[发明专利]无线HART协议中的高效寻址

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及过程控制环境下的无线通信，更具体地说，涉及支 持无线通信协议的无线网关。

背景技术

在过程控制行业中，已知的是，使用标准化通信协议使得由不同制造商 制出的设备能够以易于使用和实现的方式与彼此通信。过程控制行业中使用 的一个众所周知的通信标准是高速可寻址远程传感器(HART)通信基础协 议，通常称为协议。一般而言，协议支持专用导线或导线组 上的数字和模拟混合信号，在专用导线或导线组上，在线过程信号(如控制 信号、传感器测量结果等)作为模拟电流信号(例如范围从4到20毫安) 被提供，并且诸如设备数据、对设备数据的请求、配置数据、报警以及事件 数据等等之类的其它信号，作为叠加或复用到与模拟信号相同的导线或导线 组上的数据信号被提供。然而，HART协议当前需要使用专用、硬线通信线 路，这导致需要在加工厂内大量布线。

在过去几年里，已经存在一种将无线技术结合到以某些有限方式包括过 程控制行业的各种行业中的发展趋势。然而，在过程控制行业中，存在限制 无线技术的完全结合、接受和使用的巨大障碍。具体来说，过程控制工业需 要十分可靠的过程控制网络，因为信号的丢失失可能导致工厂失去控制，从 而导致灾难性的后果，包括爆炸、致命化学制剂或气体的释放等等。例如， Tapperson等人的美国专利No.6,236,334公开了在过程控制行业中将无线通 信作为副的或备用通信路径使用或用于发送非关键性的或冗余的通信信号。 而且，在通常可以适用于过程控制行业的无线通信系统的使用上已经取得了 许多进展，但是该无线通信系统尚未以在加工厂内允许或提供可靠的并且在 某些情况下完全无线的通信网络的方式应用于过程控制行业。例如，美国专 利申请公开No.2005/0213612、2006/0029060和2006/0029061公开了与一般 无线通信系统相关的无线通信技术的各个方面。

与有线通信类似，无线通信协议被期望提供高效、可靠和安全的信息交 换方法。当然，由于介质的共享和开放特征，在有线网络中被开发以解决这 些重要问题的大多数方法并不适用于无线通信。进一步，除了在有线通信协 议之后的典型客观事实外，无线协议还面临关于使用无线电频谱的同一部分 的若干网络的干扰和共存的问题的其它要求。而且，某些无线网络在无许可 证的或向公众开放的频段中运行。因此，为这种网络服务的协议必须能够检 测或解决与频率(信道)争用、无线电资源共享和协商等等相关的问题。

在过程控制行业中，无线通信协议的开发者面临另外的挑战，例如，实 现与有线设备的向后兼容、支持协议的先前有线版本，为改装了无线通信机 的设备提供转变服务，并且提供可同时保证可靠性和有效性的路由技术。同 时，仍然存在相当多的过程控制应用，在这些过程控制应用中存在即使有也 很少的原地测量。当前，这些应用依赖于观测的测量结果(例如，水位正在 上升)或检查(例如，空调单元、泵、风机等等的周期性维护)来发现异常 情况。为了采取措施，操作员经常需要面对面的讨论。如果使用测量和控制 设备，这些应用中的许多的应用可能被大大简化；然而，当前的测量设备通 常需要电力、通信基础设施、配置以及简直是不可用的支持基础设施。

发明内容

在过程控制环境下运行的无线网络具有若干个网络设备，这些网络设备 包括网关和用于执行测量或控制功能的至少一些现场设备，该无线网络使用 为在布置在该无线网络外部的外部主机上运行的一个或更多应用程序提供 对各个网络设备的无缝访问权限的寻址方案。在某些实施例中，外部主机使 用符合诸如由IEEE定义的EUI-64之类的标准寻址方案的全局地址。在运行 中，参与该无线网络的网络设备使用全局地址的一部分在网络设备间路由数 据。作为补充或替代地，这些网络设备使用短的别名用于到无线网络的内部 路由。

在某些实施例中，各个网络设备的全局地址的一部分符合对等的有线协 议的寻址方案。在这些实施例中，无线网络支持有线协议的至少一层(例如 OSI-7模型的应用层)，并且在这个意义上，无线网络使用一种作为有线协 议的扩展的协议。有线协议和无线协议的共享寻址方案可分配若干个字节给 唯一设备标识，若干个字节给扩展设备类型代码，该扩展设备类型代码可在 相同类型的且由同一公司制造的若干个设备之间共享。