的有益效果是:
本发明通过将工业无线网络区域划分为一系列一定边长的连通的正方形区域、以及在每个正方形区域中放置频谱池构建节点，进而按照分布感知、加权融合、周期更新的方法生成动态有序频谱池，从而为提高频谱效率提供了基础条件。在柔性生产和智能制造背景下，生产工艺变化和重组、自动化生产设备重构都会逐渐成为常态，一套独立的频谱感知系统也将是生产过程的基础配置，日益重要。
附图说明
图1为本发明的工业无线网络动态频谱池构建系统图；
图2为本发明的频谱池构建系统节点通信和频谱池构建示意图；
图3为本发明的频谱池构建系统节点原理图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
一种工业无线网络动态频谱池构建系统，包括工业生产设备所在的工业生产区域、工业生产区域内用于测控的工业无线网络区域、以及工业无线网络区域中无线仪表构成的工业无线网络节点，该系统包括分布在工业生产区域的若干具有工业无线通信全信道频谱感知能力和功率可调通信能力的频谱池构建系统节点、以及用于感知工业无线网络区域频谱的频谱池构建系统区域，其中，
如图1所示，所述频谱池构建系统区域以多个连通的正方形区域覆盖工业无线网络区域；
每个所述工业无线网络节点的通信半径内均包括至少一个频谱池构建系统节点，从而保证存在频谱池构建系统节点能感知该工业无线网络节点的通信；
每个所述频谱池构建系统节点的通信半径内至少包括另一个频谱池构建系统节点，从而保证频谱池构建系统节点间的连通性。
进一步的，所述频谱池构建系统节点通信半径
进一步的，每个所述正方形区域内放置有一个频谱池构建系统节点。
如图3所示，所述频谱池构建系统节点包括zigbee芯片mc13213，所述zigbee芯片mc13213上分别连接有时钟电路、bdm接口、天线电路、电源电路、电源及相应的基本外围电路。
一种工业无线网络动态频谱池构建方法，该方法包括以下步骤：
步骤1）如图1和图2所示，以工业无线网络区域一个端点为原点，建立平面直角坐标系，横纵座标单位为对应的方格数，并依次标记频谱池构建系统节点，在本实施例中，比如可将图1中沿x轴方向第3个方格、沿y方向第2个方格的节点n标记为
步骤2）选择相应无线通信协议，每个频谱池构建系统节点周期地感知各个信道质量
步骤3）各个频谱池构建系统节点依次沿x坐标轴将频谱感知结果传递，末端节点取
步骤4）按照各个信道质量进行排序，根据工业无线网络需要，选取所需数量的信道构成可用频谱池，末端节点将可用频谱池反向传回各个频谱池构建系统节点；
步骤5）在系统工作过程中，此频谱池构建过程周期进行，并通过强化学习优化权值从而形成系统可用的动态频谱池。
所述步骤3）中频谱池构建系统节点的下一跳x无节点时沿y轴。
所述步骤2）中工业无线网络采用ieee802.15.4物理层和链路层。
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。