CN101388793A

CN101388793A - 配置和优化无线网状网络

Info

Publication number: CN101388793A
Application number: CNA2008102137253A
Authority: CN
Inventors: 马克·J·尼克松; 约翰·迈克尔·卢卡斯
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: GB2452167A; JP2013179605A; JP5241385B2; EP2066142A3; JP2009111976A; US20090059814A1; GB2485092A; GB201201553D0; JP5701922B2; EP2066142B1; CN105915379A; EP2615776A1; EP2615776B1; US9730078B2; GB2452167B; GB2485093B; CN101388793B; GB201201554D0; GB0815878D0; EP2066142A2

Abstract

一种交互式基于软件的网络设计工具，可以用于模拟和查看在加工厂中使用的、诸如无线HART设备网络之类的无线网状设备网络的操作，该网络设计工具允许用户创建无线网络的模型，输入若干设计需求，并且自动生成和查看所述无线网络的通信路由和调度。该网络设计工具提供用于增加、移除和定位所述无线网络内的节点和设备的交互式图形界面，以及包括若干交互式屏幕的菜单，所述交互式屏幕用于指定阈值、网络拓扑选项、传送优选项以及与生成并优化所述无线网状网络内的通信路线和调度有关的其它配置参数。该网络设计工具自动施加一组优化规则连同用户输入的参数给所述网络模型，从而生成有效的网络配置数据。

Description

配置和优化无线网状网络

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年8月31日递交的、名称为“Configuring andOptimizing a Wireless Mesh Network(对无线网状网络进行配置和优化)”的美国临时专利申请No.60/969,420的权益，特此将该申请的公开内容通过引用全部合并于此。

技术领域

本发明一般涉及对无线网络进行的管理，更具体地涉及一种借助于交互用户界面和自动优化例程对无线网状网络进行配置和优化的方法。

背景技术

通信协议依赖于各种路由技术在通信网络上的通信端点之间传递数据。通信或网络协议以及相应的路由策略通常根据诸如网络技术知识、网络的大小、用作信号载体的媒介类型、安全性和可靠性需求、容许的传输延迟以及组成网络的装置类型之类的因素来选择。由于这类因素的数目较大，典型的路由技术是在损害其它设计目标的情况下满足一些设计目标的。例如，某一路由技术可以在数据传送中提供高的可靠性水平，但是也可以需要相对较高的开销。因此，虽然有很多已知的路由方法以及很多与这些路由方法兼容的协议，但是仍然存在任何可获得的路由方法和协议都无法完全符合要求的具有特定需求的通信网络。而且，随着具有提高的效率要求、吞吐量要求和可靠性要求的新型通信协议出现在各种工业和商业应用中，设计师和开发者经常会遇到现有协议和相关的路由技术难以解决的新问题。

一般而言，通信网络包括作为数据发送方和数据接收方的节点以及连接各节点的通信路径。附加地，通信网络通常包括负责引导节点之间的通讯的专用路由器，可选地，包括负责对网络进行配置和管理的专用装置。一些节点或所有节点也可以适于充当路由器，以便引导在其它网络设备之间发送的通讯。网络设备可以以有线或无线方式互连，并且网络设备可以具有不同的路由能力和传输能力。例如，专用路由能够进行大容量的传输，而一些节点能够在相同的时间段内发送和接收相对较小的通讯量。此外，网络上节点之间的连接可以具有不同的吞吐能力和不同的衰减特性。例如，由于媒介固有的物理局限性的差别，光纤线缆能够提供比无线链路高几个数量级的带宽。

为了使典型网络上的节点给另一节点发送数据，或者从源到目的的完整路径或者该路径的中间相关部分必须是已知的。例如，环球网(WWW)允许计算机主机对在发送信息之前每个主机均不知道完整路径的情况下进行远距离通信。相反，主机被配置有关于分配给它们的网关和专用路由器的信息。具体地，网络协议(IP)给WWW提供网络层的连通性。IP定义了已知为地址解析协议(ARP)的子协议，该子协议在各个主机上提供指示路由规则的本地表。因此，连接至WWW或类似的广域网(WAN)的典型主机可以知道将具有匹配预配置模式的预定义地址的所有报文路由到主机A，并且将其它的报文路由到主机B。类似地，宿主转发报文，或“跳”也执行部分路由决策，并且通常将数据引导到目的地的一般方向上。

典型网络上的路由策略可以由调度单(scheduling issue)进一步复杂化。一般来说，调度是指给网络上参与通信的设备分配诸如有线或无线链路上的时隙之类的资源。在无线网络环境中，选择正确的调度策略与针对特定网络生成最优调度尤其相关。由于可获得的频率的数目通常是有限的，因此网络主机可能不能在数据变为可获得时马上就发送或接收该数据。例如，均能够以接收和发送模式操作的一对通信设备可以在单一载波频率上交换数据。为了解决传输期间的潜在冲突，并防止设备由于没有在正确的时间进入接收模式而丢失数据，可以定义给第一设备分配一些传输时机并给第二设备分配其它传输时机的调度。通过遵照该调度，该设备对可以成功地维持相同载波频率上的双向数据交换。

与以上所讨论的例子不同，大多无线网络包括若干设备，每个设备可以关于其需要发送的数据量、发送和接收速率、该设备每单位时间能够接收和发送的数据量、可容忍的等待时间以及潜在的很多其它因素而具有特殊的需求。因此，调度决策可以变得极其复杂，并且对调度进行的优化在很多应用中可以变为高优先级。而且，路由决策和调度决策彼此具有较大的影响，结果需要甚至更复杂的同步定义和优化。

简言之，有很大数目的因素对特定工业中特定协议的实现有所影响。在过程控制工业中，已知的是使用标准通信协议使得不同厂商制造的设备以容易使用且容易实现的方式互相通信。在过程控制工业中使用的一种这类已知的通信标准是可寻址远程高速发送机(HART)通信基础协议，通常称作HART协议。一般而言，HART协议支持专用线路或线路组上的组合的数字和模拟信号，其中在线过程信号(例如控制信号、传感器测量等)被提供为模拟电流信号(例如范围从4至20毫安)，诸如设备数据、设备数据的请求、配置数据、报警和事件数据等的其它信号被提供为添加到或复用到与模拟信号相同的线路或线路组上的数字信号。然而，HART协议目前需要专用的硬件通信线的使用，这导致加工厂中需要大量的线路。

在过去的几年中，已经存在以稍受限的方式将无线技术合并到各种工业，包括过程控制工业中的趋势。然而，由于过程控制工业需要完全可靠的过程控制网络，这是因为信号的丢失会导致工厂控制的丢失，从而导致灾难性后果，包括爆炸、致命化学品或气体的释放，因此在过程控制工业中存在对无线技术的完全合并、接受和使用有所限制的障碍。例如，Tapperson等人的美国专利No.6,236,334公开了在过程控制工业中无线通信用作次要的或备用的通信路径，或在发送不重要的或冗余的通信信号时使用。而且，在无线通信系统的使用中已经有很多进步，大多数适用于过程控制工业，但是还没有以在加工厂中允许或提供可靠的并在一些例子中完全无线的通信网络的方式来应用于过程控制工业。例如美国专利申请公开文本No.2005/0213612、No.2006/0029060和No.2006/0029061公开了与通用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，期望无线通信协议提供有效、可靠且安全的信息交换方法。当然，由于无线通信媒介的共享和开放的本性，很多开发用来解决有线网络中所关心的这些问题的手段不适用于无线通信。进一步地，除了有线通信协议的典型目标之外，无线协议还面临关于接口问题和使用无线频谱相同部分的若干网络的共存的其它需求。而且，一些无线网络运行于未被许可或者对公众开放的频谱部分。因此这种网络中使用的协议必须能够检测或解决与频率(信道)竞争、无线资源共享和协商等相关的问题。

为了正确地配置无线网络，工程师和维护人员必须考虑大量的因素。具体来说，工程师必须对至少网络拓扑和网络连接容量进行评估。而且，举一个例子，过程控制工业中的很多应用需要比应用到大多数商业或家用应用的标准更高程度的可靠性、安全性和有效性。为了满足这些额外的需求，过程控制工程师必须对无线网络中的路由和调度都进行优化。换句话说，工程师必须同时追求若干个设计目标，例如减小等待时间、提高可靠性和最小化成本。这些目标中的一些不可能一直互相一致，因此工程师必须进行艰难的折衷决策。在大型工厂具有包括很多不同类型设备的过程控制网络的情况下，有效地设计无线网络可以变得甚至更为耗时且具有挑战性。同时，即使是配置中的最小错误也会显著地降低在其中实现无线过程控制网络的工厂的效率，因此使得操作员招致明显的财政损失。

进一步地，仅在无线网络运行期间，新的事实或设计考虑就会变得明显。为此，工程师在开发之前需要一定量的测试。一个或者更多的测试可能生成新的数据、参数和测量值，然后这些新的数据、参数和测量值会被合并到已有设计中，具体来说是合并到先前开发的路由和调度中。在不需要重新设计整个网络的情况下，将测试数据应用到已有的配置中与创建原始设计的困难相比可以变成具有挑战性的技术问题。

更进一步地，可以在已有的无线网络中增加、移除或重定位网络节点，从而致使一些路由和调度方案无效或不足。继续过程控制工业的例子，网络布局中的改变可能需要新的网络配置以及在配置和测试期间可能的工厂关闭。

发明内容

一种用于无线网络设计的交互式软件工具，允许用户创建无线网络的模型，输入若干设计需求，并且自动生成所述网络的路由和调度。该网络设计工具提供用于增加、移除和定位所述无线网络的节点的交互式图形界面。另外，该网络设计工具提供包括若干交互式屏幕的用户菜单，所述交互式屏幕用于指定阈值、网络拓扑选项、传送优选项以及与生成路线和调度有关的其它配置参数。该网络设计工具将一组优化规则连同用户所输入的参数自动施加给所述网络模型，以生成有效的网络调度并识别路由路径，从而优化所述网络的性能。该网络设计工具能够图形化地、文本化地或者以XML格式显示所生成的调度。在一个实施例中，该网络设计工具在用户每次改变所述网络模型或配置参数时调节路径和进度。该网络设计工具模拟与所述网络模型对应的无线网络的操作，并且以图形指示器、文本以及可能的声音的形式提供反馈给用户。

在一方面，该网络设计工具利用一组预定的形状和颜色来图形化地描述所述网络模型。在一个实施例中，每个网络节点被图示为一圆圈，并且一对节点之间的每个连接被示为线。在一些实施例中，所述线包括单向或双向箭头，从而指示模拟网络中的流量方向。另外，所述线的颜色指示所述连接是潜在的还是实际的。在一些实施例中，代表网络节点的所述圆圈另外包括指示网络设备类型的符号，并且所述圆圈根据网络设备的状态被涂上颜色。若干辅助符号可以提供这样的附加信息，例如网络设备的能量源、特定位置处的信号衰减以及有助于查看和运行无线网络的模型的其它实况。

在另一方面，该网络设计工具被可通信地连接至实际工厂或与所述网络模型对应的自动化网络。该实际工厂以信号强度测量结果、时延测量结果以及有助于评估网络的性能的其它参数的形式，提供反馈给所述网络设计工具。该网络设计工具施加这种实时数据(live data)给所述网络模型，并且在需要时校正所述传送和调度决策。

在又一方面，所述施加到网络模型的优化规则包括这样的原理，例如最小化通信设备对之间的中间节点或“跳”的数目，优先通过具有更可靠电源的那些设备传送，以及避免节点超载。在另一方面，所述优化规则按在冲突分辨率方面的重要性被分等级，较高等级的规则优先于较低等级的规则，只要这两种规则在对于特定调度或传送决策的应用中不兼容。在另一方面，一些所述优化规则被指向，尽可能通过具有恒定电源的设备传送数据，用来优化所述无线网络的功耗并延长电池供电的设备的寿命。

在另一方面，该网络设计工具用于解释无线HART网络的细节，并且区分诸如网关、网络接入点、路由器和现场设备之类的这些HART网络设备类型。用户可以从所述菜单或者从被提供作为所述户界面的部分的工具栏，选择与每个无线HART设备类型对应的形状或符号。另外，该网络设计工具允许用户为每台现场设备配置将过程数据报告给分布式控制系统(DCS)或类似控制单元的突发传输率(burst rate)或频率。此外，该网络设计工具自动将一台或多台网关设备放置在与所述无线网络中的传送路径的收集对应的主图形的图头。然后，该网络设计工具定义、模拟并调节关于所述图形的图头的上游和下游的数据传送。在这方面，该网络设计工具优化在支持HART协议的无线扩展的过程控制环境中使用的无线网络。

附图说明

图1为示出使用无线HART网络在现场设备和路由器设备之间提供无线通信的系统的方框图，其中现场设备和路由器设备通过网关设备连接至工厂自动控制网络。

图2为根据这里讨论的实施例之一所实施的无线HART协议层的示意性表示。

图3为示出带有贮油站的无线HART设备的使用的方框图。

图4示意性示出星形网络拓扑。

图5示意性示出网状网络拓扑。

图6示意性示出星形网状网络拓扑。

图7为示出无线HART协议所提供的路径冗余的方框图。

图8为示意性示出与无线通信网络一起使用的网络设计工具的示例性软件架构的方框图。

图9为示出图8的网络设计工具的示例性菜单的方框图。

图10为网络设计工具的示出网络模型创建的示例性屏幕。

图11为网络设计工具的示出用于生成网络图形的规则和优选配置的另一示例性屏幕。

图11A示出在自动化图形定义期间网络设计工具所执行的通用示例性算法的流程图。

图12是网络设计工具的屏幕，示出由阈值信号强度改变所触发的对网络图形的自动化更新。

图13是网络设计工具的另一示例性屏幕，示出障碍物的仿真。

图14是网络设计工具的屏幕，示出由障碍物位置改变所触发的对网络图形的自动化更新。

图14A示出可以由网络设计工具执行的负责设计约束强制的示例性调度进程。

图14B示出可以由网络设计工具执行的负责数据超帧配置的示例性调度进程。

图14C示出可以由网络设计工具执行的负责管理超帧配置的示例性调度进程。

图15是网络设计工具的示例性屏幕，以图形方式示出时隙分配、指派和其它调度参数。

图16A是网络设计工具的示例性屏幕，以文本方式指明时隙分配、指派和其它调度参数。

图16B是网络设计工具的另一示例性屏幕，显示图16A的示例性屏幕所列出设备之一的若干参数的扩展视图。

图17是网络设计工具的示例性屏幕，以文本方式指明图形路由参数。

具体实施方式

图1示出示例性网络10，这里描述的网络设计工具可以应用于网络10或者网络设计和优化工具可以与网络10一起使用。具体来说，网络10可以包括工厂自动控制网络12和无线HART网络14。工厂自动控制网络12可以包括通过通信主干20连接的一个或多个固定工作站16和一个或多个便携式工作站18。主干20可以通过以太网(Ethernet)、RS-485、Profibus DP或其它合适的通信协议来实现。工厂自动控制网络12和无线HART网络14可以通过网关22来连接。具体地，网关22可以以有线方式连接至主干20，并且可以通过使用任意合适的已知协议与工厂自动控制网络12进行通信。网关22可以实现为独立设备、实现为可插入主机16或工作站18的扩展槽的卡、或实现为基于PLC或基于DCS的系统的IO子系统的一部分，或以任意其它方式来实现。网关22提供运行在网络12上对无线HART网络14的各种设备进行访问的应用。除协议和命令转换外，网关22还可以提供由无线HART网络14的调度方案的时隙和超帧(时间间隔相等的通信时隙的集合)使用的同步时钟。

在一些情形中，网络可以具有一个以上网关22。这些多个网关可以用于通过为无线HART网络与工厂自动控制网络12或外部世界之间的通信提供额外的带宽，来改进网络的有效吞吐量和可靠性。另一方面，网关22设备可以根据无线HART网络中的网关通信需要而从合适的网络设备请求带宽。网关22可以进一步在系统运行时对需要的带宽进行再评估。例如，网关22可以从驻留在无线HART网络14外部的主机接收请求以获取大量的数据。然后，网关设备22可以从诸如网络管理器的专用设备请求额外的带宽，以便适应该事务。接着网关22可以在事务完成之后即请求释放不需要的带宽。

在一些实施例中，网关22在功能上被划分为虚拟网关24和一个或多个网络接入点25。网络接入点25可以是与网关22进行有线通信的独立的物理设备，以便增加无线HART网络14的带宽的整体可靠性。然而，尽管图1示出了物理上独立的网关22与接入点25之间的有线连接26，但是应该理解元件22-26也可以提供为集成设备。由于网络接入点25可以在物理上独立于网关设备22，因此网络接入点25可以在战略上位于若干个不同的位置。除了增加带宽之外，多个接入点25能够通过在一个接入点处或在一个或多个其它点处补偿潜在的较差信号质量来提高网络的整体可靠性。有多个接入点25还可以在一个或多个接入点25故障的情况下提供冗余。

网关设备22可以额外地包括网络管理器软件模块27和安全性管理器软件模块28。在另一实施例中，网络管理器27和/或安全性管理器28可以运行在工厂自动控制网络12上的主机之一上。例如，网络管理器27可以运行在主机16上，而安全性管理器28可以运行在主机18上。网络管理器27可以负责网络的配置、无线HART设备之间的通信调度(即超帧的配置)、路由表的管理以及对无线HART网络14的健壮性的监测和报告。尽管支持冗余网络管理器27，但是预计每个无线HART网络14应该仅有一个激活的网络管理器27。

再次参见图1，无线HART网络14可以包括一个或多个现场设备30-40。一般来说，例如在化学、石油或其它加工厂中使用的过程控制系统，包括诸如阀、阀定位器、开关、传感器(例如温度、压力和流速传感器)、泵、风扇等的现场设备。现场设备在工厂中执行控制功能，例如打开或关闭阀以及对过程参数进行测量。在无线HART网络14中，现场设备30-40是无线HART报文的生产者和消费者。

外部主机41可以连接至网络43，接下来网络43可以通过路由器44连接至工厂自动控制网络12。网络43可以是例如环球网(WWW)。尽管外部主机41既不属于工厂自动控制网络12也不属于无线HART网络14，但是外部主机41可以通过路由器44访问两个网络上的设备。网络设计工具45可以驻留或运行在外部主机41上，并提供无线网络配置和以下更详细讨论的仿真功能。可替换地，网络设计工具45可以运行在固定工作站16上、运行在便携式工作站18上或运行在直接连接至无线HART网络14的便携式设备上。在一些实施例中，网络设计工具45可以以分布式运行在网络10的若干个主机上。在另一实施例中，网络设计工具45可以运行在独立的主机47上，因此既不访问网络12也不访问网络14，或者仅周期性地访问网络12或网络14。在这种情况下，与无线HART网络14的性能相关的反馈信息可以借助于主机47而手动录入到网络设计工具45中。

网络设计工具45可以被实施为使用诸如或例如C/C++或JAVA的一个以上编程语言的软件包。网络设计工具45的软件可以以传统方式存储在一个或多个主机16、18、41或47中。可替换地，网络设计工具45可以被提供在诸如CD或DVD之类的便携式存储盘中，并且可以在运行期间被载入计算机主机的易失性存储器中。例如，一些或所有主机16、18、41或47可以包括能够永久存储软件的硬盘驱动器和闪存驱动器以及与包含网络设计工具45的CD或DVD兼容的CD和DVD驱动器。在另一实施例中，网络设计工具45可以被提供为分布式网络服务(web service)、或远程运行且可通过因特网或企业内部互联网访问的软件。例如，远程主机41可以包含网络设计工具45的一些软件组件，而工作站16可以通过键盘、鼠标、计算机屏幕和类似的输入/输出设备向操作者提供用户界面。根据该实施例，操作者可以访问并受益于网络设计工具45的一些或所有特征，但是由于安全或版权的原因，网络设计工具45的软件可以以远程方式驻留。

无线HART网络14可以使用提供与有线HART设备所经历的操作性能类似的操作性能的协议。该协议的应用可以包括过程数据监测、关键数据监测(具有更加严格的性能需求)、校准、设备状态和诊断监测、现场设备故障解决、试运转以及监督过程控制。这些应用需要无线HART网络14使用这样的协议，该协议能够在需要时提供快速更新、在需求时能够提供更大量的数据并且能够支持为了试运行和维护工作仅暂时性地加入无线HART网络14的网络设备。

在一个实施例中，支持无线HART网络14的网络设备的无线协议是HART的扩展，HART是被广泛接受的工业标准，其维持有线环境的简单工作流程和作业。根据该实施例，用于有线HART设备的相同工具可以容易地适用于简单增加有新的设备描述文件的无线设备。以此方式，无线HART协议利用使用HART所获得的经验和知识来最小化培训和简化维护和支持。一般而言，使协议适用于无线使用从而使运行在设备上的大多数应用不会“注意到”从有线网络到无线网络的转变是很方便的。无疑地，这种透明大大减少了升级网络的成本，更一般地说，大大减少了开发和支持可以与这类网络一起使用的设备的成本。HART的无线扩展的一些额外优点包括：对使用有线网络很难访问或需要很大的成本进行访问的测量进行访问、从安装在膝上电脑、手持设备、工作站等中的系统软件对仪器进行配置和操作的能力。另一优点在于将诊断告警从无线设备向回通过各种通信技术发送到位于中央的诊断中心的能力。例如，可以给每个热交换器安装无线HART设备，当热交换器检测到问题时，末端用户和供应者可以收到告警。又一优点在于检测出现严重健壮和安全问题的状况的能力。例如，无线HART设备可以位于路上的水灾区域，并用于向官方或驾驶员发出关于水位的告警。其它优点包括对宽范围诊断告警的访问，以及在无线HART设备上存储趋势值以及计算值从而在与该设备的通信建立时将值传送到主机的能力。这样，无线HART协议能够为主机应用提供技术，使其具有对现有HART使能现场设备的无线访问，并且将支持通过电池进行操作的配置，以及仅HART使能现场设备的无线。无线HART协议可以用于为过程应用建立无线通信标准，并且可以进一步扩展HART通信的应用且使其通过增强HART技术来给工业提供对无线过程自动化应用的支持。

再次参见图1，现场设备30-36可以是无线HART设备。换句话来说，现场设备30、32、34或36可以被提供为支持无线HART协议栈的所有层的集成单元。在网络10中，现场设备30可以是无线HART流量计，现场设备32可以是无线HART压力传感器，现场设备34可以是无线HART阀定位器，且现场设备36可以是无线HART压力传感器。重要的是，无线HART设备30-36是支持所有内容的HART设备，其中所有内容是用户从有线HART协议已经实现了预期的内容。正如本领域普通技术人员之一可以理解的，HART协议的核心力量之一在于其严峻的协同工作能力的需求。在一些实施例中，所有无线HART装备包括核心托管能力，以便在不对系统操作有所影响的情况下允许相同设备类型的替换。此外，无线HART协议向后兼容于HART核心技术，例如设备描述语言(DDL)。在优选实施例中，所有HART设备应该支持DDL，这保证了末端用户立即具备开始使用无线HART协议的工具。

另一方面，现场设备38可以是传统的4-20mA的设备，且现场设备40可以是有线HART设备。现场设备38和40可以通过无线HART适配器(WHA)50连接至无线HART网络13。另外，WHA 50可以支持其它通信协议，例如Foundation Fieldbus、PROFIBUS、DevicesNet等。在这些实施例中，WHA 50支持协议栈低层之上的协议转换。另外，预计单个WHA 50还可以充当多路复用器，并支持多个HART设备或非HAT设备。

另外，工厂人员可以使用手持设备来安装、控制并维护网络设备。一般而言，手持设备是能够直接连接至无线HART网络14或通过网关22作为工厂自动控制网络12上的主机的便携式装备。如图1所示，由无线HART连接的手持设备55直接与无线HART网络14进行通信。当与所形成的无线HART网络14一起操作时，该设备可以作为另一无线HART现场设备而加入网络14中。当与不连接至无线HART网络的目标网络设备一起操作时，手持设备55可以通过与目标网络设备形成其自身的无线HART网络来操作为网关设备22和网络管理器27的组合。

由工厂自动控制网络连接的手持设备(未示出)通过诸如Wi-Fi的已知联网技术连接至工厂自动控制网络12。该设备通过网关设备22以与外部的工厂自动控制服务器(未示出)或工作站16和18相同的方式与网络设备30-40进行通信。

另外，无线HART网络14可以包括路由器设备60。路由器设备60是从一个网络设备向另一个网络设备转发报文的网络设备。充当路由器设备的网络设备使用内部路由表来决定其应当将具体的报文转发给哪个网络设备。在无线HART网络14上的所有设备都支持路由的那些实施例中可能不需要诸如路由器60的独立路由器。然而，在网络中增加专用路由器60是有好处的(例如，扩展网络或节省网络中现场设备的功耗)。

所有直接连接至无线HART网络14的设备可以被称作网络设备。具体来说，为了路由和调度的目的，无线HART现场设备30-36、适配器50、路由器60、网关22、接入点25以及由无线HART连接的手持设备是网络设备或无线HART网络14的节点。为了提供极具鲁棒性并且容易扩展的网络，预计所有网络设备可以支持路由，并且每个网络设备可以由其HART地址进行全局识别。网络管理器27可以包含网络设备的完整列表，并给每个设备指派短的、网络中独一无二的16位昵称。另外，每个网络设备可以存储与更新速率、连接会话和设备资源相关的信息。简言之，每个网络设备维持与路由和调度相关的最新信息。网络管理器27在新设备加入网络或网络管理器检测到或启动拓扑的改变或启动无线HART网络14的调度的任何时候，将该信息传输到网络设备。

进一步地，每个网络设备可以存储和维护邻居网络设备的列表，邻居网络设备是在接听操作期间所识别的网络设备。一般而言，领居网络设备是任意类型的另一网络设备，该另一网络设备潜在地能够根据相应网络设备所使用的标准来建立与该网络设备的连接。在无线HART网络14的情况下，该连接是无线连接。然而，可以理解相邻网络设备还可以是以有线方式连接至特定网络设备的网络设备。如后面所讨论的，网络设备通过广告或在所设计的时隙期间发出的特殊消息来促使其它网络设备发现它们。以可操作方式连接至无线HART网络14的网络设备具有一个以上邻居，网络设备可以根据广告信号的强度或根据其它原理来选择这些邻居。再次参见图1，在由直接无线连接65所连接的一对网络设备中，每个设备将另一个设备识别为邻居。因此，无线HART网络14的网络设备可以形成大量的连接65。在两个网络设备之间建立直接无线连接65的可能性和愿望是由若干个因素来决定的，这些因素例如节点之间的物理距离、节点之间的障碍物、两个节点中每一个节点的信号强度等。进一步地，两个或多个直接无线连接65可以在不能形成直接无线连接65之间的两个节点之间形成路径。例如，无线HART手持设备55与无线HART设备36之间的直接无线连接65连同无线HART设备36与路由器60之间的第二直接无线连接65一起形成设备55与60之间的通信路径。

每个无线连接65由与传输频率、接入无线资源的方法等相关的较大参数组来表征。本领域技术人员将认识到，无线通信协议通常可以以指定的频率来操作，例如以由美国的联邦电信委员会(FCC)指派的那些频率来操作，或以无线频谱的未被许可的部分(2.4GHz)来操作。尽管这里讨论的系统和方法可以应用于以任意指定频率或频率范围来操作的无线网络，但是下面讨论的实施例与以无线频谱的未被许可的部分或共享的部分来操作的无线HART网络14有关。根据该实施例，无线HART网络14可以容易地被激活，并根据需要调整为以特定的未被许可的频率范围来操作。

对于使用未被许可的频带的无线网络协议，共存是核心要求，这是因为可能存在大量种类的通信装备和干扰源。因此，为了成功地进行通信，使用无线协议的设备必须与其它使用该频段的设备共存。共存通常定义一个系统在给定的共享环境中执行任务的能力，在该环境中，其它系统具有执行它们的任务的能力，其中各个系统可以使用，也可以不使用同一组规则。无线环境中共存的一个要求是当有干扰出现在该环境中时，协议维持通信的能力。另一个要求是，对于其它通信系统，协议引起的干扰和中断应该尽量小。

换句话说，无线系统与周围无线环境的共存问题有两个方面。共存的第一方面是该系统影响其它系统的方式。例如，系统的操作者或开发者可能询问一个发射机所发射的信号对在与该系统接近的地方运行的其它无线电系统有什么冲突。更具体地说，操作者可能会询问每次发射机开启时发射机是否会干扰(disrupt)某些其它无线设备的通信，也可能会询问发射机是否在空中有效“独占(dogging)”带宽上花费过多的时间。对无线通信熟悉的人会同意，理想情况下，各发射机应当为不会被其它发射机注意到的“安静邻居”。尽管这些理想特性即使曾经有的话，很少可以获得，但是创建其中其它无线通信系统可以相当良好地运行的共存环境的无线系统可以被称为“好邻居”。无线系统的共存的第二方面是系统在其它系统或无线信号源存在时相当良好地运行的能力。具体而言，系统的鲁棒性可能取决于系统防止接收机处的串扰(interference)的良好程度，接收机是否由于接近RF能量源而容易过载，接收机容忍偶发比特丢失的良好程度以及相似的因素。在某些行业中，包括过程控制行业在内，存在大量无线通信系统的重要潜在应用。在这些应用中，经常不允许数据丢失。能够在有噪声或动态无线电环境中提供可靠通信的无线系统可以被称为“容忍邻居”。

共存(部分地)依赖于有效利用三个方面的自由度：时间、频率和距离。当通信发生在1)串扰源(或其它通信系统)安静的时间；2)与所述串扰不同的频率；或3)充分远离该串扰源的位置，则该通信就可以成功。尽管这些因素中的单个因素可用来提供无线电频谱的共用部分中的通信方案，但是将这些因素的两个或所有三个的组合考虑在内可以提供高等级的可靠性、安全性和速度。

在一个实施例中，支持无线HART网络14的协议是无线HART协议70。更具体地说，各直接无线连接65可以根据无线HART协议70的物理和逻辑需求来传输数据。图2示意性地示出协议70和现有“有线”HART协议72的实施例之一的结构。无线HART协议70可以是在2.4GHZ ISM无线电频段(框74)中运行的安全无线网状联网技术。在一个实施例中，无线HART协议70可以使用通过事务基础在事务上将直接序列扩展频谱(DSSS)无线电与跳频兼容的IEEE 802.15.4b。该无线HART通信可以利用时分多址(TDMA)被裁定，以对链路活动性进行调度(框76)。所有通信优选在指定时隙内进行。一个或更多源以及一个或更多目的设备可以被调度，从而在给定时隙中进行通信，并且各时隙可以专用于来自单个源设备的通信，可以专用于多个源设备之间的类似CSMA-CA之类的共用通信接入模式。源设备可以向特定目标设备发送消息，也可以向指派给该时隙的所有目的设备广播消息。

为了增强可靠性，无线HART协议70可以将TDMA与使多个无线电频率与单个通信源相关联的方法合并，也可将TDMA与信道跳频合并。信道跳频提供使串扰最小化并降低多径衰落效应的频率分集。具体而言，数据链路76可以创建单个超帧与数据链路76以受控的预定方式循环通过的多个载波频率之间的关联。例如，无线HART网络14的具体实例的可用频段可以具有载波频率F₁、F₂...F_n。超帧S的相对帧R可以被调度，从而在循环C_n中在频率F₁处出现，在接下来的循环C_n+1中在频率F₅处出现，在循环C_n+2中在频率F₂处出现，等等。网络管理器27可以利用该信息来配置相关网络设备，以便以超帧S通信的网络设备可以根据超帧S的当前循环来调整发射或接收的频率。

无线HART协议70的数据链路76可以供应由网络设备将列入黑名单的信道或对在无线电频带中这些信道的使用加以限制的信道的附加特征。网络管理器27可以响应于在信道上检测到过多串扰或其它问题而将该无线电信道列入黑名单。进一步，操作者或网络管理者可以将信道列入黑名单，以便保护使用无线电频带的固定部分的无线服务，否则的话该无线服务就要与无线HART网络14共用无线电频段。在某些实施例中，无线HART协议70在超帧基础上控制黑名单的列入，从而使各超帧具有单独的被禁止信道的黑名单。

在一个实施例中，网络管理器27负责分配、指派和调整与数据链路层76相关联的时隙资源。如果网络管理器27的单个实例支持多个无线HART网络14，则该网络管理器27可以为无线HART网络14的各实例创建总体调度表。该调度表可以被组织编入超帧，该超帧包含相对于超帧的起点而编号的时隙。另外，网络管理器27可以维持全局绝对时隙计数，该全局绝对时隙计数可以反映自无线HART网络14启动开始被调度的时隙号。该绝对时隙计数可以用于同步的目的。

无线HART协议70可以进一步定义链路或链路对象，以便逻辑地联合调度和路由。具体而言，链路可以与特定网络设备、特定超帧、相对时隙数目、一个或更多链路选项(发射、接收、共用)和链路类型(正常、广告、发现)相关联。如图2所示，数据链路76可以是频率捷变的。更具体地说，信道偏移量可以用来计算用来进行通信的特定无线电频率。网络管理器27可以鉴于各网络设备处的通信需求而限定链路组。然后，各网络设备可以被配置以被限定的链路组。被限定的链路组可以确定网络设备何时需要醒来，以及确定网络设备一旦醒来，是应当发射，还是接收，还是既发射又接收。

图2中还示出无线HART协议70的其它层。现有HART协议72和无线HART协议70都围绕用于通信协议的公知ISO/OSI 7层模型而松散组织。在对HART技术的无线扩展中，三个物理层和两个数据链路层可以支持：有线和无线网络。由于这里描述的无线HART协议允许部署网状拓扑，因此，重要的网络层78也可以被指定。

如以上所指示的，超帧可以被理解为在时间上重复的时隙的集合。给定超帧(超帧的大小)中时隙的数目决定各时隙重复的频繁程度，然后为使用这些时隙的网络设备设置通信调度表。各超帧可以与特定图形标识符相关联。在某些实施例中，无线HART网络14可以包含若干个不同大小的并发超帧。此外，超帧可以包括多个无线电信道或无线电频率。

进一步，无线HART协议70的传输层80允许有效、尽力的通信和可靠、端到端确认的通信。本领域技术人员将意识到，尽力的通信允许设备在不进行端到端确认且保证目的设备处的数据排序的情况下发送数据包。用户数据报协议(UDP)是该通信策略中的一个公知示例。在过程控制行业中，该方法可能有助于公布过程数据。具体而言，由于设备周期性地传播过程数据、特别是考虑到新数据是在有规律的基础上生成的，因此端到端确认和重试的用途有限。

相反，可靠通信允许设备发送确认包。除了保证数据的传递之外，传输层80可以为网络设备之间发送的包排序。这种方法可以优选地用于请求/响应业务或用在发射事件通知时。当使用传输层80的可靠模式时，通信可以变得同步。

可靠事务可以被建模为发布请求包的宿主以及以响应包来答复的一个或更多从属。例如，宿主可以生成特定请求，并可以将该请求广播到整个网络。在一些实施例中，网络管理器27可以使用可靠的广播告诉无线HART网络14中的各网络设备来启动新的超帧。作为替代地，诸如传感器30之类的现场设备可以生成包，并将请求传播到诸如便携式HART通信器55之类的另一个现场设备。作为另一个示例，由现场设备34生成的告警或事件可以作为针对网关22的请求来发射。响应于成功地接收到该请求，网关22可以生成响应包，并将其发送到设备34来确认该警报通知的接收。

再次参见图2，会话层82可以在网络设备之间提供基于会话的通信。端到端通信可以通过会话在网络层上被管理。网络设备可以具有多于一个针对给定同级网络设备而定义的会话。预期在某些实施例中，几乎所有网络设备可以具有至少两个与网络管理器27建立的会话：一个用于成对通信，一个用于来自网络管理器27的网络广播通信。进一步，所有网络设备可以具有网关会话密钥。会话可以通过指派给所述会话的网络设备地址来区别。各网络设备可以记住针对设备所参与的各会话的安全信息(加密密钥、临时计数)和传输信息(可靠传输序列号、重试计数等)轨迹。

最终，无线HART协议70和有线HART协议72可以支持通用HART应用层84。无线HART协议70的应用层可以额外地包括支持自动分段传输大数据组的子层86。通过共用应用层84，协议70和72允许HART命令和数据的通用封装，并消除在协议栈的最上层对协议进行翻译的需要。

在图3所示的示例中，考虑每个罐上的无线设备的位置，从而使无线网络14可以采用有效和可靠的方式来建立自身是很重要的。在某些情况下，可能必须在工厂设备可能会阻塞或严重影响无线连接的位置添加路由器60。因此，在这种或相似的情形下，期望无线网络14可以自恢复。为了满足这个设计需求，无线网络14可以定义冗余路径和调度表，从而响应于检测到一个或更多无线连接65的故障，网络14可以通过替代路由来发送数据。此外，在不断开或重启网络的情况下可以添加或删除路径。由于在很多行业环境中，某些障碍物或串扰源可能是暂时或移动的，因此无线HART网络14可能能够自动识别自身。具体地，响应于一个或更多预定状况，现场设备可以相互识别邻居，并因此创建直接无线连接65，或相反，解除先前的直接无线连接65。网络管理器27可以额外地创建、删除或暂时挂起非邻居设备之间的路径。

不管特殊网络配置是永久的还是暂时的，无线HART网络14需要一种在节点之间发送数据的快速和可靠方法。在一个可能的实施例中，网络管理器27分析关于网络布局的信息、各网络设备的能力和更新速率，以及其它相关信息。然后网络管理器27可以鉴于这些因素来限定路由和调度表。

图4-6示出与本公开内容的路由和设备寻址技术兼容的某些网络拓扑。具体而言，图4示出以星形网络拓扑布置的网络150。星形网络150包括路由设备152以及一个或更多终端设备154。路由设备152可以是被布置为发送数据的网络设备，终端设备154可以是被布置为仅以自身名义发送数据并接收寻址到该终端设备154的数据的网络设备。当然，路由设备152也可以是数据的接收者和始发者，并可以执行除了其它任务之外的路由功能。如图4所示，终端设备154可以具有到路由设备152的直接连接165，但是终端设备154不能以星形拓扑直接连接。直接连接165可以是直接无线连接65或有线连接。

终端设备154可以是与路由设备152的类型不同的物理设备，也可以是与路由设备152的类型相同的物理设备，并且在物理上能够发送数据。在安装终端设备154期间，或者作为替代地，在对应网络(例如无线HART网络14)的运行期间，终端设备153的路由能力可以被禁止。此外，终端设备154的路由能力可以被终端设备154自身或诸如网络管理器27之类的专用服务来禁止。在其它实施例中，终端设备154可以只包含有限的固件或软件，并且结果是，可能根本无法发送数据。在某种意义上，星形网络150对应于可能拓扑中的最简单拓扑，并且可以适合于需要低功耗和低等待时间的小应用。另外，本领域普通技术人员将注意到，星形网络150是确定性的，因为路由设备152与特殊终端设备154之间只有一种可能的路由。

转到图5，以网状网络拓扑来布置网络170。网状网络170的各网络设备是路由设备152。网状网络提供具有多条路径的鲁棒性网络。在无线应用中，网状网络能够更好地适于改变RF环境。例如，网络170的设备174可以通过中间跳178或中间跳180来向设备176发送数据。如图5所示，路径182和路径184均使能路由设备174向路由设备176发送数据，提供冗余并且从而改进网络170的可靠性。

再次参见图5，路径182和184中的每一个均为单向路径。换句话说，路由设备174、178和176与路径182一起形成有向图。在无线HART网络14的一个实施例中，所有直接无线连接65都是单向的。也可以预期到包括双向无线连接的其它实施例。然而，应当注意到，单向定义直接连接可以在设计无线网络时提供重要的优势。更具体地说，定义单向连接自动含有对网络中的发射机和接收机的限定。同时，双向连接另外需要针对可以同时接收和发送的两个宿主的共用或冲突解决方案。

图6示出另一网络拓扑。网络190合并了星形和网状拓扑的成分。具体而言，星形网状网络190包括若干个路由设备152和终端设备154。路由设备152可以采用网状形式连接，并且可以支持冗余路径。特殊拓扑的选择可以由诸如网络管理器27的网络部件自动进行，也可以通过用户配置网络。具体而言，用户可以选择忽略网络管理器27所选择的拓扑，也可以选择与无线HART协议70相关联的默认拓扑。预期在大多数应用中，网状拓扑可以是默认拓扑，这是因为固有的可靠性、有效性和该拓扑的冗余。清楚地，由于无线HART设备可以充当路由器设备，因此若干种不同的配置可以与现场设备和路由器的相同物理部署兼容。

可以采用若干种不同拓扑配置无线HART协议70，以支持各种应用需求。结果是，无线HART可以支持若干种路由方法。通常，路由需要在网络上对各设备指派一特定地址。一旦数据的每个潜在接收机获取相对于其它网络元件的某种形式的明确标识，即可以由诸如现场设备30-40之类的单独设备，由诸如网络管理器27之类的集中式专用服务，或由与集中式服务协作的单独设备做出与路由相关的决策。路由决策可以在始发点、数据包的源或集中式位置处做出。此外，路由决策可以在包从源到目的地的路径中的各中间停留点，或“跳”处调整。

在一个预期的实施例中，无线HART协议70提供至少两种方法来路由，可以根据给定系统的特定需求和状况来从中选择，例如根据构成该系统的网络元件的物理布局，元件的数目，待发射到各元件和从各元件发射的数据的预计量等。此外，两种方法可以同时被具体网络使用，并且每种方法可以选择性地应用于具体类型的数据或具体宿主或宿主集。如以下更详细地解释的，无线HART协议70可以通过定义有向图集，选择与各网络设备相关的信息，并将相关信息传达到各网络设备来发送特定类型的数据。对于其它类型的数据，无线HART协议70可以定义网络设备对之间的路由，并通过在包头中指定完整的中间跳列表来发送该数据包。

在数学理论和应用中，图是顶点(诸如152或154之类的节点)和边缘(直接连接65或165)的集合。无线HART协议70可以使用图来配置连接通信端点的路径，例如设备30到网关22。在某些实施例中，图和相关联的路径由网络管理器27来配置。网络管理器27还可以利用部分图和路径信息来配置诸如现场设备30-40、路由器60等的单独网络设备。无线HART网络14可以包含多个图，一些图可能会重叠。进一步，特定网络设备可能具有多个图的路径经过一设备，并且某些路径可能将数据引导到设备的同一邻居。在一个实施例中，图是单向的，并且网络中的每个图形与唯一的图形标识符相关联。

在图7示出的示例中，网络200可以限定若干个有向图，各图包括网关设备22或第二网关设备202作为终端节点。换句话说，在示例性网络200中各图的路径指向两个网关22和202之一，并在该两个网关22和202之一处终结。具体地，图210(由黑色实线指示)可以包括网络设备212、214、216、218，和网关22，与图210相关联的路径可以包括直接无线连接222、224、226和228。图240(由黑色虚线指示)可以包括网络设备212、216、218、242和网关202，具有包括直接无线连接244、246、248、250和252的路径。在有向图210中，网络设备212可以被称为有向图的头部，网关22可以被称为有向图210的尾部。相似地，网络设备212是有向图240的头部，网关202是有向图240的尾部。网络管理器27，或者在特定运行状况下备份网络管理器257，可以定义图210和240，并将图的部分定义传达到网络设备212-218和242。在某些实施例中，在路径在网关22或202之一处终结的情况下，网关设备22和202可能不需要关于图210和240的信息。然而，应当认知到，网关设备22和202还可以发起数据，并将存储关于具有源自网关设备22或202的路径的一个或更多图形的信息。特定图的路径可以穿过网关设备22或202；然而，示例性网络200限定了在网关设备22或202处起源或终结的路径。

示例性网络200可以通过为各通信设备对定义两条单向图来提供网络设备212-218或242之一与网关设备22、202之间的双向通信。因此，除了图210之外，网络200可以定义在网关22处起源并在通信设备212处终结的“反向“图形(未示出)。该图形和图形210可以包括不同的中间节点和直接无线连接。此外，虽然这两个图形连接同一设备对，图形210和图形210的反向图形可以具有不同的跳数。当然，在网络210的某些可能配置中，这些图形可以包括相同的节点和直接无线连接，并且因此包括在两个图中的各相邻跳对可以具有两条单向链路，一条链路定义上游通信，另一条链路定义下游通信。然而，将认知到，这两个图可能没有必要提供相同的延迟或平均的信号质量。

为了沿特定路径发送数据包，源网络设备可以在数据包的头部或尾部包括图的指示符。数据包可以通过对应于图行指示符的路径来行进，直到到达目的地或被丢弃为止。为了能够在图形210中发送数据包，例如，需要利用连接表来配置图210的各网络设备，该连接表包含包括图形标识符和属于同一图且距目的地更近一跳的邻居网络设备的地址的项。例如，网络设备216可以存储以下连接表：

图形标识符	节点
图形标识符	节点	210	218
240	218	210	218
240	218	240	242

而网络设备242可以在连接表中存储以下信息：

图形标识符	节点
图形标识符	节点	240	202

以上示例性连接表简单列出与特殊项相关联的设备，将注意到，连接表的节点列可以按照在网络200或无线HART网络14的寻址方案中所定义的那样来存储邻居设备的地址。

在另一实施例中，节点列可以存储邻居设备的别名，存储邻居的完整或简写地址的数组的索引，或明确标识网络设备的任何其它手段。作为替代地，连接表可以存储如下所示的图形标识符/无线连接元组：

图形标识符	节点
图形标识符	节点	210	226
240	246	210	226
240	246	240	248

换句话说，连接表可以列出对应于特殊图的一个或更多无线连接65。网络设备216可以，例如查阅连接表并通过直接无线连接246或248来发送携带图形标识符240的包。

如图7和以上的表所示，可以通过使多于一个邻居与同一图形标识符相关联来建立冗余路径。因此，到达网络设备216且在头部或尾部包含图形标识符240的包可以发送到网络设备218和网络设备242中的一个或两个。在执行路由操作时，网络设备216可以通过图形标识符240在连接表中进行查找，并将包发送到网络设备218和242中的一个或两个。此外，两个或更多可能跳之间的路由选择可以是随机的，也可以根据预定的算法来实施。例如，可以考虑到负载均衡目的或鉴于传递统计数字而做出选择。因此，网络设备216可以通过同级网络设备或从网络管理器27中得知，在沿图240发送包时选择网络设备218作为下一跳具有较低的成功传递包的概率，或者在传递中具有较长的延迟。然后网络设备216可以尝试将与图240相关联的可能所有包中的更多包发送到网络设备242。

在一个实施例中，邻居设备对包的接收通过证实包来确认。在以上示例中，一旦邻居网络设备218或242确认接收到包，网络设备216即可以释放该包。另一方面，如果在预定时段内没有接收到确认，则网络设备216可以尝试通过备选跳来发送该包。附加地，网络设备216可以采集成功传递尝试和失败传递常数的统计数字。随后的路由决策，例如在跳218与242之间选择，可以包括调整后的统计数据。当然，网络设备216可以将与网络设备218和242有关的统计数字应用于其它相关图，并且还可以将统计数字直接或通过网络管理器27传达到其它网络设备。

如以上所论述的，在图形路由方法中，网络设备沿路径集利用网络头部中的图形标识符来将包发送到目的地。重要的是，图形标识符自身是对于发送包是足够的，并且当其它路由信息可包括在头部中时，每个包可以仅基于图形标识符而正确地传递。可以利用指定包可以被转发到的邻居的图形信息来预配置在至目的地的途中的所有网络设备。由于图性路由需要预配置针对各潜在目的地的中间网络设备，因此图形路由可以更好地适合于从网络设备到网关的通信和从网关到网络设备的通信。

无线HART网络14或网络200还可以使用源路由。在源路由中，转发设备的预配置不是必须的。为了利用源路由将包发送到它的目的地，源网络设备可以在包的头部包括包必须经过的设备的顺序列表。在包被发送时，各路由设备可以从包中提取下一个节点的地址来确定将使用的下一跳。因此，使用源路由需要网络拓扑的知识。然而，如果特定网络设备没有在路由列表中找到自己，该网络设备可能会将该包发回源路由列表中指定的第一设备。源路由允许包在在不明确设置中间设备的情况下转到任意目的地。

例如，网络设备212可以通过在包头部或尾部指定完整路径来将包发送到网关22。再次参见图7，网络设备212可以生成包含网络设备214和218的地址的列表，并将该列表与包一起发送到列表上的第一跳，网络设备214。然后网络设备214可以遍历该列表，定位网络设备214的标识，并将这个字段从列表中提取出来，将网络设备218标识为所接收的包的下一跳，并且最后将该包发送到网络设备218。源路由列表可以驻留在网络头部的可选区域，并且可以取决于至目的地的跳数而具有可变的大小。

在一个实施例中，仅有那些从网络管理器27得到完整网络信息的网络设备使用源路由，因为只有网络管理器27知道网络的拓扑。源路由的附加限制是，它没有在中间网络设备处提供冗余，因为各包包含跳的明确列表以供采用，并且没有替代。因此，如果这些设备之一未能如所指定的那样发送包，那么没有备选方向可以采用。因此，网络管理器27的责任在于检测故障，并利用备选路由对源进行重新编程。为了便于检测到这些错误情况，无线HART协议70可以要求网络设备将路由故障通知发回网络管理器27。在另一实施例中，路由列表可以指定除了由发送者选择的路由之外的备选路由。在又一实施例中，主路由器和一个或更多备选路由器可以被合并，以避免在包头部或尾部中路径的公共部分被复制。

根据以上论述的某些实施例，网络管理器27包含网络中所有设备的拉列表。网络管理器27还可以包含整个网络拓扑，该整个网络拓扑包括网络的完整图和已经传达到各设备的图的部分。网络管理器27可以使用网络管理器27从网络设备30-40、50、60、55、212-218等接收的信息来生成路由和连接信息。网络的图是根据网络设备以及它们所报告的邻居的列表而建立的。网络管理器27还可以负责生成和维护网络的所有路由信息。在一个实施例中，总是存在一个完整的网络路由和若干个特别目的路由，用来将设定点和其它设置从网关22或202发送到最终控制命令。此外，还可能存在广播路由，用来将广播消息从网络管理器27或257发送到网络14或200的所有设备。更进一步，一旦路由信息和突发模式更新速率已知，网络管理器27还可以实施网络资源的调度。

当设备初始添加到网络200或14上时，网络管理器27可以存储所有从各网络设备报告的邻居项。网络管理器27可以使用该信息来建立初始完整网络图(或包括前向图形和反向图形的网络图集)，并在运行中对图进行修订。各网络图可以通过优化若干个属性来被开发，所述属性包括通过以上所论述方式集合的统计数字所反映的跳计数、报告率、功率使用和整体业务流量。拓扑的一个关键方面是将设备连在一起的连接列表。因为单独连接的存在和健康状态可能会随时间改变，因此网络管理器27可以被附加编程或配置为更新整个拓扑，这包括添加或删除每个网络设备中的信息。在某些实施例中，只有网络管理器27或257和网关22或202知道足够的信息来使用源路由。更具体地说，出于安全的目的，可能期望的是，不允许两个任意设备之间的点对点通信。

简言之，图形路由可能引导相对于网络管理器27或网关22的上游和下游业务，并且可以优化两个图和源路由，以满足具有低等待时间需求的应用，这包括从网络设备传输到网关的测量信息和从网关设备传输到诸如最后控制命令的控制信息，所述最后控制命令例如调节阀、开关阀、泵、风扇、节气阀以及以很多其它方式使用的发动机。

在某些实施例中，路径冗余是网络管理器27的政策问题，而非图的巧合重叠。换句话说，网络管理器27可以尝试为每个设备定义至少两个邻居。因此，网络管理器28可以被配置为活动地追随网格或星形网格拓扑。于是无线HART协议70可以提供很高的端到端的数据可靠性。从物理的观点看来，各现场设备应当在至少两个其它可以从该现场设备接收消息并将所述消息转发出去的设备的通信范围之内。

网络管理器27可以另外验证每个图表定义以便保证不会形成回路。在那些网络管理器27主动执行路径冗余且定义了多个不同大小的图表的实施例中，通信路径有时可能错误地被定义以引导数据报文从源返回到同一个源。根据这种有错误的图表定义，报文可以从该源被直接路由回该源或者可以在返回到该源之前访问一个或更多的中间跳。回路验证可以在每次相关网络的拓扑改变时执行，例如由于设备的添加或去除，或者每当网络管理器27因为任何原因调整路由图表或调试。作为替代地，网络管理器27可以作为后台任务周期性地执行回路检查。

如上所示，涉及路由的设备存储或获得不同的图表路由、源路由或者目的地址以便传送并恰当地中继数据报文。每个网络设备的地址必须是全球唯一的，以便无线HART网络14能够恰当地与可包括有线HART设备的更大网络协同工作。由于这个原因，无线HART协议70提供了明确的寻址方案并且另外提供了地址到更大网络环境的有效映射。重要的是，无线HART协议70提供了与有线HART设备中所使用的寻址方案兼容的寻址方案。

图8示出了网络设计工具45的示例性架构。引擎300可以包含工具逻辑并且可以包括图形生成器302和调度生成器(或调度器)304，它们可以依次彼此交互以生成或制作联合路由和调度决策。引擎300还可以包括一组优化规则306。优化规则306中的每一个可以包含优化策略的某方面的算法描述并且也可以依赖于一个或更多个用户参数。例如，优化规则306之一可以规定禁止创建超过X个与某一节点的连接。用户可以通过用户界面312分配特定值给X以便引擎300可以在操作期间应用规则。简而言之，引擎300可以封装网络设计工具45的智能组件。引擎300可以与一个或更多个用户界面例程310-312交互。在这些实施例中，网络设计工具45可以运行在分布式方式并且可以为多个操作员提供对引擎300的同时访问。例如，工作站16可以执行或提供用户界面310，同时远程主机41可以执行引擎302和该用户界面312。根据硬件可用性可以将用户界面例程310和312适应于每个相应的主机，并且可以进一步适应于操作员的特定要求和偏好，例如语言。如图8所示，用户界面312可以与鼠标314、键盘316、监视器318并且也有可能是打印机(未示出)之类的物理设备交互。本领域技术人员将进一步理解，用户界面312或用户界面310能够类似地连接至其它输入和输出设备。

如上所示，网络设计工具45可以通过一个或多个交互式视窗提供用户界面。由于熟悉Microsoft Windows^TM或类似图形环境的人将认识到，交互式视窗通常包括包含文本和图形的画布区域、提供对相应软件的不同功能进行访问的工具栏、布置在为频繁使用的功能或图形对象提供快捷方式的工具栏上的按钮，以及允许用户对准可见视窗与画布的特定部分的垂直或水平滚动条。一般来说，网络设计工具45可以在任何操作系统中实施。然而，用来在其上运行网络设计工具45的用户界面组件的操作系统优选支持图形界面。在下面讨论的实施例中，网络设计工具45允许用户操作诸如圆、矩形和箭头之类的几何形状形式的可视对象，虽然也可以使用其它图形对象。进一步，网络设计工具45可以以不同的颜色在监视器318上呈现图形对象以表示对象的状态或者传递其它信息。

再参考图8，引擎300也可以与活动网络界面320的一个或更多例程进行交互。活动网络界面320可以向引擎300报告来自无线HART网络14的数据。特别地，活动网络界面320可以报告与信号强度、时延以及其它由网络14的网络设备所测量的与网络性能数据相关的测量结果。响应于通过活动网络界面320从网络14收到网络性能数据，引擎300可以将这些报告通过用户界面310和312传送给一个或更多用户。另外，引擎300可以自动地调整与无线网络14相对应的路由和调度。如图8所示，网络模型324可以存储在与主机16、18、41、47或55中的一个相耦合的存储器326中。

参见图9，网络设计工具45可以向与用户界面模块310或312交互的一个或更多用户呈现主菜单340，其可以提供对诸如网络配置和网络模拟之类的网络设计工具45的特征进行的访问。在图9所示的示例性实施例中，主菜单340可以包括文件子菜单342、图形生成选项子菜单344，拓扑子菜单346以及调度子菜单348。具体地，文件子菜单342可以提供标准组的文件操作功能，例如在存储器326或其它存储位置中保存网络模型324或发送包含网络模型324的文件至打印机。其间，图形生成选项子菜单344可以提供对路径选择规则350、图形类型选择352以及其它用户可配置规则和参数的访问。

通过从主菜单340中调用拓扑子菜单346，用户可以访问包含与网络模型相对应的图画的交互式画布屏幕。拓扑子菜单346可以包括界面354用以添加或删除节点、编辑信号强度、改变网络模型324的视图以及自动生成图表。另一方面，调度子菜单348可以呈现几个关于显示所生成的调度的选项。例如，图形视图356可以呈递多颜色、用户友好视觉描述的全部网络调度，也称为主调度。文本视图358可以提供相同主调度的文本描述。最后，XML视图360可以生成主调度的符合XML的规则的文本描述。

继续至图10，交互式视窗380可以呈现用户通过拓扑子菜单346可访问的网络模型324的视图。交互式视窗380可以包括画布区382、工具栏384以及滚动条386-388。例如，工具栏384可以以下拉列表的形式提供对子菜单342-348的交互式访问。另外，工具栏384可以包括一个或更多快捷按钮390。快捷按钮390可以为用户提供将表示不同网络设备的符号添加至画布区382的简单和有效的方法。特别地，用户可以操作快捷按钮390中的一个来选择表示网关设备、网络接入点、现场设备、路由器等等的符号。另外，工具栏384可以包括与墙之类的物理障碍相对应的非网络元件按钮392。然后，用户可以利用鼠标314或类似的指针设备将所选择的符号拖到画布区382中。在其它实施例中，用户可以操作键盘按键来输入文本指令以便选择符号并在画布区382中定位这些符号。

画布区382可以是无线HART网络14运行的工厂区域的符号表示。表示网络设备的符号的位置可以准确地反映设备之间的相对距离。换句话说，画布区382上的模型324的图形表示可以是按照规定比例的。还考虑可以在画布区382上包括网格(未示出)以便简化准确地放置彼此相对的符号的任务。在又一实施例中，画布区382可以包括箱、阀、管道以及过程控制系统的其它组件的两维或三维、按规定比例的表示，以便用户可以容易看见模型324和相应物理设备的实际几何定位之间的一致。再进一步，画布区382可以示意性地表示诸如墙之类的实际物理障碍，以及诸如走廊或办公室之类的不可访问区或禁区。根据本实施例，网络设计工具45可以考虑物理障碍而不要求用户通过操作障碍元件按钮392来为该图画指定障碍符号。

在画布区382上放置了表示网络设备或障碍的符号后，用户可以进一步通过选择该符号来配置模型化设备，调用交互式参数化视窗，并输入模型化设备特有的一组参数。在图10所示的实例中，用户已经在画布区382上放置了几个网络设备符号，包括设备符号400。更为具体的是，用户可以已经从快捷按钮390中选择了表示现场设备的符号，已经利用鼠标点击或类似的方法激活了该符号，并已经将该符号的拷贝拖到了画布区382中想要的位置上。在本示范性实施例中，现场设备符号是包含字母“D”的圆圈，该字母作为可视辅助手段以区分不同的网络设备类型。然后，用户可以已经通过点击预先定义的鼠标按钮来调用参数化菜单，并且例如，指定与设备符号400相对应的物理现场设备通过电池来供电。结果，无线网络设备工具45可以接着设备符号400显示电池符号402。

用户可以进一步针对每个现场设备指定该设备向其它网络设备报告测量结果或其它数据的速率。该报告速率也被称为突发传输率。在无线HART网络14的实例中，现场设备向网关设备22报告上游的数据流。无线网络设计工具45可以显示接着设备符号400放置的、作为指示器404的突发传输率。在一个实施例中，该用户通过按压预先定义的键盘或鼠标键可以调用功率设定选项。响应于检测到键压事件，网络设计工具45可以显示交互式视窗，其中用户可以输入例如以瓦特为单位测量的信号强度。作为替代地，该用户可以配置网络设计工具45以将每个网络设备与相同的预定功率水平相关联以便简化配置网络模型324的过程。

由于设备符号被添加至画布区382，网络设计工具45可以为每个新符号分配序号。在另一实施例中，网络设计工具45可以根据先按宽度遍历相应的图形所遇到的符号的顺序来分配号码，对网关符号中的其中一个分配序号0，并且放在图形的标题部分。

再次参考图10，用户可以已经将网关符号410和网络接入点符号412放置在画布区382上。如以上参考图1所讨论的，网关设备22可以以高可靠和高效方式与多个网络接入点25相连接，例如通过一对专用线。网络设计工具45可以通过表示有线链路414的实线来表示网关至网络接入点连接的相对可靠性。相反，网络设计工具45可以通过虚线示出无线链路，例如在设备符号400和412之间的无线链路416的情况。当然，网络设备之间的无线和有线连接也可以以任何其它方式来描述并且线414和416仅仅是以实例的形式来提供。

接下来，网络设计工具45可以通过根据诸如每个设备的信号强度、设备之间的距离、每个设备的功率、接收设备的类型以及可以削弱无线信号的障碍的存在之类的因素评估每对网络设备之间的每个无线链路的质量来开始分析网络模型324。因为每个设备可以以唯一的功率水平来传输无线信号，从设备A到设备B的单向链路的参数可以与从设备B到设备A的单向链路的参数不同。例如，网络设计工具45可以通过计算由与设备符号400相对应的物理设备所传输的无线信号在符号400和412所表示的物理设备之间的距离上的削弱来估计单向无线链路404的质量。如上所示，符号400和412所表示的物理设备之间的距离可以通过符号400和412之间的相对位置准确地反映出来，如果模型324是按照比例绘制的话。作为替代地，用户可以通过例如选择网络模型324上的无线链路、激活适当的设定屏幕并且以英尺和米为单位输入距离来指定一对网络设备之间的距离。完成计算之后，网络工具45可以接着无线链路416来显示信号质量指示器420。再次参考图10，表示现场设备的符号422和表示路由器设备的符号424可以通过无线链路被连接，可以被隔开距离X，而符号422和符号426可以被隔开距离Y。网络设计工具可以因此接着从设备422延伸至设备424的单向链路来显示指示器428和430。

网络设计工具45可以在用户向画布382添加新的网络设备时评估每个无线链路。因此，如果网络模型324包括网络设备符号S1、S2、...Sn，设备符号Sn+1的添加要求网络设计工具45评估每对符号{S1，Sn+1}、{S2，Sn+1}、...{Sn，Sn+1}之间的n个新链路。为了避免混乱，工具栏384可以包括触发优化呈现模式的按钮432。更为具体地，触发按钮432可以使网络设计工具来仅显示那些通过了预先定义的诸如信号质量超过-10dB之类的质量准则的无线链路。相反，另一触发按钮432可以使网络设计工具45显示所有的无线链路，无论质量如何。

通过了预先定义组的质量准则的无线链路连同连接网关设备至网络接入点的有线链路的总和一起形成了主图形435。另外，一对网络设备之间的每一路径，例如从现场设备符号422到网关设备符号412，形成了单独的图形。而且，对于网关之一，每个图形可以为向上的或向下的图形。网络设计工具45可以通过箭头示出每个无线链路的方向，例如链路416上的箭头，其指向网络接入符号412以表示链路416是向上的图形的一部分。工具栏384也可以包含图形模式选择器437，用户可以对其进行操作以便在诸如仅下游图形的显示、仅上游图形的显示或上游和下游图形的同时显示之类的查看选项之间进行选择。

如图11所示，交互式屏幕450可以对应于图形产生选项子菜单344。用户可以使用交互式屏幕450以便对网络模型324所模拟的网络的路径选择和调度的优先级进行配置。在本示范性实施例中，交互式屏幕450可以包括网络类型选择器452，其允许在星型、网状以及星型网状拓扑之间进行选择。例如，如果用户通过星型选择器选择星型拓扑，则网络设计45以网关设备或网络接入点为中心自动定义与星型拓扑一致的无线连接。在如图10所示的网络模型中，一对现场设备间的每个无线连接被消除。实际上，网络设计工具45可以模拟诸如412和422、412和424等之类的设备符号之间的无线连接。

另外，交互式屏幕450可以包括阈值信号强度选择器455。利用选择器455，用户可以指定从发送方设备传输的信号的最小强度，其必须被接收方设备检测以便考虑发送方设备和接收方设备之间的链路可以被接受用于图形。当然，用户可以在对网络模型324进行配置的任何时间使用选择器455以改变最小信号强度值。响应于用户通过选择器455输入新值，网络设计工具45可以对每对设备进行重新评估，在某些情况下，删除或添加无线网络。在如图11所示的实例中，选择器455包括滚动条和文本指示器。然而，本领域的普通技术人员将认识到的是，选择器455的任何图形或文本实施以及这里所讨论的其它选择器的任何图形或文本实施同样是可能的。

滞后水平选择器457可以允许用户指定信号强度，其中网络设计工具45在该信号强度开始重新评估网络图形。如果从实时无线HART网络14报告给网络设计工具45的反馈信息指示一个或更多链路的信号水平的变化，则网络设计工具14可以参考通过滞后水平选择器457设定的值以决定何时重新评估必须开始。例如，特定链路上的信号强度可以稍微下降到通过选择器455配置的最小水平以下，但是可以仍然位于通过选择器457配置的滞后水平以上。在这种情况下，网络设计工具45可以不继续进行图形评估以便避免这种情况，例如在信号强度周期地稍微下降至阈值信号水平以下并且随后又升至阈值信号水平以上时重新评估网络图形。

交互式屏幕450也可以包括邻层数选择器459。通过使用选择器459，用户可以指定相邻设备的最大数以考虑图形建构期间的每个单独的网络设备。例如，该由符号400表示的网络设备可以使用与网络模型324相对应的所有七个无线网络设备潜在地建立无线链路。当然，每个无线链路可以由于离开传输设备的距离和其它物理因素而具有不同的信号强度，因此，具有不同的整体链路质量。这样，可能不节俭地企图与每一个潜在的邻居建立连接。实际上，有效的图形选择策略可以仅仅关注于有限数量的潜在邻居。通过选择器459选择的值可以限制潜在邻居的数量到小值，例如3，即使某一设备有超过3个邻居满足通过选择器455配置的信号强度要求。

另外，交互式屏幕450可以包括选择器461，用于指定在以相对好的信号强度为特征的多跳链路和以相对差信号强度为特征的单跳链路之间进行选择的准则。总之，由于在其它因素中，低的反应时间以及调度的相对简单使得一对设备之间的单跳链路是优选的。然而，与连接同一对设备的多跳链路相比，单跳的信号质量可以是差的。为了在这些选项间进行更恰当的选择，必须对与每种方法相关的折衷进行定量和比较。在如图11所示的示范性实施例中，用户可以指定多跳的信号强度必须超过相应的单跳链路的信号强度的分贝数以便网络设计45能够选择多跳而不是单跳链路。

再次参考图11，交互式屏幕450可以进一步包括最小跳数选择器463。用户可以为网络设计工具45指定最小的跳数以考虑什么时候建构图形。最小跳数可以缺省为例如“1”，但是如果需要也能够缺省为其它数。

最大跳数选择器465可以允许用户指定在跳中测量的单个图形的最大长度并且可以缺省为特定的数，例如“4”，虽然缺省可以针对不同的使用而不同。例如，用户可以决定使用无线HART网络14的过程控制系统不可以容许与设备之间的4跳路径的缺省设置相关的延迟，并且可以通过选择器465设置跳限制为3。结果，网络设计工具45将不限定图形以及因此不限定包括超过3跳的路径，即使这种限制导致了对于质量相对差的无线链路的选择。选择器450和465在为网络开发一组图形和路由调度表时允许工具或引擎300考虑最小跳数(例如缺省为1)和最大跳数(例如缺省为4)。另外，如果需要，这里描述的其它选择器中的这些或每一个在每个节点基础上可以是可设定的，这给了用户减小对诸如阀之类的关键项的反应时间的能力。

在交互式屏幕450的示范性实施例中，与电池供电的网络设备相比，用户可以另外确定通过由诸如110V AC线路之类的永久性电源供电的网络设备的路由数据的需要的数量。例如，如果其它因素相同，网络设计工具45可以考虑通过带电网络节点的每一跳优于通过不带电网络节点的一跳的三倍。

总之，网络设计工具45，特别是引擎300，在制定图形和调试决策时，可以通过将用数字表示的需求指示器分配给潜在的链路或图形并通过将优化准则306应用于预先定义的顺序来在多种因素间进行加权。因为准则中的一些将网络设计工具45指向不可兼容的途径，例如根据一个准则将某个节点旁路并根据另一准则将数据路由通过相同节点，所以将相对优先级分配给优化准则306帮助网络设计工具45解决了这些冲突。图11示出了示范性过程500，网络设计工具45可以作为自动图形定义的一部来执行过程500。如上所讨论的，网络设计工具45可以在用户向画布382添加新设备时、在关于无线HART网络14的实际性能的反馈信息到达实时网络界面320时、或者响应于诸如预先定义的键压或菜单选项选择之类的用户操作时调用过程500。可以理解的是，当图11A以顺序步骤的形式示出优化规则306的应用时，其中一些步骤也可以以并行方式执行。而且，优化规则306中的一些在任何时间与其它规则不存在冲突并且可以因此在过程500的任阶段进行应用。

可以如执行过程500的第一步那样应用原则502。特别地，只要可能，过程500可以首先尝试定义至网关22的单跳路径，一旦冗余网关设备可用，则至虚拟网关24的单跳路径。在那些网关22通过一个或多个网络接入点25与无线HART网络14进行通信的实施例中，单跳路径可以被定义为与其中一个网络接入点相关。当然，过程500可以不违反通过交互式450配置的限制，并且，特别是，通过选择器455指定的阈值信号强度限制。再参考图10所示的网络模型324，过程500已经确定，例如，对应于设备符号400的物理设备可以建立到与符号412对应的网络接入点的单跳无线链路416，但是与符号422对应的设备必须通过诸如由符号426表示的现场设备之类的中间节点与网络接入点(符号412)进行通信。

再次参考图11，原则502可以对应于对通过带电的设备的路由数据的优先级选择。根据原则502，过程500可以尝试旁路对应于符号400的设备，这是因为该设备是由电池供电的。然而，过程500也可以根据用户通过选择器467指定的值来决定该设备是否应该被旁路。如上所述，其它因素可以使替代节点同样或更加不合适，并且过程500必须在比较选择时使用定量准则。

接下来，过程500可以继续定义其余的图形同时试图保持每个单独图形的跳数尽可能的低。在一个预期的实施例中，过程500可以初始构建主图形，其包括所有潜在的无线链路，而无论它们的质量如何。然后，过程500可以顺序考虑每个网络设备，遍历初始的主图形以确定所有潜在路由，并且根据上述讨论的因素和其它考虑选择最佳候选者。具体地，当在初始的主图形上应用原则506时，过程500可以选择满足通过交互式屏幕450配置的用户要求的、具有较小数目的跳的图形。

当在路径选择期间在特定设备的邻居间进行选择时，过程500可以应用原则508，从而具有较佳信号强度的链路被给予了优先权。然而在考虑了原则502-508之后，过程500可以不必对路径进行明确选择。在块510中，过程500可以根据每个链路与一个或更多原则502-508的一致分配数字值或权重给每个链路。例如，因为网络设备是带电的，过程500可以通过选择器467输入的系数乘源自某一网络设备的链路的权重，另一方面，因为该链路是到网关的较短路径的一部分，过程500可以增加源自相同的网络设备的不同链路的权重，如由跳数所测量的。然后，过程可以在块512中通过执行两个数字值之间的细节比较来在两个链路间进行选择。

过程500可以应用跳计数和邻居计数限制，同时根据原则502-508定义图形。换句话说，过程500可以检查块512中执行的每个路径和链路选择是滞否与通过交互式屏幕450所指定的每个准则一致。作为替代地，过程500完成在块512进行的加权路由选择后，可以在块514和516分别应用跳计数和邻居计数限制。在这种情况下，过程500可以消除之前选择的链路和路径中的一些后返回块512。

进一步地，在块512中，例如为了保证路径冗余，过程500可以尝试为每个设备选择至少两条路径。换句话说，过程500可以尝试分配除所选择的主路径之外的至少一个不同的复制路径，使复制路径连接相同的设备对。以此方式，主路径的节点之一中的故障或主路径中的节点对之间的非预期障碍物将不一定会阻止设备的通信。网络设计工具45可以通过将相应的符号着色来指示将现场设备连接至网关的冗余路径的可用性。图12示出在用户已经调用交互式窗口450之后并且在已经建立图10中所示的网络模型324之后由网络设计工具300生成的网络模型。特别地，用户可能已经将阈值信号强度选择器455操作为增加阈值。结果，网络设计工具450可以消除部分重复链接，并且现在符号400在图12中以不同颜色出现。与之成对比的是，符号426由于既作为将符号400与网络接入点符号412连接的路径中的一个节点，又作为连接符号520和522与符号412的路径中的一个节点出现，所以符号426还是以原来的颜色出现。并且，如图12中所示，由符号422表示的设备现在从无线HART网络14断开，原因在于可能将该设备与其近邻连接的链路中没有一个满足新的用户要求。

参见图13，用户可以操作障碍按钮392来把障碍符号530放在画布区382中。在一个实施例中，用户可以通过拉伸符号130或使用一种公知的画图工具画出不规则形状的轮廓来进一步定制障碍。在另一个实施例中，用户可以通过障碍配置菜单来点击符号530并输入十进制的数值来进一步指定由符号530表示的障碍的信号衰减因子。在又一个实施例中，用户可以通过指定一个或多个活动参数来另外地仿真运动的障碍。设想了网络设计工具45考虑受一个以指定速度运动的障碍影响的设备的突发传输率来仿真由该障碍引起的扰动。当然，一分钟只报告一次测量结果的设备可能不会注意到切断设备的通信链路大概只有1和2秒的障碍，而每秒报告测量结果的另一设备在相同的一组条件下，则可能未能传送一个或数个报告。如此，网络设计工具45的一些实施例既可以仿真各种网络设备上的静止障碍，也可以仿真这些设备上的运动障碍。

图13和14示出网络设计工具45提供的网络仿真的一个方面。在图13中，障碍530被从符号400、412和532表示的网络设备充分地移开，以免对连接这些设备的无线链路产生明显的扰动。另一方面，在图14中示出的网络模型324的状态中，同一障碍可能会有力地阻碍无线信号从对应于符号400的设备向符号412表示的网络接入点的传播。如上所述，图13和14既可以静态地示出网络模型，也可以示出网络模型324的瞬态的快照，在静态的情况下，符号530表示的静止障碍被改变位置，以更靠近网络节点，而在瞬态的情况下，运动的障碍正在暂时地干扰无线链路416。在哪种情况下，网络设计工具45都可以计算仿真的障碍对网络模型342的影响，并可以删除无线链路416。

除了产生图和自动地调整图外，网络设计工具45可以自动地根据优化准则306，并可选地，根据用户指定的参数，来产生调度表。图14A到图14C示出了网络设计工具45和特别地，调度程序304，能够作为产生和优化无线HART网络14的主调度表的部分执行的步骤的几个示例性序列。更具体地说，调度程序304可以包括负责强制约束、数据超帧配置、网络管理配置、网关超帧配置和特定目的超帧配置的进程。

与进程500类似，进程550可以同时应用原理552-572中的一部分，或把应用原理552-572的顺序改为正在开发的主调度表。进程550主要负责把各种设计约束加到每个单独的调度表以及主调度表上。在框552中，进程552可以应用限制并发信道的数量原理。当然，并发信道的数量由可用于无线HART网络14的无线资源的数量限制。在一个设想的实施例中，用户可以通过屏幕450或类似的交互菜单来配置该限制。因此，网络设计工具45可以包括较高的难编码的限制作为防止配置错误的安全措施。例如，绝对并发信道限制可为16。

接下来，进程552可以应用原理554，以致没有设备可以被调度来在相同时隙中听两次。根据下一原理556，进程552可以允许设备从多个目的地接收数据。返回参考图11中示出的示例，对应于符号426的设备既可以从对应于符号400的设备接收数据，也可以从对应于符号422的设备接收数据。

当应用原理558时，进程552将在多跳网络中在后来的跳之前，调度较早的跳。换句话说，进程552将尝试通过确保每个节点具有尽可能多的时隙来提交最近接收的数据包，来最小化每一个多跳路径上的等待时间。例如，节点N1可以在一个32时隙的超帧中，从相对数为5的时隙中接收给N2的包。这样，节点N1具有该超帧其余部分的27个可能的时隙。调度程序304可以确定该超帧内的下一可用时隙(例如，8)并把N1向N2的传输调度在该时隙内发生。

为了自由化超帧的对准，调度程序304可以执行要求所有的突发传输率并从而要求超帧大小符合预定公式的原理560。例如，突发传输率可以被定义为2n秒，其中n为整数。这样，一个网络设备可以具有2-2或1秒的4倍数的突发传输率，而另一设备则可以具有23或每8秒一次的突发传输率。进一步地，进程550可以确保组合的突发模式和网络管理通信不超过无线HART网络14的总可用带宽的预定百分比(原理562)。在一个设想的实施例中，该预定的百分比被设为30％。类似地，进程550可以根据原理564确保没有一个调度超过全部可用时隙数量的预定比例，例如50％。通过这一方式，调度程序304试图保留足够数量的自由时隙以用于例如重传和其它未计划传输等目的。

参见图14B，负责数据超帧配置的进程565可以应用原理566并把网络设备分配给以第0时隙开始的信道偏移。接下来，进程565可以分配以最快扫描速度开始的时隙(框568)。通过以最快扫描速度开始，调度程序304确保首先满足较高的带宽需求，这是因为通常易于为那些很少发送并从而具有较低的扫描速度的设备找到可用时隙。

对于每条路径，进程565都可以从离网关最远的设备开始时隙的分配(框570)。特别地，进程565可以把路径上的一个时隙分配给网关设备，继续向路径上的下一跳前进，并继续时隙分配直到到达网关。一旦成功地分配各个单独的时隙，进程还可以将最接近的可用时隙分配给可能的重传。

一旦进程565为每个现场设备和网关之间的一条路径分配了时隙，那么调度程序304可以另外尝试分配每条复制路径上的时隙。如上所述，复制路径象主路径那样连接同一对设备，但是复制路径与主路径至少有一个中间跳是不同的。进程550在框572中试图为复制路径分配时隙。

图14C示出了调度程序304可以在进程550和565之后、或与之并行执行的进程580。进程580主要负责管理配置。特别地，该进程应用原理582-590来分配管理超帧，应用原理592-596来配置加入过程，应用原理598来配置网络管理命令传播。

进程580应用的原理582确保网络管理超帧比数据超帧具有更高的优先级。接下来，进程580可以根据原理584把网络管理超帧的大小限制为预定的数目，例如6000时隙。进一步地，调度程序304可以把下一优先级分配给广告时隙(原理586)。设备可以使用广告时隙来加入无线HART网络14。

在框588中，进程580可用进行网络图的广度优先搜索并对各个设备以遇到这些设备的顺序进行编号。当然，可用在定义了可能的无线链路之后的任何时间来进行对应于框588的搜索。如上所述，指示器406可方便地显示分配给对应的设备符号的下一个设备的编号。由于用户可以以任何顺序把设备符号加到画布区382中，因而进程580可能需要在新的目标被加入到网络模型324时，对设备进行重新编号。

接下来，进程580可以为保活(keep-alive)消息分配时隙。通常，每个网络设备优选地具有为保活传输保留的时隙。如果在预定的时间间隔(例如60秒)内，该设备的近邻没有通过该设备传播信息，那么该设备可以向该近邻发送保活包来检验该近邻的运行状态。

进程580还可以在框592中通过分配为加入请求保留的时隙来配置加入过程。对于每条路径，进程580可以从离网关最远的设备开始，沿路径向该网关前进。在一些设想的实施例中，进程580不给加入请求时隙分配冗余。接下来，类似地，进程580可以为加入响应分配时隙；不过，进程现在可以从网关开始，沿离该网关最远的设备方向运动。然后，进程580可以在框596中，分配每个设备中的广告包。在一个设想的实施例中，分配给特定设备的广告包的数量与该设备离网关的跳的数目反相关。

根据原理598，进程580可以配置具有加入请求和加入响应的网络管理链路的共享。该方式允许调度程序304把同一组链路用于两个不同的目的。

调度程序304可以根据上述原理和策略产生包括无线HART网络14的各个设备的单独调度表的主调度表。然后，网络设计工具45可以提供几个视图356-360，用户可以通过调度子菜单348来选择视图。图15示出了图形模式下展示的示例调度表。

曲线图620可以包括时隙栅格622。在图15示出的示例性实施例中，栅格622的每条垂直线对应于5个时隙。本领域技术人员将理解，栅格622也可以包括任何方便用户的刻度，包括可调的或扩大的刻度。信道调度列表625和设备调度列表627可以被沿水平方向置于栅格622上。换句话说，网络设计工具45可以描述把信道分割为时隙和把设备与时隙相关为水平时间进行的过程，垂直线表示连续的5时隙间隔。此外，每个单独的信道和每个单独的设备可以具有明确地示出分配给该单独信道或设备的时隙的分离的水平条。

图例630可以示出时隙分配与一种或多种颜色的关联。当然，网络设计工具45也可以使用其它图形化地指定每个时隙状态的方法，例如利用不同的形状或符号，如果监视器318不支持多种颜色，那么还可以利用不同的阴影技术。在图15中示出的示例中，图例630指示用户，一种颜色的垂直条632表示保留给一对设备独占使用的时隙，另一种颜色的垂直条634表示分配给多个设备共享使用的时隙。信道列表625包括对应于未分配时隙的空白和不同颜色的垂直条632和634。在图15中示出的示例中，图表620通过空白和有颜色的条指示，信道3被调度给时隙11中的共享传输和时隙0、1、3、5、7、10、14、19、35和39中的独占传输，而信道3中的其余时隙可用。

另一方面，除了类似地对应于未分配时隙的空白外，设备调度列表627包括不同颜色的垂直条636和638。根据示例性图例630，颜色垂直条636表示保留给接收的时隙，而颜色垂直条638表示保留给发送的时隙。在图15中示出的示例中，图表620指示，设备11被调度在第0和7时隙中发送、在第32、34和39时隙中接收。

在一些情况下，用户可能更愿意以文本格式或XML格式查看网络调度表。图16A示出把网络调度表列表为一系列可展开XML标签的屏幕650。在这一示例中，图16A和17对应于可能与网络模型324类似但是不相同的网络模型的同一网络调度表。参见图16B，屏幕652包含设备3的展开的调度表。除了呈现图形化的图表620可选的文本外，屏幕650和652还可以呈现关于调度表的另外信息。特别地，屏幕652包括分配给设备3参与的几个超帧的时隙的逐条链路的列表(窗格655和657)。

类似地，网络设计工具45还可以以XML格式显示路由信息。图17示出网络模型324的拓扑的示例性XML列表670。每个设备窗格627都可以显示必要信息，例如设备类型、逻辑设备地址和条674上的完整设备地址。在展开模式下，每个窗格可以进一步显示邻居窗格680中的邻居信息和图窗格682中的图形信息。对于每一个邻居，XML列表670都可以包括紧跟设备地址686之后的信号质量指示器684。

在运行中，网络设计工具45可以基于预定的最优化准则306、根据用户通过交互屏幕380和450输入的用户输入来产生初始的路由和调度信息。网络设计工具45可以根据通过真实网络接口320接收到的、关于无线HART网络14性能的反馈信息来重新评估初始的图和调度表。在这一意义上，对应于无线网络14的网络模型324是一种自适应和自动调整的模型。此外，网络设计工具45还可以由于一个或多个用户偏好的改变来调整网络模型324，用户可以通过删除或增加画布区328中的网络设备和障碍符号，或者通过经由交互屏幕450改变各种参数，来指示用户偏好的这些改变。

特别地，用户可以利用网络设计工具来仅用于仿真无线HART网络的目的。例如，过程控制工程师或其它用户可以探究在某一环境中安装无线HART网络的一般功用或无线HART网络的预期设计的效率。通过利用交互屏幕380和450，以及上述网络设计工具45的其它功能，用户可以通过把表示路由器、现场设备、网关、接入点、无线信号障碍和其它相关设备和物体的符号放到画布区中来构造网络模型，并且可以很容易地评估各种可能的实际硬件的布置。因为用户可以容易地移动、增加和删除表示设备和各种物体的符号，所以用户可以充分并且准确地评估诸如减少路由器队列和增加另外的网络接入点等的工程决策的影响。如上面所指出的，用户还可以确定每个仿真设备的参数。熟悉过程控制产业的人员将理解，各种设备由于设备制造商的不同而可能具有不同的运行参数，具有不同的价格、设备的种类和型号，以及设备的老化、设备的动力要求和多种其它因素。因此，在评估某一物理布置相对于另一可选布置的不同之外，用户可以进一步评估，例如，以一个更有力的设备替换一个实现类似功能的、稍弱的设备的影响。通过基于两种可选的办法间的诸如价格差别和安装复杂度差别等因素来比较所设想的替换对仿真性能的影响，用户可以做出高度基于可靠信息的决策，并最终获得更好的网络设计。

重要的是，网络设计工具45可以关于享受网络模型和根据该模型构建的实际的物理无线HART网络之间的对应性的高水平可信度。因为无线HART网络的路由和调度决策优选地集中于网络管理器27中，所以网络设计工具45和网络管理器27可以使用类似的引擎300来实现诸如图和调度表定义、图和调度表适应和其它配制决策等功能。进一步设想了引擎300可以作为一种软件库或具有一组标准接口的软件对象来提供，以致网络管理器27和网络设计工具45都可以在它们各自的软件框架内实现相同的引擎300对象的实例。在一些实施例中，引擎300可以在不知道网络是否是实际的(例如无线HART网络14)还是仿真的(例如网络模型324)情况下，配制、调整和管理网络。当然，为了向共享引擎300提供仿真的网络流量，本实施例还可以进一步包括产生“哑”突发数据、哑网络管理要求和其它与网络设计工具45协同工作(或网络设计工具45内)的仿真数据的模型。

很清楚，利用同一引擎300或至少利用部分网络管理器27和网络设计工具45中的部件，可以显著地改进仿真的可靠性。另外，用户可以网络设计工具45的动画能力来评估网络模型在某一时间段内的性能，特别地，评估网络模型在障碍出现在物理无线网络可以运行的区域中的阶段内的性能。如上所述，用户既可以仿真障碍的衰减强度，也可以仿真障碍的运动参数，例如速度和方向。网络设计工具45提供的另外一个优点是，用户可以以容易理解的方式、可视化地观察障碍对仿真网络的影响。当然，网络设计工具45也可以提供网络模型的操作的所有方面的可视化，从而提供物理无线网络的可视化。本领域技术人员将理解，网络图的可视描述或调度的可视表示可以简化对网络模型质量的评估。例如，如果用户能够以可视方式来观察作为结果的图的化，那么用户更可能识别出由于较差的网络设备的布置而导致的无效路径。

另一方面，用户可以进一步通过利用从实际物理网络反馈的数据来改进现有的网络模型。例如，用户可能已经开发了初始网络模型并根据该初始模型实现了无线HART网络14。当然，一些物理设备可能不会以与它们在网络模型中的对应模拟物的方式正好相同的方式来运行。特别地，一些设备可能检测到低于仿真信号强度的信号强度，例如为4dB而非仿真的6dB。类似地，无线HART网络14可能测量到某一路径的实际等待时间是5毫秒，而同一路径的仿真等待时间是4毫秒。此外，无线HART网络14可能会在某一信道中发现大量干扰，并且因此可以把该信道和对应的载频记到黑名单中。网络设计工具45可以经由上述真实网络接口320从无线HART网络14取得该可用数据和其它可用数据，并且可以自动地调整网络模型。在优选实施例中，网络设计工具45可以总是更喜欢来自真实网络接口320的数据，并且只要实际的数据可用，就可以覆盖仿真参数。当然，如果，例如无线HART网络45的某一部分还没有安装或对应工厂的某些部分正在维修，那么一些真实数据可能不总是可用的。

在这一意义上，网络设计工具45可以实时地把网络仿真与从无线HART网络14接收到的或数据结合起来。网络设计工具45可以有效地对或数据可用的网络的部分进行仿真与真实无线HART网络14的同步。同时，用户可以设想向无线HART网络14加入或从中删除某些网络设备，并且为了有效地评估所设想的改变对真实网络的影响，用户可以首先通过利用网络设计工具45来更新网络模型。至少在某些实施例中，网络设计工具可以认识到，尽管网络模型并不是完全对应于经由接口320报告性能相关的数据的、真实的无线HART网络，但是数据中的部分仍然可以用来调整网络模型。因此，用户可以在实际增加、删除或重新配制物理网络中的网络设备之前，有效并且准确地估计增加、删除或重新该设备的影响。此外，还设想了用户能够重新设置现有的规则优先级或选择关于使用真实反馈数据的网络模型的不同拓扑。网络设计工具45可以通过利用物理网络报告的反馈数据仿真新的一组规则或新的拓扑。在这一意义上，除更多较小的、设备特定的变化外，用户可以快速并且准确地估计真实网络中的较大的、全系统的变化。

还设想，为了在网络模型32中填充各种设备特定的参数，用户可以与真实网络协同使用网络设计工具45。特别地，用户可以构建网络模型324，连接到一个运行的无线HART网络(诸如网络14)上，并且指示网络设计工具45来获取猝发传输率、信号强度测量结果、等待时间测量结果和其它来自运行的无线HART网络的数据。通过这一方式，用户可以减少设置网络模型所需时间，并且获得其它优点。

尽管上述内容详细说明了多个不同的实施例，应该理解本发明的范围由本专利的末尾处提出的权利要求书中的语句及其等效物来限定。因为说明每一种可能的实施例即使不是不可能的，也是不切实际的，所以上述详细说明应该被解释为仅用于说明目的，但并没有说明每一种可能的实施例。利用现在的技术或本专利递交日之后开发的技术，还可以实现许多可替代的实施例，这些仍然都应落入权利要求书的范围。

Claims

1、一种通信模型化系统，在计算机可读介质上被存储为一组指令，并适用于利用计算机实现，该计算机在过程控制环境下用于配置无线通信网络，该系统包括:

界面模块，用于接收描述与所述过程控制环境相关的多台通信设备的输入数据并且用于在计算机可读介质上存储所述输入数据；

引擎模块，被通信连接至所述界面模块，以利用所述输入数据以及与所述无线通信网络待使用的无线通信方案相关的一组规则来确定网络配置数据；和

输出模块，提供所述网络配置数据作为输出。

2、如权利要求1所述的系统，其中所述界面模块接收包括与所述多台设备中的至少一些设备有关的地理信息的输入数据，其中与所述多台设备中的一台设备对应的地理信息表示所述多台设备中的该台设备相对于所述多台设备中的至少另一台设备的物理位置。

3、如权利要求1所述的系统，其中所述界面模块接收包括所述多台设备中的至少一台设备的设备类型的输入数据，其中所述设备类型是以下中的一种:

现场设备，执行所述过程控制环境下的测量或控制功能；

路由器设备，在所述多台设备中的至少两台设备之间传送数据，而无需消耗或发起过程控制数据；

网关设备，将所述通信网络连接至外部主机；或者

无线接入点，以无线方式与所述多台设备中的至少另一台设备通信并且以有线方式与网关设备通信。

4、如权利要求1所述的系统，其中所述界面模块接收包括以下中的至少一种的输入数据:

与将有关过程控制的测量结果报告给所述多台设备中的另一台设备的速度对应的、所述多台设备中的至少一台设备的突发传输率；

与到所述多台设备中的至少一台设备的永久性电源或非永久性电源中的一种电源对应的、所述多台设备中的所述至少一台设备的电力供给类型；或者

与从所述多台设备中的至少一台设备发送的无线电信号的强度对应的、所述多台设备中的所述至少一台设备的信号强度。

5、如权利要求1所述的系统，其中所述通信方案对应于无线

通信协议。

6、如权利要求1所述的系统，其中所述网络配置数据包括用于定义所述多台设备之间的一组通信路由的路由方案或者用于定义所述多台设备的通信时序的通信方案中的至少一方案。

7、如权利要求6所述的系统，其中所述界面模块接收包括所述多台设备中的每台设备的地理信息的输入数据，并且其中所述引擎模块包括:

图形生成器，用于利用所述地理信息定义所述多台设备中的成对设备之间的直接无线连接作为所述路由方案的部分。

8、如权利要求6所述的系统，其中所述一组通信路由中的每条通信路由包括经由一个或几个直接无线连接来连接所述多台设备中的一对设备的定向图形，其中所述引擎模块包括:

图形生成器，用于利用所述输入数据生成一组定向图形。

9、如权利要求8所述的系统，其中所述界面模块包括:

参数选择例程，用于指定以下中的至少一种:

待与所述一组定向图形中的每一图形相关的中间设备的最大数目；

考虑作为用于建立到所述多台设备中的任一台设备的直接无线连接的候选者的设备的最大数目；或者

用于在第一通信路径与第二通信路径之间进行选择的信号强度差值，该第一通信路径连接所述多台设备中的一对设备并具有第一数目的中间设备，该第二通信路径连接所述多台设备中的那对设备并具有大于所述第一数目的第二数目的中间设备，其中所述信号强度差对应于与该第二通信路径相关的信号强度必须超出与该第一通信路径相关的信号强度以优选该第二通信路径而不是该第一通信路径的量。

10、如权利要求6所述的系统，其中所述引擎模块包括:

可扩展标记语言XML生成器，用于生成所述路由方案或所述通信方案中的至少一方案的XML描述。

11、如权利要求6所述的系统，其中所述多台设备中的每台设备沿着对应的直接无线连接与所述多台设备中的至少另一台设备无线通信；其中所述路由方案对应于每个均包括一个或几个直接无线连接的多个图形；并且其中所述引擎模块包括:

调度生成器，用于将与多个通信信道相关的多个时隙分配给所述多个直接无线连接，作为所述通信调度的部分。

12、如权利要求1所述的系统，其中所述引擎利用所述输入数据生成网络模型，其中所述网络模型包括每个均对应于所述多台设备中的一台设备的多个节点，并且其中所述界面模块包括:

节点增加例程，用于给所述多个节点增加节点；

节点移除例程，用于从所述多个节点中移除节点；和

节点定位例程，用于将所述多个节点中的一个节点与相对于所述多个节点中的至少另一节点的地理位置相关；其中所述节点增加例程、所述节点移除例程和所述节点定位例程中的每一例程均响应于用户输入。

13、如权利要求12所述的系统，其中所述网络配置数据包括用于定义所述多台设备之间的一组通信路由的路由方案；其中所述一组通信路线中的每条路线为至少包括所述多台设备中的一对设备之间的直接无线连接的定向图形；其中所述界面模块进一步包括:

电源类型选择例程，用于将所述多个节点中的一指定节点与第一类型电源或第二类型电源中的一种电源相关；和

功率因数选择例程，用于将具有功率因数的第一值的所述第一类型和具有功率因数的第二值的所述第二类型相关；并且其中所述引擎模块包括:

图形生成器，用于利用与所述多台设备中的每台设备相关的功率因数生成所述一组定向图形。

14、如权利要求12所述的系统，其中所述界面模块进一步包括:

拓扑选择例程，用于为包括网状配置、星形配置或网状星形配置的所述多个节点选择拓扑；其中所述引擎模块定义所述多台设备中的成对设备之间的直接无线连接，以根据所指定的拓扑生成所述通信网络的路由方案。

15、如权利要求12所述的系统，其中所述引擎利用所述输入数据生成网络模型，并且其中所述界面模块进一步包括:

阈值输入例程，用于将所述多个节点中的一指定节点与一阈值信号强度值相关；并且其中所述引擎模块包括:

图形生成器，用于只有在从源到目的地的信号的计划强度超出所述阈值信号强度时，定义从对应于所述源的、所述多台设备中的另一设备到对应于所述目的地的、所述多台设备中的所述指定设备的不定向无线连接。

16、如权利要求1所述的系统，其中所述引擎利用所述输入数据生成网络模型，并且其中所述界面模块与一输入设备通信以接收用于编辑所述网络模型的用户命令，并且其中所述输出模块与一显示设备交互以在该显示设备上呈现所述网络模型。

17、如权利要求16所述的系统，其中所述引擎模块利用所述输入数据定义所述多台设备中的成对设备之间的直接无线连接；并且其中所述界面模块包括:

图形用户界面GUI例程，用于显示作为通过所述一组直接连接而互连的多个节点的所述多台设备。

18、如权利要求1所述的系统，其中所述界面模块接收包括表示所述多台设备中的第一台设备和所述多台设备中的第二台设备的信息的输入数据；并且其中所述引擎模块估计从所述多台设备中的该第一台设备传送的、并利用所述多台设备中的该第一台设备和所述多台设备中的该第二台设备的物理位置信息在所述多台设备中的该第二台设备处测量到的无线信号的质量。

19、如权利要求1所述的系统，进一步包括:

第二界面模块，用于从所述通信网络接收实时性能数据，其中所述引擎模块进一步利用所述实时性能数据生成所述配置数据。

20、如权利要求19所述的系统，其中所述第二界面模块接收包括与以下中的至少一种有关的测量结果的实时性能数据:

所述多台设备中的一台设备处的信号强度；或者

与将来自所述多台设备中的第一台设备的信息传播到所述多台设备中的第二台设备的延时。

21、一种用于设计过程控制环境下的无线通网络的方法，该方法包括:

获取描述与所述过程控制环境相关的多台无线设备的输入数据；

自动将与通信方案相关的一组规则应用到所述输入数据，以生成网络配置数据，该网络配置数据用于配置在所述过程控制环境下进行无线通信的所述多台无线设备；以及

提供所述网络配置数据作为输出。

22、如权利要求21所述的方法，其中获取所述多台无线设备中的每台无线设备的输入数据包括:

接收与所述设备的预定类型中的一种类型对应的设备类型指示；以及

接收与相对于所述多台设备的设备物理位置对应的位置指示。

23、如权利要求20所述的方法，其中接收所述设备类型指示包括接收与以下中的一种对应的设备类型指示:现场设备，执行所述过程控制环境下的测量或控制功能；路由器设备，传送由所述多台设备中的第一台设备发起的、并被发送到所述多台设备中的另一台设备的过程控制数据；网关设备，将所述通信网络连接至外部主机；或者无线接入点，以无线方式与所述多台设备中的至少另一台设备通信并且以有线方式与网关设备通信。

24、如权利要求22所述的方法，其中获取所述多台无线设备中的每台无线设备的输入数据进一步包括:

接收与所述设备发送的无线信号的功率电平对应的功率电平指示。

25、如权利要求22所述的方法，其中获取所述多台无线设备中的每台无线设备的输入数据进一步包括:

接收表示将电力供给至所述设备的电源的类型的电源选项。

26、如权利要求21所述的方法，其中获取所述输入数据包括:

提供显示界面给用户，包括:

在所述显示器上提供画布区；

提供具有多个用户可选功能的交互菜单，所述用户可选功能至少包括用于将设备呈现增加到所述画布区中的所选位置的第一功能以及用于从所述画布区移除所选设备呈现的第二功能。

27、如权利要求26所述的方法，其中提供所述交互菜单进一步包括提供用于将障碍呈现增加到所述画布区中的所选位置的第三功能，其中设置在所述多台设备中的第一台设备与所述多台设备中的第二台设备之间的障碍衰减在所述第一台设备与所述第二台设备之间传送的无线信号。

28、如权利要求26所述的方法，其中提供所述交互菜单进一步包括提供第三功能以指定所述设备发起过程控制数据的速度。

29、如权利要求21所述的方法，其中应用所述一组规则到所述输入数据包括生成连接所述多台设备中的成对设备的一组定向图形，以定义所述通信网络的例程方案。

30、如权利要求29所述的方法，进一步包括:

在显示界面上显示所述多台设备的图形化呈现或文本化呈现中的至少一种。

31、如权利要求29所述的方法，其中将所述一组规则自动应用到所述输入数据进一步包括分配与一组无线信道相关的多个时隙给所述多台设备，以定义所述通信网络的通信调度。

32、如权利要求29所述的方法，其中所述多台设备包括与所述通信网络外部的主机通信的网关设备；并且其中生成连接所述多台设备中的成对设备的所述一组定向图形包括:

生成连接所述多台设备中的每台设备与所述网关设备的第一组上游定向图形；以及

生成连接所述网关设备到所述多台设备中的每台设备的第二组下游定向图形。

33、如权利要求29所述的方法，其中获取所述多台设备中的至少一些设备的输入数据包括:

获取与所述设备传送的无线信号的功率电平对应的功率电平指示；并且其中

生成连接述多台设备中的成对设备的一组定向图形包括:

定义所述多台设备中的成对设备之间的多个直接无线连接，包括:

通过利用所述对应功率电平指示计算从所述多台设备中另一台设备在所述多台设备中的每台设备处接收的信号强度，评估所述多台设备中的每台设备处的多个潜在直接无线连接；以及

至少基于所述信号的计算出的强度，从所述多个潜在直接无线连接中选择直接无线连接；以及

将所述多个直接无线连接的子集与所述一组定向图形中的每个定向图形相关。

34、如权利要求21所述的方法，进一步包括:

从所述无线通信网络接收反馈数据；以及

基于所接收的反馈数据更新所生成的网络配置数据。

35、如权利要求34所述的方法，其中接收所述反馈数据包括接收所述通信网络中的一组数据传播延时测量结果。

36、如权利要求34所述的方法，其中接收所述反馈数据包括接收所述多台设备中的至少一些设备处的一组信号强度测量结果。

37、如权利要求21所述的方法，进一步包括:

提供显示界面给用户；

从所述显示界面接收设计约束，并且其中:

将所述一组规则应用到所述输入数据包括，针对所述设计约束生成所述通信网络的路由方案和通信方案。

38、如权利要求37所述的方法，其中所述设计约束包括以下中的一种:与连接所述多台设备中的一对设备的定向图形相关的中间设备的最大数目；具有到所述多台设备中的任一台设备的直接无线连接的设备的最大数目；或者在定义从所述多台设备中的一台设备到所述多台设备中的另一台设备的定向图形时，在所述多台设备中的该台设备处考虑的设备的最小数目。

39、一种软件工具，在计算机可读介质上被存储为一组指令，并适用于利用计算机实现，该计算机在过程控制环境下用于设计无线通信网络，该系统包括:

用户界面模块，用于接收描述与所述过程控制环境相关的多台无线设备的输入数据并且在计算机可读介质上存储所述输入数据；

引擎模块，被通信连接至所述界面模块，以利用所述多台无线设备的输入数据自动生成网络配置数据，其中所述网络配置数据包括被定义为连接所述多台设备中的成对设备的一组通信路径的路由方案，以及用于定义所述多台设备的通信时序的通信方案；所述引擎模块包括:

图形生成器，用于定义所述多台设备中的成对设备之间的多个直接无线连接，并且利用所述多个直接无线连接生成所述一组定向图形；以及

进度生成器，用于将所述多个时隙与所述多个通信信道相关，并且将所述多个时隙分配给由所述图形生成器定义的所述多个直接无线连接。

40、如权利要求39所述的软件工具，其中所述通信网络应用与无线

通信协议相关的一组规则，以生成所述网络配置数据。

41、如权利要求39所述的软件工具，其中所述描述所述多台设备的输入数据包括:

与至少一台现场设备对应的数据，所述现场设备执行所述过程控制环境下的测量或控制功能；以及

与网关设备对应的数据，所述网关设备被通信连接至在所述通信网络外部运行的外部主机。

42、如权利要求41所述的软件工具，其中所述用户界面模块包括突发速度选择例程，以将所述多台设备中的一指定设备与将有关所述过程控制的测量结果报告给所述网关设备的速度相关。

43、如权利要求39所述的软件工具，其中所述通信进度包括:

与所述对应通信信道上的所述多台设备中的一对设备的专用对应的一组专用时隙；以及

与所述对应通信信道上的所述多台设备中的两台或多台设备的共用对应的一组共享时隙。

44、如根据权利要求43所述的软件工具，其中所述用户界面模块包括:

图形用户界面GUI例程，用于图形化表示所产生的通信调度，其中所述GUI利用第一图形表示第一组专用时隙并利用第二图形表示第二组专用时隙，其中所述第一图形和所述第二图形在颜色、形状或大小中的至少一项上不同。

45、一种软件工具，在计算机可读介质上被存储为一组指令，并适用于利用计算机实现，该计算机用于设计包括在过程控制环境下运行的多台设备的无线通信网络，该工具包括:

界面模块，用于便于创建或修改所述通信网络的交互模型，其中所述交互模型被存储为计算机可读介质上的数据；和

引擎模块，被通信连接至所述界面模块，以基于所述交互模型自动生成用于运行所述通信网络的参数集。

46、如根据权利要求45所述的软件工具，其中所述参数集与所述通信网络的路由方案或所述多台设备的通信方案中的至少一种相关。

47、如根据权利要求46所述的软件工具，其中所述引擎模块包括:

图形生成器，用于至少利用与所述多台设备中的每台设备相关并被存储作所述交互模型的部分的地理信息，定义所述多台设备中的成对设备之间的直接无线连接，其中所述路由方案包括所定义的直接无线连接。

48、根据权利要求46所述的软件工具，其中所述引擎模块包括:

图形生成器，用于生成经由一个或几个直接无线连接来连接所述多台设备中的成对设备的一组定向图形，以定义所述通信网络的路由方案。

49、根据权利要求45所述的软件工具，其中所述界面模块包括:

节点增加例程，用于给对应于所述无线通信网络的节点的、所述交互模型的多个节点增加节点；

节点移除例程，用于从所述多个节点中移除节点；和

节点定位例程，用于将所述多个节点中的一个节点与相对于所述多个节点中的至少另一节点的地理位置相关，其中所述节点增加例程、所述节点移除例程和所述节点定位例程中的每一例程均响应于用户输入。

50、根据权利要求45所述的软件工具，其中所述界面模块包括:

图形用户界面GUI例程，用于显示所述交互模型作为通过一组直接连接互连的多个节点，所述一组直接连接对应于所述引擎模块生成的所述参数集。