[发明专利]工业无线通信网络中一种冗余路径的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体是一种工业无线通信网络中冗余路径的设计方法。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，各种新技术逐渐被应用到工业现场，无线通信技术的引入解决了工业现场布线困难、安装维护成本高等问题，但现有的无线通信网络无法适应复杂的工业现场环境。对无线通信技术中冗余机制的研究现在大都集中在数据冗余方面，而ISA-SP100和无线HART作为国际工业无线通信领域内两种主要标准，在它们所发布的规范中重点研究的都是具备相关冗余功能的Mesh拓扑结构，并没有涉及到树型网络里的通信冗余问题。例如在文献【WirelessHART Communication Standard，HART 7.0Specifications，The HARTCommunication Foundaion(HCF)，September 7，2007】HART通信基金会所发布的无线HART最新规范中，网关对所有设备实施集中式管理，而系统管理器使用Mesh机制统一为每个现场设备配置至少两条和网关进行通信的路径，实现冗余功能。但是这种全Mesh拓扑结构的系统管理和安全管理十分复杂，Mesh全网的通信调度更是难题，因此尚处于标准阶段，并未真正应用。

在工业应用中，考虑到要在管理方便的基础上实现通信调度等具体问题，因此骨干网和工作在各个现场环境中的通信子网通常采用两层网络拓扑结构。由网关和骨干路由设备所形成的骨干网络采用Mesh拓扑，通过Mesh机制来实现通信路径的冗余，保证数据传输的及时可靠性。而之前在工业现场环境中使用的第二层通信子网是由骨干路由设备和终端设备组成的星型网，特点是管理方便，骨干路由只需管理终端设备的加入与断开，不需考虑子网内通信路径的冗余问题。但是这种星型结构的网络扩展性不强，无法满足日益复杂的现场环境的需求，因此在现阶段的工业应用中通常采用Mesh+Tree的两层网络拓扑结构。

由一个骨干路由设备和若干工作在现场环境的具有采集功能的终端设备及路由设备组成第二层树型拓扑的通信子网，组网灵活方便，并能够通过增加深度来扩展网络。但是无线通信技术中的树型网络只是对作为网络核心的骨干路由配置了冗余设备，却一直没有实现通信冗余的功能，无法为网络中工作的现场设备提供冗余路径，使得网络的抗干扰能力差，不能保证通信的可靠性。并且由于工业无线网络经常会应用于环境较为恶劣的场所，特别是作为终端的采集设备，通常工作在人员长时期不去的地方，因此树型网络中如果某个现场路由设备受到干扰或者发生故障，则其下层的所有子设备都无法收发数据，影响工业生产。本发明就是在此背景下提出的，主要是通过在现场设备层设置冗余路径来解决树型工业无线网络的通信可靠性问题。

发明内容

本发明针对应用在工业现场环境中的树型网络抗干扰能力差，无法保证通信可靠性的问题，提出了一种为网络中现场设备提供冗余路径的方法，能够提高网络的抗干扰能力，从而保证通信可靠性。

本发明所采用的技术方案是：设计了一种工业无线通信树型网络中冗余路径的实现方法，该方法包括如下步骤：

(1)网络中每个现场设备(包括现场路由设备和现场终端设备)入网时在Mac层管理信息库中选择链路质量指示LQI值最大的路由设备作为父设备，选择LQI值次之的路由设备作为备用父设备；

(2)在现场设备的网络层信息库中设置通信失败次数阈值，若现场设备向其父设备连续发送数据失败的次数达到通信失败次数阈值，则该现场设备自动向备用父设备发送包含自身地址和深度信息的冗余路径建立帧，并设置特定标识位Sign的值；

(3)备用父设备在收到冗余路径建立帧后，通过解析帧结构更新自身网络层信息库中备用表项StandbyTbl的内容，然后复制建立帧的载荷并以自身为源地址向父路由设备发送冗余路径建立帧；

(4)每个收到冗余路径建立帧的路由设备在更新完自身的StandbyTbl表项后，将建立帧转发给自己上一层的父路由设备，这样建立帧就逐层上传至骨干路由设备，建立起从现场设备到骨干路由的冗余路径。

所述StandbyTbl表项的内容包括：冗余路径建立帧载荷中无法和父设备进行通信的现场设备的地址和深度信息，使用冗余路径向下发送信息时所用的下一跳地址参数。所述特定标识位Sign定义为两个字节，标识现场设备所处的通信状态，低字节为1表示现场设备的父设备正常工作，为0表示现场设备无法与父设备进行通信，而现场设备发送冗余路径建立帧后将高字节置为1，发送冗余路径取消帧后将高字节置为0。