CN102859508B - 具有分层过程自动化现场网络集的自适应混合无线和有线过程控制系统 - Google Patents

具有分层过程自动化现场网络集的自适应混合无线和有线过程控制系统 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于过程控制系统的混合有线和无线体系结构,它包括分级自适应能力和优化能力。系统按三层布置,第一层包括多个无线末端装置,这些无线末端装置与分布式控制系统交换数据和/或指令的数据包,其中,每个无线末端装置与一个或多个仪表、远程终端单元、诊断装置、泵、阀、传感器、储箱液位测量装置相关联。第二层包括多个无线路由器,每一个包括存储器和处理器,该存储器存储路由表,该处理器路由数据包。第三层包括主无线网关装置,该主无线网关装置可操作地连接成,从分布式控制系统接收数据包和向其传输数据包。无线路由器的每一个的处理器基于存储的路由表,在末端装置与无线网关装置之间跨层路由数据包。

Description

具有分层过程自动化现场网络集的自适应混合无线和有线 过程控制系统

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求在2009年11月4日提交的美国临时专利申请No. 61/258, 119的利益, 该临时专利申请的公开通过参考由此包括。

技术领域

[0003] 本发明涉及过程控制系统和方法,并且更具体地,涉及包括操作混合有线和无线 过程控制和/或自动网络而利用最小系统资源的分级自适应能力和优化能力系统和方法。

背景技术

[0004] 在各种商业和工业处理设施(包括烃和石油化学工厂)中的无线网络的当前体系 结构使得成为必要的是:从无线末端装置(WED)传输的大多数信息数据包具有单一目的 地-中央控制室(CCR)。然而,来自WED的传输通过几个无线中间装置(WID)和无线网关装 置(WGD),导致同一数据包的多个拷贝到达中央控制室(CCR)网关(一个或多个)。WED可向 所有其它装置传输和从这些装置接收,但不能路由到其它装置。WID向所有其它装置传输和 从这些装置接收,并且路由到其它装置。WGD向其它装置传输、从这些装置接收、及在这些装 置之间路由,并且也执行高级应用,这些高级应用包括协议翻译和用于源-目的地对的路 径的分配。如这里使用的那样,部件WED、WID及WGD也称作"节点"。

[0005] 由于典型工业过程要求数千个仪器,例如传感器、阀、诊断装置等,这些仪器都必 须将信息传输到CCR,所以在目前技术状态下,在CCR中和其周围存在在无线带宽频谱上对 于访问的大量争用。这种争用最终导致信号通过量的降低和很高的数据包丢失率。

[0006] 如这里使用的那样,"商业和工业处理设施"包括化学工厂、烃设施、石油化学设 施、制造厂、或使用无线过程自动化和/或控制的任何设施。

[0007] 图1是用于在商业和工业处理设施中的典型现有技术过程控制网络500的硬件相 互连通性的示意图。在图1中,有线连通性用在节点之间的双-箭头实线描绘,并且无线连 通性用在节点之间的双-箭头虚线描绘。几个接线盒506 (JB),并且在典型过程控制系统 中高达几百个接线盒,典型地由铜或光纤线连接到在中央控制室501 (CCR)中的一个或多 个编组柜(marshalling cabinet) 504上。CCR 501包括分布式控制系统502,该分布式控 制系统502 -般包括至少一个处理器,该至少一个处理器耦接到存储器上,用来提供工厂 自动化和/或控制必需的功能。接线盒506提供数据分布功能和功率(电流和电压)控制, 并且装有必要的电力连通性和适当环境屏蔽罩。编组柜504提供在几个接线盒506之间的 相互连通性,并且用作在CCR 501中的访问点,用于附加 JB的安装、用于维护、测试及服务。 JB可连接到任何有线通信使能压力传感器、温度传感器、泵、阀、储箱液位表等上。典型地这 些末端装置能是相同过程控制装置,该相同过程控制装置连接到WED上,差别是末端装置 的I/O卡。就是说,末端装置当它们支持仅有线连通性或者无线和有线两种连通性时,可连 接到JB上。对于支持仅无线连通性的末端装置,必须使用WED。典型地,为了将来增加和扩 展,在每个接线盒506与CCR之间的沟道中提供备用铜或光纤线。这些有线连接可在接线 盒506和/或周围区域处接入。接线盒506和在对其有线通信中的工厂硬件(未示出),与 编组柜一道,用于在典型商业和工业处理设施中的独立有线网络509。

[0008] 在传统上,工厂和工业网络已经依赖于有线,作为用于通信和联网的装置。无线通 信作为独立网络引入设施内。因此商业和工业处理设施通常包括无线网络,该无线网络独 立于有线网络。无线网络一般包括主WGD 510,该主WGD 510经输入/输出接口 508耦接到 分布式控制系统502上。几个WGD 512和WID 514彼此相互连接,并且相互连接到主WGD 510上。WID 514从WED 516接收数据,并且向WED 516传输数据。

[0009] 在如图1所示的现有技术系统中,在主WGD 510网关的控制下的无线网络520与 有线网络509完全隔离,该有线网络509通过编组柜504连接几个接线盒506。

[0010] 数千量级的所有现场装置和子系统,典型地在商业和工业处理设施中的比较小区 域内,例如在约500米乘约300米的量级上的空间中。在现场装置处的WED 516 -般广播 它们的数据,该数据由任何和所有可用WID 514和/或WGD 512接收。WID 514将数据重 新传输到WGD 512和主WGD 510,并且WGD 512将数据重新传输到主WGD510。最终,用可由 主WGD 510执行的一个或多个适当软件和/或固件模块完成数据包选择,该主WGD 510选 择显得具有准确数据的第一数据包,并且丢弃包含同一数据的拷贝的随后数据包。具有显 著冗余度这种体系结构被常规地实施,以确保从WED 516传输的所有数据在CCR 501处接 收,用于随后动作和/或数据收集目的。

[0011] 国际自动化协会(International Society of Automation) (ISA)已经建立自 动化标准委员会无线系统(Wireless Systems for Automation Standards Committee) (ISA-SP 100),后者的任务是定义无线连通性标准。用于过程自动化系统的SP 100无线标 准适用于诸如油和气、石油化学、水/废水处理及制造之类的工业。SP 100标准打算用在 2. 4GHz频带中,在300范围内具有在高达250千字节每秒的速度的数据传输。SP100装置具 有比可比较无线局域网(LAN)相对低的数据速率和能量要求,因为它们打算是低成本装置。 最近已经开发了另一种常用无线过程控制和/或自动化网络,作为高速可导址远程发射 器(HART)通信基金会(Highway Addressable Remote Transmitter(HART)Communication Foundation)协议的派生物,一般称作.H ART®协议。

[0012] SP100协议规定不同类型的通信,这些通信分类为"使用级",并且基于减小数字编 号关键性增加。"级〇"通信包括分类为对于安全性用途,如紧急停机系统,关键的那些通 信,并且始终认为是关键的;"级1"用于常常认为是关键的闭环调节控制;"级2"用于通常 不是关键的闭环监督控制;"级3"用于开环控制;"级4"用于报警或通知;及"级5"用于数 据记录。某些事件,如警报,依据消息类型可具有不同的服务级别。

[0013] 图2是用于现有技术的无线过程控制系统600的现有技术体系结构的示意图,该 无线过程控制系统600例如在SP100标准下操作。一般地,在SP100系统中的装置划分成 三类,通常称作"层"。层1包括末端装置,如仪表、远程终端单元、阀、传感器、储箱液位测量 装置等,它们的每一个连接到WED 616上。层2包括WID 614,并且层3包括WGD 612。如 以上描述的那样,WED 616可向所有其它装置传输和从这些装置接收,但不能路由到其它装 置;WID 614向所有其它装置传输和从这些装置接收,并且路由到其它装置;及WGD 612向 其它装置传输、从这些装置接收、及在这些装置之间路由,并且也执行高级应用,这些高级 应用包括协议翻译和用于源-目的地对的路径的分配。另外,主无线网关装置610提供在 层3处,该主无线网关装置610耦接到CCR 601上,并且控制往返DCS 602的最终数据通信。 为了使描述更清楚和为了简化这里提供的某些例子,也标明各个节点。

[0014] 分别表明在WED L17和L13与WGD L35和L31之间的连通性,尽管如由本领域的 技术人员将理解的那样,连通性典型地提供在所有WED 616与主WGD 610之间,该主WGD 610用于与DCS 602通信。路径是节点序列,这些节点序列从传输节点开始,以接收节点 结束,并且包括在它们之间的路由节点。链路是在这样一种路径内的具体耦接。例如, L17-L293-L292-L36-L35是用于源-目的地对L17-L35的路径,并且L292-L36是在这条路 径内的链路之一。

[0015] 在SP100无线系统中的装置一般以网状或星网状网络的形式连接。在各种装置之 间的连接通过无线电通信进行,比如通过如由具有冲突避免的载波感测多路存取(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance) (CSMA-CA)协议等规定的无线电通 信,并且在网络层和媒体存取控制(Medium Access Control) (MAC)层处建立连接。

[0016] 在现有无线过程控制和/或自动化系统中,从WED 616传输到在CCR 601处的DCS 602的每个帧被相同地处理,而与其使用级或关键性无关。标准命令:传输的帧在规定的最 大允许端至端时间延迟和规定的帧误差率(FER)内到达DCS 602。通常,所有WID 614和 WGD612路由入局通信量而不管使用级,并且不考虑帧的状态,如是原始传输还是重新传输。 在WED 616与主WGD 610之间的多条路径典型地规定在用于增加数据帧传输和接收的可靠 性的路由表中。如果接收的帧判断是错误的或者没有接收到确认(即,超时发生),则帧的重 新传输出现并被请求。

[0017] 尽管大量路径提供一定程度的可靠性,但这种拓扑增加对于无线频谱的带宽要求 和电池能量使用量以及必要硬件的数量和/或完善水平。传输路径的冗余性也要求硬件的 另外资金投资以及用于另外路由器的必要测试和维护的增加成本。另外,信道争用常常由 于高信道利用率、在WED 616与CCR 601之间的延长等待及帧堵塞而发生。因此,减弱返回 结果,使得超越一定水平的路径数量的增加将不会显著地提高可靠性,由此低效地使用带 宽、硬件和电池功率。SPioo和HART®协议的无线实施具有类似缺陷,这些缺陷包括 过大的电池使用量和增加的信道争用。

[0018] 因此,有减小不必要传输的数量和减小无线路由器的数量的显著需要。另外,存在 对于操作无线过程控制和/或自动化网络而利用最少系统资源的可靠和自适应方法和系 统的需要。

[0019] 相应地,本发明的目的是,减少在CCR中和其周围的无线通信量的整体拥塞。

[0020] 本发明的另一个目的是,从一个层到另一个层传输满足每个源-目的地对的最佳 性能要求的数据包,并且使每个源-目的地对的传输的数据包的质量最高。

发明内容

[0021] 上述目标和进一步的优点由本发明的用于改进商业和工业处理设施内的通信的 方法和系统提供。一方面,所述方法和系统向过程控制和/或自动化网络提供提高系统效 率和可靠性的分层自适应性部件。本发明包含一种设计和操作过程控制和/或自动化网络 而利用最少系统资源的智能和高效过程。在某些实施例中,规定每使用级路径要求,从而 分配最少带宽利用、路径及硬件,同时满足对于服务,如闭环调节和监督控制、开环控制、报 警、记录及远程监视的工厂环境要求。

[0022] 在具有大量联网装置的无线系统中,高效频谱使用和延迟最小化是关键的设计和 计划因素。无线过程控制和/或自动化网络,包括在ISA-SP100协议和/或无线HART® 协议下操作的那些,与在类似频带(例如2. 4MHz)中操作的其它无线系统共存,如与无线 LAN (包括IEEE 802. 11)、BLUET00TH™、ZIGBEE™等共存。在无线过程控制和/或自动化网 络的操作中的高效频谱利用又对利用同一频带的其它无线系统有益。因此,本发明通过仅 路由满足一个或多个约束条件的帧和/或数据包使频谱利用最少。满足规定约束条件的路 径被识别。在操作期间,当路径不再满足约束条件时,丢弃和/或更换路径。

[0023] 另外,无线过程控制和/或自动化网络通常被用在苛刻和分级区域中,如被用在 称作"级1、组1"和"级1、组2"的危险区域中。在这些位置,可能存在易燃气体混合物。在 这些环境下的许多无线控制和/或自动化装置是电池操作的,必须进行定期电池更换。因 此,通过使用更有效谱利用降低电池需求导致更高的电池寿命周期、较少资金和较低操作 成本并且减少工人对于在分类为危险的区域中的这些网络装置的接近的发生。

[0024] 在根据本发明操作无线过程控制和/或自动化网络的一种方法中,执行为一个或 多个源-目的地对选择最小数量路径的步骤。初始挑选在每个源-目的地对之间的潜在路 径。确定每一条潜在路径的可靠性和/或路径组的有效可靠性。通过将计算的可靠性和/ 或有效可靠性与在路由规则集中规定的最小可靠性要求相比较,识别满足最小可靠性要 求的路径或路径组。基于在路由规则集中规定的最小路径数量从识别的可靠路径中选择路 径,并且该路径被分配在路由表中。丢弃满足可靠性要求的在规定最小路径数量以上的路 径或路径组,即不分配在路由表中(如与使路径无效相反),或者作为备选路径分配在路由 表中。被丢弃的路径在将来可被分配,比如,如果以前分配的路径或备选路径之一遇到过大 通信量,并且可能不再满足包括最小可靠性要求的必要约束条件。

[0025] 在根据本发明操作无线过程控制和/或自动化网络的另一种方法中,基于与在 源-目的地对之间的端至端延迟有关的约束条件执行选择路径的步骤。

[0026] 在根据本发明操作无线过程控制和/或自动化网络的进一步方法中,对于在给定 层内的链路基于与层延迟有关的约束条件执行选择路径的步骤。值得注意地,采用基于层 延迟的约束条件,使在源-目的地对之间的给定路径中的链路或跳的数量最小。

[0027] 在根据本发明操作无线过程控制和/或自动化网络的一种另外方法中,执行选择 最小数量的可靠路径的步骤,这些可靠路径满足与端至端延迟和/或层延迟有关的约束条 件。

[0028] 在根据本发明操作无线过程控制和/或自动化网络的又一种方法中,执行选择最 小数量的可靠路径的步骤,这些可靠路径还满足与端至端延迟和/或层延迟、最大每链路 通过量及最小跳数量中的一种或多种有关的约束条件。

[0029] 在本发明的用来操作无线过程控制和/或自动化网络的一种系统中,路线优化模 块由硬件执行,该硬件可包括一个或多个无线网关装置、与无线网络通信的分离计算装置 或其组合。路线优化模块包括路径确定子模块,该路径确定子模块确定在选中源-目的地 对之间的可能路径。提供可靠性计算子模块,该可靠性计算子模块确定可能路径的每一条 的可靠性和/或一个或多个路径组的有效可靠性。路线优化模块也包括:可靠路径识别子 模块,可靠路径识别子模块通过将可靠性和/或有效可靠性与在路由规则集中规定的最小 可靠性要求相比较,识别可靠路径或路径组;和路径分配子模块,用来基于在路由规则集 中规定的最小路径数量,将可靠路径或者一个或多个路径组分配给路由表。丢弃满足可靠 性要求的在规定最小路径数量以上的路径或路径组,即不分配在路由表中,或者作为备选 路径分配在路由表中。

[0030] 在本发明的用来操作无线过程控制和/或自动化网络的另一种系统中,提供端至 端延迟最小化模块,在该端至端延迟最小化模块中,对于在源-目的地对之间的路径基于 与端至端延迟有关的约束条件选择路径。

[0031] 在本发明的用来操作无线过程控制和/或自动化网络的进一步系统中,提供层延 迟最小化模块,在该层延迟最小化模块中,对于在给定层内的链路基于与层延迟有关的约 束条件选择路径。

[0032] 在本发明的用来操作无线过程控制和/或自动化网络的一种另外系统中,提供延 迟最小化模块,在该延迟最小化模块中,基于与端至端延迟和层延迟都有关的约束条件选 择路径。

[0033] 在本发明的用来操作无线过程控制和/或自动化网络的又一种系统中,提供选择 最小数量的可靠路径的模块,并且提供一个或多个附加模块或子模块以基于与端至端延迟 和/或层延迟,最大每链路通过量,最小跳数量或者端至端延迟和/或层延迟、最大每链路 通过量、及最小跳数量中的一种或多种的组合有关的进一步约束条件选择路径。

[0034] 在某些实施例中,对于一种或多种使用级规定可靠性,例如最大允许帧误差率 (FER),并且规定每使用级分配的最小数量可靠路径。具有较高程度关键性的使用级或使用 级组,例如在SP100系统中的级0和1,与较低关键性的使用级相比具有较高可靠性阈值,即 较低最大允许帧误差率。此外,较低关键性的使用级可具有较少分配的最少可靠路径。

[0035] 本发明的过程的进一步实施例提供,每使用级的最大允许帧误差率、过程控制无 线通信量分布、链路的可靠性分布、层延迟、或这些因素的组合用来产生路径子集,该路径 子集包含具有关联可靠性权重的最小数量的路径。对于其中基于上述路由分配过程或上述 子模块没有获得最小路径数量的源-目的地对,组合选择性路径,即路径组,或者并入附 加路径,直到对于每个使用级的端至端帧误差率比该级的最大允许阈值低,同时应用采用 最小数量中间链路的准则。

[0036] 本发明的实施例包括用来并入在常规无线网络协议内的附加步骤或子模块,这些 步骤或子模块包括:(1)对于每个层定义最大允许延迟;(2)将使用级位包括到路由表; (3)考虑帧是否是重新传输帧;(4)将动作类型位提供给帧格式结构,其中目的地接收的帧 不动作,直到最大允许延迟的结束(即,接收的帧不动作,直到最大允许延迟的结束,以确保 接收从不同路线到达的所有帧,并且将具有高质量指示符的帧传递到CCR以动作);(5)根 据使用级,丢掉和/或路由帧;和/或(6)在异常信道状况期间,将控制消息发送到在无线 过程控制和/或自动化协议网络中的WID和/或WGD,以允许对于特定源-目的地对路由 帧,而与使用级无关,从而动态地增加可用路径的数量。因此,在某些实施例中,本发明的方 法和系统使在无线链路上传输的要求帧数量最小,同时满足可靠性和等待要求。

[0037] 在下面描述的例子中,表明的是,通过在无线SP100网络中使用本发明的系统和 方法,(1)硬件的电池寿命周期延长超过60% ; (2)由于要求的WID和WGD的数量减小,SP100 系统的成本显著降低;及(3)频谱利用减小至少55%。在保持对于工厂应用,如闭环调节和 监督控制、开环控制、报警及远程监视/记录的设计要求的同时,实现这些好处。

[0038] 在本发明的更进一步实施例中,对于过程控制和/或自动化部署一种新的混合 有线和无线体系结构。新的体系结构包括几个现场网络集(FNS)。在中间层中的一个或 多个FNS每个都包括一个或多个WID、修改的WID (丽ID)以及与接线盒相耦接的丽ID集 (丽ID-JB)。在网关层中的一个或多个FNS包括一个或多个W⑶、修改的W⑶(Mff⑶)以及 Mff⑶和JB集(MWGD-JB)。主WGD可以作为替代是主MffGD或主MWGD-JB,其中,作为主装置, MffGD-JB优于MWGD,并且,作为主装置,Mff⑶优于W⑶。每个FNS都包括锚定数据包选择装 置。这种混合系统包括具有帧选择、数据包选择、及依据服务级通过预定数量路径路由的路 径选择和优化。因而,每个FNS的路由器和网关装置用作将数据路由到在FNS之外的路由 器和网关装置的单个装置。这些特征的组合用来提高系统可靠性和性能。FNS也可以跨两 个层,如跨层2和层3的FNS。

[0039] 在另一个实施例中,FNS可具有第二锚定数据包选择装置,例如为了提供冗余性, 或者在由于数据包负载一个装置不适当的场合为了携带更大通信量负载。

[0040] 本发明的体系结构通过如下改进过程控制和/或自动化网络的性能和可靠性:

[0041] 使不必要数据包传输的要求数量最小,

[0042] 使频谱拥塞最小,并且改进频谱利用,

[0043] 使在一定强制要求下支持工厂无线系统需要的硬件最少,

[0044] 使现有工厂基础结构的利用率最大,及

[0045] 显著地增加无线装置的电池寿命。

[0046] 另外,可减小无线路由器的总数,并且在某些实施例中,层3网关装置(除主W⑶之 外)可减少或者所有消除。这有利地允许:使到CCR的数据传输的数量最小;使频谱使用率 最大;减小数据包丢失;及使必要硬件(和在部署和维护这样的硬件时涉及的相关劳动量) 最少。

[0047] 在常规无线自动化和/或控制系统中,数据包选择在主WGD处通过选择具有正确 接收信息的第一数据包并丢弃同一数据包的随后接收拷贝而完成。然而,根据本发明,数据 包不前进到下一层,直到:(1)优化(最小化)为满足每个源-目的地对的最低性能要求而要 求的数据包数量;和(2)每个源-目的地对的传输的数据包的质量最高。

[0048] 根据本发明的一个实施例,工厂无线系统或无线过程控制网络包括MffID或MWGD, 这些丽ID或Mff⑶执行:(1)选择功能;(2)路由功能;及(3)经有线连接与在现场网络集 中的JB接口和经无线连接与邻近WID接口。路由功能保持跟踪所有MffID-JB集、MffGD-JB 及主WGD/MWGD,并且按需要动态地(按数据包)调整路由。

[0049] 根据本发明的另一个实施例,工厂无线系统或无线过程控制系统包括分组成FNS 的丽ID和丽ID-JB。在每集内的丽ID和丽ID-JB或者被硬连线,或者经接线盒路由器连 接,而WID无线连接到丽ID-JB或丽ID上。每个FNS可直接(经JB通过可用现有布线)连 接到CCR上,无线连接到中间MffGD-JB上,或无线连接到主WGD/MWGD上。相应地,每个FNS 可具有单一 MWGD-JB,该单一 MffGD-JB的任务是将通信量路由到目的地。

[0050] 根据本发明的另一个实施例,工厂无线系统或无线过程控制系统,例如对于特定 源-目的地对,包括在FNS内的一个特定丽ID,该特定丽ID标记为锚定点,该锚定点用来从 该特定源接收所有数据包,选择具有最高质量指标的一个数据包,及可能在多条路径中通 过MffID-JB将该一个选中数据包转发到目的地(CCR)。在相反方向上,在用于特定源-目的 地对的集内的锚定MffID从CCR接收数据包,并且最终将它传输到WED。如果属于特定源-目 的地对的数据包通过属于不同FNS的两个不同MWID-JB,那么每个MffID-JB集将具有用于该 对的锚定数据包选择MWID(即,要求总共两个MWID)。如果属于特定源-目的地对的数据包 通过三个不同MWID-JB,那么每个FNS通过对于该对分配MffID将具有锚定选择(要求总共三 个MWID)。执行这里描述的算法确定对于特定源-目的地对是否需要一个或多个FNS。在 FNS内的锚定丽ID需要为特定源-目的地对提供数据包选择,而在同一 FNS内的丽ID-JB 要求与CCR或主WGD/MWGD接口并路由通信量往返CCR或主WGD/MWGD。在WGD层水平处, 在集内的锚定MffGD用来为特定源-目的地对提供数据包选择,而在同一 FNS内的MffGD-JB 用来与CCR或主MWG/MWGD接口并路由通信量往返CCR或主WGD/MWGD。然而,如果MffID-JB 集直接硬连线到主MffGD上,那么在WI⑶层中的锚定选择将(按缺省)是主Mff⑶。

[0051] 根据本发明的另外实施例,无线过程控制系统包括主MWGD,该主MffGD维持集的配 置,包括哪些丽ID-JB属于哪个集、哪个丽ID-JB与CCR接口以及哪个丽ID-JB是备用的(如 有的话)。尽管用于特定源-目的地对的选择路径可随不同传输而不同,但在用于该特定源 和目的地对的集内的锚定数据包选择装置保持相同,直到由操作人员改变,或者如果一定 状况发生(例如,装置失效、添加附加装置等),这些状况导致锚定数据包选择装置的重新指 定。共享一个特定FNS的源-目的地对将跨在该集内的MffID分布选择功能(负载平衡)。

附图说明

[0052] 以上概述、以及本发明优选实施例的如下详细描述当联系附图阅读时将被最好地 理解。为了说明本发明的目的,在附图中表示有目前优选的实施例。然而,应该理解,本发 明不限于所示的准确布置和手段。在附图中,相同附图标记用来指相同或类似的元素或步 骤,在附图中:

[0053] 图1是现有技术的过程控制和/或自动化网络的示意图,该过程控制和/或自动 化网络包括除在CCR处之外相异的并且不集成的无线设施网络和有线设施网络;

[0054] 图2是现有技术的无线过程控制和/或自动化网络的示意图;

[0055] 图3是按照本发明的无线过程控制和/或自动化网络的示意图;

[0056] 图4、4A及5是按照本发明的混合有线和无线过程控制和/或自动化网络的示意 图;

[0057] 图6是根据本发明某些实施例的无线过程控制和/或自动化网络的体系结构的示 意图;

[0058] 图7是根据本发明某些实施例的无线末端装置的方块图;

[0059] 图8A和8B是根据本发明某些实施例的无线中间装置和修改的无线中间装置的方 块图;

[0060] 图9A和9B是根据本发明某些实施例的无线网关装置和修改的无线网关装置的 方块图;

[0061] 图10是根据本发明某些实施例的接线盒路由器的方块图;

[0062] 图11是按照本发明实施例的基本计算装置配置的方块图;

[0063] 图12是根据本发明的每使用级的必要路径数量的例子的概观;

[0064] 图13是按照本发明某些实施例由一个或多个模块执行的优化架构的方块图; [0065] 图14A是示意方块图,包括按照本发明实施例的路线优化模块;

[0066] 图14B是按照本发明分配用于源-目的地对的可靠路径的方法的流程图;

[0067] 图14C是按照本发明在混合网络中分配用于源-目的地对的可靠路径的方法的流 程图,该混合网络包括现场网络集;

[0068] 图14D是可使用图14C的方法创建的示范路由表;

[0069] 图15A是示意方块图,包括按照本发明实施例的端至端延迟最小化模块;

[0070] 图15B是按照本发明的分配路径的方法的流程图,该方法用来操作端至端延迟最 小化模块;

[0071] 图15C是按照本发明的分配路径的方法的流程图,该方法用来在混合网络中操作 端至端延迟最小化模块,该混合网络包括现场网络集;

[0072] 图16A是示意方块图,包括按照本发明实施例的层延迟最小化模块;

[0073] 图16B是按照本发明的分配路径的方法的流程图,该方法用来操作层延迟最小化 模块;

[0074] 图16C是按照本发明的分配路径的方法的流程图,该方法用来在混合网络中操作 层延迟最小化模块,该混合网络包括现场网络集;

[0075] 图17A是示意方块图,包括按照本发明实施例的延迟最小化模块;

[0076] 图17B是按照本发明的分配路径的方法的流程图,该方法用来操作延迟最小化模 块;

[0077] 图17C是按照本发明的分配路径的方法的流程图,该方法用来在混合网络中操 作延迟最小化模块,该混合网络包括现场网络集;

[0078] 图18是定义现场网络集和分配用于源-目的地对的每使用级路径的方法的概观 的流程图;

[0079] 图19是无线过程控制和/或自动化网络体系结构的一部分的示意图,描绘源-目 的地对部件集;

[0080] 图20A是与现有技术方法相比,使用本发明的系统和方法的无线中间装置的归一 化功率使用量的比较图;

[0081] 图20B是与现有技术方法相比,使用本发明的系统和方法的无线末端装置和无线 网关装置的归一化功率使用量的比较图;及

[0082] 图21A和21B是根据本发明某些实施例的混合有线/无线过程控制和/或自动化 网络体系结构的一部分的示意图,描绘源-目的地对部件集和相关联现场网络集。

具体实施方式

[0083] 图3是诸如遵守ISA-SP100协议的网络之类的无线过程控制和/或自动化网络 700的图;为了清楚,只分别表明用于WED L17和L13至WGD L35和L31的连通性。路径 L17-L293-L292-L36-L35是L17和CCR 701的源-目的地对的路径之一。组合L292-L35认 为是在这条路径内的链路之一。路径L17-L291-L28-L34-L35是与L17-L293-L292-L36-L35 相独立的路径,因为两条路径没有一个中间链路是共用的。元件Lll至L17是在层1处的 WED 716 ;元件L21至L29和L291至L293是在层2处的WID 714 ;及元件L32至L36是在 层3处的WGD 712。一般地,WED 716在所有方向上广播,然而,为了本发明描述简单,仅描 绘在选择WED与WID之间的通信。在网络700中,在CCR 701处的WGD L31是主WGD 710, 并且其它WGD L32至L36是附加 WGD 712,这些附加 WGD 712提供附加链路,和/或在主WGD 710失效的情况下用作备用网关装置。按照本发明,提供计算装置80,该计算装置80执行 用于路线选择的一个或多个模块。这些模块可以是路线优化模块110、端至端延迟最小化模 块210、层延迟最小化模块310、延迟最小化模块410、施加包括通过量和跳数量中的一个或 多个的约束条件的其它模块、或包括上述模块中的至少一个模块的组合,以创建用于路径 选择的路由表190。生成路由表190装载到路由WID和W⑶的存储器中。计算装置80可提 供在主WGD 710内或者与其相关联,和/或提供在DCS 702内或者与其相关联。注意,由计 算装置80执行的某些或所有模块可在分离计算装置中执行,例如在主WGD、其它WGD、WID、 丽ID和/或MffGD处或与它们相关联的某些模块。

[0084] 如这里使用的那样,术语"路由表"指规定在源-目的对之间的一条或多条路径的 数据或指令的集合,并且可为表格、数据库、数据集或其它电子存储数据集合的形式,该其 它电子存储数据集合包括为可由在本发明中的WGD、MWGD、WID和/或MffGD读取的形式的那 种指令。

[0085] 图4是根据本发明的混合有线和无线过程控制和/或自动化网络800的图。无线 连通性按照适当过程控制标准,如按照ISA-SP100协议。如在图3中那样,为了清楚仅分别 表明用于WED L17和L13至WGD L35和L31的连通性。在图4中,有线连通性用在节点之 间的双-箭头实线描绘,并且无线连通性用在节点之间的双-箭头虚线描绘。

[0086] 根据本发明的工厂体系结构包括与CCR 801和/或主WGD 810通信的多个现场网 络集820 (FNS)。CCR 801包括DCS 802。计算装置80可提供在主WGD 810内或者与其相 关联,和/或提供在DCS802内或者与其相关联。在中间层(层2)处的每个FNS 820包括一 个或多个WID 814、一个或多个修改的无线中间装置815 (丽ID)、或其组合。此外,在层3 中的FNS 820e包括修改的WGD 813 (MffGD)和JB 806。注意,一个或多个WGD也可提供(未 示出)在层3中。

[0087] 在FNS内的MffID或MffGD用来与JB接口,和/或用来执行数据包选择,如这里进一 步描述的那样。在优选实施例中,至少一个MffID或MffGD提供在每个FNS 820中,用于连接 到CCR 801和/或下一层。一个或多个附加丽ID/MWGD可以可选地提供在FNS 820中作为 备用,用于连接到FNS 820中的多个JB,和/或共同执行数据包选择模块。注意,即使提供 不用作连接到JB上和/或执行数据包选择的节点的MWID/MWGD,这些MWID/MWGD也执行常 规WID/WGD的所有功能。关于作为在不执行数据包选择模块和/或包括有线连通性的位置 处的装置的MWID/MWGD的安装的确定,可基于包括但不限于如下的因素而做出:资金成本; 安装是否是控制/自动化系统的升级或初次安装;在将来修改或添加期间定义另外网络集 的预期需要;及对于备用修改的WID/WGD的可用性的任何要求。

[0088] 在本发明的体系结构中的一个或多个丽ID和/或MWGD,与关于图3描述的WID 和/或WGD相似,每个包含在它们的相应存储器中存储的一个或多个路由表,以提供路径选 择。另外,在FNS 820中的一个或多个丽ID和/或MWGD,特别是选作锚定装置的丽ID或 MWGD,执行数据包路由模块。数据包路由模块提供如下功能:(1)将数据包路由到在FNS内 的正确JB ; (2)将数据包路由到用于特定源-目的地对的正确锚定数据包;(3)将数据包从 一个FNS路由到另一个FNS ;及(4)提供路由表,以帮助无线-有线网络集成。

[0089] 一般地,WED 816在所有方向上广播,然而,为了本发明描述简单,仅描绘在选择 WED与WID/MWID之间的通信。例如,根据本发明,当WED在所有方向上传输时,它将到达几 个FNS,每个潜在地具有几个MffID。通过应用根据本发明的路由表,要求和选择预定数量的 FNS (例如,两个),因而传输仅通过选中FNS路由。在进一步应用本发明的路由表时,在预 定数量的FNS内选择WID和/或丽ID的某些路径。

[0090] 某些FNS 820包括一个或多个接线盒(JB) 806,例如FNS 820a和820b。另外,某 些FNS 820不包括JB,在这些JB中,丽ID或MffGD用来根据路由表执行数据包选择过程。 在没有JB的FNS中,到相邻层的通信由无线连通性完成。

[0091] 另外,FNS 820的某些实施例包括至少一个集805,该至少一个集805包括与接 线盒806相耦接的MffID 815,集在这里称作MffID-JB 805。比如,一个MffID-JB 805包括 MffID L292和其相邻JB 806的集;另一个MffID-JB 805包括MffID L28和其相邻JB806的 集。包括一个或多个WID的组以及一个或多个丽ID和/或丽ID-JB的FNS820,设有经主 WGD 810到CCR的一个直接连接,而不是使用多个连接或次级WGD (例如,在图2和3中表 示的WGDL35)。比如,具有WID L293、MWID L29、及耦接到它们的相邻JB 806上的MffID-JB L292和L291的FNS 820,使用单一连接而不是四个分离连接有效地与CCR 801通信。在每 个FNS 820与CCR 801之间的连接可以是冗余的,并且可包括有线、无线、或有线和无线连 接两者。

[0092] 同样,在网关层(层3)处的FNS 820e包括修改的无线网关装置813 (MWGD)、和与 JB 806 相耦接的 MffGD 813 装置的组 821 (MWGD-JB)。

[0093] 网络800包括:具有丽ID和/或丽ID-JB的某些FNS 820 ;和具有Mff⑶和/或 MffGD-JB的某些FNS。相反,在现有技术的网络600和本发明的网络700中,WID是特别的, 并且几个节点与在层3中的WGD通信。在具有MffID-JB 805的FNS内,MffID-JB 805可经有 线接口连接到一个或多个MffID 815上,并且由无线接口连接到传统WID 814上。每个集可 直接(通过经JB可用的现有布线)连接到CCR上,或者无线地连接到中间MffGD-JB上,或者 无线地连接到主MffGD上。相应地,每个组可具有任务是将通信量路由到目的地的MWID-JB、 Mff⑶-JB、MffID 或 Mff⑶。

[0094] 图4表示丽ID-JB到CCR或主Mff⑶的详细连通性。主Mff⑶将维持集的体系结构, 该体系结构包括:哪些MffID-JB属于哪个集;MffID-JB中的哪个/哪些是到CCR的接口;及 哪一个是备用的。主Mff⑶维持集的体系结构,该体系结构包括:哪些丽ID属于哪个FNS ; 和哪个丽ID是在FNS内的主要的/备用的,用于对在无线网络中的每个源-目的地对的数 据包选择功能。尽管用于特定源和目的对的选中路径可以随不同传输而不同,但在FNS内 用于该特定源和目的对的锚定数据包选择功能一般维持恒定,直到由主MffGD或操作人员 改变。

[0095] -般地,在CCR 801与WED 816之间的数据包传输的可能顺序包括但不限于:

[0096]

Figure CN102859508BD00251

Figure CN102859508BD00261

[0100] 在图4A中表示的实施例包括横跨两个层的现场网络集820 (FNS)。FNS 820g横 跨中间层(层2)和网关层(层3),包括在层2中的两个修改的无线中间装置815 (丽ID)和 在层3中的一个修改的无线网关装置813 (MWGD)。FNS 820f也横跨层2和3,具有在层2 中的四个修改的无线中间装置815(MWID)、和在层3中的与JB 806相关联的一个修改的无 线网关装置813 (MWGD)。

[0101] 图5是根据本发明的网络900的图,该网络900包括CCR 901,该CCR 901具有DCS 902,该DCS 902与接口 908通信,例如促进与主WGD 910通信,并且也与多个编组柜904通 信。主WGD 910可经各种连接与CCR 901 (和在CCR 901中的DCS 902)通信,这些连接包 括通过接口 908 (它与DCS 902能是分离的,或者与DCS 902集成)、通过编组柜904、通过 其它I/O接口、或这些接口的任意组合。

[0102] 网络900包括WED 916的层,这些WED 916-般与WID 914和/或MffID 915通信。 此外,网络900可包括现有有线子网络924,该现有有线子网络924例如具有有线部件,这些 有线部件通过JB 906连接到在CCR 901中的编组柜904上。

[0103] 此外,与在图4中表示的网络800相似,网络900包括具有FNS 920的中间层,并 且也可包括一个或多个独立(即,不在FNS 920内)WID 914、MffID 915及MffID-JB 905 (具 有MffID 915和JB 906)。FNS 920每个包括MffID-JB 905 (尽管如以上讨论的那样,可能的 是,具有FNS而没有丽ID-JB)。而且,如图5所示,FNS 920之一包括WID 914和多个丽ID 915。丽ID-JB集905经有线连接到接线盒路由器922 (JBR)上。而且,在FNS中的锚定 MWID/MWGD、或独立MWID/MWGD,可与JBR 922有线通信。

[0104] 第三层包括FNS 920,该FNS 920具有至少一个MffGD-JB集921 (包括MffGD 913 和JB 906)。注意,其它无线网关装置也可包括在具有MffGD-JB集921的FNS 920中,或者 MffGD-JB集921可以是独立的集,即没有关联的FNS 920。MffGD-JB集921直接连接到主WGD 910上,并且连接到MC 904上。MC 904直接连接到DCS 902上。

[0105] 如以上讨论的那样,丽ID和MffGD包括:一个或多个路由表,用于路径选择;和包选 择模块,尤其确定同一数据的多个数据包的哪个数据包要传播到下一层,或者传播到主WGD 910。

[0106] 某些MC 904与一个或多个JBR 922 (JBR)通信,以促进在工厂无线网络与工厂有 线网络之间的集成,并且将适当路由功能和指令提供给丽ID-JB 905。JBR 922也可彼此连 线,并且可连接到主WGD910上。

[0107] 在主WGD 910与Mff⑶-JB 921的集921或MffGD 913之间的硬连线连通性可以是 经直接连接,和/或通过JBR 922 (例如,与JBR922相连接的主WGD 922,该JBR 922连接 到MffGD-JB集921上,该MffGD-JB集921包括到MffGD 913的连接。如在网络900中描绘的 那样,MffGD-JB的集921直接连接到主WGD 910上。

[0108] 按照本发明,提供计算装置80,该计算装置80执行路线优化模块110'、端至端延 迟最小化模块210'、层延迟最小化模块310'、延迟最小化模块410'、施加包括通过量和 跳数量中的一个或多个的约束条件的其它模块、或包括上述模块中的至少一个的组合,以 创建路由表190',并且将生成路由表190'下载到路由WID和W⑶(它们可包括丽ID和 MWGD)。另外,计算装置80可执行用来确定FNS的数量和大小的模块;和用于每个FNS的 锚定数据包选择装置。由计算装置80产生的指令传输到主WGD 910,该计算装置80是DCS 902的一部分或在中央控制室901内的分离计算装置,该主WGD 910又将指令传输到在FNS 920内的某些节点(这里标识为在特定FNS内的"锚定数据包选择装置"或"锚定点")。同样, 与延迟(端至端和链路)、可靠性、跳数量、通过量、现场网络集数据、及其它网络统计数据有 关的数据通信到计算装置80,并且尤其用来创建或修改路由表以及创建或修改每个FNS的 成员。

[0109] 如图5所示,JBR 922将往返MffID-JB 905的无线通信量路由到主WGD 910,并且 路由到DCS 902。此外,JBR 922将无线通信量在一个FNS 920中的MffID-JB 905到在不同 FNS 920中的另一个MffID-JB 905之间、和在一个FNS 920中的MffID 915到在不同FNS920 中的另一个MffID 915之间路由。

[0110] 将JB 906彼此和与在商业和工业处理设施内的无线基础结构相互连接是本发明 的独特方面,对此没有建立标准。本发明的网络900表明JB和无线工厂网络装置的相互连 通性,以产生改进性能和可靠性。在图5中作为子系统924表明的在常规设施中操作的现 有有线基础结构可继续直接通过一个或多个MC 904,而不到或不通过JBR922。选中无线和 有线通信量通过JBR 922。相应地,本发明可作为独立系统和方法实施,例如,用来设计和 建造新的或替代过程过程自动化和/或控制网络,或者本发明可实施成补充网络,该补充 网络添加到、或修改现有有线或无线网络的一部分,而不改变某些现有和操作JB或MC (例 如,在现有子系统924内)。

[0111] 图6示出无线过程控制和/或自动化系统的示范体系结构10。体系结构一般遵 守开放式系统互连参考模型(Open Systems Interconnection Reference Model) (0SI 模 型),并且包括:应用层12 ;传输层14 ;网络层16 ;包括逻辑链路控制子层20和媒体存取控 制子层22的数据链路层18 ;及物理层24。应用层12根据诸如ISA-SP100协议之类的无 线过程控制和/或自动化协议包括表示和会话层的功能性,并且一般将接口提供给用户应 用过程。应用层12还包括应用子层26,该应用子层26提供无线过程控制和/或自动化协 议接口。传输层14经特定应用层实体的选择提供用户应用过程的寻址。网络层16提供装 置的网络范围寻址,并且在不同装置的网络层之间中继消息。此外,按照本发明的实施例, 网络层基于本发明的路线优化模块110和/或IKV、端至端延迟最小化模块210和/或 21(V、层延迟最小化模块310和/或310'、延迟最小化模块410和/或410'、或施加包 括通过量和跳数量中的一个或多个的约束条件的其它模块,支持在源-目的地对之间的帧 路由。数据链路层18 -般管理物理层的使用,并且包括逻辑链路控制(LLC)子层20和媒 体存取控制(MAC)子层22,及也完成在本发明的自适应方法和系统中的某些优化功能,如 收集帧误差率数据、通过量数据及/或延迟统计数据;并将这些数据传递到路线优化模块 110和/或IKV、端至端延迟最小化模块210和/或210'、层延迟最小化模块310和/或 310'、延迟最小化模块410和/或410'、或施加包括通过量和跳数量中的一个或多个的 约束条件的其它模块。LLC子层20提供多路复用和流程控制机构,并且一般用作在MC子 层22与网络层16之间的接口。MC子层提供多路存取方法,这些多路存取方法包括通常用 在无线网络中的具有冲突避免的载波感测多路存取(CSM-CA)协议28,该协议28也在物理 层24中执行。最后,物理层24提供数据的逐位输送、包括无线电接口的标准化接口传输媒 体、调制、及诸如网状或星状网络之类的物理网络拓扑。另外,信道分配和/或改变在网络 层24和数据链路层18中执行。

[0112] 图7是WED 30的方块图,该WED 30用来从一个或多个联网WID和/或W⑶接收数 据,并且将数据传输给它们。WED 30-般包括:处理器32,如中央处理单元;无线收发机34 和关联天线36 ;输入/输出接口 40 ;时钟45 ;及支持电路42。处理器32、无线收发机34、 输入/输出接口 40、时钟45及支持电路42通常经总线44连接,该总线44也连接到存储 器38。存储器38可包括易失(RAM)和非易失(ROM)存储单元两者,并且在程序存储部分中 存储软件或固件程序并在数据存储部分中存储数据。输入/输出接口 40经通信链路将信 息发送到关联末端装置46,例如诸如仪表、远程终端单元、阀、传感器、储箱液位测量装置等 之类的过程设备,和从该关联末端装置46接收信息。WED 30可向所有其它装置传输,并且 从它们接收。在接收模式中,WED 30经天线36和收发机34接收指令。这些指令由处理器 32处理,并且为了以后使用可存储在存储器38中或被缓存。时间戳优选地用时钟45,或者 作为替代用全球定位系统,被添加到数据上。使在网络中的所有装置同步,以允许下面所描 述的准确延迟计算。指令经端口 40传送到末端装置。在传输模式中,数据从末端装置传送 到端口 40,并且传递到存储器38。包括由时钟45或其它装置产生的时间戳的数据可由处 理器36处理,并且通过收发机34和天线32跨网络发送。处理器36 -般使用以上对于末 端装置描述的OSI模型操作,并且执行用于数据传输和接收的指令。

[0113] 图8A是WID 50的方块图,该WID 50用来向所有其它装置传输和从其接收,并且 用来路由到其它装置。WID 50-般包括:处理器52,如中央处理单元;无线收发机54和关 联天线56 ;时钟65 ;及支持电路62。处理器52、无线收发机54、时钟65及支持电路62通 常经总线64连接,该总线64也连接到存储器58。存储器58通常可包括易失(RAM)和非易 失(ROM)存储单元两者,并且在程序存储部分中存储软件或固件程序并在数据存储部分中 存储数据。按照本发明规定的路由表190驻留在存储器58中,即在数据存储部分中。在接 收模式中,WID 50经天线56和收发机54接收数据帧。数据一般被缓存在存储器58中,t匕 如为了当由CSM-CA协议规定时的传输、或者为了在帧传输失效情况下的重新传输。在传 输模式中,数据在处理器52的控制下从存储器传送到收发机54。在接收模式中,WID 50经 天线56和收发机54接收数据帧。在路由模式中,数据帧被接收和传输。时钟65或诸如全 球定位系统之类的其它装置可将时间戳添加到接收的、传输的及/或路由的数据。WID 50 具有足够的智能,以能够寻址和路由到特定通信装置。处理器52 -般使用以上对于中间装 置描述的OSI模型操作,并且执行用于数据传输、接收及路由的指令。

[0114] 图8B是丽ID 50'的方块图,该丽ID 50'用来向所有其它装置传输和从其接收, 并且用来路由到其它装置。MffID 50'在功能和体系结构方面与WID 50相似,添加有有线 接口 53。如图4和5所示,在本发明的系统和方法中的丽ID (在图4中的丽ID 815和在 图5中的丽ID 915),与其它丽ID (例如,在同一 FNS内)和与JB硬连线通信。另外,丽ID 可提供成与在CCR中的DCS (例如,经在CCR处的接口)或与MffGD直接硬连线连接。此外, 丽ID 50'可形成丽ID-JB集的一部分,其中,JB经有线接口 53连线到丽ID上。在丽ID 5(V的存储器58中存储的路由表190'包括必要FNS,分配的路径通过这些必要FNS。而 且,也提供数据192,这些数据192包括关于其它丽10、110、160、丽60、丽10-邛集、丽60-邛 集、及/或主MffGD的信息。数据192用来在逐数据包基础上动态地路由数据传输,如要求 的那样。

[0115] 至少某些MffID 50',并且具体地说,用作在FNS内的锚定数据包选择装置的任何 MffID 50',也包括数据包选择模块193和路由模块194。由于从特定源向特定目的地起源 的同一传输数据包的多个拷贝到达在层2内的锚定MWID,所以数据包选择模块193 :(1)选 择在来自不同路径的接收数据包的各种拷贝中的最好数据包;和(2)依据可靠性要求,通 过有线或无线路径、或两者,将选中数据包转发到下一层。而且,路由模块194支持FNS的体 系结构,并且支持数据包选择模块,包括支持如下路由情景的修改/扩展的路由表(这里描 述的路由表190' ):(1)将无线数据包路由到正确JB;(2)将数据包路由到用于特定源-目 的地对的正确锚定数据包选择装置;(3)将数据包从一个FNS路由到另一个FNS ;及(4)将 表路由,以帮助无线-有线网络集成。注意,数据包择模块193和路由模块194的功能可组 合在单个模块中。

[0116] 图9A是WGD 70的方块图,该WGD 70用来向所有其它装置传输和从其接收,用来 路由到其它装置,及在本发明的某些实施例中用来执行高级应用,这些高级应用包括协议 翻译和对于源-目的地对的路径分配。WID 70-般包括:处理器72,如中央处理单元;无线 收发机74和关联天线76 ;时钟85 ;及支持电路82。处理器72、无线收发机74、时钟85及 支持电路82通常经总线84连接,该总线84也连接到存储器78。存储器78通常可包括易 失(RAM)和非易失(ROM)存储单元两者,并且在程序存储部分中存储软件或固件程序并在 数据存储部分中存储数据。按照本发明规定的路由表190驻留在存储器78中,即在数据存 储部分中。此外,在本发明的某些实施例中,存储器78的程序存储部分可包括路线优化模 块110和路由规则集120。在接收、传输及路由模式中,WGD 70以与WID 50的操作相类似 的方式操作。处理器72 -般使用以上对于网关装置描述的OSI模型操作,并且执行用于数 据传输、接收及路由的指令。WGD 70具有足够的智能,以能够寻址和路由到特定通信装置。 另外,在本发明的某些实施例中,WGD 70,具体地说主WGD 70的处理器72,对于路线优化模 块110、端至端延迟最小化模块210、层延迟最小化模块310、延迟最小化模块410、施加包括 通过量和跳数量中的一个或多个的约束条件的其它模块、或包括上述模块中的至少一个模 块的组合,执行逻辑,并且将路径分配存储在路由表190中。在其中在其它计算装置中执行 路线优化模块和关联逻辑的实施例中,路由表190为了在数据路由操作期间使用可直接下 载到WID和WGD,或者通过无线网络以数据帧传输,并且存储在需要的地方,即存储在路由 WID和W⑶中。

[0117] 在本发明的某些实施例中,包含WID的层可被旁通,从而WED向WGD传输和从其接 收。比如,这样一种配置在无线HART®胁议中是普遍的。在另外的实施例中,比如,WiD 可将帧传输到其它WID,并且从其它WID接收帧,从而W⑶被旁通。

[0118] 图9B是MffGD 7(V的方块图,该MffGD 7(V用来向所有其它装置传输和从其接收, 用来路由到其它装置,及在本发明的某些实施例中用来执行高级应用,这些高级应用包括 协议翻译和对于源-目的地对的路径分配。MffGD 7(V在功能和体系结构方面与WGD 70相 似,添加有有线接口 73。在本发明的系统和方法中的MWGD,与其它MffGD硬连线通信,这些 其它MffGD包括主WGD或主Mff⑶。另外,MffGD可提供成与MffID、JB或MffID-JB集直接硬连 线连接。此外,MffGD 7(V可形成Mff⑶-JB集的一部分,其中,JB经接口 73连线到MffGD上。 在MffGD 50'的存储器58中存储的路由表190'包括必要FNS,分配的路径通过这些必要 FNS。而且,也提供数据192,这些数据192包括关于其它MWGD、WID、WGD、MWID、MWID-JB集、 MffGD-JB集、及/或主Mff⑶的信息。这种信息用来在逐数据包基础上动态地路由数据传输, 如要求的那样。

[0119] 另外,在本发明的某些实施例中,MffGD 7(V,具体地说主MffGD 7(V的处理器72, 对于路线优化模块IW、端至端延迟最小化模块21(V、层延迟最小化模块31(V、延迟最 小化模块4KV、施加包括通过量和跳数量中的一个或多个的约束条件的其它模块、或包括 上述模块中的至少一个的组合,执行逻辑,并且将路径分配存储在路由表190'中。注意,模 块110'、210'、310'、及410'分别与模块110、210、310、及410相似,其中与硬线连接和 现场网络集相关的附加信息用来确定路线优化模块和关联逻辑。此外,也提供数据192,这 些数据192包括关于其它MWID、WID、WGD、MWGD、MffID-JB集、MffGD-JB集、及/或主Mff⑶的 信息。数据192用来在逐数据包基础上动态地路由数据传输,如要求的那样。

[0120] 至少某些MffGD 70',并且具体地说,用作在FNS内的锚定数据包选择装置的任何 MffGD 50',也包括数据包选择模块193和路由模块194。由于从特定源向特定目的地起源 的同一传输数据包的多个拷贝可到达在层3内的锚定MWGD,所以数据包选择模块193 :(1) 选择在来自不同路径的接收数据包的各种拷贝中的最好数据包;和(2)依据可靠性要求, 通过有线或无线路径、或两者,将选中数据包转发到主WGD,或者转发到MC。而且,路由模块 194支持FNS的体系结构,并且支持数据包选择模块,包括支持如下路由情景的修改/扩展 的路由表(这里描述的路由表190' ): (1)将无线数据包路由到正确JB ; (2)将数据包路由 到用于特定源-目的地对的正确锚定数据包选择装置;(3)将数据包从一个FNS路由到另 一个FNS ;及(4)将表路由,以帮助无线-有线网络集成。注意,数据包择模块193和路由模 块194的功能可组合在单个模块中。

[0121] 图10是接线盒路由器(JBR) 922的方块图。JBR 922 -般包括:处理器972,如中 央处理单元;时钟985 ;接口 973 ;及支持电路982。处理器972、接口 973、时钟985及支持 电路982通常经总线984连接,该总线984也连接到存储器978上。存储器978通常可包 括易失(RAM)和非易失(ROM)存储单元两者,并且在程序存储部分中存储软件或固件程序 并在数据存储部分中存储数据。存储器978的数据存储部分包括地址表986,并且存储器 978的程序存储部分包括路由逻辑模块987和路由器管理诊断模块988。

[0122] 接口 973用作路由引擎,该路由引擎提供路由器开关的功能,接口 973包括:接口 926,用于对于一个或多个MffID-JB或MffGD-JB的有线连通性;接口 928,用于对于编组柜的 有线连通性;接口 930,用于对于(在同一 FNS或不同FNS内)其它JBR或JB的有线连通性; 及接口 932,用于对于网络的主WGD的有线连通性。

[0123] 对于无线通信量路由,在FNS内的丽ID可与其它丽ID直接相互连接。在某些优 选实施例中,丽ID通过在CCR中的最近的JB和/或JBR相互连接(例如,丽ID# 1到JB#1到 JBR到JB#2到MWID#2),由此容许在FNS内的各个MffID-JB和MffID作为单个无线路由装置 而操作,该单个无线路由装置覆盖在设施中的较大物理区域。

[0124] 另外,按照本发明,无线工厂网络与有线网络接口,有利地允许在设施中安装的现 有JB典型地具有足够的备用光纤/有线连通性,以确保无线路径和/或链路的大部分使用 有线连通性。这减少无线拥塞,并且改进无线网络的整体效率。

[0125] 这里在本发明的路线优化模块和关联系统和方法的描述中,使用如下定义和符 号:

[0126] i指示以上所描述的使用级,并且可以是0、1、2、3、4或5 ;

[0127] j指示无线装置的层,并且能是1、2或3 ;

[0128] D1指示对于级i的通信量分布,即总通信量的百分比;

[0129] Np指示在源与目的地之间的可能路径的数量;

[0130] 指示在使用级i中用于源-目的地对的最小或最佳路径数量;

[0131] X指示路径号,即x=l、2、3、…、Np;例如,x=5指N p条路径中的第5条路径;

[0132] |L(X) I指示用于第X条路径的中间链路的数量;

[0133] |ΖΤ1指示在使用级i中对用于源-目的地对的路径的中间链路的最大数量;

[0134] L(x, y)指示第X条路径的第y个链路,对于y=l、2、3、…、|L(x) I ;

[0135] Φ (L(x,y))指示用于第X条路径的第y个链路的帧误差概率,并且链路可靠分布 是包括所有[1-Φ (L(x,y))]的矩阵;

[0136] Φ (X)指示用于第X条路径的帧误差概率,例如Φ (2)是路径2的帧误差概率, Φ (2, 5)是用于组合路径2和5的有效帧误差概率;

[0137] 1_① c(i)指示对于级i的端至端可靠性要求;

[0138] φ。。)指示对于级i的端至端帧误差概率;

[0139] (!指示用于单个链路的最大允许帧误差概率;

[0140] Π (L(x,y))是用于第X条路径的第y链路的现有通过量;

[0141] η (L(x, y),max)是用于第X条路径的第y链路的最大通过量;

[0142] ψ (j,i,X)指示通过路径X的级i在层j中的计算的延迟,并且层延迟分布是对于 所有ψ a i,X)的矩阵;

[0143] Ψ (i, j, max)指示级i在层j中的最大允许延迟;

[0144] Ψ (i,X)指示级i用于特定路径X的计算的延迟;及

[0145] Ψ (i, max)指示级i的最大允许端至端延迟。

[0146] 表1表示基于每个使用级的过程控制系统要求:

[0147] 表 1

[0148]

Figure CN102859508BD00321

[0149] 如下描述和有关公式,叙述用来确定和分配用于源-目的地对的一条或多条可靠 路径的示范过程和路线优化模块。然而,本领域的技术人员将认识到,与随后的方程集的 偏差,包括顺序和术语的精确定义的变化,可导致相同或等效的确定和分配。因此,按照本 发明的实施例,关于图14A和14B、图15A和15B、图16A和16B、图17A和17B、及其变化描 述的方法步骤,在计算装置中实施成模块、或指令集,该计算装置可包括WGD或分离计算装 置。在模块由WGD执行的情况下,模块可在比如位于CCR中的主无线网关装置中执行,或者 作为替代,由在层3内的附加无线网关装置中的一个或多个执行。

[0150] 在其中一个或多个模块110、210、310、410由分离计算装置执行的实施例中,最终 结果,即在选中源-目的地对之间的一条或多条可靠路径的分配和确定,可被确认,并且上 载到无线网关装置中的一个或多个。在采用分离计算装置的某些实施例中,提供自适应系 统,借此连续地(有线或无线)维持在分离计算装置与一个或多个WGD之间的通信。在自适 应系统中,一个或多个WGD可被编程,以指望分离计算装置确定和分配在一个或多个选中 源-目的地对之间的新路径。在替代实施例中,WGD和WID可定期地与分离计算装置通信, 以接收更新。在进一步的替代实施例中,一个或多个WGD和/或WID可指令分离计算装置 执行本发明的路线优化模块,以当探测到性能降低时,例如在无线过程控制和/或自动化 网络内的一个或多个不良链路或节点的情况下,改变分配。

[0151] 计算机系统80的示范方块图示出在图11中,由该计算机系统80,可实施本发明 的路线优化模块。计算机系统80包括:处理器82,如中央处理单元;输入/输出接口 90 ; 及支持电路92。在某些实施例中,在计算机80要求直接人工接口的场合,也提供显示器96 和诸如键盘、鼠标或指针之类的输入装置98。显示器96、输入装置98、处理器82、和支持电 路92示成连接到总线94,该总线94也连接到存储器88上。存储器88包括程序存储存储 器111和数据存储存储器191。注意,尽管计算机80描绘具有直接人工接口部件显示器96 和输入装置98,但模块的编程和数据的输出可作为替代在接口 90上完成,比如,其中计算 机80连接到网络上,并且编程和显示操作发生在另一个关联计算机上,或者经可除去输入 装置发生,如相对于接口可编程逻辑控制器已知的那样。

[0152] 程序存储存储器111和数据存储存储器191每个可包括易失(RAM)和非易失 (ROM)存储器单元,且也可以包括硬盘和备用存储容量,并且程序存储存储器111和数据存 储存储器191都可在单个存储器装置中实施,或者分离在多个存储器装置中实施。程序存 储存储器111存储软件程序模块和关联数据,并且具体地说,存储路线优化模块110、端至 端延迟最小化模块210、层延迟最小化模块310、延迟最小化模块410、施加包括通过量和跳 数量中的一个或多个的约束条件的其它模块、或包括上述模块中的至少一个模块的组合。 数据存储存储器191存储由本发明的一个或多个模块产生的路由规则集120和路由表190。

[0153] 要认识到,计算机系统80可以是任何计算机,如个人计算机、小型计算机、工作 站、主机、诸如可编程逻辑控制器之类的专用控制器、或其组合。尽管计算机系统80为了说 明目的表示成单个计算机单元,但系统可以包括计算机组/场,这种计算机组/场可依据处 理负载和数据库大小定规模。另外,如以上描述的那样,计算机系统80的功能性可由一个 或多个WGD、MWGD、和/或在DCS内执行。

[0154] 计算装置80优选地支持操作系统,该操作系统例如存储在程序存储存储器111 中,并且由处理器82从易失存储器执行。根据本发明的实施例,操作系统包含用来使装置 80接口到无线过程控制和/或自动化网络上的指令,这些指令包括本发明的路线优化模 块,如这里更充分讨论的那样。

[0155] 图12表示在源与目的地之间传输的六(6)种类型的通信量。按满足使用级性能 要求的方式确定路径的分配。比如,代替具有4条路径以覆盖在源与目的地之间的所有通 信量,按使用级性能要求而分配路径。

[0156] 图13是方块图,表示按照本发明的优化架构。适当计算机(例如,在CCR中和/或 在主WGD处提供的计算机80)执行模块集1010、1020、1030及1040。模块1010确定JB、 丽ID及Mff⑶的体系结构配置。模块1020确定FNS的配置,该配置包括FNS的数量、每个 FNS的大小(即,部件的数量)、及每个FNS将包围的工厂的面积。模块1030是路径优化模块。 模块1040是数据包选择模块。模块1010、1020、1030及1040基于目标1050、输入1060、及 约束条件1070而执行,并且产生输出1080。

[0157] 目标1050包括最小化每个源-目的对每使用级的路径和传输的数据包的数量。输 入1060包括工厂布局(例如,末端装置和现有控制/自动化中间和网关装置的物理位置)、 通信量分布、接线盒的位置、网络统计数据、WID和MffID的数量、WGD和MffGD的数量、及使用 级。约束条件1070包括每链路通过量、每链路可靠性、端至端可靠性、相邻FNS的数量、最 大允许层延迟和端至端延迟、及用于在FNS中的数据包选择的MffID (例如,锚定MffID)的可 允许处理器加载。输出1080包括每个源-目的对每使用级的分配的和替代路径,比如以路 由表的形式。

[0158] 图14A是根据本发明实施例的无线过程控制和/或自动化网络路由系统100的 示意方块图。一般地,无线过程控制和/或自动化网络路由系统100包括:路线优化模块 110 ;路由规则集120,例如为路由表的形式;及硬件80,用来基于路由规则集120执行路线 优化模块110。一般地,路线优化模块110可由适当相互连接硬件80执行,如可由一个或 多个无线网关装置80a、分离计算装置80b、一个或多个无线网关装置80a和分离计算装置 80b的组合、或其它已知处理装置执行。

[0159] 路由规则集120通常为规则表的形式,尽管计算机科学领域的技术人员将认识 到,规则集可为除表格外的格式,如数据库、目录、或其它类型的文件结构。为规则表的形式 的路由规则集120包括源列122、目的地列124、使用级列126、最小可靠性要求1-Φ εα)列 128、及规定源-目的地对中每使用级的路径的最小数量JVp的列130。一般地,规则为端 至端源-目的地对而规定,尽管在某些实施例中,可能希望的是,为其它源-目的地对规定 规则。例如,目的地WGD可配备有到在本发明的路线优化模块110外的CCR的通信。路线 优化模块110在某些步骤或子模块中使用这个路由规则集120,如这里进一步描述的那样。 路由规则集120比如依据希望的系统配置,可存储在硬件80中,或者存储在分离和可访问 的计算机存储器装置中。

[0160] 仍然参照图14A、并且也参照图14B,更详细地示出路线优化模块110的实施例的 操作。路径确定子模块150在步骤152处确定在选中源-目的地对之间的可能路径。例如, 参照图3,对于无线末端装置L17和无线网关装置L35的源-目的地对,由虚线表示的无线 路径包括:

[0161] (i)L17-L293-L292-L36-L35 ;

[0162] (ii)L17-L293-L29-L36-L35 ;

[0163] (iii)L17-L293-L29-L34-L35 ;

[0164] (iv)L17-L291-L292-L36-L35 ;

[0165] (v)L17-L291-L292-L34-L35 ;

[0166] (vi)L17-L291-L28-L34-L35 ;

[0167] (vii)L17-L293-L292-L291-L28-L34-L35 ;

[0168] (viii)L17-L291-L292-L293-L29-L36-L35 ;及

[0169] (ix)L17-L291-L292-L293-L29-L34-L35。

[0170] 对于无线末端装置L13和在中央控制室处的无线网关装置L31的源-目的地对, 由虚线表示的路径包括:

[0171] (i)L13-L23-L24-L32-L31 ;

[0172] (ii)L13-L23-L32-L31 ;

[0173] (iii)L13-L24-L23-L32-L31 ;

[0174] (iv)L13-L24-L32-L31 ;

[0175] (v)L13-L24-L25-L32-L31 ;

[0176] (vi)L13-L24-L25-L26-L32-L31 ;

[0177] (vii)L13-L25-L32-L31 ;

[0178] (viii)L13-L26-L32-L31 ;

[0179] (ix)L13-L25-L24-L32-L31 ;

[0180] (x)L13-L26-L25-L32-L31 ;及。

[0181] (xi)L13-L26-L25-L24-L32-L31。

[0182] 注意,尽管路径表示数据帧一般从层I节点跳到一个或多个层2节点,并且然后跳 到一个或多个层3节点,但在某些实施例中,路径可包括从层2节点跳到层3节点、跳回层2 节点及跳回层3节点的数据帧,借此一般避免在路径内的节点的复制。然而,如这里进一步 描述的那样,具有大量跳的这样的路径或许将从本发明的优选实施例中的考虑中消除。当 然,本领域的技术人员将认识到,在图3中没有明确标记的其它路径是可能的。

[0183] 接着,可靠性计算子模块160在步骤162处计算可能路径的每一条路径的可靠性, 这从链路可靠性分布中计算。在某些替代实施例中,所有路径的列表可被预先过滤,以消除 比用于给定使用级i的最大链路数量|/r|大的那些路径。例如,如果|ifI对于所有使用 级规定为五,则可应用过多路径链路过滤子模块,以从路由表190中丢弃具有大于五个链 路的路径,即,如无线末端装置L17和无线网关装置L35的源-目的地对的路 径(vii)、(viii)及(ix)。同样,可应用过多路径链路过滤子模块,以从路由表190中丢弃 与无线末端装置L13和无线网关装置L31的源-目的地对有关的路径(vi)和(xi)。

[0184] 在另外和/或替代实施例中,如这里进一步描述的那样,链路可靠性分布数据可 从每个链路的帧误差率的经验数据得到,或者从基于硬件和网络加载的类型计算的估计导 出。比如,链路FER值的示范分布给出在下面的表2中:

[0185] 表 2

[0186]

Figure CN102859508BD00351

[0187] 路径X的可靠性1-Φ (X)按如下由在表2中的链路可靠性分布数据计算:

[0188]

Figure CN102859508BD00352

(1)〇

[0189] 对于用于每个源-目的地对的每条路径X重复按照公式(1)的计算。

[0190] 注意,在路径中具有比较低可靠性的链路将不利地影响整个路径性能,即使剩余 链路具有比较高可靠性也是如此。因此,有利的是,在路径内提供具有很小可靠性变化的链 路。在某些优选实施例中,这通过确保如下而实现:

[0191] 对于所有 y,Φ (L(x,y))彡 α ⑵。

[0192] 从考虑中消除包括不满足公式(2)的链路y的路径X。

[0193] 公知的是,在连接源和目的地的两条独立路径上帧的同时传输产生比如果帧仅 经单条路径传输高的可靠性。应用于本发明,当组合两条独立路径即^和X 2时,有效可靠 性表达为:

[0194] 1-Φ (χ1; χ2)=1-Φ (X1)*Φ (χ2) (3)。

[0195] 并且对于Np条独立路径,组合的N P条路径的有效可靠性由 指示,由下式给出:

Figure CN102859508BD00361

[0196]

Figure CN102859508BD00362

(4)〇

[0197] 在某些实施例中,除计算可能路径的每条的可靠性、或路径组的有效可靠性之外, 在步骤162处,子模块160或另一个子模块(未示出)执行可选步骤163 (由虚线示出),在该 可选步骤163中,确定或计算用于可能路径中的每一条的通过量,跳数量,延迟(层和/或端 至端),或通过量、跳数量及延迟中的一个或多个的组合。这种确定或计算可用在路径选择 中,以分配满足多个约束条件的一条或多条路径。

[0198] 在另外的实施例中,子模块160,并且具体地说步骤162和可选步骤163,考虑来自 无线过程控制和/或自动化网络的统计数据,用由虚线步骤164指示。步骤162可基于在每 个链路、节点和/或路径处确定的帧误差率统计数据,确定可能路径中的每一条的可靠性。 另外,步骤163可得到在步骤164处与确定的可靠性、计算的通过量、计算的端至端延迟及 计算的层延迟中的一个或多个有关的统计数据。

[0199] 可靠路径识别子模块170,在步骤172处从在选中的源-目的地对之间的可能 路径X中识别和选择路径,即识别和选择可靠路径1-Φ (X)、或路径集,即1-Φ (Xl,X2)或

Figure CN102859508BD00363

通过与在路由规则集120中规定的最小可靠性要求1-Φ (i)相比 较,识别选中路径或路径集。因此,将满足如下条件的路径识别为可靠的:

[0200] 对于每个使用级,1-Φ (X)彡1-Φ (i) (5),并且

[0201] I L(x) I 是最小 (6)。

[0202] 注意,在其中选择组合的独立路径的情况下,即选中路径组的情况下,用由公式 ⑶计算的1-Φ (Xl,X2)或由公式⑷计算的1-Φ{Χΐ,Χ2代替1-Φ (X)进行公式 (5)的比较。

[0203] 在某些实施例中,可基于|L(X) I满足如下约束条件的条件,选择路径和/或路径 组:

[0204]

Figure CN102859508BD00364

(:7)。

[0205] 最后,路径分配子模块180在步骤182处,基于在路由规则集120中规定的用于 源-目的地对的最小路径数量iVf,分配用于选中源-目的地对的最小数量的可靠路径。 这些路径然后可分配在路径路由表190中,其中符号"六"、"8"、"(:"及"0"指满足公式(5) 的条件并且具有最低|L( X) I的不同路径。在具有最低|L(X) I值的路径数量不满足用于 源-目的地对的最小路径数量#"的场合,分配具有次最大|l(x) I的路径,从而提供用于 源-目的地对的最小路径数量在替代例中,选中的路径满足公式(7)的条件。如这 里进一步描述的那样,在本发明的可选实施例中,在步骤182处,路径分配子模块180在将 路径分配给路径路由表190时也考虑另外的约束条件,这些另外的约束条件包括通过量, 延迟(端至端和/或层),跳数量,或通过量、跳数量及延迟中的一个或多个的组合,如由虚线 步骤183表明的那样。

[0206] 此外,在本发明的另外实施例中,路径分配步骤182是迭代的,其中,基于与计算 的可靠性、跳数量、计算的通过量、计算的端至端延迟及计算的层延迟有关的网络统计数 据,丢弃某些路径,并且用附加路径替换,以满足用于源-目的地对的最小路径数量 这个可选实施例允许系统和方法是自适应的,以连续地保持最佳网络通信量流动,并且在 图14B中包含有在步骤162和182之间的虚线连接符。

[0207] 在某些实施例中,路径或路径组的几种组合将满足公式(5)-½)的要求。在这 些情况下,路径的选择应该寻求通信量在网络上的均匀分布。本发明的方法因此分配 用于源-目的地对的最小路径数量AfS并且在某些实施例中分配附加替代路径。比 如,如在路径路由表190中表示的那样,提供多达两条的替代路径。丢弃剩余的路径集

Figure CN102859508BD00371

[0208] 对于特定源-目的地对,在正常操作状况期间,数据通信量通过分配的路径而不 是替代路径路由。然而,如果在分配的路径中在任一末端处、或在链路或节点之一处感测 到使用级性能的降低,则数据通信量通过分配的路径和替代路径两者。

[0209] 在本发明的某些替代实施例中,用于源-目的地对的最小路径数量基于使用 级可靠性要求1-Φ Ji)和网络和/或通信量负载的变化被动态地调整。满足网络可靠性 要求的最小路径数量可确定成使得:

[0210] 对于所有i

Figure CN102859508BD00372

(8>。

[0211] 在本发明的另外实施例中,在为源-目的地对分配特定路径时对最大允许延迟给 予考虑。因此,如果计算的延迟超过对于给定路径的最大允许延迟,则可添加另一条路径, 例如WED、WID及/或WGD集,以使延迟最小。作为替代、或共同地,可采用另一个射频信道 和/或跳频图案,以使对于给定路径的延迟最小。

[0212] 在其中路径分配基于使用级的某些实施例中,分配一条或多条路径X,从而满足如 下条件:

[0213] 对于所有 j、i、及 X, Ψ (j, i, X)彡 Ψ (j, i, max) (9a),和

[0214] 对于所有 i 和 x, Ψ (i, x) < Ψ (i, max) (9b)。

[0215] 不满足公式(9a)或公式(9b)的条件的路径x在这个实施例中被丢弃。

[0216] 在本发明的某些实施例中,在基于满足公式(9a)和(9b)而选择用于源-目的地 对的最小路径数量时,考虑最大允许延迟。

[0217] 在本发明的进一步实施例中,本发明的方法和系统对于在每个层j内的帧传输定 义最大允许延迟Ψ (i,j,max),作为级i的函数。对于所有j,所有值Ψ (i,j,max)之和应该 不超过最大系统延迟约束条件。因为无线过程控制和/或自动化网络对于延迟可能是敏感 的,所以将在每个层处的传输延迟保持在系统最大允许延迟内是希望的,以确保适当操作。

[0218] 图14C是流程图,表明路线优化模块110'的实施例的操作,该路线优化模块 IKV适于在包括FNS的系统中准备路由表190'。路径确定子模块150在步骤152'处确 定在选中源-目的对之间的可能路径。注意,步骤152'与路线优化模块110的步骤152相 似,具有如下另外约束条件:对于每个源-目的对的路径确定要求通过锚定数据包选择装 置,例如通过丽ID、或在某些情况下通过Mff⑶。这对于N个相邻FNS而确定,其中,N是依 据各种因素的预定值。在某些实施例中,N可选择成三(3),然而,这个值可增大。优选地它 不减小到3以下,因为在路由规则集120中用于最小路径数量的最低值一般是2,并 且希望的是,分配通过不同FNS的路径。

[0219] 另外,可选步骤163'和183'与模块110的步骤163和183相比,通过包括相邻 FNS的数量和MffID的CPU加载(对于数据包选择模块)而在模块110'中修改。

[0220] 路线优化模块IKV的执行结果是如图14D所示的路由表19(V的创建。路由表 190'与路由表190相似,其中对于每个源-目的地对包括用于分配的FNS、分配的锚定数据 包选择(PS)装置、替代FNS及替代锚定数据包选择的列。比如,如图14D所示,路径"A"包 括在FNS "I"中的分配的锚定路径选择装置"4" ;路径"B"包括在FNS "III"中的分配锚 定路径选择装置"7";路径"C "包括在FNS "V"中的分配的锚定路径选择装置"1";及路径 "D"包括在FNS "II"中的分配的锚定路径选择装置"5"。

[0221] 在本发明的某些实施例中,具有有线连通性的某些路径由路线优化模块110'选 择为对于给定使用级用于源-目的地对的分配的路径的至少其一,假定这样的路径超过完 全或基本上是无线的路径的可靠性。如果多于一条硬连线路径是可用的,则它们将都用作 分配的路径和/或替代路径。在另外实施例中,对于每个源-目的地对,在由于意外失效或 预期断开(例如,为了维修或维护),禁用到CCR的硬连线链路的情况下,至少一条无线路径 选作分配的或替代路径。此外,如果多条路径要求满足使用级要求,则在优选实施例中,对 于路由表19(V选择通过不同FNS的路径。

[0222] 图15A是根据本发明另一个实施例的无线过程控制和/或自动化网络路由系统 200的示意方块图。一般地,无线过程控制和/或自动化网络路由系统200包括:端至端延 迟最小化模块210 ;最大允许端至端延迟规则集220,例如为最大允许端至端延迟表的形 式;及硬件80,用来执行延迟最小化模块210。一般地,延迟最小化模块210可由适当相互 连接的硬件80执行,如可由一个或多个无线网关装置80a、分离计算装置80b、一个或多个 无线网关装置80a和分离计算装置80b的组合、或其它已知处理装置执行。端至端延迟最 小化模块210 -般包括路径确定子模块150、端至端延迟计算子模块260、路径识别子模块 270及路径分配子模块280。

[0223] 仍然参照图15A,并且也参照图15B,更详细地示出端至端延迟最小化模块210的 实施例的操作。路径确定子模块150在步骤152处确定在选中源-目的地对之间的可能路 径。这个步骤152和模块150比如以与以上关于图14A和14B描述的相同方式操作。

[0224] 其次,端至端延迟计算子模块260在步骤262处对于在步骤152中确定的可能路 径中的每一条路径,计算端至端延迟。这些计算可基于在步骤264处并入的网络统计数据。 t匕如,每个传输的帧包括时间戳,该时间戳具有在源处帧处理开始的时间。当帧由目的地接 收时,并入接收时间戳,并且基于在目的地的接收时间与在源处开始帧处理的时间之间的 差,可计算端至端延迟。这种计算说明在路径中在每个节点处的所有帧或数据包处理时间 和传输时间。

[0225] 在某些实施例中,除在步骤262处计算可能路径的每一条的端至端延迟之外,子 模块260或另一个子模块(未示出)执行可选步骤263 (由虚线表示),在该可选步骤263中, 确定或计算用于可能路径中的每一条路径的可靠性,通过量,跳数量,层延迟,或可靠性、通 过量、跳数量、及层延迟中的一个或多个的组合。这种确定或计算可用在路径选择中,以分 配满足多个约束条件的一条或多条路径。

[0226] 其次,在步骤272处,路径识别子模块270通过将计算的端至端延迟与在最大允许 端至端延迟规则集220中规定的最大允许端至端延迟相比较,识别可接受路径。最大允许 端至端延迟规则集220在某些实施例中包括规定的每使用级222最大允许端至端延迟224, 表示为W(i,max)。如果满足以上叙述的公式(9b),则将路径识别为可接受的。

[0227] 最后,路径分配子模块280在步骤282处将可接受路径,即满足公式(9b)的路径, 分配给路由表190。在本发明的另外实施例中,在步骤282处,路径分配子模块280在将路 径分配给路径路由表190时也考虑另外的约束条件,这些另外的约束条件包括最小可靠性 (例如,遵守关于图14A和14B描述的模块110),最大通过量,最大允许层延迟,最大跳数量, 或最小可靠性、最大通过量、最大跳数量及最小允许层延迟的组合,如由虚线步骤283指示 的那样。

[0228] 在包括本发明的系统和方法的网络传输期间,如果在目的地处以超过最大允许端 至端延迟的计算的端至端延迟接收到帧,则帧通过的路径在网络统计数据中将识别为不可 接受的,因为未能满足端至端延迟约束条件。这种信息将用来从路由表190中动态地丢弃 失效路径,并且如有必要,比如用一条或多条附加路径替换该路径,以满足任何其它规定约 束条件。

[0229] 另外,在本发明的更进一步实施例中,路径分配步骤282是迭代的,其中,基于与 计算的可靠性、计算的通过量、跳数量及计算的层延迟中的一个或多个有关的网络统计数 据,将某些路径丢弃,并且用附加路径替换。端至端延迟最小化模块210的迭代性质允许系 统和方法是自适应的,以连续地维持最佳网络通信量流动,并且在图15B中包含有在步骤 262和282之间的虚线连接符。

[0230] 图15C是流程图,表明端至端延迟最小化模块210'的实施例的操作,该端至端延 迟最小化模块210'适于准备在包括FNS的系统中的路由表190'。路径确定子模块150 在步骤152'处确定在选中源-目的对之间的可能路径。步骤152'包括关于路线优化模 块IKV描述的另外约束条件(与端至端延迟最小化模块210的步骤152相比),即对于N个 相邻FNS,对于每个源-目的对的路径确定要求通过锚定数据包选择装置。

[0231] 另外,可选步骤263'和283'与模块210的步骤263和283相比,以关于在路线优 化模块IKV中的步骤163'和183'描述的相似方式,即通包括过相邻FNS的数量和丽ID 的CPU加载(对于数据包选择模块)而在模块210'中修改。

[0232] 端至端延迟最小化模块210'的执行结果是如图lf5D所示的路由表190'的创建。 注意,这个路由表与关于图14D表示的路由表相似,其中消除了替代路径,但替代路径也可 提供在使用端至端延迟最小化丰旲块21CT创建的路由表19CT中。如图lf5D所不的路由表 190'与如图15B所示的路由表190相似,其中包括用于分配的FNS和分配的锚定数据包选 择(PS)装置的列。

[0233] 在本发明的某些实施例中,具有有线连通性的某些路径由端至端延迟最小化模块 210'选择为对于给定使用级用于源-目的地对的分配的路径的至少其一,假定这样的路 径的端至端延迟小于完全或基本上是无线的路径的端至端延迟。如果多于一条硬连线路径 是可用的,则它们将都用作分配的路径和/或替代路径。在另外实施例中,对于每个源-目 的地对,在由于意外失效或预期断开(例如,为了维修或维护),禁用到CCR的硬连线链路的 情况下,至少一条无线路径选作分配的或替代路径。此外,如果多条路径要求满足使用级要 求,则在优选实施例中,对于路由表190'选择通过不同FNS的路径。

[0234] 图16A是根据本发明又一个实施例的无线过程控制和/或自动化网络路由系统 300的示意方块图。一般地,无线过程控制和/或自动化网络路由系统300包括:层延迟最 小化模块310 ;最大允许层延迟规则集320,例如为最大允许层延迟表的形式;及硬件80,用 来执行延迟最小化模块310。一般地,延迟最小化模块310可由适当相互连接的硬件80执 行,如可由一个或多个无线网关装置80a、分离计算装置80b、一个或多个无线网关装置80a 和分离计算装置80b的组合、或其它已知处理装置执行。层延迟最小化模块310 -般包括 路径确定子模块150、层延迟计算子模块360、链路识别子模块370及路径分配子模块380。

[0235] 仍然参照图16A,并且也参照图16B,更详细地示出层延迟最小化模块310的实施 例的操作。路径确定子模块150在步骤152处确定在选中源-目的地对之间的可能路径。 这个步骤152和模块150比如以与以上关于图14A和14B描述的相同方式操作。

[0236] 接着,层延迟计算子模块360在步骤362处对于在步骤152中确定的可能路径,计 算用于在层j中的链路或链路集中的每一个的层延迟。这些计算可基于在步骤364处并入 的网络统计数据。比如,每个传输的帧包括时间戳,该时间戳具有在源处帧处理开始的时 间。当帧从在给定层中的最后节点传输时,并入传输时间戳,并且可基于在层j中的最后节 点处的传输时间与帧处理在层j中的第一节点处开始的时间之间的差,计算层延迟。这种 计算说明在层j中的路径中在每个节点处的所有帧或数据包处理时间和传输时间。

[0237] 在某些实施例中,除在步骤362处计算可能路径中的每一条路径的层延迟之外, 子模块360或另一个子模块(未示出)执行可选步骤363 (由虚线表示),在该可选步骤363 中,确定或计算用于可能路径中的每一条路径的可靠性,通过量,跳数量,端至端延迟,或可 靠性、通过量、跳数量、及端至端延迟中的一个或多个的组合。这种确定或计算可用在路径 选择中,以分配满足多个约束条件的一条或多条路径。

[0238] 接着,在步骤372处,链路识别子模块370通过将计算的层延迟与在最大允许层延 迟规则集320中规定的最大允许层延迟相比较,识别可接受链路或链路集。最大允许层延 迟规则集320在某些实施例中包括规定的每层j 328每使用级i 322最大允许层延迟326, 表示为Ψ (j,i,max)。如果满足以上叙述的公式(9a),则将链路或链路集识别为可接受的。 对于在路径内的每个层j重复步骤362和372,或者除非计算的层延迟超过最大允许层延 迟,在这时路径被丢弃。

[0239] 最后,在对于在给定路径内的所有层都满足公式(9a)之后,路径分配子模块380 在步骤382处将可接受路径分配给路由表190。在本发明的另外实施例中,在步骤382处, 路径分配子模块380在将路径分配给路径路由表190时也考虑另外的约束条件,这些另外 的约束条件包括可靠性(例如,遵守关于图14A和14B描述的模块110),通过量,最大允许端 至端延迟,跳数量,或通过量、跳数量及层延迟的组合,如由虚线步骤383表明的那样。

[0240] 在包括本发明的系统和方法的网络传输期间,如果在层的结束处以超过最大允许 层延迟的计算的层延迟接收到帧,则该帧将被丢掉,并且在层内的链路或链路集在网络统 计数据中将被识别为不可接受的,因为未能满足端至端延迟约束条件。这种信息将用来从 路由表190中动态地丢弃包括该链路或链路集的一条或多条路径,并且如有必要,比如用 一条或多条附加路径替换一条或多条丢弃路径,以满足任何其它规定约束条件。

[0241] 另外,在本发明的更进一步实施例中,路径分配步骤382是迭代的,其中,基于与 计算的可靠性、计算的通过量、跳数量及计算的层延迟中的一个或多个有关的网络统计数 据,将一定路径丢弃,并且用附加路径替换。层延迟模块310的迭代性质允许系统和方法是 自适应的,以连续地保持最佳网络通信量流动,并且在图16B中包含有在步骤362和382之 间的虚线连接符。

[0242] 图16C是流程图,表明层延迟最小化模块310'的实施例的操作,该层延迟最小 化模块310'适于准备在包括FNS的系统中的路由表190'。路径确定子模块150在步骤 152'处确定在选中源-目的对之间的可能路径。步骤152'包括关于路线优化模块110' 描述的另外约束条件(与层延迟最小化模块310的步骤152相比),即对于N个相邻FNSji 于每个源-目的对的路径确定要求通过锚定数据包选择装置。

[0243] 另外,可选步骤363'和383'与模块310的步骤363和383相比,以关于在路线优 化模块IKV中的步骤163'和183'描述的相似方式,即通过包括相邻FNS的数量和丽ID 的CPU加载(对于数据包选择模块)而在模块310'中修改。

[0244] 层延迟最小化模块310'的执行结果是如图14D或I®所示的路由表190'的创 建。

[0245] 在本发明的某些实施例中,具有有线连通性的某些路径由层延迟最小化模块 310'选择为对于给定使用级用于源-目的地对的分配的路径的至少其一,假定这样的路 径的层延迟小于完全或基本上是无线的路径的层延迟。如果多于一条硬连线路径是可用 的,则它们将都用作分配的路径和/或替代路径。在进一步实施例中,对于每个源-目的地 对,在由于意外失效或预期断开(例如,为了维修或维护),禁用到CCR的硬连线链路的情况 下,至少一条无线路径选作分配的或替代路径。此外,如果要求多条路径满足使用级要求, 则在优选实施例中,对于路由表190'选择通过不同FNS的路径。

[0246] 图17A是根据本发明又一个实施例的无线过程控制和/或自动化网络路由系统 400的示意方块图。一般地,无线过程控制和/或自动化网络路由系统400包括:延迟最小 化模块410 ;最大允许延迟规则集420,例如处于最大允许延迟表的形式,该最大允许延迟 表并入用于在给定使用级i 422中的层j 428的最大允许层延迟值426、和用于给定使用级 i 422的最大允许端至端延迟值424;及硬件80,用来执行延迟最小化模块410。一般地,延 迟最小化模块410可由适当相互连接的硬件80执行,如可由一个或多个无线网关装置80a、 分离计算装置80b、一个或多个无线网关装置80a和分离计算装置80b的组合、或其它已知 处理装置执行。层延迟最小化模块410 -般包括路径确定子模块150、端至端延迟计算子模 块460、潜在可接受路径识别子模块465、层延迟计算子模块470、链路识别子模块475及路 径分配子模块480。

[0247] 仍然参照图17A、并且也参照图17B,更详细地表示延迟最小化模块410的实施例 的操作。尽管为了清楚起见,关于图17B没有具体地示出为了路径的分配而并入网络统计 数据、和确定并采用另外因素的步骤-这些另外因素包括可靠性、通过量及总跳数量,但本 领域的技术人员基于这里描述的以前实施例将认识到,这些附加步骤也可并入在模块410 中。

[0248] 如图17B所示,路径确定子模块150在步骤152处确定在选中源-目的地对之间 的可能路径。这个步骤152和模块150比如以与以上关于图14A和14B描述的相同方式操 作。

[0249] 接着,端至端延迟计算子模块460在步骤462处对于在步骤152中确定的可能路 径中的每一条路径,计算端至端延迟。这些计算可基于网络统计数据(未在图17B中示出), t匕如,如关于图15A讨论的那样(附图标记264)。比如,每个传输的帧包括时间戳,该时间 戳具有在源处帧处理开始的时间。当帧由目的地接收时,并入接收时间戳,并且可计算端至 端延迟。这种计算说明在路径中在每个节点处的所有帧或数据包处理时间和传输时间。

[0250] 在某些实施例中,比如,如在图15A中描绘的那样(附图标记263),除在步骤462处 计算可能路径中的每一条路径的端至端延迟之外,子模块460或另一个子模块执行可选步 骤,在该可选步骤中,确定或计算用于可能路径中的每一条路径的可靠性,通过量,跳数量, 或可靠性、通过量及跳数量中的一个或多个的组合。这种确定或计算可用在下面关于子模 块465和步骤467所描述的潜在可接受路径的识别中,以指定满足多个约束条件的一条或 多条路径。

[0251] 接着,在步骤467处,潜在可接受路径识别子模块465通过将在步骤462处确定的 计算的端至端延迟与在延迟规则集420中规定的最大允许端至端延迟(列424)相比较,识 别潜在可接受路径。延迟规则集420在某些实施例中包括规定的每使用级422最大允许端 至端延迟424,表示为Ψ(ί,max)。如果满足以上叙述的公式(9b),则将路径识别为潜在可 接受的。

[0252] 在模块410的方法中,即使某些路径在步骤467处可识别为潜在可接受的,如果层 延迟的任何一个超过最大允许层延迟Ψ (j,i,max),则这些潜在可接受路径也将不分配给 路由表190。因此,层延迟计算子模块470和链路识别子模块475被并入,以确保在每个层 处的延迟满足约束条件。特别地,层延迟计算子模块470在步骤472处对于在步骤152中 确定的可能路径,计算用于在层j中的链路或链路集的每一个的层延迟。这些计算可基于 网络统计数据,比如,如关于图10描述的那样(附图标记364)。例如,每个传输的帧包括时 间戳,该时间戳具有在源处帧处理开始的时间;当帧从在给定层中的最后节点传输时,并入 传输时间戳,并且基于在路径中的层j中在每个节点处的所有帧或数据包处理时间和传输 时间,可计算层延迟。

[0253] 在某些实施例中,除在步骤472处计算可能路径中的每一条的层延迟之外,子模 块470或另一个子模块执行可选步骤,在该可选步骤中,确定或计算用于可能路径中的每 一条路径的可靠性,通过量,跳数量,或可靠性、通过量及跳数量中的一个或多个的组合,如 关于图16B描述的那样(附图标记363)。

[0254] 接着,在步骤477处,链路识别子模块475通过将计算的层延迟与在最大允许层延 迟规则集420中规定的最大允许层延迟相比较,识别可接受链路或链路集。如果满足以上 叙述的公式(9a),则将链路或链路集识别为可接受的。步骤472和477对于在路径内的每 个层j被重复,或者除非计算的层延迟超过最大允许层延迟,在这时路径被丢弃。

[0255] 最后,在给定路径内的所有层都满足公式(9a)之后,路径分配子模块480在步骤 482处将可接受路径分配给路由表190。在本发明的另外实施例中,在步骤482处,路径分 配子模块480在将路径分配给路径路由表190时也考虑另外的约束条件,这些另外的约束 条件包括可靠性(例如,遵守关于图14A和14B描述的模块110),通过量,跳数量,或可靠性、 通过量及跳数量中的一个或多个的组合,如在图16B中由步骤383指示的那样。

[0256] 另外,在本发明的更进一步实施例中,路径分配步骤482是迭代的,其中,基于与 确定的可靠性、计算的通过量、跳数量及计算的层延迟中的一个或多个有关的网络统计数 据,将一定路径丢弃,并且用附加路径替换。延迟模块410的迭代性质允许系统和方法是自 适应的,以连续地保持最佳网络通信量流动,并且在图17B中包含有在步骤462和482之间 的虚线连接符。

[0257] 图17C是流程图,表明延迟最小化模块410'的实施例的操作,该延迟最小化模块 410'适于准备在包括FNS的系统中的路由表190'。路径确定子模块150在步骤152'处 确定在选中源-目的对之间的可能路径。步骤152'包括关于路线优化模块110'描述的 另外约束条件(与层延迟最小化模块410的步骤152相比),即对于N个相邻FNS,对于每个 源-目的对的路径确定要求通过锚定数据包选择装置。

[0258] 层延迟最小化模块310'的执行结果是如图14D或I®所示的路由表190'的创 建。

[0259] 在本发明的某些实施例中,具有有线连通性的某些路径由延迟最小化模块410' 选择为对于给定使用级用于源-目的地对的分配的路径的至少其一,假定这样的路径的延 迟小于完全或基本上是无线的路径的延迟。如果多于一条硬连线路径是可用的,则它们将 都用作分配路径和/或替代路径。在进一步实施例中,对于每个源-目的地对,在由于意外 失效或预期断开(例如,为了维修或维护),禁用到CCR的硬连线链路的情况下,至少一条无 线路径选作分配的或替代路径。此外,如果要求多条路径满足使用级要求,则在优选实施例 中,对于路由表19(V选择通过不同FNS的路径。

[0260] 在以上所讨论的另外实施例中,在选择独立路径的最小数量Afi和/或分配用 于源-目的地对的具体路径时,考虑用于给定链路的最大允许通过量Π (L(x,y),max),从 而满足如下条件:

[0261] 对于所有 y, Π (L(x, y))彡 η (L(x, y),max) (10)。

[0262] 在不能分配独立路径的最小数量或独立路径的最小数量f和替代路径 的允许数量的组合的情况下,可实施如下的一个或多个,直到满足约束条件:(1)添加另一 条路径,例如,WED、WID、MWID、MWID-JB、WGD、Mff⑶和/或MffGD-JB集,以提高可靠性、通过 量或使延迟最小化;(2)通过冗余性改进最弱链路的可靠性;和/或(3)使用其它RF信道 和/或跳图案。

[0263] 在本发明的更进一步实施例中,基于通信量分布和通过量,确定每选中路径信道 数量,以确保都满足最大允许层延迟Ψ (i,j,max)和η (L(x,y),max)。具有超过最大允许 层延迟Ψ(ί,j,max)或端至端W(i,max)的Ψ(ί,j,x)的路径将或者(1)用其它路径替换, 或者(2)用每路径多信道改善,以便满足过程控制系统使用级要求。

[0264] 按照对于本领域的技术人员熟知的常规数据帧体系结构,每个帧被供给有指示它 是原始传输还是重新传输的帧的数位。按照本发明的某些实施例,修改常规数据帧体系结 构,以反映其使用级水平。使用级数位(UCD)对于每个源-目的地对被添加在路由表中, 以在帧的路由期间被利用。这个UCD被用在数据帧传输中,使得如果帧使用级大于UCD,则 帧被丢掉。就是说,仅当帧使用级小于或等于UCD时,系统才将路由帧。在某些实施例中, 对于重新传输的帧,过程将允许重试的帧通过分配的和替代路径,而与UCD无关。

[0265] 下面的表3是在WID与WGD、MffID与MffGD、WID与MffGD、或MffID与WGD的某些对 之间的路由表的部分表示,该路由表包括用于描绘的对的UCD的指示。注意,对可以是直接 链路或具有中间跳的链路。例如,路径1是在源地址4E22与目的地地址22A4之间的路径, 并且是用于具有3的UCD的帧的分配的路径,借此将传递具有使用级0、1、2或3的初始传 输的帧,但将不传递具有4或5的使用级的初始传输的帧。路径2是在同一源-目的地对 之间的替代路径,具有5或更低的UCD,借此所有级的重新传输的帧将通过该路径。路径3 是用于所有使用级的在4B78和22A4源-目的地地址对之间的替代路径,即所有重新传输 的帧将通过。路径4是用于所有使用级的在4E22与22D9之间的分配的路径。路径5是仅 用于级〇、1及2的在4EAA与22D9之间的替代路径。

[0266] 表 3

[0267]

Figure CN102859508BD00441

[0268] 本发明的方法和系统包括路由的动态调整,以当如下事件的任一个发生时允许分 配的和替代路径传递通信量而与使用级无关:(a)当超时发生时,或者由于最大允许延迟 (层和/或端至端)的违反,或者因为确认消息没有接收到,用于源-目的地对的分配的和替 代路径(在超时发生的场合)将允许所有帧通过,而与使用级无关;(b)当用于在分配的路径 内的链路的帧误差概率超过规定阈值时,具有通过这个链路的分配的路径的所有源-目的 地对允许分配的和替代路径传递所有通信量。用于对路由表190或190'进行调整的消息 可由主WGD和/或执行路线优化模块110的装置发起。路由表的调整对于预置时间持续可 以是有效的,或者直到接收到请求恢复到正常路由设置的第二消息。

[0269] 在本发明的另外实施例中,实施上述约束条件的组合,以优化和选择用于无线过 程控制和/或自动化网络的路线。对于源和目的地中的每个特定对,N p被最小化,从而对 于所有i满足公式(8),具有满足公式(2)、(6)、(9a)及(10)的附加条件。如果不满足公式 (8)、(2)、(6)、(9a)及(10)中的任一个,那么:

[0270] a.可添加另一条路径,即 WED、WID、MffID、MffID-JB、WGD、MffGD 及 / 或 MffGD-JB 集, 以提高可靠性、通过量,或使延迟最小化;

[0271] b.最弱链路的可靠性可通过冗余性被改进;

[0272] c.可使用其它射频信道和/或跳频图案;或

[0273] d.可实施(a)、(b)及(C)的任何组合。

[0274] 对于在无线过程控制和/或自动化网络中的每个源-目的地对、或在无线过程控 制和/或自动化网络中的对其希望根据本发明优化的每个源-目的地对,过程被重复。

[0275] 关于图14A-14C描述的以上路线优化模块可选地包括附加步骤或子模块,可关于 整个网络或某些源-目的地对实施。在其中对于整个网络实施路径优化过程的实施例中, 可选地包括附加步骤或实施例的以上过程对于在系统中的每个源-目的地对被重复。在其 中对于某些选中源-目的地对实施路径优化过程的实施例中,可选地包括附加步骤或实 施例的以上过程对于要被优化的源-目的地对被重复。为了防止关于未被优化的对的信道 拥塞,可实施路由规则,这些路由规则对通过分配的路径、或在提供替代路径的实施例中通 过分配的路径和替代路径的选中源-目的地对区分优先级。在另外的实施例中,分配的路 径、或在提供替代路径的实施例中的分配的路径和替代路径,可专为根据本发明方法和系 统的优化而选中的源-目的地对保留。

[0276] 按照本发明,一旦建立路由表,就基于路由表,选择用于重新传输的帧,该路由表 对于给定使用级在源-目的地对之间,分配最小数量的可靠路径,并且在一定实施例中分 配替代路径。当在给定使用级内从特定源传输数据包时,当这个数据包到达任何装置,例如 在网络中的WID、WGD、丽ID或Mff⑶时,为了适当重新传输将进行如下决定:

[0277] •如果装置在用于特定源和目的地对使用级的分配路径内,则这个数据包将传输 到在路径(一条或多条)中的下个装置(一个或多个);

[0278] •如果这个装置在用于特定源和目的地对使用级的替代路径内,并且没有异常,则 这个数据包将被丢掉(即将不传输到在路径(一条或多条)中的下个装置(一个或多个));

[0279] •如果这个装置不在用于特定源和目的地对使用级的分配/替代路径内,则这个 数据包将被丢掉(即将不传输到在路径(一条或多条)中的下个装置(一个或多个))。

[0280] 参照图18,示出在执行混合系统时涉及的步骤的概观1100,这些步骤包括集成现 有JB、并入新MffID (-个或多个)和Mff⑶(一个或多个)、定义FNS (-个或多个)、及对于每 个FNS设置锚定数据包选择装置。步骤一般按照这里描述的特定模块而执行。

[0281] 在步骤1101处确定用于有线/无线集成的适当JB。在步骤1102处确定新丽ID (一个或多个)和MffGD (-个或多个)的位置。在步骤1103处确定用于有线/无线集成的要 求的相互连通性变化。在步骤1104处确定FNS (-个或多个)的数量和大小。在步骤1105 处确定用于每个源-目的地对的初始锚定MffID (-个或多个)或MffGD (-个或多个)。在 步骤1106处确定用于源-目的地对的每使用级路径的总数g。在步骤1107处设置计数器 h。在步骤1108a处,在步骤1108b处输入的耦接约束条件下,确定用于第h个源-目的地 对的每使用级路径集,这些耦接约束条件包括最大层延迟、最大端至端延伸、最大通过量、 最小链路可靠性水平、每使用级的要求的最小可靠性、MffID CPU最大使用水平、及每路径最 大链路数量。在询问步骤1009处,确定路径集是否满足所有约束条件。如果不满足,则在 步骤1110处标识改进,这些改进包括添加附加丽ID (-个或多个)和/或Mff⑶(一个或 多个)、RF工程、添加附加 FNS (-个或多个)、或更新设备。如果在询问步骤1009处满足约 束条件,则h递增1。在询问步骤1112处,确定是否h=g。如果不等于,则过程返回到步骤 1108a。如果询问步骤1112确定h=g,则在步骤1113处,分配用于源-目的地对的每使用级 路径集,并且填充路由表。过程对于每个源-目的地对每使用级而重复。在询问步骤1114 处-该询问步骤1114能是连续的或间断的,确定是否有通信量加载、通信量分布、或性能水 平的任何变化,是否有外部干扰,或是否有硬件添加。如果是,则过程返回到步骤1106。

[0282] 为了表明使用本发明的优化过程和系统的无线过程控制系统的目的,参考在图19 中示出的ISA-SP100网络的一部分。描绘的该部分包括具有多条路径的单个源-目的地对。 每个无线链路具有250kbps的最大容量、和IOOkbps的有效可实现通过量,因为最大可实现 通过量对于CSM-CA协议等典型地在链路容量的40%的范围内。链路的帧误差率分布在表 4中给出,表4也提供现有每链路通过量水平。在WID L13处的过程控制设备假定当交付给 网络使用时产生60kbps,其中,40kbps是传递到CCR (上行链路)的通信量,而20kbps是从 CCR来到L13 (下行链路)的通信量。

[0283] 帧重新传输率假定对于所有服务级在1%以下。应该注意,这些FER值将取决于基 础物理层的特性,例如取决于数字调制和误差控制编码的类型、无线电信道路径损失和衰 减、共信道干扰等等。为了说明,呈现典型的FER值。

[0284] 在表5中,列出每级要求的FER,并且跨不同服务级的典型通信量混合由属于级0、 1、2、3、4及5的帧的百分比代表。另外,规定对于总端至端延迟和每层延迟的假定极限。一 般地,延迟值将与通信量加载和排队/优先权机理有关。实际每链路延迟值可经验地从消 息时间戳得到。依据给定帧必须进行的跳数量,可计算准确延迟,该准确延迟在本发明的优 化系统和方法中计入,以提供一定端至端延迟。

[0285] 表 4

[0286]

Figure CN102859508BD00461

[0287] 表 5

[0288]

Figure CN102859508BD00471

[0289] 将给定数据应用到过程模拟模型中,如表6所示,计算路径的帧误差概率。然后如 在表7中那样,计算当在多条独立路径上传输帧时的帧误差概率。基于本发明的优化路由 方法和系统,分配的和替代路径在表8中给出。为了本例子的目的,不分配多于2条的路径。

[0290] 表9提供遵守表8的路径分配的生成链路的通过量。由于L26-L32的通过量超过 100kbps,所以提供第二RF信道,以支持这种通信量。

[0291] 表 6

[0292]

Figure CN102859508BD00472

[0295] 表 8

[0296]

[0297]

Figure CN102859508BD00481

[0298]

[0299] "归一化"频谱使用量(按RF信道使用计数)可通过考虑用于端至端连接的RF信 道占用的总数量而估计。这可按如下计算:

[0300]

Figure CN102859508BD00482

(11)

[0301] 其中,D1代表用于级i的通信量分布,并且N1是每级占用的RF信道数量。这个表 达式应用于标准(即,非优化)操作过程。然而,利用本发明的优化算法,归一化频谱使用量 成为:

[0302]

Figure CN102859508BD00483

(^)

[0303] 其中,Prat是在系统中的平均重新传输的概率。通过对于在这个例子中使用的特 定参数应用这些公式,在标准非优化操作中,获得用于频谱利用的如下结果:

[0304] U=l+4*(0%+8%+10%+12%+35%+35%)=5,

[0305] 因为有从L13至WID的一个RF传输、和从WID至W⑶的四个分离RF传输。另一 方面,对于本发明的过程优化的情形,按如下得到归一化频谱使用量:

[0306] U= [1+2* (8%+10%+12%) +1* (35%+35%) ] +0· 01*4 [ (8%+10%+12%) +3* (35%+35%) ] =2. 4,其中假定1%的重新传输概率。

[0307] 5/2.4S2的比值表明,如果不遵守本发明的过程优化,将需要加倍的频谱。值得 注意地,频谱消耗的这些节省不排除满足最小使用级要求。

[0308] 这种优化过程也可显著地降低用于节点的功率消耗。电池功率使用量与传输的和 接收的帧的数量成正比,并且不受诸如加密、验证、脉动(heartbeat)信号等之类的其它处 理活动的显著影响。图20A和20B表示具有和没有优化方案的、从L13至L32的归一化功 率使用量(它与传输的和接收的帧数量成比例)。注意,为了图20A和20B的目的,单次传输 包括从L13发送到L32的帧和从L32发送到L13的确认帧。

[0309] 图20A指示,用于四个WID的接收的帧的数量在有和没有优化方案的情况下保持 相同,而当实施优化方案时,传输的帧的数量从8降到2. 3帧。图20B揭示,由WED和WGD 接收的帧的数量对于单一传输从8降到2. 6,而传输的帧的数量保持不变。因而,优化方案 的实施对于WID将电池寿命周期延长55% (16/10. 3),并且对于WED延长117% (10/4. 6)。

[0310] 图21A和21B是FNS 820的两种可能配置的示意解释图。将无线网络分段成过多 FNS将不产生高性能增益,而将工厂无线网络分段成太少FNS将导致路径冗余性的减小,因 而在失效点的情况下,数据包可靠性/或可用性的降低可能发生。

[0311] FNS成员和大小的选择是动态的。当添加一个或多个新装置(例如,具有有线或无 线连通性的现场末端装置、WID、MffID、WGD和/或MffGD ),重新布置装置,或者除去装置时, 如有必要则动态地改变FNS大小和/或数量,以实现必要数据包路由和/或路径要求约束 条件。FNS体系结构模块被执行或重新执行,以计及除去、添加或重新布置的装置。比如,包 围和定界添加或重新布置的装置的FNS影响FNS的大小,例如,FNS变得较大,或者要求将 FNS划分成多个FNS。相应地,FNS成员和大小的选择包括(但不必限于)如下考虑:

[0312] 地理区域/工厂环境;

[0313] 最大允许延迟;

[0314] 是否添加、减少或重新布置一个或多个装置,这些装置包括具有有线或无线连通 性的现场末端装置、WID、MffID、WGD和/或MffGD ;

[0315] 网络加载(例如,源-目的地对的数量);

[0316] 分散性要求(多条路径的支持),以满足可靠性要求;及

[0317] 到CCR的冗余链路的可用性。

[0318] 给定以上因素,实际FNS大小极限可按如下提供:

[0319] 在到MffGD-JB有1个丽ID-JB连接的情况下,在FNS内的丽ID的数量可在1至5 之间;

[0320] 在到MffGD-JB有2个丽ID-JB连接的情况下,在FNS内的丽ID的数量可在1至10 之间;

[0321] 在到主WGD或直接到CCR有1个丽ID-JB连接的情况下,在FNS内的丽ID的数量 可在1至5之间;及

[0322] 在到主WGD或直接到CCR有2个丽ID-JB连接的情况下,在FNS内的丽ID的数量 可在1至10之间。

[0323] 另外,在FNS内,丽ID优选地选择成是用于到CCR的有线连通性的接口,例如选作 丽ID-JB集的成员。考虑事项包括对于CCR的实际接近、实现使在FNS内的传输数量最小 化、及在工厂中是否存在接近该特定丽ID候选对象的JB。在WGD层中选择用于FNS的接口 时使用类似考虑事项。

[0324] 对于特定源-目的地对,在FNS内的一个特定MffID标记为用于来自特定源的所有 传输的数据包的锚定数据包选择装置。具有最高质量指标的一个数据包由锚选择,潜在地 在多个链路或路径上、通过MffID-JB及然后通过MWGD,转发到主网关,然后转发到CCR。

[0325] 选择锚定丽ID以完成对于特定源-目的地对的选择功能的方法包括:A)选择离源 最近的FNS (最靠近在FNS中的WID或丽ID);B)将丽ID-JB选作锚定数据包选择丽ID,并 且如果丽ID-JB的CPU被完全加载,那么选择在FNS的中心内的丽ID ;C)如果在FNS的中 心内的选中MWID,就路径通过量或数据包选择功能而论被完全加载,那么选择离中心MffID 最近的,并且以此类推;D)如果在FNS内的所有丽ID都被完全加载,那么选择不同的FNS ; E)对于该特定源-目的地对,如果需要第二路径,或者如果要求第二FNS,那么为了选择用 于第二FNS的锚定MWID,重复步骤A-D。当我们具有对于特定源-目的地对要求的两个FNS 时,在每个FNS中需要锚定丽ID。

[0326] 在转发方向上,对于特定源-目的地对,将在FNS内的一个特定丽ID标记为用于 来自特定源的所有传输的数据包的锚定数据包选择装置,并且具有最高质量指标的一个数 据包被选择,且(潜在地在多个链路或路径上)通过MWID-JB、通过MffGD转发到主网关,及最 终转发到CCR。选中数据包将被转发,并且错误数据包将在早期阶段丢弃。这与现有技术相 反,在现有技术中,错误数据包(一个或多个)继续传播到网络中(低效地利用网络资源,如 能量、频谱、CPU功率等),并且在主W⑶处丢掉,或者数据包的多个拷贝没有必要地通过网 络传播到达目的地(借此,目的地必须确定使用哪个数据包)。

[0327] 在相反方向上,在FNS源-目的地对内的锚定丽ID从CCR接收数据包。从CCR到 WED的可能数据包传输顺序包括(但不限于):

[0328] CCR到主W⑶到Mff⑶-JB到Mff⑶到MffID到MffID到现场装置(WED);

[0329] CCR到主W⑶到Mff⑶到MffID-JB到MffID到现场装置(WED);

[0330] CCR 到主 WGD 到 MffGD-JB 到 MffGD 到 MffID-JB 到 MffID 到 WID 到现场装置(WED);或

[0331] CCR到主W⑶到Mff⑶-JB到MffID到现场装置(WED)。

[0332] 可将以上顺序颠倒,以得到从WED到CCR的传输顺序。

[0333] 如果数据包属于特定源-目的地对,并且通过两个不同FNS前进,则每个集将具有 用于该对源和目的地的锚定数据包选择MWID。另外,锚定MffGD或MffGD-JB用来提供在来自 MffID集的两个接收数据包之间的选择。

[0334] 两个共行方案可用来选择具有最高质量的数据包。可实施低密度奇偶校 验(LDPC),以检验每个数据包的质量,并且也可使用多数逻辑组合(majority logic combining)。作为数据包选择的例子,如果两个数据包从具有不同质量校验的不同路径接 收到,则选择具有最高质量校验的一个数据包。如果三个数据包从不同路径接收到,但两个 就信息位和/或奇偶校验是准确的,则将选择这两个数据包中的一个。

[0335] 用于FNS的数据包选择功能将分布(负载平衡的)在给定FNS内的各个丽ID之中, 以处置所有的源-目的地路径对。这可自动地通过主WGD实施(例如,使用与路径选择子模 块150相似的操作),或者由工厂操作人员人工地确定。

[0336] 以上和在附图中已经描述了本发明的系统和方法;然而,修改对于本领域的技 术人员将是显然的,并且本发明的保护范围要由随后的权利要求书限定。另外,尽管关于 ISA-SP100协议已经描述了本发明的某些实施,但本发明也可在其它无线过程控制和/或 自动化协议内实施,这些其它无线过程控制和/或自动化协议包括但不限于H A RT®·协 议。

Claims (64)

1. 一种用于商业或工业处理设施的携带源-目的地通信量的过程控制和/或自动化网 络,所述网络包括: 分布式控制系统,在设施内的中央控制室中; 第一层,包括多个无线末端装置,所述多个无线末端装置从分布式控制系统接收指令, 和/或将数据提供给分布式控制系统,指令和/或数据为数据包的形式,每一个无线末端装 置与一个或多个仪表、远程终端单元、诊断装置、泵、阀、传感器、或储箱液位测量装置相关 联; 第二层,包括多个无线路由器,每一个无线路由器包括存储器和处理器,所述存储器存 储路由表,所述处理器路由数据包; 第三层,包括主无线网关装置,所述主无线网关装置可操作地连接成从分布式控制系 统接收数据包并将数据包传输到分布式控制系统;以及 多个现场网络集,每个现场网络集包含所述多个无线路由器以及一个或多个无线网关 装置中的一个或多个,其中,每个现场网络集中的无线路由器或无线网关装置中的至少一 个用作锚定数据包选择装置,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包 选择装置,则该源-目的地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直 至操作人员动作或预定状况导致用于该特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同 的锚定数据包选择装置为止, 其中,所述多个无线路由器中的每一个无线路由器的处理器基于存储的路由表,在多 个末端装置与无线网关装置之间跨三个层路由数据包。
2. 根据权利要求1所述的过程控制和/或自动化网络,还包括至少一个编组柜和至少 一个接线盒,所述至少一个接线盒在现场网络集之一内,并且为了通信连线到编组柜。
3. 根据权利要求2所述的过程控制和/或自动化网络,还包括在接线盒与编组柜之间 进行有线通信并与主网关装置进行有线通信的接线盒路由器。
4. 根据权利要求3所述的过程控制和/或自动化网络,其中,在包含接线盒的现场网络 集中的无线路由器配置成用于有线通信,并且连线到接线盒。
5. 根据权利要求4所述的过程控制和/或自动化网络,其中,连线到接线盒的无线路由 器是无线中间装置。
6. 根据权利要求4所述的过程控制和/或自动化网络,其中,连线到接线盒的无线路由 器是无线网关装置。
7. 根据权利要求1所述的过程控制和/或自动化网络,其中,在无线路由器的存储器中 存储的路由表对于每个无线末端装置规定每使用级从无线末端装置到主网关装置的预定 数量的分配的路径,无线路由器还存储可由无线路由器的处理器执行的帧选择模块,所述 帧选择模块在接收到往返无线末端装置的数据包时,如果路由器在该特定分配的路径内, 则允许数据包沿分配的路径传输,或者如果无线路由器不在分配的路径中,则丢掉数据包。
8. 根据权利要求1所述的过程控制和/或自动化网络,其中,在无线路由器的存储器中 存储的路由表对于每个无线末端装置规定每使用级从无线末端装置到主网关装置的预定 数量的分配的和替代路径; 无线路由器还存储可由无线路由器的处理器执行的帧选择模块,所述帧选择模块在接 收到往返无线末端装置的数据包时, 如果路由器在该特定分配的路径内,则允许数据包沿分配的路径传输,或者 如果路由器在该特定替代路径内并且在网络中存在要求使用替代路径的异常,则允许 数据包沿替代路径传输,或者 如果无线路由器不在分配的或替代路径中,则丢掉数据包。
9. 根据权利要求1所述的过程控制和/或自动化网络, 其中,在无线路由器的存储器中存储的路由表,对于每个无线末端装置规定每使用级 从无线末端装置到主网关装置的预定数量的分配的路径,无线路由器还存储可由无线路由 器的处理器执行的帧选择模块,所述帧选择模块在接收到往返无线末端装置的数据包时, 如果路由器在该特定分配的路径内,则允许数据包沿分配的路径传输,或者如果无线路由 器不在分配的路径中,则丢掉数据包; 其中,每个网络集的并且用于每个层的锚定数据包选择装置还包括可由锚定数据包选 择装置的处理器执行的数据包选择模块,以在同一信息的多个数据包中,选择具有最高质 量的数据包用于重新传输; 及其中,帧选择模块接收来自数据包选择模块的最好数据包,并且将最好数据包的至 少一个拷贝在分配的路径中向目的地或下一层传输。
10. 根据权利要求9所述的过程控制和/或自动化网络,其中,数据包选择模块实施低 密度奇偶校验。
11. 根据权利要求9所述的过程控制和/或自动化网络,其中,数据包选择模块实施负 载平衡协议,以在现场网络集中的各种无线路由器之中分布通信量。
12. 根据权利要求9所述的过程控制和/或自动化网络,其中,数据包选择模块实施 低密度奇偶校验,和 负载平衡协议,以在现场网络集中的各种无线路由器之中分布通信量。
13. 根据权利要求1所述的过程控制和/或自动化网络,其中,在现场网络集中的无线 路由器种的至少一些包括连线到接线盒的无线路由器,所述连线到接线盒的无线路由器包 含在它们的存储器中存储的、关于哪些无线路由器连线到接线盒和它们的相应性能特性的 现场网络集信息,具有现场网络集信息的无线路由器还包括路由模块,所述路由模块使用 现场网络集信息以在现场网络集内动态地路由数据包。
14. 根据权利要求1所述的过程控制和/或自动化网络,其中,在现场网络集中的无线 路由器中的至少一些包括连线到接线盒的无线路由器,其中,包括连线到接线盒的无线路 由器的现场网络集连线到中央控制室。
15. 根据权利要求14所述的过程控制和/或自动化网络,其中,包括连线到接线盒的无 线路由器的现场网络集包括指定的接线盒,所述指定接线盒连线到在中央控制室中的分布 式控制系统。
16. 根据权利要求14所述的过程控制和/或自动化网络,其中,有线连接通过编组柜。
17. 根据权利要求14所述的过程控制和/或自动化网络,其中,有线连接通过接线盒路 由器。
18. -种用于商业或工业处理设施的携带源-目的地通信量的过程控制和/或自动化 网络,所述网络包括: 分布式控制系统,在设施内的中央控制室中; 第一层,包括多个无线末端装置,所述多个无线末端装置从分布式控制系统接收指令, 和/或将数据提供给分布式控制系统,指令和/或数据为数据包的形式,每一个无线末端装 置与一个或多个仪表、远程终端单元、诊断装置、泵、阀、传感器、或储箱液位测量装置相关 联; 第二层,包括多个无线路由器,每一个无线路由器包括存储器和处理器,所述存储器存 储路由表,所述处理器路由数据包; 第三层,包括主无线网关装置,所述主无线网关装置可操作地连接成从分布式控制系 统接收数据包并将数据包传输到分布式控制系统;以及 横跨多个层的多个现场网络集,每个现场网络集包含所述多个无线路由器以及一个或 多个无线网关装置中的一个或多个,其中,每个现场网络集的路由器和网关装置用作单个 路由装置,以将数据包路由到在现场网络集之外的路由器和网关装置,其中,每个现场网络 集中的无线路由器或无线网关装置中的至少一个用作锚定数据包选择装置,使得一旦针对 特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装置,则该源-目的地对之间的所有通 信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作人员动作或预定状况导致用于该特定 的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定数据包选择装置为止, 其中,所述多个无线路由器中的每一个无线路由器的处理器基于存储的路由表,在多 个末端装置与无线网关装置之间跨三个层路由数据包。
19. 根据权利要求18所述的过程控制和/或自动化网络,还包括至少一个编组柜和至 少一个接线盒,所述至少一个接线盒在现场网络集之一内,并且为了通信连线到编组柜。
20. 根据权利要求19所述的过程控制和/或自动化网络,还包括在接线盒与编组柜之 间进行有线通信并与主网关装置进行有线通信的接线盒路由器。
21. 根据权利要求20所述的过程控制和/或自动化网络,其中,在包含接线盒的现场网 络集中的无线路由器配置成用于有线通信,并且连线到接线盒。
22. 根据权利要求21所述的过程控制和/或自动化网络,其中,连线到接线盒的无线路 由器是无线中间装置。
23. 根据权利要求20所述的过程控制和/或自动化网络,其中,连线到接线盒的无线路 由器是无线网关装置。
24. -种在过程控制和/或自动化网络中选择用于源-目的地通信量的路径的方法,所 述过程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置、以及或者一个或多个无线中 间装置和一个或多个无线网关装置或者一个或多个无线中间装置或一个或多个无线网关 装置,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所述一个或多个无线 中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或多个无线网关装置 用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,源-目的地对包括在所 述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置和/或所述一个或多个无线 网关装置之间的链路,选择路径的方法包括: a. 为选中源-目的地对规定最小可靠性要求; b. 规定在选中源-目的地对之间的最小路径数量; c. 确定在选中源-目的地对之间的可能路径; d. 计算可能路径中的每一条的可靠性或者一组或多组可能路径的有效可靠性; e. 通过将可能路径中的每一条或可能路径组的可靠性与规定最小可靠性要求相比较, 识别一条或多条可靠路径或者一个或多个可靠路径组;及 f. 将用于选中源-目的地对的最小数量的路径从识别的可靠路径或识别的可靠路径 组中分配给路由表,并且丢弃超过最小路径数量的识别的可靠路径或识别的可靠路径组, 或者将它们作为替代路径分配给路由表; 其中,无线过程控制和/或自动化网络包括分组成中间现场网络集的多个无线中间 装置和/或分组成网关现场网络集的多个无线网关装置,其中,每个中间现场网络集中的 无线中间装置中的至少一个和每个网关现场网络集中的无线网关装置中的至少一个用作 锚定数据包选择装置,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装 置,则该源-目的地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作 人员动作或预定状况导致用于该特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定 数据包选择装置为止 而且其中,步骤(c)包括确定在源_目的地对之间通过预定数量的现场网络集的指定 的锚定数据包选择装置的可能路径。
25. 根据权利要求24所述的方法,其中,对于无线通信定义多个使用级,步骤(a)规定 用于每个使用级的最小可靠性要求集,及步骤(b)规定用于每个使用级的最小路径数量。
26. 根据权利要求24所述的方法,还包括,如果在步骤(f)中不满足最小路径数量,则 i. 将附加路径或路径组添加到路由表,以提高可靠性、通过量或使延迟最小化; ii. 通过冗余性改进最弱链路的可靠性;及/或 iii. 使用其它射频信道和/或跳频图案。
27. 根据权利要求24所述的方法,还包括规定替代路径的数量,并且将用于个源-目的 地对的规定数量的替代路径分配给路由表,其中,只有在源-目的地路径中的链路或装置 中的任一个中感测到性能的降低,则帧通过规定数量的替代路径和来自步骤(f)的分配的 最小数量的路径被路由。
28. 根据权利要求24所述的方法,还包括:规定用于源-目的地对的最大允许延迟,并 且在步骤(f)中的分配之前,丢弃超过最大允许延迟的任何路径,即使这些路径的确定的 可靠性满足在步骤(e)中所确定的规定的最小可靠性要求。
29. 根据权利要求25所述的方法,还包括:规定用于每个使用级的最大允许延迟,并且 在步骤(f)中的分配之前,丢弃超过用于使用级的最大允许延迟的任何路径,即使这些路 径的确定的可靠性满足在步骤(e)中所确定的规定的最小可靠性要求。
30. 根据权利要求24所述的方法,还包括:规定用于链路的最大允许通过量,表示为 n (L(x,y) ,max),在步骤(f)之前,丢弃不满足对于所有链路y,n (L(x,y)) < n (L(x,y), max)的条件的路径,其中n (L(x,y))代表用于第x条路径的第y个链路的通过量,即使这 些路径的确定的可靠性满足在步骤(e)中所确定的规定的最小可靠性要求。
31. 根据权利要求25所述的方法,其中,动态地调整路由,以当数据帧发生超时时、当 数据帧被识别为重新传输的数据帧时或者当用于在分配的路径中的链路的帧误差概率超 过规定的阈值时,允许分配的和替代路径传递该数据帧,而与使用级无关。
32. 根据权利要求25所述的方法,还包括,在异常信道状况期间,将控制消息发送到无 线中间装置和/或无线网关装置,以路由帧,而与使用级无关。
33. 根据权利要求24所述的方法,其包括:优化用于小于所有选中源-目的地对的组 的路线,并且通过分配的最小数量的路径区分选中源-目的地对组的优先次序,或者专为 选中源-目的地对的组保留分配的最小数量的路径。
34. 根据权利要求24所述的方法,其中,在现场网络集中的无线路由器中的至少一些 包括连线到接线盒的无线路由器,所述连线到接线盒的无线路由器包含在它们的存储器中 存储的、关于哪些无线路由器连线到接线盒和它们的相应性能特性的现场网络集信息,具 有现场网络集信息的无线路由器还包括路由模块,所述路由模块使用现场网络集信息,以 在现场网络集内动态地路由数据包。
35. 根据权利要求24所述的方法,其中,在现场网络集中的无线路由器中的至少一些 包括连线到接线盒的无线路由器,其中,包括连线到接线盒的无线路由器的现场网络集连 线到中央控制室。
36. -种在无线过程控制和/或自动化网络中选择用于源-目的地通信量的路径的方 法,所述无线过程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置、以及或者一个或 多个无线中间装置和一个或多个无线网关装置或者一个或多个无线中间装置或一个或多 个无线网关装置,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所述一个 或多个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或多个无 线网关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,源-目的地 对包括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置和/或所述一个 或多个无线网关装置之间的链路,选择路径的方法包括: a. 为选中源-目的地对指定最大允许端至端延迟; b. 确定在选中源-目的地对之间的可能路径; c. 计算用于可能路径之一的端至端延迟; d. 通过将用于可能路径之一的计算的端至端延迟与最大允许端至端延迟相比较,识别 可接受路径,其中如果计算的端至端延迟等于或小于最大允许端至端延迟,则认为路径是 可接受的; e. 将可接受路径分配给路由表;及 f. 对于在步骤(b)中识别的可能路径中的每一条,重复步骤(c)-(e), 其中,无线过程控制和/或自动化网络包括分组成中间现场网络集的多个无线中间 装置和/或分组成网关现场网络集的多个无线网关装置,其中,每个中间现场网络集中的 无线中间装置中的至少一个和每个网关现场网络集中的无线网关装置中的至少一个用作 锚定数据包选择装置,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装 置,则该源-目的地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作 人员动作或预定状况导致用于该特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定 数据包选择装置为止, 而且其中,步骤(b)包括确定在源-目的地对之间通过预定数量的现场网络集的指定 的锚定数据包选择装置的可能路径。
37. 根据权利要求36所述的方法,其中,在步骤(a)处,为选中源-目的地对规定最小 可靠性要求和最小路径数量,方法还包括: 计算可接受路径中的每一条或可接受路径组的可靠性; 通过将可接受路径中的每一条或可接受路径组的可靠性与规定的最小可靠性要求相 比较,识别一条或多条可靠路径或者路径组;及 将用于选中源-目的地对的最小数量的路径从识别的可靠路径或路径组中分配给路 由表。
38. 根据权利要求36所述的方法,还包括规定替代路径的数量,并且将用于源-目的地 对的规定数量的替代路径分配给路由表,其中,只有在源-目的地路径中的链路或装置中 的任一个中感测到性能的降低,则帧通过规定数量的替代路径和分配的最小数量的路径被 路由。
39. 根据权利要求36所述的方法,还包括 规定用于链路的最大允许通过量,表示为n (L(x,y),max), 丢弃不满足对于所有链路y,n (L(X,y))彡n (L(X,y),max)的条件的路径,其中 n (L(X,y))代表用于第X条路径的第y个链路的通过量。
40. 根据权利要求36所述的方法,其中,为无线通信提供多个使用级,并且步骤(a)为 选中源-目的地对的每个使用级指定最大允许端至端延迟。
41. 根据权利要求40所述的方法,其中,在异常信道状况期间,将控制消息发送到无线 中间装置和/或无线网关装置,以路由帧,而与使用级无关。
42. -种在无线过程控制和/或自动化网络中选择用于源-目的地通信量的路径的方 法,所述无线过程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置的层、以及或者一 个或多个无线中间装置的层和一个或多个无线网关装置的层或者一个或多个无线中间装 置的层或一个或多个无线网关装置的层,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/ 或接收数据,所述一个或多个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数 据,所述一个或多个无线网关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数 据,其中,源-目的地对包括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间 装置和/或所述一个或多个无线网关装置之间的链路,选择路径的方法包括: a. 为选中源-目的地对和为每个层指定最大允许层延迟; b. 确定在选中源-目的地对之间的可能路径; c. 计算在可能路径之一的选中层之一内用于链路或链路集的层延迟; d. 通过将用于该链路或链路集的计算的层延迟与用于选中层的最大允许层延迟相比 较,识别可接受链路或链路集,其中如果计算的层延迟等于或小于用于选中层的最大允许 层延迟,则认为链路或链路集是可接受的; e. 对于剩余层对于可能路径之一的每个层,重复步骤(c)和(d); f. 如果在可能路径之一内的所有链路或链路集识别为可接受的,则将用于选中源-目 的地对的可能路径之一分配给路由表;及 g.对于在步骤(b)中识别的可能路径中的每一条,重复步骤(c)-(f); 其中,无线过程控制和/或自动化网络包括分组成中间现场网络集的多个无线中间 装置和/或分组成网关现场网络集的多个无线网关装置,其中,每个中间现场网络集中的 无线中间装置中的至少一个和每个网关现场网络集中的无线网关装置中的至少一个用作 锚定数据包选择装置,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装 置,则该源-目的地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作 人员动作或预定状况导致用于该特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定 数据包选择装置为止, 而且其中,步骤(b)包括确定在源-目的地对之间通过预定数量的现场网络集的指定 的锚定数据包选择装置的可能路径。
43. 根据权利要求42所述的方法,其中,在步骤(a)处,为选中源-目的地对规定最小 可靠性要求和最小路径数量,方法还包括: 计算可接受路径中的每一条或可接受路径组的可靠性; 通过将可接受路径中的每一条或可接受路径组的可靠性与规定的最小可靠性要求相 比较,识别一条或多条可靠路径或者路径组;及 将用于选中源-目的地对的最小数量的路径从识别的可靠路径或路径组中分配给路 由表。
44. 根据权利要求43所述的方法,还包括规定替代路径的数量,并且将用于源-目的地 对的规定数量的替代路径分配给路由表,其中,只有在源-目的地路径中的链路或装置中 的任一个中感测到性能的降低,则帧通过规定数量的替代路径和分配的最小数量的路径被 路由。
45. 根据权利要求42所述的方法,还包括 规定用于链路的最大允许通过量,表示为n (L(x,y),max),和 丢弃不满足对于所有链路y,n (L(X,y))彡n (L(X,y),max)的条件的路径,其中 n (L(X,y))代表用于第X条路径的第y个链路的通过量。
46. 根据权利要求42所述的方法,其中,为无线通信定义多个使用级,并且步骤(a)为 选中源-目的地对的每个使用级指定最大允许层延迟。
47. 根据权利要求46所述的方法,其中,在异常信道状况期间,将控制消息发送到无线 中间装置和/或无线网关装置,以路由帧,而与使用级无关。
48. -种在无线过程控制和/或自动化网络中选择用于源-目的地通信量的路径的方 法,所述无线过程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置的层、以及或者一 个或多个无线中间装置的层和一个或多个无线网关装置的层或者一个或多个无线中间装 置的层或一个或多个无线网关装置的层,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/ 或接收数据,所述一个或多个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数 据,所述一个或多个无线网关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数 据,其中,源-目的地对包括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间 装置和/或所述一个或多个无线网关装置之间的链路,选择路径的方法包括: a. 为选中源-目的地对和为用于选中源-目的地对的每个层指定最大允许端至端延迟 和最大允许层延迟; b. 确定在选中源-目的地对之间的可能路径; c. 计算用于可能路径之一的端至端延迟; d. 通过将用于可能路径之一的计算的端至端延迟与最大允许层延迟相比较,识别潜在 可接受路径,其中如果计算的端至端延迟等于或小于最大允许端至端延迟,则认为路径是 潜在可接受的; e. 计算用于在潜在可接受路径中的层之一内的链路或链路集的层延迟; f. 通过将用于该链路或链路集的计算的层延迟与用于该层之一的最大允许层延迟相 比较,识别在该层之一内的可接受链路或链路集,其中如果计算的层延迟等于或小于用于 该层之一的最大允许层延迟,则认为链路或链路集是可接受的; g. 对于在潜在可接受路径的每个层内的链路或链路集,重复步骤(e)和(f); h. 如果在可能路径之一内的所有链路或链路集识别为可接受的,则将用于选中源-目 的地对的潜在可接受路径分配给路由表;及 i. 对于在步骤(b)中识别的可能路径中的每一条,重复步骤(c)-(h), 其中,无线过程控制和/或自动化网络包括分组成中间现场网络集的多个无线中间 装置和/或分组成网关现场网络集的多个无线网关装置,其中,每个中间现场网络集中的 无线中间装置中的至少一个和每个网关现场网络集中的无线网关装置中的至少一个用作 锚定数据包选择装置,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装 置,则该源-目的地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作 人员动作或预定状况导致用于该特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定 数据包选择装置为止, 而且其中,步骤(b)包括确定在源-目的地对之间通过预定数量的现场网络集的指定 的锚定数据包选择装置的可能路径。
49. 根据权利要求48所述的方法,其中,在步骤(a)处,为选中源-目的地对规定最小 可靠性要求和最小路径数量,方法还包括: 计算可接受路径中的每一条或可接受路径组的可靠性; 通过将可接受路径中的每一条或可接受路径组的可靠性与规定最小可靠性要求相比 较,识别一条或多条可靠路径或者路径组;及 将用于选中源-目的地对的最小数量的路径从识别的可靠路径或路径组中分配给路 由表。
50. 根据权利要求49所述的方法,还包括规定替代路径的数量,并且将用于源-目的地 对的规定数量的替代路径分配给路由表,其中,如果在源-目的地路径中的链路或装置中 的任一个中检测到性能的降低,则帧通过规定数量的替代路径和分配的最小数量的路径被 路由。
51. 根据权利要求48所述的方法,还包括 规定用于链路的最大允许通过量,表示为n (L(x,y),max),和 丢弃不满足对于所有链路y,n (L(X,y))彡n (L(X,y),max)的条件的路径,其中 n (L(X,y))代表用于第X条路径的第y个链路的通过量。
52. 根据权利要求48所述的方法,其中,为无线通信提供多个使用级,并且步骤(a)为 选中源_目的地对的每个使用级指定最大允许端至端延迟和最大允许层延迟。
53. 根据权利要求52所述的方法,其中,在异常信道状况期间,将控制消息发送到无线 中间装置和/或无线网关装置,以路由帧,而与使用级无关。
54. -种将无线过程控制和/或自动化网络与用于携带源-目的地通信量的有线网络 相集成的方法,所述方法包括: (1) .确定和选择用于有线/无线集成的现有接线盒; (2) .提供针对有线连接进行了修改的多个无线路由器; (3) .安装修改的无线路由器,并且将它们连线到为集成选中的现有接线盒; (4) .确定多个现场网络集,每个现场网络集包括至少一个修改的无线路由器以及接线 盒和/或无线路由器中的一个或多个,其中,每个现场网络集中的无线路由器中的至少一 个用作锚定数据包选择装置,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包 选择装置,则该源-目的地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直 至操作人员动作或预定状况导致用于该特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同 的锚定数据包选择装置为止; (5) .对于每个源-目的地对,确定锚定数据包选择装置,通过所述锚定数据包选择装 置,路由用于该源-目的地对的所有通信量; (6) .确定每源-目的地对每使用级的路径总数g ; (7) .设置计数器h; (8) .确定用于第h个源-目的地对每使用级的路径集,所述路径集遭受包括最大层延 迟、最大端至端延迟、最大通过量、最小链路可靠性水平、每使用级要求的最小可靠性、用于 修改的无线路由器的CPU最大使用水平、每路径的最大链路数量的一个或多个选中约束条 件或者上述约束条件中的至少一个的组合; (9) .确定路径集是否满足所有选中约束条件; (10) .如果满足约束条件,则h递增1 ; (11) .如果h =g,则分配用于源-目的地对的每使用级路径集。
55. -种用来控制无线过程控制和/或自动化网络的通信路径优化系统,所述无线过 程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置、以及或者一个或多个无线中间装 置和一个或多个无线网关装置或者一个或多个无线中间装置或一个或多个无线网关装置, 所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所述一个或多个无线中间装 置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或多个无线网关装置用来分 配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,至少一个源-目的地对包括在 所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置和/或所述一个或多个无 线网关装置之间的多个链路,通信路径优化系统包括: 存储器,其存储 为选中源-目的地对规定最小可靠性要求的路由规则集,和 在选中源-目的地对之间的规定的最小路径数量; 处理器,其耦接到存储器;及 路线优化模块,可由处理器执行,并且可操作用于将由路线优化模块的执行生成的分 配的可靠路径传输到用来指令所述一个或多个无线网关装置和/或无线中间装置中的至 少一个的路由表,所述路线优化模块包括: 路径确定子模块,用来确定在选中源-目的地对之间的可能路径; 可靠性计算子模块,用来计算可能路径中的每一条的可靠性或者一组或多组可能路径 的有效可靠性; 可靠路径识别子模块,用来通过将可能路径中的每一条或可能路径组的可靠性与在路 由规则集中规定的最小可靠性要求相比较,识别一条或多条可靠路径或者一个或多个可靠 路径组;及 路径分配子模块,用来将用于选中源-目的地对的在路由规则集中规定的最小数量的 路径从识别的可靠路径或识别的可靠路径组中分配给路由表,并且丢弃超过最小路径数量 的识别的可靠路径或识别的可靠路径组,或者将它们作为替代路径分配给路由表; 其中,路径确定子模块用于确定在选中源-目的地对之间通过在定义现场网络集中的 指定的锚定点的可能路径,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了锚定点,则该源-目的 地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定点,直至操作人员动作或预定状况导致用于该 特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定点为止。
56. 根据权利要求55所述的通信路径优化系统,其中,执行路线优化模块的处理器驻 留在无线网关装置中。
57. 根据权利要求55所述的通信路径优化系统,其中,无线过程控制和/或自动化网络 包括多个无线网关装置,其中,执行路线优化模块的无线网关装置是主无线网关装置。
58. 根据权利要求55所述的通信路径优化系统,其中,执行路线优化模块的处理器驻 留在与无线网关装置分离的计算装置中。
59. -种用来控制无线过程控制和/或自动化网络的通信路径优化系统,所述无线过 程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置、以及或者一个或多个无线中间装 置和一个或多个无线网关装置或者一个或多个无线中间装置或一个或多个无线网关装置, 所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所述一个或多个无线中间装 置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或多个无线网关装置用来分 配数据路径、或传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,至少一个源-目的地对包括 在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置和/或所述一个或多个 无线网关装置之间的链路,通信路径优化系统包括: 存储器,其存储 为选中源-目的地对规定最大允许端至端延迟的路由规则集; 处理器,其耦接到存储器;及 端至端延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于将由端至端延迟最小化模 块的执行生成的分配的可接受路径传输到用来指令所述一个或多个无线网关装置和/或 无线中间装置中的至少一个的路由表,所述端至端延迟最小化模块包括: 路径确定子模块,用来确定在选中源-目的地对之间的可能路径; 端至端延迟计算子模块,用来计算用于可能路径之一的端至端延迟; 路径识别子模块,用来通过将用于可能路径之一的计算的端至端延迟与最大允许端至 端延迟相比较,识别可接受路径,其中,如果计算的端至端延迟等于或小于最大允许端至端 延迟,则认为路径是可接受的;及 路径分配子模块,用来将可接受路径分配给路由表, 其中,端至端延迟计算子模块、路径识别子模块及路径分配子模块对于在路径确定子 模块中识别的可能路径中的每一条被执行; 其中,路径确定子模块用于确定在选中源-目的地对之间通过在定义现场网络集中的 指定的锚定点的可能路径,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了锚定点,则该源-目的 地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定点,直至操作人员动作或预定状况导致用于该 特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定点为止。
60. -种用来控制无线过程控制和/或自动化网络的通信路径优化系统,所述无线过 程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置的层、以及或者一个或多个无线中 间装置的层和一个或多个无线网关装置的层或者一个或多个无线中间装置的层或一个或 多个无线网关装置的层,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所 述一个或多个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或 多个无线网关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,至少 一个源-目的地对包括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置 和/或所述一个或多个无线网关装置之间的链路,通信路径优化系统包括: 存储器,其存储 为选中源-目的地对规定最大允许层延迟的路由规则集; 处理器,其耦接到存储器;及 层延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于将由层延迟最小化模块的执行 生成的分配的可接受路径传输到用来指令所述一个或多个无线网关装置和/或无线中间 装置中的至少一个的路由表,所述层延迟最小化模块包括: 路径确定子模块,用来确定在选中源-目的地对之间的可能路径; 层延迟计算子模块,用来计算用于可能路径之一的端至端延迟; 链路识别子模块,用来通过将用于链路或链路集的计算的层延迟与用于该层之一的最 大允许层延迟相比较,识别该可接受链路或链路集,其中,如果计算的层延迟等于或小于用 于该层之一的最大允许层延迟,则认为链路或链路集是可接受的;及 路径分配子模块,用来将可接受路径分配给路由表, 其中,层延迟计算子模块和链路识别子模块对于可能路径之一的每个层被执行,及 其中,层延迟计算子模块、链路识别子模块及路径分配子模块对于在路径确定子模块 中识别的可能路径中的每一条被执行; 其中,路径确定子模块用于确定在选中源-目的地对之间通过在定义现场网络集中的 指定的锚定点的可能路径,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了锚定点,则该源-目的 地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定点,直至操作人员动作或预定状况导致用于该 特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定点为止。
61. -种用来控制无线过程控制和/或自动化网络的通信路径优化系统,所述无线过 程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置的层、以及或者一个或多个无线中 间装置的层和一个或多个无线网关装置的层或者一个或多个无线中间装置的层或一个或 多个无线网关装置的层,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所 述一个或多个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或 多个无线网关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,至少 一个源-目的地对包括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置 和/或所述一个或多个无线网关装置之间的链路,通信路径优化系统包括: 存储器,其存储 为选中源-目的地对规定最大允许层延迟和最大允许端至端延迟的路由规则集; 处理器,其耦接到存储器;及 路径确定模块,用来确定在选中源-目的地对之间的可能路径; 端至端延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于识别由端至端延迟最小化 模块的执行生成的潜在可接受路径,所述端至端延迟最小化模块包括: 端至端延迟计算子模块,用来计算用于可能路径之一的端至端延迟; 路径识别子模块,用来通过将用于可能路径之一的计算的端至端延迟与最大允许端至 端延迟相比较,识别潜在可接受路径,其中,如果计算的端至端延迟等于或小于最大允许端 至端延迟,则认为路径是潜在可接受的;及 层延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于将由层延迟最小化模块的执行 生成的分配的可接受路径传输到用来指令所述一个或多个无线网关装置和/或无线中间 装置中的至少一个的路由表,所述层延迟最小化模块包括: 层延迟计算子模块,用来计算用于潜在可接受路径之一的端至端延迟; 链路识别子模块,用来通过将用于链路或链路集的计算的层延迟与用于该层之一的最 大允许层延迟相比较,识别该可接受链路或链路集,其中,如果的计算层延迟等于或小于用 于该层之一的最大允许层延迟,则认为链路或链路集是可接受的;及 路径分配子模块,用来将可接受路径分配给路由表, 其中,层延迟计算子模块和链路识别子模块对于潜在可接受路径中的每个层被执行, 及 其中,端至端延迟最小化模块和层延迟最小化模块对于在路径确定模块中识别的可能 路径中的每一条被执行; 其中,路径确定子模块用于确定在选中源-目的地对之间通过在定义现场网络集中的 指定的锚定点的可能路径,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了锚定点,则该源-目的 地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定点,直至操作人员动作或预定状况导致用于该 特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定点为止。
62. -种用来控制无线过程控制和/或自动化网络的通信路径优化系统,所述无线过 程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置的层、以及或者一个或多个无线中 间装置的层和一个或多个无线网关装置的层或者一个或多个无线中间装置的层或一个或 多个无线网关装置的层,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所 述一个或多个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或 多个无线网关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,至少 一个源-目的地对包括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置 和/或所述一个或多个无线网关装置之间的链路,通信路径优化系统包括: 存储器,其存储 为选中源-目的地对规定最大允许层延迟和最大允许端至端延迟的路由规则集; 处理器,其耦接到存储器;及 路径确定模块,用来确定在选中源_目的地对之间通过现场网络集的指定的锚定数据 包选择装置的可能路径,现场网络集包括无线中间装置和/或无线网关装置组,使得一旦 针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装置,则该源-目的地对之间的所 有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作人员动作或预定状况导致用于该 特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定数据包选择装置为止; 端至端延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于识别由端至端延迟最小化 模块的执行生成的潜在可接受路径,所述端至端延迟最小化模块包括: 端至端延迟计算子模块,用来计算用于可能路径之一的端至端延迟; 路径识别子模块,用来通过将用于可能路径之一的计算的端至端延迟与最大允许端至 端延迟相比较,识别潜在可接受路径,其中,如果计算的端至端延迟等于或小于最大允许端 至端延迟,则认为路径是潜在可接受的;及 层延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于将由层延迟最小化模块的执行 生成的分配的可接受路径传输到用来指令所述一个或多个无线网关装置和/或无线中间 装置中的至少一个的路由表,所述层延迟最小化模块包括: 层延迟计算子模块,用来计算用于潜在可接受路径之一的端至端延迟; 链路识别子模块,用来通过将用于链路或链路集的计算的层延迟与用于该层之一的最 大允许层延迟相比较,识别该可接受链路或链路集,其中,如果计算的层延迟等于或小于用 于该层之一的最大允许层延迟,则认为链路或链路集是可接受的;及 路径分配子模块,用来将可接受路径分配给路由表, 其中,层延迟计算子模块和链路识别子模块对于潜在可接受路径中的每个层被执行, 并且 其中,端至端延迟最小化模块和层延迟最小化模块对于在路径确定模块中识别的可能 路径中的每一条被执行。
63. -种在无线过程控制和/或自动化网络中选择路径的方法,所述无线过程控制和/ 或自动化网络包括一个或多个无线末端装置的层、以及或者一个或多个无线中间装置的层 和一个或多个无线网关装置的层或者一个或多个无线中间装置的层或一个或多个无线网 关装置的层,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所述一个或多 个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或多个无线网 关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,源-目的地对包 括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置和/或所述一个或多 个无线网关装置之间的链路,选择路径的方法包括: a. 确定在选中源_目的地对之间的可能路径; b. 通过将可能路径中的每一条或可能路径组的可靠性与规定最小可靠性要求相比较, 识别一条或多条可靠路径或者一个或多个可靠路径组; c. 通过将用于可能路径之一的计算的端至端延迟与最大允许层延迟相比较,识别潜在 可接受路径,其中,如果计算的端至端延迟等于或小于最大允许端至端延迟,则认为路径是 潜在可接受的; d. 通过将用于选中链路或链路集的计算的层延迟与用于选中层的最大允许层延迟相 比较,识别可接受链路或链路集,其中如果计算的层延迟等于或小于用于该层之一的最大 允许层延迟,则认为链路或链路集是可接受的; e. 如果在可能路径之一内的所有链路或链路集在步骤(d)中识别为可接受的,并且如 果潜在可接受路径在步骤(b)中识别为可靠的,则将用于选中源-目的地对的潜在可接受 路径分配给路由表; 其中,无线过程控制和/或自动化网络包括分组成中间现场网络集的多个无线中间 装置和/或分组成网关现场网络集的多个无线网关装置,其中,每个中间现场网络集中的 无线中间装置中的至少一个和每个网关现场网络集中的无线网关装置中的至少一个用作 锚定数据包选择装置,使得一旦针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装 置,则该源-目的地对之间的所有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作 人员动作或预定状况导致用于该特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定 数据包选择装置为止, 而且其中,步骤(a)包括确定在源-目的地对之间通过预定数量的现场网络集的指定 的锚定数据包选择装置的可能路径。
64. -种用来控制无线过程控制和/或自动化网络的通信路径优化系统,所述无线过 程控制和/或自动化网络包括一个或多个无线末端装置的层、以及或者一个或多个无线中 间装置的层和一个或多个无线网关装置的层或者一个或多个无线中间装置的层或一个或 多个无线网关装置的层,所述一个或多个无线末端装置用来传输数据和/或接收数据,所 述一个或多个无线中间装置用来传输数据和/或接收数据并路由接收的数据,所述一个或 多个无线网关装置用来分配数据路径、传输数据、接收数据及路由接收的数据,其中,至少 一个源-目的地对包括在所述一个或多个无线末端装置与所述一个或多个无线中间装置 和/或所述一个或多个无线网关装置之间的链路,通信路径优化系统包括: 存储器,其存储 为选中源-目的地对规定最小可靠性要求的路由规则集, 在选中源-目的地对之间的规定的最小路径数量, 为选中源-目的地对规定最大允许层延迟和最大允许端至端延迟的路由规则集, 包含要由所述一个或多个无线网关装置和/或无线中间装置中的至少一个处理的指 令的路由表; 处理器,其耦接到存储器; 路径确定模块,用来确定在选中源_目的地对之间通过现场网络集的指定的锚定数据 包选择装置的可能路径,现场网络集包括无线中间装置和/或无线网关装置组,使得一旦 针对特定的源-目的地对指定了特定的锚定数据包选择装置,则该源-目的地对之间的所 有通信量将通过该特定的锚定数据包选择装置,直至操作人员动作或预定状况导致用于该 特定的源-目的地对的通信量被重新指定给不同的锚定数据包选择装置为止; 路线优化模块,可由处理器执行,并且可操作用于识别在选中源-目的地对之间的可 靠路径; 端至端延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于识别具有等于或小于最大 允许端至端延迟的计算的端至端延迟的潜在可接受路径;及 层延迟最小化模块,可由处理器执行,并且可操作用于通过将用于选中链路或链路集 的计算的层延迟与用于选中层的最大允许层延迟相比较,识别潜在可接受链路或链路集; 其中,如果在可能路径之一内的所有链路或链路集由层延迟最小化模块和路线优化模 块识别,则将用于选中源-目的地对的潜在可接受路径分配给存储在存储器中的路由表, 及 其中,对于在路径确定模块中识别中的可能路径的每一条,执行端至端延迟最小化模 块和层延迟最小化模块。
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