一种基于ISA100.11a标准的无线传感网的通信中转方法技术

本发明专利技术提供了一种基于ISA100.11a标准的无线传感网的通信中转方法，将中间件部署在工业现场网络中，处于网关和用户之间，将一般性的网关服务转变为面向用户需求的具体化监控访问接口，方便从用户角度建立相关的无线传感网监控平台。中间件采用一种命令驱动机制进行运作，每个具体的命令代表了用户需要监控的实际内容，中间件使用命令调用相应的网关服务，网关根据调用内容回复用户所需要的监控数据，最终再由中间件将监控数据送给用户。本发明专利技术能够在网关服务的基础上面向用户的具体监控需求，提供更直观的监控接口，优化了用户对无线传感网实施监控的渠道与过程，保障了用户监控访问的稳定性和实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线传感网的通信中转方法，属于工业无线传感网
，主要用于在ISA100.11a无线传感网系统中向用户提供系统的监控接口。
技术介绍
ISA100.11a标准作为工业无线传感网的重要标准之一，得到越来越多的研究与应用。ISA100.11a标准基于IEEE 802.15.4，支持多种无线网络拓扑，包括星型、网格型、星网结合型等，符合该标准的无线设备可以按照任意拓扑方式连接。为了扩大网络覆盖范围并提升总体性能，ISA100.11a标准引入了骨干网的概念，具体为可兼容IPv6的高速网络，一般由以太网或Wi-Fi承担，并且规定了由骨干路由器设备作为无线传输和骨干网传输之间的桥梁。ISA100.11a标准还规定了网关和系统管理器这两种设备，它们在骨干网上与骨干路由器进行高速通信；网关负责ISA100.11a协议数据与外部工业现场网络协议数据之间的转换，并向用户提供相应的网络访问服务；系统管理器则总管无线传感网的资源分配与调度，包括无线拓扑、设备列表维护等功能。除上述内容之外，ISA100.11a标准未再规定其他的符合该标准的无线传感网系统的设备角色。因此，对于用户而言，只能通过网关应用层提供的一些服务来实现对无线传感网的监控，如发布订阅服务、客户服务器服务等。但是ISA100.11a标准所规定的网关服务都属于一般性服务，应用层具体如何使用这些服务并未做出规定。即就是说，用户如何对ISA100.11a无线网络执行具体的拓扑查询、设备列表、网络通信质量等操作需要自行实现。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于ISA100.11a标准的无线传感网的通信中转方法，能够在网关服务的基础上面向用户的具体监控需求，提供更直观的监控接口。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：步骤1，在基于ISA100.11a标准的无线传感网WSN的网络拓扑中，在网关和用户之间部署中间件；步骤2，创建一个数据库，用于存储用户和中间件之间的交互数据，所述的交互
数据包括两类：一类是用户所需要的ISA100.11a无线网络参数，至少包括设备列表、网络拓扑连接、设备信道信息、设备的传感器控制器参数、设备通信契约、网络总体性能指标和设备之间的无线通信质量的监控数据；另一类是控制用户和中间件之间数据交互的命令参数；所述的命令参数包括两方面，一是命令概念的定义，二是代表用户请求的实例化命令数据；所述的命令概念定义了命令的名称和内容，不同的内容代表了用户访问ISA100.11a网络不同参数的需求；设备列表命令的内容是获取WSN所有设备的列表；网络拓扑命令的功能是获取WSN的网络拓扑；信道调度命令的功能是报告设备的时隙与信道分配；设备信息命令的功能是报告指定设备的传感器控制器参数；网络健康命令的功能是报告WSN的网络状况；设备邻居命令的功能是报告设备的邻居节点通信；契约路由命令的功能是更新网络的契约与路由；所述的实例化命令数据是代表用户请求的命令概念的具体化对象。步骤3，根据用户请求在数据库中创建实例化命令数据；实例化命令数据包括命令类型、命令状态和请求数据；创建实例化命令数据的途径包括用户向数据库中插入实例化命令数据，和中间件向数据库中插入实例化命令数据。所述的命令状态包括新建New、已发送Sent、已响应Responded和失败Failed，新插入数据库对应表中的实例化命令数据的命令状态都赋值为New。步骤4，所述中间件按照设定的周期查询数据库中是否存在新建命令，即命令状态为New的实例化命令数据；如果存在新建命令，将新建命令从数据库中读取出来，剔除掉格式非法的错误命令，将有效命令写入未处理命令缓存中；将剔除掉的错误命令的命令状态置为Failed，并在数据库中更新其对应的字段；所述数据库的接口设计为多线程连接池，连接池维护着若干数据库连接，每个连接对应一个处理SQL语句的线程，中间件在访问数据库时即激活一个空闲线程并使用对应的连接去执行数据库访问任务，访问结束后连接依然有效同时对应线程置为等待；查询操作由只读连接完成，且只读连接由多个查询操作共享；增、删、改操作由可写连接完成，且每个可写连接只能由一个写入操作独占。步骤5，所述未处理命令缓存按照写入顺序将实例化命令数据发送给网关，由命令调用网关服务的方式将用户的请求传达至WSN，并且将数据库中所记录的实例化命
令数据的状态属性值由New更新为Sent；所述的网关服务由ISA100.11a协议标准定义，包括警报管理服务Alert、大块数据传输服务BulkTransfer、客户服务器服务ClientServer、发布订阅服务PublishSubscribe、系统报告服务SystemReport和时间服务TimeService；命令和网关服务之间是多对多的对应关系；所述的设备列表命令调用系统报告服务；网络拓扑命令调用系统报告服务；信道调度命令调用系统报告服务；设备信息命令调用客户服务器服务、发布订阅服务、系统报告服务和时间服务；网络健康命令调用警报管理服务、系统报告服务和时间服务；设备邻居命令调用警报管理服务、系统报告服务和时间服务；契约路由命令调用系统报告服务。步骤6，网关在ISA100.11a规定方式下完成服务的执行，并将结果数据作为实例化命令数据的响应数据送入中间件；中间件把对应的实例化命令数据转入已处理命令缓存中；并对响应数据进行甄别，剔除错误数据和超时数据，得到正确响应数据；所述响应数据的甄别包括以下内容：对比WSN响应数据和所对应实例化命令数据的请求数据剔除错误数据，对比WSN响应数据的时间戳和所对应实例化命令数据的更新时间剔除超时数据。步骤7，数据库更新实例化命令数据的最终状态，错误数据和超时数据所对应的实例化命令数据的命令状态更新为Failed，正确响应数据所对应的实例化命令数据的命令状态更新为Responded；将步骤6得到的正确响应数据作为最新的WSN参数存入数据库相对应的表中，以供用户查看。所述的中间件按照设定的周期清理数据库中超过设定存储时间的历史数据。本专利技术的有益效果是：使用自定义的命令驱动机制调用ISA100.11a网关所提供的各种服务，从而提供了面向用户的具体监控需求的直观化的控制接口，使用户应用可以方便的根据需要获得相关的无线传感网状态参数并实施一定的控制功能。此外，中间件的存在极大的优化了用户对无线传感网实施监控的渠道与过程，未处理和已处理命令缓存区和多线程连接池的设计保障了用户监控访问的稳定性和实时性。附图说明图1是基于ISA100.11a标准的无线传感网系统及所述中间件的拓扑。图2是中间件的内部软件结构。图3是命令概念定义的类图。图4是实例化命令的状态图。图5是中间件角度的命令处理流程图。具体实施方式本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在ISA100.11a的网络拓扑之中将所述中间件方法实现为软件模块并部署于网关和用户之间作为Socket通信中转，可将网关的一般性服务转换为面向用户需求的具体化监控接口。此外，中间件方法需要有额外配套的数据库来帮助实现，以便存储用户所需要的监控数据，这些数据的内容至少应涵盖设备列表、网络拓扑连接、设备信道信息、设备的传感器控制器参数、设备通信契约、网络总体性能指标和设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ISA100.11a标准的无线传感网的通信中转方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，在基于ISA100.11a标准的无线传感网WSN的网络拓扑中，在网关和用户之间部署中间件；步骤2，创建一个数据库，用于存储用户和中间件之间的交互数据，所述的交互数据包括两类：一类是用户所需要的ISA100.11a无线网络参数，至少包括设备列表、网络拓扑连接、设备信道信息、设备的传感器控制器参数、设备通信契约、网络总体性能指标和设备之间的无线通信质量的监控数据；另一类是控制用户和中间件之间数据交互的命令参数；步骤3，根据用户请求在数据库中创建实例化命令数据；实例化命令数据包括命令类型、命令状态和请求数据；步骤4，所述中间件按照设定的周期查询数据库中是否存在新建命令，即命令状态为New的实例化命令数据；如果存在新建命令，将新建命令从数据库中读取出来，剔除掉格式非法的错误命令，将有效命令写入未处理命令缓存中；将剔除掉的错误命令的命令状态置为Failed，并在数据库中更新其对应的字段；步骤5，所述未处理命令缓存按照写入顺序将实例化命令数据发送给网关，由命令调用网关服务的方式将用户的请求传达至WSN，并且将数据库中所记录的实例化命令数据的状态属性值由New更新为Sent；步骤6，网关在ISA100.11a规定方式下完成服务的执行，并将结果数据作为实例化命令数据的响应数据送入中间件；中间件把对应的实例化命令数据转入已处理命令缓存中；并对响应数据进行甄别，剔除错误数据和超时数据，得到正确响应数据；步骤7，数据库更新实例化命令数据的最终状态，错误数据和超时数据所对应的实例化命令数据的命令状态更新为Failed，正确响应数据所对应的实例化命令数据的命令状态更新为Responded；将步骤6得到的正确响应数据作为最新的WSN参数存入数据库相对应的表中，以供用户查看。...

【技术特征摘要】
1.一种基于ISA100.11a标准的无线传感网的通信中转方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1，在基于ISA100.11a标准的无线传感网WSN的网络拓扑中，在网关和用户之间部署中间件；步骤2，创建一个数据库，用于存储用户和中间件之间的交互数据，所述的交互数据包括两类：一类是用户所需要的ISA100.11a无线网络参数，至少包括设备列表、网络拓扑连接、设备信道信息、设备的传感器控制器参数、设备通信契约、网络总体性能指标和设备之间的无线通信质量的监控数据；另一类是控制用户和中间件之间数据交互的命令参数；步骤3，根据用户请求在数据库中创建实例化命令数据；实例化命令数据包括命令类型、命令状态和请求数据；步骤4，所述中间件按照设定的周期查询数据库中是否存在新建命令，即命令状态为New的实例化命令数据；如果存在新建命令，将新建命令从数据库中读取出来，剔除掉格式非法的错误命令，将有效命令写入未处理命令缓存中；将剔除掉的错误命令的命令状态置为Failed，并在数据库中更新其对应的字段；步骤5，所述未处理命令缓存按照写入顺序将实例化命令数据发送给网关，由命令调用网关服务的方式将用户的请求传达至WSN，并且将数据库中所记录的实例化命令数据的状态属性值由New更新为Sent；步骤6，网关在ISA100.11a规定方式下完成服务的执行，并将结果数据作为实例化命令数据的响应数据送入中间件；中间件把对应的实例化命令数据转入已处理命令缓存中；并对响应数据进行甄别，剔除错误数据和超时数据，得到正确响应数据；步骤7，数据库更新实例化命令数据的最终状态，错误数据和超时数据所对应的实例化命令数据的命令状态更新为Failed，正确响应数据所对应的实例化命令数据的命令状态更新为Responded；将步骤6得到的正确响应数据作为最新的WSN参数存入数据库相对应的表中，以供用户查看。2.根据权利要求1所述的基于ISA100.11a标准的无线传感网的通信中转方法，其特征在于：所述的命令参数包括两方面，一是命令概念的定义，二是代表用户请求的实例化命令数据；所述的命令概念定义了命令的名称和内容，不同的内容代表了用
\t户访问ISA100.11a网络不同参数的需求；设备列表命令的内容是获取WSN所有设备的列表；网络拓扑命令的功能是获取WSN的网络拓扑；信道调度命令的功能是报告设备的时隙与信道分配；设备信息命令的功能是报告指定设备的传感器控制器参数；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鼎衡，张建奇，成斐鸣，
申请(专利权)人：西安航天自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61