[发明专利]ZigBee网络化工业控制系统的边缘计算方法及其边缘节点

说明书

本发明提供的一种ZigBee网络化工业控制系统的边缘计算方法，包括步骤：S3：起始节点判断接收到轮询请求的要求，若为写命令请求，进入步骤S4，若为读命令请求，将起始节点作为当前节点，进入步骤S5；S4：起始节点做出由MAC层主动发起一个11字节短帧响应；S5：判断当前节点是否为边缘数据中心，若否，则进入步骤S6，若是，则进入步骤S7；S6：以隐形令牌方式在边缘簇内部各节点传递信息到当前边缘簇下一节点；S7：判断当前节点是否为控制节点，若是，则当前轮询边缘簇中形成并输出控制运算结果；S8：将当前轮询边缘簇中封装形成响应帧，发送给协调器，进入下一轮询任务；本发明能够保证控制的实时性，提高带宽资源利用率，并提升系统规模。

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种ZigBee网络化工业控制系统的边缘计算方法及其边缘节点。

背景技术

由于ZigBee无线通信中，网络带宽资源与通信速率有限，事件触发的通信方式会造成网络碰撞，网络数据延时较大，与网络化控制系统的实时性要求之间存在矛盾。解决上述问题的传统手段，从控制的角度将被控对象和通信网络视作广义对象，由于其不确定性，非线性和强耦合性等问题的存在导致对象建模的困难；从通信的角度，增加网络带宽和提高通信速率等手段，难以满足工业现场，系统运行低功耗的要求。

传统ZigBee网络包括三种拓扑结构：星型网络、树形网络和网状网络，星型网络中底层节点过多，中央协调器所需处理的数据总量大；树形网络中数据传输的中间节点较多，通信延时明显；网状网络网络资源开销大，控制回路中测量节点的测量信息，可能会经由多个节点转发至控制节点，控制实时性难以得到保证。

因此，需要提出一种新的ZigBee网络化工业控制系统的边缘计算方法及其边缘节点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种ZigBee网络化工业控制系统的边缘计算方法，能够保证控制的实时性，提高带宽资源利用率，并提升系统规模。

本发明提供的一种ZigBee网络化工业控制系统的边缘计算方法，包括步骤：

S1：将底层各个节点进行边缘簇的组合，得到普通的边缘簇和控制回路的边缘簇；其中，所述普通的边缘簇由作为边缘节点的测量节点和作为边缘数据中心的测量节点组成；所述控制回路的边缘簇由作为边缘节点的测量节点和作为边缘数据中心的控制节点组成；所述控制回路的边缘簇至多有一个；在每个普通的边缘簇只有一个作为边缘数据中心的测量节点；在控制回路的边缘簇只有一个作为边缘数据中心的控制节点；

设定协调器与边缘簇采用主从轮询机制，协调器作为主站发起通信请求，各边缘簇作为从站接收请求并执行相应操作；

设定对各边缘簇的轮询顺序，选取位于轮询顺序的起始位置的边缘簇，作为当前边缘簇；

S2：当前边缘簇中地址码最小的节点作为起始节点，接收轮询请求；

S3：起始节点判断接收到轮询请求的通信报文中的功能码为写命令请求还是读命令请求，若为写命令请求，进入步骤S4，若为读命令请求，将起始节点作为当前节点，进入步骤S5；

S4：起始节点做出由MAC层主动发起一个11字节短帧响应，无需进行应用数据的上传应答；

S5：判断当前节点是否为边缘数据中心，若否，则进入步骤S6，若是，则进入步骤S7；

S6：将当前节点信息添加在接收到的通信报文帧末尾，形成新的通信报文，将新的通信报文转发到当前轮询边缘簇中地址码比当前节点地址码大1的下一节点，将下一节点作为新的当前节点，返回步骤S5；

S7：判断当前节点是否为控制节点，若是，则将当前轮询边缘簇中已经执行过控制运算的节点数据进行整合，形成最终的控制运算结果，并执行控制输出，进入步骤S8；若否，则直接进入步骤S8；