[发明专利]一种基于多接入点的TDMA接入装置及其接入方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业无线网络技术，具体地说是一种基于多接入点的TDMA接入装置及其接入方法。

背景技术

工业无线网络技术是继现场总线之后，工业测控领域的又一个热点技术，是降低工业测控系统成本、提高应用范围的革命性技术，也是未来几年工业自动化产品新的增长点。工业无线网络技术适用于恶劣的工业现场环境，具有抗干扰能力强、能耗低、实时通信等技术特征，是对现有无线技术在工业应用方向上的功能扩展和技术创新，并最终转化为新的无线技术标准。目前，工业无线网络技术逐渐应用于高速的工厂自动化领域，成为继面向过程自动化的工业无线网络技术之后，国际上无线网络技术竞争的又一焦点。面向工厂自动化的工业无线网络，即工厂自动化无线网络，不仅具有工业无线网络低成本、易安装、易维护的优势，而且能够避免工厂设备因移动导致的线缆易老化、线缆污染、滑环电力接触易失败等问题。然而，工厂自动化无线网络面临着更加苛刻的需求：（1）大网络规模，要求支持百点至千点的节点数量；（2）高通信速率，传输速率要求Mbit/s的量级；（3）高可靠性，端到端的传输成功率要求10e-9；（4）高实时性，端到端的通信延迟要求低于10ms。

基于工厂自动化无线网络的上述需求，时分多路访问（TDMA，Time Division Multiple Access）机制是工业无线网络较为理想的机制访问控制（MAC，Medium Access Control）层的接入机制。究其原因在于：首先，工业无线网络对性能具有确定性要求；其次，受工业应用环境的限制，现有大多数网络的拓扑结构相对固定且常为层次性结构；此外，工业现场中的数据大多具有周期性特征。

然而，采用TDMA机制的工厂自动化无线网络中仍存在下述问题：（1）由于无线介质的开放性以及工业电磁干扰环境的特殊性，数据包传输有较大的不可控、不确定性，甚至多次重传后也难以达到端到端的可靠性要求，特别是工厂自动化应用；（2）预先分配固定数目的重传时隙实现高可靠性是工业无线网络最为常用的方法，然而实际中多数重传时隙都得不到利用，导致资源利用率低，从而使得工业无线网络难以容纳大规模的节点。

目前的工厂自动化无线网络多采用单接入点（AP，Access Point）的星型网络拓扑，是的单个AP成为整个网络的瓶颈。一旦单个AP出现故障，则网络崩溃；此外，此外，工厂环境中有许多诸如机器人、轨道挂载设备、无人搬运车（AGV，Automated Guided Vehicle）等移动设备，从而要求对其监控的工业无线网络节点具有移动能力。在这种应用场合下，网络节点可能移动到与单个AP无法通信的区域，导致报文传输失败，影响工业无线网络的可靠性。解决上述问题的一种直观而有效的方法是网络中布设多个AP，其他站点可以与多个AP进行通信。

发明内容

针对现有静态网络中AP故障导致网络崩溃的问题，以及现有针对工业无线网络的TDMA方法无法同时满足实际工业应用的实时性和可靠性需求的现状，本发明引入多个接入点，提出一种基于多接入点的TDMA接入装置及其接入方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于多接入点的TDMA接入装置，包括站点STA、接入点AP、网关和控制器，其中STA在工业现场连接现场设备，负责采集现场数据以及控制生产过程，STA与多AP接入装置中的多个接入点AP无线连接；所述多个接入点AP与多AP接入装置中的一个网关有线连接；所述多AP接入装置用于将STA采集的现场设备的传感器数据转发到控制器，将控制器的控制信息转发给现场设备上的执行器。

所述多个AP共用一个地址，并行工作。

所述多AP接入装置包括：TDMA模块、用户数据报协议通信模块、滤包模块、缓存区管理模块以及网络管理模块；其中，用户数据报协议通信模块采用UDP通信协议，用于转发来自于多个AP的数据包；滤包模块连接用户数据报协议通信模块，用于过滤多余的重复包；缓存区管理模块连接用户数据报协议通信模块和滤包模块，用于管理存取缓存区；网络管理模块连接缓存区管理模块，用于将数据包发送给网关；TDMA模块连接用户数据报协议通信模块和网络管理模块，用于组织TDMA超帧通信，包括ACK回复子模块。

一种基于多接入点的TDMA接入装置的接入方法，包括

令多AP接入装置作为整个网络的时间源，STA利用多AP接入装置广播的信标帧进行时间同步；

将包含n个AP的多AP接入装置分成k组，k为自然数，且1≤k≤n；