CN102075234B

CN102075234B - 中继装置以及使用该中继装置的无线控制网络管理系统

Info

Publication number: CN102075234B
Application number: CN201010544065.4A
Authority: CN
Inventors: 石井庸介
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2030-11-10
Also published as: US20110110291A1; CN102075234A; JP4894076B2; US8442071B2; JP2011103520A

Abstract

一种中继装置以及使用该中继装置的无线控制网络管理系统，该中继装置用于对第一无线通信和第二无线通信进行中继。第一无线通信基于过程控制无线通信标准，第二无线通信基于所述过程控制无线通信标准以外的其他无线通信标准。该中继装置包括：超帧管理单元，构成为从外部接收第一无线通信的第一超帧，并根据第一超帧来生成第二无线通信的第二超帧；以及发送单元，构成为将第二超帧发送到执行第二无线通信的无线通信终端。

Description

中继装置以及使用该中继装置的无线控制网络管理系统

本申请要求2009年11月10日提交的日本专利申请第2009-256945号的优先权，并通过引用将其全部内容并入本申请。

技术领域

本发明公开涉及一种中继装置以及使用该中继装置的无线控制网络管理系统。

背景技术

迄今已经提出了这样一种技术，其中例如将工业自动化中的过程控制系统形成为使用无线通信的无线控制网络系统。这种技术的目标是消除背景技术控制系统中存在的控制准确性降低的缺点，因为背景技术的控制系统形成为有线网络系统，使得用于测量温度、流速等的传感器之类的现场装置由于通信距离限制和硬布线限制等而无法被设置在工厂中的理想位置上。另一方面，还提出了一种用于控制无线控制网络系统的控制操作以使整个工厂的操作最优化的无线控制网络管理系统。

顺便提及，各种类型的现场装置，诸如压差计、流量计、温度计、监视摄像机、致动器等，都可被用作现场装置的示例。

近来的趋势是将无线技术结合到包括过程控制现场的各种工业现场中，并且连同这种趋势已经开始对无线通信标准进行讨论。具体来说，已经开始讨论定义在HART(总线可寻址远程变换器)7中的WirelessHART和由自动化国际组织(ISA)中的ISA 100委员会通过的过程控制无线通信标准ISA 100.11a。WirelessHART和ISA 100.11a是针对使用分频通信的工业无线通信的协议/标准。例如，在以下文献中已经描述了关于各个通信的规则内容。

文献1：工业自动化的无线系统：过程控制及相关应用

文献2：使用WirelessHART的控制

(URL：http://www.hartcomm.org/protocol/training/resources/wiHART_resources/Control_with WirelessHART.pdf)

在无线控制网络系统中使用WirelessHART和ISA 100.11a，其中该系统在设置了大量的现场装置的同时还利用了IEEE(电气和电子工程师协会)802.15.4的尺寸减小和功率节省特性。

另一方面，迄今还已提出了使用根据IEEE 802.11a/IEEE802.11b的“Wi-Fi(无线保真)技术(以下称为Wi-Fi无线通信)”的无线通信系统。

关于Wi-Fi通信，已经提出了一种用在过程控制系统中的无线通信系统，在该无线通信系统中连接了诸如现场工人维护工作的维护终端、需要对大量数据(例如，统计数据以及如各种运动图像数据和静止图像数据之类的图像数据)进行通信的监视摄像机等之类的现场装置。

至此已经讨论了一种中继装置和一种使用该中继装置的无线控制网络系统，其中该中继装置用于对基于WirelessHART和ISA100.11a的无线通信和基于Wi-Fi通信的无线通信进行中继，从而控制使用了这两种通信的无线控制网络系统的操作以使工厂的操作优化为一个整体。

换句话说，已经讨论了一种用于实现基于使用跳频的WirelessHART和ISA100.11a的无线系统与Wi-Fi系统的共存机制的中继装置以及使用该中继装置的无线控制网络系统。

例如，美国专利申请公开第2007/026884号公开了一种现有技术的中继装置和使用该中继装置的无线控制网络系统。

在US2007/026884中描述了一种有关使用跳频的无线系统与Wi-Fi无线通信系统的共存机制的技术。该技术的特征在于使用了具有通过分开两个无线系统的通信时域而提供的防护间隔(用于防止干扰的间隔时间)的通信帧。

(问题1)

然而，在上述现有技术的中继装置和无线控制网络系统中，由于每个通信系统中的通信时域是分开的，所以其中可使用无线通信频带的时域会根据每个通信系统(基于ISA100.11a等的使用跳频的无线系统和Wi-Fi无线通信系统的每一个)而受到限制。产生了每个无线系统中的通过量被降低的问题。

而且，在上述现有技术的中继装置和无线控制网络系统中，由于每个通信系统中的通信时域是分开的，所以与仅仅单独操作一个无线系统的情况相比，分配到每个无线系统(基于ISA100.11a等的使用跳频的无线系统和Wi-Fi无线通信系统的每一个)的通信时间减少了。因此，产生了每个单位时间所容纳的节点数量与分配到每个无线系统的通信时间的减少成比例地被减少的问题。

特别地，作为一种在工业有线通信中的典型应用，存在一种通过接入点(以下称为AP)，其作为中继装置的示例，来周期性地收集无线装置的大量数据的应用。在这种情况下，所容纳节点数量的瓶颈在于AP。具体来说，每个时段所允许的将由AP执行的通信数量与网络中所容纳的节点数量有直接关系。

为此，根据现有技术，将每个通信系统中的通信时域分开。因此，与仅仅单独操作一个无线系统的情况相比，减小了分配到每个无线系统的通信时间。这就产生了每个单位时间所容纳的节点数量与分配到每个无线系统的通信时间的减少成比例地被减少的问题。

(问题2)

另一方面，可以想到通过对允许被用于两个无线系统的信道进行固定分配的方式来实现基于使用跳频的WirelessHART和ISA100.11a的无线系统与Wi-Fi系统的共存机制。

然而，如果尽管ISA100.11a的频分通信是为了通过使将要使用的信道分布式跳跃来减小诸如噪声干扰之类的无线通信故障的风险，但还是固定地分配可用于两个无线系统中的信道以使之共存，则如图7所示可明显看出Wi-Fi通信的混合减小了可用于跳频的信道。因此，产生了这样的问题，即不仅减小了基于ISA100.11a的信道分布的好处，而且还增大了由于噪声干扰而导致的无线通信质量的退化的风险。

而且，如果在将可用信道根据各个无线通信标准来固定地分配到无线系统以达到共存时有多个Wi-Fi网络共存，则允许用于ISA100.11a的网络数量被限制在很小的数量。因此，产生了这样的问题，即，旨在用于现场环境的高稳定性的ISA100.11a的通信机制的优点被极大地损害。

参考附图将具体描述现有技术中将可用信道固定分配给两个无线系统以使两个无线系统共存的情况的示例以及在该现有技术的示例中所存在的问题。

图5是用来说明现有技术的中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统中的问题的示图。在图5中，现有技术的无线控制网络管理系统包括：管理服务器1，其从无线节点51至52集合无线网络的信息并从无线节点51至52收集和储存数据，从而对例如使用跳频的基于WirelessHART和ISA100.11a的一个无线系统进行控制；作为中继装置示例的AP 2至4，其与各个无线节点51至52和61至63通信并中继无线通信；无线节点51至52(在图5中由ISA节点表示)，其作为现场装置例如具有测量诸如温度、流速等物理量的传感器功能或用于对控制阀进行控制的致动器功能，并且其具有通过使用跳频的基于WirelessHART和ISA100.11a的无线通信来无线地发送各种测量数据的无线通信功能；以及无线节点61至63(在图5中由Wi-Fi节点表示)，其作为现场装置例如是用于现场工人维护工作的维护终端或需要对大量数据(例如，统计数据以及如各种运动图像数据和静止图像数据之类的图像数据)进行通信的监视摄像机，并且其具有通过基于Wi-Fi的无线通信来无线地发送各种测量数据的无线通信功能。

这里，无线节点51至52根据ISA100.11a执行无线通信并使用IEEE802.15.4以2.4GHz频带作为通信频带。

无线节点61至63根据Wi-Fi无线通信执行无线通信。当使用IEEE802.11b/g作为通信频率时，使用与ISA100.11a相同的2.4GHz频带作为使用频带。也就是说，基于Wi-Fi的无线通信的频带与基于ISA100.11a/WirelessHART的无线通信的频带彼此竞争。

因此，由于使用了相同的2.4GHz频带而使得无线节点51至52的无线通信的频带与无线节点61至63的无线通信的频带相互竞争。

图6A和图6B是示出当图5中使用跳频的无线系统与Wi-Fi系统共存时对频带的使用状况的说明性示图。图6A是用于说明ISA100.11a无线通信的频带的示图。图6B是用于说明Wi-Fi无线通信的频带的示图。

图6A和图6B示出了在各个无线节点中使用的频带。例如，无线节点51至52执行基于ISA100.11a的无线通信并使用具有2.4GHz频带作为通信频带的IEEE802.15.4。如图6A所示，通信信道被分成16个通信信道(ID：11至26)。

无线节点61至63执行基于Wi-Fi的无线通信。具体来说，当使用IEEE802.11b/g时，无线节点61至63使用与ISA100.11a相同的2.4GHz频带作为使用频带。如图6B所示，通信信道被分成3个通信信道(ID：1、7和13)。

特别地，无线节点51和52中的通信信道11到14、16到20以及21到25与无线节点61至63中的通信信道1、7和13竞争。

同时，无线节点51至52中基于ISA100.11a/WirelessHART的无线通信的特征在于使用时分多路存取(TDMA)和频分多路存取(FDMA)彼此结合的方式执行通信。

管理服务器1分割由无线节点51至52所执行的无线通信的时域和频带，定义无线节点间通信的定时并根据每个通信定时来定义频率/频带，生成超帧并将该超帧分布到无线节点51至52。

附带地，术语“超帧”是指这样的通信模版，其中通过分割由无线节点所执行的无线通信的时域和频带来定义无线节点间的通信定时以及针对每个通信定时的频率/频带。

图7是示出在使用跳频的基于WirlessHART和ISA100.11a的无线通信中所使用的超帧的说明性示图。例如，在图7中，无线节点51至52中基于ISA100.11a的无线通信的时域和频带(通信信道)被定义在超帧中。也就是说，以通信信道Ch14被分配到时域t1到t2、通信信道Ch12被分配到时域t2到t3、通信信道Ch16被分配到时域t3到t4的方式来将频带(通信信道)分配到分开的时域。

在此配置中，管理服务器通常不具备对基于Wi-Fi的无线通信中的频率进行动态改变的机构。因此需要固定地将可用信道分配到两个无线系统，从而可避免与另一无线系统的干扰，以避免基于Wi-Fi的无线通信中所使用的频带与基于ISA100.11a/WirelessHART的无线通信中所使用的频带之间在时域中的竞争，使得允许用于两个无线系统中的信道共存。

为此，管理服务器1将可用信道固定地分配到两个无线系统中以避免与另一无线系统的干扰，并且将其中定义了无线节点间通信频率和定时的通信设定信息分布到各个无线节点51至52和61至63。

每个无线节点根据在固定通信信道中定义的时间表来执行通信，其中固定通信信道是根据从管理服务器1接收到的通信设定信息所设定从而来避免与其他无线系统的干扰。

结果，当以前述配置将可用信道固定地分配到两个无线系统时，可使得使用不同无线通信标准的两个或多个无线系统共存。

然而，尽管ISA100.11a的频分通信的目标是通过使将要使用的信道分布式跳跃来减小诸如噪声干扰之类的无线通信故障的风险，但如图7所示可明显看出Wi-Fi通信的混合减少了可用于跳频的信道。因此，存在由于噪声干扰增加导致无线通信质量出现退化风险的问题。

而且，如果有多个Wi-Fi网络同存，则允许用于ISA100.11a的信道数量被限制在非常小的数量。因此，出现了旨在用于现场环境的高稳定性的ISA100.11a的通信机制的优点被极大地损害的问题。

发明内容

本发明的示例实施例针对上述缺点和其他未描述的缺点。然而并不要求本发明克服上述全部缺点，因此本发明的示例实施例可能无法克服某些缺点。

因此，本发明的一个示例方面提供了对通信可靠性的改善并防止无线网络系统中通过量的降低，其中该无线网络系统基于一种过程控制无线通信标准来执行无线通信并且还基于上述过程控制无线通信标准以外的另一种无线通信标准来执行无线通信。

根据本发明的一个或多个示例方面，提供了一种用于对第一无线通信和第二无线通信进行中继的中继装置。第一无线通信基于过程控制无线通信标准，而第二无线通信基于过程控制无线通信标准以外的另一无线通信标准。该中继装置包括：超帧管理单元，配置为从外部接收第一无线通信的第一超帧并基于第一超帧来生成第二无线通信的第二超帧；以及发送单元，配置为将第二超帧发送到执行第二无线通信的无线通信终端。

根据本发明的一个或多个示例方面，提供了一种无线控制网络管理系统。该无线控制网络管理系统包括：多个第一无线通信终端，配置为根据过程控制无线通信标准来执行第一无线通信；多个第二无线通信终端，配置为根据过程控制无线通信标准以外的另一无线通信标准来执行第二无线通信；管理服务器，配置为对通过有线网络连接到至少一个现场装置的过程控制无线通信终端进行管理；以及中继装置，配置为对第一无线通信和第二无线通信进行中继。该中继装置包括：超帧管理单元，配置为从管理服务器接收第一无线通信的第一超帧并基于第一超帧来生成第二无线通信的第二超帧；以及发送单元，配置为将第二超帧发送到至少一个第二无线通信终端。

将通过以下描述、附图和权利要求来使本发明的其他方面和优点变得明白。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的中继装置以及使用了该中继装置的无线控制网络管理系统的配置图；

图2A和图2B是示出了在图1的无线节点51至52和61至63的无线通信中所使用的频带的说明性示图；

图3是用于说明根据本发明实施例的中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统的操作的流程图；

图4是示出第一无线通信超帧和第二无线通信超帧的说明性示图；

图5是用于说明现有技术中的中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统的问题的示图；

图6A和图6B是示出了当如图5所示使用跳频的无线系统与Wi-Fi系统共存时频带的使用状况的说明性示图；以及

图7是示出了在使用跳频的基于WirelessHART和ISA100.11a的无线通信中所使用的超帧的说明性示图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例。

图1是示出根据本发明实施例的中继装置以及使用了该中继装置的无线控制网络管理系统的配置图。与图5相同的部件用相同的数字表示并将适当省略其描述。

图1与图5的不同点主要在于中继装置包括超帧管理单元，超帧管理单元从外部接收第一无线通信超帧，该第一无线通信超帧指示了基于第一无线通信的时间表和各个定时而分配的无线通信的频率或频带，超帧管理单元还根据第一无线通信超帧来生成第二无线通信超帧，并且中继装置还包括发送单元，该发送单元将第二无线通信超帧发送到执行第二无线通信的无线通信终端；并且图1与图5的不同点还在于超帧管理单元根据第一无线通信超帧生成第二无线通信超帧，从而基于第二无线通信的时间表和各个定时来将不与第一无线通信发生干扰的无线通信的频率或频带分配到第二无线通信超帧。

图1中，每个中继装置和使用中继装置的无线控制网络管理系统都包括管理服务器1、接入点(以下称为AP)72至74、无线节点51至52(在图1中由ISA节点表示)、以及无线节点61至63(在图1中由Wi-Fi节点表示)。管理服务器1从无线节点51至52集合无线网络的信息并从无线节点51至52收集和存储数据，从而控制整个无线系统，例如使用跳频的基于ISA100.11a(或WirelessHART)的无线系统。AP 72至74是中继装置的示例，其与各个无线节点51至52和61至63通信并对无线通信进行中继。例如，无线节点51至52是具有测量诸如温度、流速等物理量的传感器功能或具有用于对控制阀进行控制的致动器功能的现场装置。无线节点51至52是第一无线通信终端的示例，其具有无线通信功能，能够通过使用跳频的基于ISA100.11a(或WirelessHART)的无线通信来无线地发送各种测量数据。例如，无线节点61至63是诸如现场工人维护工作的维护终端或需要对大量数据(例如，统计数据以及如各种运动图像数据和静止图像数据之类的图像数据)进行通信的监视摄像机之类的现场装置。无线节点61至63是第二无线通信终端的示例，其具有无线通信功能，能够通过基于Wi-Fi的无线通信来无线地发送各种测量数据。

管理服务器1连接到控制系统，控制系统通过有线网络来控制AP 72和无线节点51至52和61至63(现场装置)的过程控制。管理服务器1通过有线网络将一个超帧发送到AP 72。管理服务器1还通过无线线路将该超帧经AP 72发送到AP 73和74。

控制系统通过有线网络连接到AP 72。控制系统将测量数据和用于过程控制的控制数据发送到无线节点51至52(现场装置)，或者从无线节点51至52(现场装置)接收测量数据和用于过程控制的控制数据。

AP 72通过无线线路连接到AP 73和74。AP 72主要通过AP 73和74从无线节点51至52和61至63(现场装置)接收测量数据和用于过程控制的控制数据，并适当地将该测量数据和用于过程控制的控制数据发送到控制系统。AP 72接收无线节点用于网络连接的数据并适当地将该数据发送到管理服务器1。AP 72还主要把从管理服务器1接收到的超帧以及从控制系统接收到的控制数据发送到AP 73和74。

AP 73通过无线线路连接到无线节点51、61和62。AP 73从无线节点51、61和62(现场装置)接收测量数据、用于过程控制的控制数据以及其他数据(例如，无线节点的用于网络连接的数据)，并适当地将这些数据发送到AP 72和无线节点51、61和62。AP 73将管理服务器1所生成并从AP 72接收到的超帧发送到无线节点51、52和62。换句话说，AP 73对接收到的数据进行中继。

AP 74通过无线线路连接到无线节点52和63。AP 74从无线节点52和63(现场装置)接收测量数据、用于过程控制的控制数据以及其他数据(例如，无线节点的用于网络连接的数据)，并适当地将这些数据发送到AP 72和无线节点52和63。AP 74将管理服务器1所生成并从AP 72接收到的超帧发送到无线节点52和63。换句话说，AP 74对接收到的数据进行中继。

无线节点51和52是具有测量诸如温度、流速等物理量的传感器功能或具有用于对控制阀进行控制的致动器功能的现场装置。无线节点51和52根据预定的控制过程基于例如作为使用跳频的过程控制无线通信示例的ISA100.11a来发送/接收各种测量数据。无线节点51和52通过使用具有2.4GHz通信频带的IEEE802.15.4来执行无线通信。

在源于无线节点51至52的基于ISA100.11a的无线通信中，时分多路存取(TDMA)和频分多路存取(FDMA)被结合从而在由超帧定义无线节点间的通信频率和定时的同时执行无线通信。

管理服务器1对基于过程控制无线通信标准(ISA100.11a)来执行无线通信的无线节点51和52的无线通信进行管理。管理服务器1对无线节点51至52所执行的无线通信的时域和频带进行分割，并且定义无线节点间通信的定时以及根据每个通信定时来定义频率/频带。以此方式，管理服务器1生成超帧并将超帧分布到无线节点51至52。

管理服务器1集合无线网络的信息(诸如无线通信质量、信号强度等)，该无线网络包括了基于ISA100.11a执行无线通信的无线节点51和52，并且管理服务器1还根据该信息执行算术运算从而来确定无线网络的通信路径、频率信道的跳跃模式、通信定时等。

管理服务器1还用作时间服务器来在无线网络的节点间对无线节点51和52中的无线通信定时进行同步。

对于在管理服务器1和每个装置之间用来进行时间同步的机构，使用了一种如NTP(网络时间协议)或ISA100.11a中那样根据存储在每个通信帧中的时间信息来相对地校正误差的机构。顺带地，对于管理服务器可使用任何对每个无线节点进行时间同步的方法。

尽管已描述的根据本发明的中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统的情况是将管理服务器1通过有线网络连接到例如作为中继装置的AP 72，但管理服务器1也可被安装到与接入点相同的装置中。

控制系统对无线节点51至52和61至63的传感器数据以及致动器的操作执行收集和监视。控制系统的示例是包括DCS(分布式控制系统)的测试设备系统。顺带地，任何具体配置都可用作控制系统的配置，只要该控制系统能够控制无线节点并能够监视无线控制网络管理系统中的过程控制和测量数据。

当执行基于Wi-Fi无线通信的无线通信并使用IEEE802.11b/g的通信频率时，无线节点61至63使用与ISA100.11a相同的2.4GHz频带作为使用频带。

无线节点61至63根据由AP 72至74中生成的并通过无线线路接收到的超帧所定义的通信模版(例如，频分、时分通信)来执行无线通信。

为此，由于使用了相同的2.4GHz频带而使得用于无线节点51至52的无线通信的频带与用于无线节点61至63的无线通信的频带相互竞争。图2A和图2B是示出了在图1的无线节点51至52的无线通信中以及无线节点61至63的无线通信中所使用的频带的说明性示图，或者换句话说，示出了在使用跳频的基于ISA100.11a的无线通信中以及基于Wi-Fi的无线通信中所使用的频带。由于图2A和图2B与图6A和图6B相同，将适当省略对图2A和图2B的描述。

在图2A和图2B中，用于无线节点51至52中基于ISA100.11a的无线通信的频带(通信信道)和用于无线节点61至63中基于Wi-Fi的无线通信的频带由于使用了相同的2.4GHz频带而彼此相互竞争。

特别地，无线节点51至52中基于ISA100.11a的无线通信的通信信道11至26覆盖中心频率为2405MHz、2410MHz、2415MHz、2420MHz、…、2475MHz、2480MHz的2MHz宽的频带，而无线节点61至63中基于Wi-Fi的无线通信的通信信道1、7和13覆盖中心频率为2412MHz、2437MHz和2472MHz的22MHz宽的频带。因此，无线节点51至52中基于ISA100.11a的无线通信的通信信道11至14、16至20以及21至25与无线节点61至63中的通信信道1、7和13竞争。

AP 72至74通过与无线节点51至52和61至63通信来对无线通信进行中继，根据从外部接收的指示了基于第一无线通信(无线节点51至52)的时间表和各个定时而分配的无线通信的频率或频带的第一无线通信超帧来生成第二无线通信超帧，并且将第二无线通信超帧发送到执行第二无线通信的无线节点61至63。换句话说，诸如AP72至74之类的中继装置对ISA100.11a无线通信的无线网络、Wi-Fi无线通信的无线网络以及backbone有线网络之间的数据进行中继。顺带地，AP 72至74可作为只对无线通信数据进行中继的路由器来操作。

如图1所示，AP 72包括有线网络通信单元72a、超帧管理单元72b、第一无线通信单元72c、第二无线通信单元72d、存储单元(未示出)、以及算术运算控制单元(未示出)。(顺带地，AP 73和74的每一个的配置与AP 72基本相同并且省略对它们的描述。)

特别地，AP 72的有线网络通信单元72a通过Ethernet(注册商标)之类的有线网络向/从控制系统发送/接收测量数据和用于过程控制的控制数据，并且从管理服务器1接收超帧或用于接合每个无线节点的数据并将它们发送到无线网络。

超帧管理单元72b根据从管理服务器1接收的针对无线节点51和52在管理服务器1的管理下执行第一无线通信(基于过程控制无线通信标准(ISA100.11a)的无线通信)的第一无线通信超帧来产生第二无线通信超帧。AP 72的超帧管理单元72b根据第一无线通信超帧来产生第二无线通信超帧，从而将不会与处在第二无线通信的时间表和每个定时处的第一无线通信频率或频带发生干扰的无线通信频率或频带分配到第二无线通信超帧。

特别地，超帧管理单元72b通过选择通信信道和通信定时来产生用于Wi-Fi的超帧而不会引起针对用于ISA100.11a的超帧的干扰。

超帧管理单元72b对执行Wi-Fi无线通信的无线节点来执行时间同步，从而保持超帧的同步。使用了一种如NTP或ISA100.11a中那样根据存储在每个通信帧中的时间信息来相对地校正误差的机构。顺带地，对于超帧管理单元72b执行的超帧的时间同步来说可使用任何方法。

第一无线通信单元72c根据第一无线通信标准(过程控制无线通信标准(比如ISA100.11a)的无线通信)执行无线通信，并通过无线线路从AP 73和74以及无线节点51至52接收用于过程控制的控制数据、超帧以及用于接合每个无线节点的数据，或将这些数据发送到无线网络。

当根据ISA100.11a无线通信标准执行无线通信时，第一无线通信单元72c包括定义在ISA100.11a中的网络协议栈以及IEEE802.15.4无线通信功能。

第二无线通信单元72d执行Wi-Fi无线通信(或基于第一无线通信以外的其他无线通信标准的无线通信)之类的第二无线通信，并通过无线线路从AP 73和74以及无线节点61至63发送/接收测量数据(例如，图像数据之类的大尺寸数据)和超帧。

当基于Wi-Fi无线通信标准执行无线通信时，第二无线通信单元72d包括如TCP/IP(传输控制协议/网际协议)之类的网络协议栈以及IEEE802.11a/b/g/n之类的无线通信功能。

例如，存储单元(未示出)是RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)等。存储单元主要存储OS(操作系统)、用于对作为AP(中继装置)的装置72进行操作的程序和应用程序、执行这些程序等时所使用的数据、以及各种信息(如指示了从AP 72到另一AP、每个无线节点、管理服务器1等的路由选择的路由信息)。

例如，算术运算控制单元(未示出)可以是CPU等。算术运算控制单元包括未示出的算术运算控制单元，其控制各种函数以及各个部件的操作。

顺带地，算术运算控制单元对存储在存储单元中的OS等进行操作，并且读取和在OS上执行所存储的程序从而将各个装置或部件作为一个整体来进行控制以执行各个装置或部件所特有的操作。此时，存储单元具有程序存储区来对算术运算控制单元将要执行的应用程序进行扩展，并具有工作区来临时存储输入数据和诸如执行应用程序时所产生的处理结果之类的数据。

在算术运算控制单元对存储在存储单元中的OS进行操作并读取和在OS上执行所存储的应用程序时，超帧管理单元72b可由算术运算控制单元控制。

前述单元可由相互独立的多个装置构成从而由总线来彼此连接。

尽管根据本实施例的中继装置是通过AP 72的超帧管理单元接收由管理服务器1所管理的过程控制无线节点51和52的超帧这样的假设来进行描述的，但本发明的实施例并不特别限于此。例如，可通过专有的连接线来接收超帧，只要指示了基于过程控制无线节点51和52的无线通信的时间表和每个定时而分配的无线通信的频率或频带的第一无线通信超帧可被接收。超帧的接收并不限于从管理服务器1进行接收。

图3是用于说明根据本发明实施例的中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统的操作的流程图。下面将结合图3中的步骤S 1至S5来描述中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统的操作。为了简化描述，将以AP 74产生针对Wi-Fi无线通信的超帧的情况来对根据本实施例的操作进行描述。

<步骤S1>

无线节点51至52连接到用于进行基于ISA 100.11a的无线通信的无线通信网络。此时，以无线节点51至52对管理服务器1进行请求的方式来连接该无线节点51至52。

具体地，无线节点51至52通过AP 74和72向管理服务器1发送连接数据(连接请求数据)来请求连接到一个预定的无线通信网络(或网络中的多点传送组)。

这里，管理服务器1对诸如网络节点51至52的设定以及通信质量/强度之类的网络信息进行集中管理。在连接无线节点51至52的时刻或者在连接之后的任意定时，无线节点51至52将这些信息通知到管理服务器1从而将这些信息存储在管理服务器1中。

<步骤S2>

一旦接收到连接数据，管理服务器1就通过基于无线节点51或52(和/或属于无线节点请求连接的网络中的其他无线节点)的网络信息的算术运算来确定一种适当的跳频模式、通信路由、通信定时等，并产生第一无线通信超帧。

顺带地，管理服务器1无需等待所有无线节点都完成连接就可产生超帧。

<步骤S3>

管理服务器1将所产生的超帧发送到AP 72，并经AP 72、73和74来将超帧发送到各个无线节点51和52。

顺带地，管理服务器1可在连接无线节点的时刻或任意定时来执行超帧的发送。

每个AP 72、73和74的算术运算控制单元对第一无线通信单元进行控制来将超帧管理单元所产生的ISA100.11a无线通信超帧通过无线节点61至63和AP 72、73和74发送到其他未示出的用来执行ISA100.11a无线通信的无线节点。

<步骤S4>

一旦从管理服务器1接收到ISA100.11a(第一无线通信)超帧，AP 74的超帧管理单元就产生第二无线通信(Wi-Fi无线通信)超帧，使得第二无线通信的频率信道和通信定时不会与所接收的超帧中定义的第一无线通信的频率信道和通信定时发生干扰。

图4是示出第一无线通信的超帧和第二无线通信的超帧的说明性示图。在图4中，在由AP 74从管理服务器1接收到的第一无线通信(ISA100.11a)的超帧中定义了无线节点51和52中的ISA100.11a的时域和频带(通信信道)。也就是说，以下面的方式将频带(通信信道)分配到分开的时域中，即，将通信信道Ch19分配到时域t1至t2、将通信信道Ch12分配到时域t2至t3、将通信信道Ch20分配到时域t3至t4、将通信信道Ch24分配到时域t4至t5、...

AP 74还根据第一无线通信超帧来生成第二无线通信的超帧(Wi-Fi无线通信)，以使得如图4所示第二无线通信的频率信道和通信定时不与第一无线通信的频率信道和通信定时发生干扰。

具体来说，AP 74在第二无线通信的超帧中定义了Wi-Fi无线通信的时域和频带(通信信道)，以使得第二无线通信的频率信道和通信定时不与所接收的超帧中定义的第一无线通信的频率信道和通信定时发生干扰。也就是说，AP 74以下面的方式将频带(通信信道)分配到分开的时域中，即，将通信信道Ch1分配到时域t1至t2、将通信信道Ch13分配到时域t2至t3、将通信信道Ch1分配到时域t3至t4、将通信信道Ch1分配到时域t4至t5、...

例如，由于时域t1至t2中用于第一无线通信的通信信道是Ch19而用于第二无线通信的通信信道是Ch1，所以时域t1至t2中所使用的通信信道彼此不会发生竞争。

<步骤S5>

AP 74的算术运算控制单元对第二无线通信单元进行控制以将超帧管理单元所生成的Wi-Fi无线通信超帧通过无线节点61至63和AP 72和73发送到其他执行Wi-Fi无线通信的未示出的无线节点中。

执行Wi-Fi无线通信的无线节点51至52根据从AP 74接收到的定义了无线节点间通信频率和定时的Wi-Fi无线通信超帧来进行无线通信。

结果，由于根据本实施例的中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统包括超帧管理单元和发送单元，其中超帧管理单元从外部接收指示了按照第一无线通信的时间表和每个定时而分配的无线通信频率或频带的第一无线通信超帧并基于该第一无线通信超帧来生成第二无线通信超帧，并且其中发送单元将第二无线通信超帧发送到执行第二无线通信的无线通信终端，因此能够在基于过程控制无线通信标准来执行无线通信并基于过程控制无线通信标准以外的其他无线通信标准来执行无线通信的无线网络系统中实现改进通信可靠性和防止通过量降低。

当把前述配置应用于混合了ISA100.11a和Wi-Fi的无线控制网络管理系统中时能够获得现有技术的方法不易实现的以下效果。

(A)由于可以消除背景技术中对基于不同无线通信标准的无线通信系统间的通信时间进行分割的必要性，所以本发明对于实现与单独操作ISA100.11a无线通信系统和Wi-Fi无线通信系统每一个的情况下相同的通过量的通信是有效的。

(B)由于可以消除分割时间的必要性，所以本发明对于增加每个无线通信系统中单位时间的通信能力是有效的，从而可以增加容纳在无线网络中的节点数。

(C)由于能够在ISA100.11a和Wi-Fi中都广泛使用频带中的通信信道，所以本发明对于改善避免无线噪声的能力从而增强通信可靠性是有效的。

尽管本实施例描述了无线控制网络管理系统有助于与工业自动化中工厂的过程控制等有关的操作，但本发明的实施例并不特定地限于此。例如，无线控制网络管理系统可有助于水净化厂的控制系统的操作、工厂自动化中建筑物的空调/照明系统等的操作。

例如，在建筑物自动化系统中，可提供照明器、开关等来作为使用跳频基于无线通信标准执行第一无线通信的无线节点，而提供监视摄像机之类的装置作为基于Wi-Fi之类的无线通信标准执行第二无线通信的无线节点，从而可以发送/接收大量数据，使得作为中继装置示例的AP根据按照过程控制无线通信标准的第一无线通信超帧来生成第二无线通信超帧并根据第二无线通信超帧来执行无线通信。

结果，通过前述配置，能够在按照第一和第二无线通信标准来执行无线通信的无线网络系统中实现改进通信可靠性和防止通过量降低。

因此，中继装置和使用该中继装置的无线控制网络管理系统包括：超帧管理单元，其从外部接收指示了按照第一无线通信的时间表和每个定时而分配的无线通信的频率或频带的第一无线通信超帧并基于该第一无线通信超帧来生成第二无线通信超帧；以及发送单元，其将第二无线通信超帧发送到执行第二无线通信的无线通信终端。因此，能够在基于过程控制无线通信标准来执行无线通信并基于过程控制无线通信标准以外的其他无线通信标准来执行无线通信的无线网络系统中实现改进通信可靠性和防止通过量降低。因此，本发明的实施例有助于诸如工厂和工业自动化中水净化厂的控制系统、空调/照明系统等之类的无线控制网络管理系统的适当操作。

虽然以特定示例实施例来描述了本发明，但是其他实施方式也落在权利要求的范围内。本领域技术人员能够明了在所附权利要求定义的发明精神和范围内能够作出形式和细节的各种改变。

Claims

1.一种中继装置，用于对第一无线通信和第二无线通信进行中继，其中第一无线通信基于过程控制无线通信标准，第二无线通信基于所述过程控制无线通信标准以外的其他无线通信标准，

所述中继装置包括：

超帧管理单元，构成为从外部接收第一无线通信的第一超帧，并根据所述第一超帧来生成第二无线通信的第二超帧而不会在第一无线通信和第二无线通信之间引起任何相互干扰；以及

发送单元，构成为将第二超帧发送到执行第二无线通信的无线通信终端。

2.根据权利要求1所述的中继装置，其中

超帧管理单元被构成为从管理服务器接收第一超帧，所述管理服务器构成为对用于过程控制的无线通信终端进行管理。

3.根据权利要求1所述的中继装置，其中

第一无线通信和第二无线通信之一是基于ISA100.11a或WirelessHART，而另一个是基于无线保真通信。

4.根据权利要求1所述的中继装置，还包括：

有线网络通信单元，构成为通过有线网络从管理服务器接收第一超帧，并构成为将第一超帧发送到超帧管理单元，其中所述管理服务器对用于过程控制的无线通信终端进行管理。

5.一种无线控制网络管理系统，包括：

多个第一无线通信终端，构成为基于过程控制无线通信标准执行第一无线通信；

多个第二无线通信终端，构成为基于所述过程控制无线通信标准以外的另一无线通信标准来执行第二无线通信；

管理服务器，构成为对通过有线网络连接到至少一个现场装置的过程控制无线通信终端进行管理；以及

中继装置，构成为对第一无线通信和第二无线通信进行中继，所述中继装置包括：

超帧管理单元，构成为从管理服务器接收第一无线通信的第一超帧并基于所述第一超帧来生成第二无线通信的第二超帧而不会在第一无线通信和第二无线通信之间引起任何相互干扰；以及

发送单元，构成为将第二超帧发送到至少一个第二无线通信终端。

6.根据权利要求5所述的无线控制网络管理系统，其中

7.根据权利要求5所述的无线控制网络管理系统，其中

所述中继装置还包括：

有线网络通信单元，构成为通过有线网络从管理服务器接收第一超帧，并构成为将第一超帧发送到超帧管理单元。