一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统及方法技术方案

本发明专利技术是一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统及方法，包括工业生产设备所在的工业生产区域、工业生产区域内用于测控的工业现场仪表区域、以及工业现场仪表区域中无线仪表构成的工业现场仪表节点，该系统包括分布在工业生产区域的若干具有无线接入和路由能力的无线通信节点和网关、以及包括覆盖工业现场仪表区域的多个依次连通的正方形区域，所述无线通信节点与工业现场仪表节点交互并以多跳多径方式与网关通信，所述网关连接至监控计算机系统进行数据交互。本发明专利技术给出了保证覆盖和连通的系统部署方法和多约束多径路由发现和动态校正方法，能降低现场仪表负担，更好地应用现有无线技术，并且更有利解决工业无线通信中多约束QoS路由问题。

【技术实现步骤摘要】
一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统及方法
本专利技术涉及工业自动化系统
，具体涉及一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统及方法。
技术介绍
无线网络用于工业自动化系统，在系统部署、系统维护、系统拓展和系统改造升级等诸多方面具有有线网络无可比拟的优势。然而，无线网络技术目前在工业自动化系统应用还相对有限，一般是在现有仪表增加有限的无线通信功能，适当增加网关，从而实现用无线取代有线通信线缆，用无线通信实现原有的固定的通信链路。这种现状在两个方面存在问题：第一，简单地用无线取代有线通信线缆，无线技术受原有有线网络架构局限，影响无线网络技术优势发挥其自身特点；第二，底层仪表功能有限，而且这些仪表主要功能是测控相关的，依托底层仪表进行无线网络接入和组网，性能有限，且占用底层仪表系统资源也会对测控系统带来影响。本专利技术提出一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统，并给出面向工业自动化的接入和路由方法。通过设计独立、灵活的工业无线网络接入层，降低现场仪表负担，同时发挥无线技术特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统及方法，一方面降低现场仪表用于通信和组网的开销，另一方面，在系统体系和技术应用上，为在工业自动化系统中充分发挥无线通信技术优势提供条件。为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统，包括工业生产设备所在的工业生产区域、工业生产区域内用于测控的工业现场仪表区域、以及工业现场仪表区域中无线仪表构成的工业现场仪表节点，该系统包括分布在工业生产区域的若干具有无线接入和路由能力的无线通信节点和网关、以及包括覆盖工业现场仪表区域的多个依次连通的正方形区域，所述无线通信节点与工业现场仪表节点交互并以多跳多径方式与网关通信，并且满足多QoS约束条件，所述网关连接至监控计算机系统进行数据交互，其中，每个所述工业现场仪表节点的通信半径内均包括至少一个无线通信节点，以保证每一个无线仪表均可接入系统；每个无线通信节点的通信半径内至少包括另一个相邻的无线通信节点，以保证系统连通性。进一步的，所述正方形区域的边长为d为：，所述无线通信节点节点的通信半径为：，其中，为工业现场仪表节点的最小通信半径，以保证正方形区域对工业现场仪表区域的覆盖、以及无线通信节点与工业现场仪表节点的连通。进一步的，每个所述正方形区域中设有至少一个无线通信节点。进一步的，所述无线通信节点包括ZigBee芯片MC13213，所述ZigBee芯片MC13213上分别连接有时钟电路、BDM接口、天线电路、电源电路、电源及相应的基本外围电路，所述网关包括以太网接口芯片Rabbit3000，所述以太网接口芯片Rabbit3000上分别连接有存储器电路、电源电路、本地指示电路和天线电路。一种工业无线网络接入与多约束多径路由方法，该方法包括以下步骤：步骤1）首先采用层次化模型设计各指标权重；步骤2）然后将多约束QoS路由转化为单约束QoS路由；步骤3）应用遗传算法求解满足多QoS约束的一组解；步骤4）进一步通过层次化评估，获取所需的多条路径作为通信路由；步骤5）在系统生命周期中，系统以实际运行的QoS数据为样本，周期地修订各指标权重。本专利技术的有益效果是:本专利技术给出了保证覆盖和连通的系统部署方法和多约束多径路由发现和动态校正方法，通过这样的设计，一方面，降低现场仪表负担，有利于各个现场仪表设计和运行上更专注测控等主要功能，另一方面，独立于现场仪表的接入和路由层也可以专注于无线通信和组网，更好地应用现有无线技术。本专利技术设计的基于层次化模型计算指标权重将多约束QoS路由转化为单目标QoS路由方法以及动态校正方法也更为有利解决工业无线通信中多约束QoS路由问题。附图说明图1为本专利技术的工业无线网络接入与多约束多径路由系统图；图2为本专利技术的多约束多径路由方法示意图；图3为本专利技术的无线通信节点原理图；图4为本专利技术的网关原理图。具体实施方式下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本专利技术。如图1所示，一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统，包括工业生产设备所在的工业生产区域、工业生产区域内用于测控的工业现场仪表区域、以及工业现场仪表区域中无线仪表构成的工业现场仪表节点，该系统包括分布在工业生产区域的若干具有无线接入和路由能力的无线通信节点和网关、以及包括覆盖工业现场仪表区域的多个依次连通的正方形区域，所述无线通信节点与工业现场仪表节点交互并以多跳多径方式与网关通信，并且满足多QoS约束条件，所述网关连接至监控计算机系统进行数据交互，其中，每个所述工业现场仪表节点的通信半径内均包括至少一个无线通信节点，以保证每一个无线仪表均可接入系统；每个无线通信节点的通信半径内至少包括另一个相邻的无线通信节点，以保证系统连通性。所述正方形区域的边长为d为：，所述无线通信节点节点的通信半径为：，其中，为工业现场仪表节点的最小通信半径，以保证正方形区域对工业现场仪表区域的覆盖、以及无线通信节点与工业现场仪表节点的连通。每个所述正方形区域中设有至少一个无线通信节点。如图3所示，所述无线通信节点包括ZigBee芯片MC13213，所述ZigBee芯片MC13213上分别连接有时钟电路、BDM接口、天线电路、电源电路、电源及相应的基本外围电路，如图4所示，所述网关包括以太网接口芯片Rabbit3000，所述以太网接口芯片Rabbit3000上分别连接有存储器电路、电源电路、本地指示电路和天线电路。如图2所示，一种工业无线网络接入与多约束多径路由方法，该方法包括以下步骤：步骤1）首先采用层次化模型设计各指标权重；步骤2）然后将多约束QoS路由转化为单约束QoS路由；步骤3）应用遗传算法求解满足多QoS约束的一组解；步骤4）进一步通过层次化评估，获取所需的多条路径作为通信路由；步骤5）在系统生命周期中，系统以实际运行的QoS数据为样本，周期地修订各指标权重。在本实施例中设有个QoS指标，指标权重表示为。以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，对于本领域的技术人员来说，本专利技术可以有各种更改和变化。凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统，包括工业生产设备所在的工业生产区域、工业生产区域内用于测控的工业现场仪表区域、以及工业现场仪表区域中无线仪表构成的工业现场仪表节点，其特征在于，该系统包括分布在工业生产区域的若干具有无线接入和路由能力的无线通信节点和网关、以及包括覆盖工业现场仪表区域的多个依次连通的正方形区域，所述无线通信节点与工业现场仪表节点交互并以多跳多径方式与网关通信，并且满足多QoS约束条件，所述网关连接至监控计算机系统进行数据交互，其中，每个所述工业现场仪表节点的通信半径内均包括至少一个无线通信节点，以保证每一个无线仪表均可接入系统；每个无线通信节点的通信半径内至少包括另一个相邻的无线通信节点，以保证系统连通性。

【技术特征摘要】
1.一种工业无线网络接入与多约束多径路由系统，包括工业生产设备所在的工业生产区域、工业生产区域内用于测控的工业现场仪表区域、以及工业现场仪表区域中无线仪表构成的工业现场仪表节点，其特征在于，该系统包括分布在工业生产区域的若干具有无线接入和路由能力的无线通信节点和网关、以及包括覆盖工业现场仪表区域的多个依次连通的正方形区域，所述无线通信节点与工业现场仪表节点交互并以多跳多径方式与网关通信，并且满足多QoS约束条件，所述网关连接至监控计算机系统进行数据交互，其中，每个所述工业现场仪表节点的通信半径内均包括至少一个无线通信节点，以保证每一个无线仪表均可接入系统；每个无线通信节点的通信半径内至少包括另一个相邻的无线通信节点，以保证系统连通性。2.根据权利要求1所述的工业无线网络接入与多约束多径路由系统，其特征在于，所述正方形区域的边长为d为：，所述无线通信节点节点的通信半径为：，其中，为工业现场仪表节点的最小通信半径，以保证正方形区域对工业现场仪表区域的覆盖、以及无线通信节点与工业现...

【专利技术属性】
技术研发人员：许洪华，关新平，陈彩莲，江涛，徐池，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32