用于提供无线传感器网络中的可靠无线通信的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于在工业控制系统或过程控制系统的无线网络中的节点之间 进行通信的方法。具体来说，本发明涉及一种用于确定提供传输质量的更大或更小量度的 无线传输的方法的方法以及具有用于执行该方法的硬件和/或软件的无线节点。
【背景技术】
[0002] 过程工业中的工业控制系统、过程系统、分布式控制系统等常常包括硬连线数据 网络和无线数据网络。无线传感器网络用来在无线现场装置、例如传感器和/或致动器与 工业控制系统之间传递测量和一些控制数据。无线传感器常常是电池供电的。
[0003] 已知工业工厂和装备中的环境是恶劣的，其能够使可靠无线通信成为难题。在本 描述中，工业工厂可包括：石油和天然气（石油）勘探、石油和天然气生产/提取装备中的 生产和处理装备；船舶上或者石油平台、地面或地下矿井的纸浆和造纸厂、金属轧机、水泥 厂、发电、输电和配电装备、过程或设备。在一些情况下，工业工厂中的信号强度可波动大约 40-50dB。以及另外在一些情况下，信号强度因遮蔽衰落（例如当卡车依靠在无线装置前 面时）而甚至进一步下降。尽管恶劣无线环境所造成的难题，但是预测工业无线传感器网 络的使用在工业自动化领域中呈指数增加，并且它们将部署在极恶劣工业环境中，这将使 得难以确保可靠通信。
[0004] 易受无线传输/接收条件的暂时变化的这种恶劣无线环境使工业工厂中的无 线电通信成为难题，特别是对于具有严格延迟要求和确定性行为的实时通信。诸如IEEE 802.15.4 [1]、ISA100 [3]、WIA-PA[4]和IndustrialWLAN[5]之类的可用工业无线传 感器网络标准提供正常传输和接收的指导。但是，这些标准没有提供关于如何改进工业装 置中使用的无线传感器网络的可靠性的信息。
[0005] 从另一个技术领域、即移动无线通信网络的领域，转让给HarrisCorp.、标题 为"Wirelesscommunicationnetworkincludingdataprioritizationandpacket receptionerrordeterminationfeaturesandrelatedmethods" 的专利US6982987 描 述一种优先化移动通信网络中的通信的方法。它还公开一种移动自组网络（MANET)，其中 向数据指配具有相应服务质量（QoS)要求的优先等级。被说成是例如信号干扰比（SIR) 的QoS量度对不同传输时隙来确定，并且用来将优先化数据映射到最佳时隙。类似地，也 转让给HarrisCorp.、标题为"Loadlevelinginmobilead-hocnetworkstosupport end-to-enddelayreduction，QoSandenergyleveling"的另一个专利US7142866也公 开一种移动自组网络（MANET)，其中数据按照服务类型（ToS)来优先化，并且在按照其服务 质量（QoS)的路由上传送。QoS被说成是基于例如链路可靠性，但是该术语的含意没有进一 步说明。
[0006]在转让给SamsungElectronics、标题为"Methodforroutingdatain networks"的US7864682中，公开一种无线网格网络，其中不同类型的业务具有不同要求并 且因此以不同方式来路由。在这个公开中，所使用的度量是链路等待时间或链路带宽。在依 靠路由标识的另一个公开、即转让给ToshibaK.K.、标题为"Forwardingandroutingin sensornetworks"的US2012099587中，公开一种无线网格传感器网络和一种方法，其中将 业务分类为两个不同优先等级（标准或关键）。关键优先级数据在最可靠路由中路由，其通 过测量各路由的信号干扰噪声（SINR)值来确定。此公开描述，最可靠路由是由节点基于先 前成功传输可识别的，成功基于来自分组接收方节点的确认的接收所确定。
[0007] 但是，虽然存在进行所识别最佳路由的静态确定的一些已知方法，但是在工业无 线传感器网络的领域中存在无线通信的可靠性的改进的空间。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是纠正上述问题的一个或多个。这个和其他目的通过权利要求1所 表征的方法来获得。
[0009] 在本发明的第一方面，公开一种用于通过确定具有传输质量的更多或更小量度的 无线电传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方 法，该方法包括 在发射器节点测量从两个或更多不同极化切换支路所接收的至少一个数据分组的传 输质量度量， 识别两个或更多极化切换支路的哪一个具有更大传输质量度量，将具有第一优先级的 数据分组分配给具有更大传输质量度量的极化切换支路，以及 在具有更大传输质量度量的极化切换支路上传送具有第一优先级的数据分组（例如 实时数据）。
[0010] 按照一实施例，公开一种用于通过确定具有传输质量的更大或更小量度的无线电 传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方法，该方 法包括在发射器节点测量从两个或更多不同极化切换支路所接收的至少一个数据分组的 传输质量度量，其还包括 识别或检索无线传感器网络中用于送往给定节点的数据分组的一个或多个预定路由， 预定路由具有已知信噪质量量度， 确定所识别预定路由的一部分上的两个或更多极化切换支路的哪一个具有更大传输 质量度量，以及 通过所识别的具有更大信噪质量量度的预定路由使用所识别的具有更大传输质量度 量的极化切换支路来传送具有第一优先级的数据分组。
[0011] 按照另一个实施例，公开一种用于通过确定具有传输质量的更大或更小量度的无 线电传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方法， 该方法包括在发射器节点测量从两个或更多极化切换支路所接收的至少一个数据分组的 传输质量度量，该方法还可包括将具有第二优先级的数据分组分配给具有更小传输质量度 量的切换支路，并且在具有更小传输质量度量的极化切换支路上传送第二或较低优先级数 据。
[0012] 按照一实施例，公开一种用于通过确定具有传输质量的更大或更小量度的无线电 传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方法，该方 法包括在发射器节点测量从两个或更多不同极化切换支路所接收的至少一个数据分组的 传输质量度量，该方法还包括在配置为下列项的组的任何天线元件的极化切换支路上传送 数据分组：线性极化；水平极化；垂直极化；圆形极化。
[0013] 按照另一个实施例，公开一种用于通过确定具有传输质量的更大或更小量度的无 线电传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方法， 该方法包括在发射器节点测量从两个或更多不同极化切换支路所接收的至少一个数据分 组的传输质量度量，该方法还包括通过从多个极化切换支路元件中选择一个或多个极化切 换支路元件来选择极化切换支路。
[0014] 按照一实施例，公开一种用于通过确定具有传输质量的更大或更小量度的无线电 传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方法，该方 法包括在发射器节点测量从两个或更多不同极化切换支路所接收的至少一个数据分组的 传输质量度量，该方法还包括通过调整两个或更多极化切换支路元件之间的相对传输信号 强度来选择极化切换支路。
[0015] 按照一实施例，公开一种用于通过确定具有传输质量的更大或更小量度的无线电 传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方法，该方 法包括在发射器节点测量从两个或更多不同极化切换支路所接收的至少一个数据分组的 传输质量度量，该方法还包括在其传输质量度量是下列项的组的任一个的切换支路上传送 数据分组：信号干扰噪声SINR;信号干扰比（SIR);分组接收误差值（PREV);与丢弃分组的 数量相关的传输质量度量。
[0016] 按照一实施例，公开一种用于通过确定具有传输质量的更大或更小量度的无线电 传输的方法来提供连接到工业控制系统的无线传感器网络中的可靠无线通信的方法，该方 法包括在发射器节点测量从两个或更多不同极化切换支路所接收的至少一个数据分组的 传输质量度量，该方法还包括 在无线发射器节点或传感器装置中接收数据分组，并且读取其至少一部分， 从分组报头、发送方地址、接收方