[发明专利]工业无线网络数据冗余发送方法

说明书

技术领域

本发明属于工业无线网络通信技术，具体是一种工业无线网络中数据冗余发送的方法。

背景技术

工业无线技术是一种面向设备间信息交互的无线通信技术，是对现有工业通信技术在工业应用方向上的功能扩展和提升，将引发传统工业测控模式的变革，引领工业自动化系统向着低成本、高可靠、高灵活的方向发展。随着无线热潮的到来，工业无线通信技术得到快速发展。在工业无线网络通信中，要求极高的可靠性，任何来自现场设备的数据丢失将会导致工业领域不可预知的事故，尤其是关键信息传输的不可靠，更将带来灾难性的后果。对于无线网络，数据冗余是提高网络通信可靠性的有效方法，国际工业无线网络的两种主要标准ISA-SP100和无线HART在它们发布的规范中主要研究MESH网络的冗余功能，并未涉及到工业无线网络星型网中数据冗余问题。

现有的无线网络规范通常采用MESH网络拓扑结构。MESH网络的可靠性主要通过冗余路径实现。MESH网络中的路由互相连接，源路由与目的路由之间有多条通信路径。当源路由检测到当前路径受到干扰或者出现故障时，可以选择其它路径冗余发送，但这种方式是被动的数据冗余发送方式，并没有根据数据的特征进行选择性的主动冗余发送。

在有线或者无线网络中，为了保证数据的可靠性，通常采用数据重传的方式。数据重传是指源节点向目的节点发送数据，但在规定时间内源节点未收到目的节点发回的确认帧，则认为数据没有正常发送，而重新发送数据来保证数据正确传送的方法。但若是重要度很高的数据在传送途中被篡改，目的节点收到已经被篡改的数据，发回确认帧，这时重传机制不会启动，但目的节点接收到的数据是不正确的数据，此时数据重传机制不能保障数据传输的可靠性。

由于工业无线网络应用的特殊性，它并不采用单一的网络拓扑。若全网采用MESH结构，反而会增加系统管理和安全管理负担，以及使资源的分配和通信调度问题变得更加复杂，因此在工业应用中，无线网络采用MESH和星型相结合的双层网络拓扑结构，实现全网的集中式和分布式控制。星型网络特点是结构简单，数据传输方向确定，但可靠性不高。在星型网络中，采用的是TDMA通信方式。每个现场设备由簇首分配一个簇内地址，对应一个簇内通信时隙，每个现场设备都在自己通信时隙到来时才能与簇首路由通信。若当前所要发送的数据在一个通信时隙内不能完成，则将至少延迟一个超帧的时间才能完成发送；若当前数据是关键数据，需要多次发送，以保证传输数据的正确性，原有的星型网络数据传输机制将不能满足。MESH网络可以提供数据的冗余传输，保证数据的可靠性和及时性。但没有区分信息的重要度，不能对数据有选择性的进行冗余，而只能在数据传送失败后，根据冗余的路径进行被动性的数据重传。

发明内容

本发明的目的是基于以上现有技术存在的缺陷，试图通过在星型网络和MESH网络上分别实现不同策略的数据冗余来解决工业无线网络数据通信的可靠性问题。本发明利用在星型和MESH网络中分别实现接入点时隙冗余和路由发送冗余，来实现不同数据不同冗余策略的动态冗余，保证关键数据的可靠性传输，提高整个网络通信的可靠性。

本发明的另一个目的是针对应用在工业现场环境中的双层拓扑结构不能防止数据在传输途中被篡改，不能保证长数据发送的实时性，不能对数据进行有区别的冗余发送，而无法保证通信可靠性的问题，提出一种工业无线网络数据冗余的方法，能动态调节数据的冗余发送，从而保证通信的可靠性。

本发明的技术思路为，首先对星型网络中数据的关键度Q进行检测，实现对关键数据的冗余发送，再根据现场设备传输数据的数据重要度K和路由保存的冗余路由表数来确定数据发送的冗余度N，实现数据在MESH网络的N冗余发送。

由于工业无线网络采用MESH+STAR双层拓扑结构，工业无线网络数据冗余方法设计也分为MESH和星型两个层次。在星型网络层上主要采用接入点时隙冗余，MESH层上则主要采用路由发送冗余。两个层次的数据冗余发送存在一定联系，共同构成的工业无线网络数据冗余方法保证了网络数据传输的可靠性。接入点时隙冗余保证星型网络中数据从现场设备到簇首的可靠性和及时性传输，同时为路由发送冗余数据提供了基础和依据。路由发送冗余数据则保障了从簇首到网关的数据传输的可靠性。两种方法紧密结合，从而提高整个工业无线网络的可靠性和实时性。

本发明所述的工业无线网络数据冗余方法，包括以下步骤：

(1)星型网络中现场设备申请加入网络，获得1个网络地址以及和网络地址中簇内地址相对应的通信时隙；