[发明专利]工业无线网络的多发多收通信调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种工业无线网络的多发多收通信调度方法。

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，802.11b、ZigBee、蓝牙、IEEE 802.15.4等技术逐渐被应用到工业现场。这些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。

IEEE 802.15.4标准作为一个低功耗、低速率的PHY/MAC标准，定义网络具有节能的特点，适合于工业无线网络，被ISA100.11a、无线Hart、WIA-PA等采用作为底层标准。

IEEE 802.15.4支持可选的超帧结构，超帧以网络协调器发出信标帧为开始，信标帧可以用来同步网络中的设备并且描述超帧结构，在这个信标帧中包含了超帧将持续的时间以及对这段时间的分配等信息。网络中普通设备接收到超帧开始的信标帧后，就可以根据其中的内容安排自己的任务。该超帧结构的格式由协商者来定义，绑定了网络信标帧。IEEE802.15.4超帧将通信时间划分为活跃和不活跃的两个部分，活跃期划分为三个阶段：信标发送阶段、竞争访问阶段(CAP)、非竞争访问阶段(CFP)，超帧的活跃部分被划分为16个等长的时隙，每个时隙的长度、每个时段包含的时隙等参数，都由协调器设定，并通过超帧开始时发出的信标帧广播到整个网络。在超帧的竞争访问阶段，设备使用带时槽的CSMA-CA访问机制，并且任何通信都必须在竞争访问时段结束前完成。在非竞争时段，协调器根据上一个超帧PAN网络中设备申请FTS的情况，将非竞争时段划分成若干个GTS(guaranteed time slot)。每个GTS由若干个时槽组成，时槽数目在设备申请GTS时指定。每个GTS中的时槽都指定分配了时槽申请设备，因而不需要竞争信道。在不活跃期间，PAN网络中的设备不会相互通信。不活跃期间跟在活跃期间的后面。

IEEE 802.15.4定义时隙的信标具有节能的特点，但时隙的利用率却不高，它规定在一个时隙内只能有一个指定的设备发送，一个指定的设备接收，两个设备不能来往通信。当发送设备的数据发送完毕，而时隙仍然可能存在剩余的时间。这样，整个网络的时隙利用率就比较低，不能充分利用时间轴的资源。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种工业无线网络的多发多收通信调度方法，使之能满足工业应用的实时性、可靠性以及低功耗等要求，该方法根据IEEE802.15.4标准，重新定义超帧结构，根据超帧结构控制节点间的通信调度；并且采用时隙内多发多收的技术在时隙内两个设备间多次来往通信，解决了基于TDMA的时隙使用率低的问题，使网络协议简单可靠。

本发明解决上述技术问题的具体方案是：根据IEEE 802.15.4标准，重新定义超帧结构(超帧为两次相邻信标之间的时段，网络中所有路由都在超帧开始时刻，同时在簇信道上发送信标，也就是说，网络中所有路由使用统一的超帧长度；)，在超帧结构中定义信标时段、簇内时段、申请时段、答复时段、空闲时段、簇间时段、检测时段，同时将调度与多发多收相结合，规范星型网络节点的接入以及网状网络的簇间通信机制；超帧以信标帧开始，跟随的是簇内时段、申请时段、答复时段、空闲时段、簇间时段、检测时段。

其中，在簇内时段，每个接入点在分配到的簇内时隙中与簇首通信；在申请时段，允许接入点申请加入网络、申请分配通信资源等，申请时段采用时隙的CSMA/CA(载波监听多路接入/冲突避免)算法；在答复时段，簇首不断发送对请求帧的回复，不能在此时段答复的请求将被丢弃，收到答复的设备将分配到簇内时隙；在空闲时段，簇首和接入点通过休眠节省能量；在簇间时段，两两簇首在所分配到的信道与时隙内进行通信；在检测时段，完成网络检测、全网扫描。