CN104661277A - 一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法 - Google Patents

一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104661277A
CN104661277A CN201510072337.8A CN201510072337A CN104661277A CN 104661277 A CN104661277 A CN 104661277A CN 201510072337 A CN201510072337 A CN 201510072337A CN 104661277 A CN104661277 A CN 104661277A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
routing
frame
network
key
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510072337.8A
Other languages
English (en)
Inventor
支亚军
张建奇
成斐鸣
王鼎衡
李孟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Astronautic Automatic Co Ltd Xi'an
Original Assignee
Astronautic Automatic Co Ltd Xi'an
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Astronautic Automatic Co Ltd Xi'an filed Critical Astronautic Automatic Co Ltd Xi'an
Priority to CN201510072337.8A priority Critical patent/CN104661277A/zh
Publication of CN104661277A publication Critical patent/CN104661277A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/02—Communication route or path selection, e.g. power-based or shortest path routing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
    • H04W40/24—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update
    • H04W40/32—Connectivity information management, e.g. connectivity discovery or connectivity update for defining a routing cluster membership
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

本发明提供了一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法，骨干路由装置由无线电传输模块和路由模块组成，无线电传输模块完成无线帧收发，并和路由模块进行通信，实现与DL子网的终端设备通信；路由模块通过网络接口模块和网关设备、系统管理器和其他骨干路由装置进行数据包传输，实现DL子网的终端设备骨干路由和IPv6数据包封装解析。本发明最大限度的发挥该标准中骨干网的优势，从而带来网络易扩展、终端设备传输效率高等优势，可以更好的发挥无线传感网系统在工业现场的应用。

Description

一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法
技术领域
本发明涉及一种符合ISA100.11a标准的骨干网路由装置及骨干路由方法，属于工业无线传感网技术领域。
背景技术
ISA100.11a标准作为工业无线传感网的三大标准之一，正在改变着工业现场应用。ISA100.11a标准支持多种网络拓扑，如星型网络拓扑结构、Mesh网络拓扑结构等。星型网络拓扑结构，容易实现，实时性高，但仅限单跳范围。Mesh网络拓扑结构虽然可以提高终端设备之间的通信可靠性，但设备需要较复杂的路由协议支持，消耗更多的软硬件资源，而且会增加数据的传输延迟，这又是传感器网络最致命的缺陷。为了扩大网络覆盖面积而不带来其他问题，该标准同时又引入了骨干网。根据ISA100.11a标准描述，骨干网是一个高速的网络，可以减小数据传输时延，所有现场终端设备可通过骨干路由装置接入骨干网，现场终端设备组成的网络为DL子网。DL子网和骨干网就组成了ISA100.11a网络，如图1所示。
ISA100.11a标准中没有对骨干网络做出明确要求，但骨干路由装置是ISA100.11a网络中的关键设备，既要能够和无线终端进行通信，又能够和系统管理器、网关设备通信。当DL子网终端设备之间传输通信机制采用10ms为一个时隙进行调度时，骨干路由装置要在必须满足10ms的定时调度的基础上，还要和网关设备、其他骨干网设备的通信尽可能保持实时传输。
目前，国际上主流无线传感网科技公司推出的符合ISA100.11a标准的系统均为将网关、系统管理器和骨干路由装置运行在一个处理器模块上，即一体机的模式，未实现可扩展的骨干网络。基于这样的背景，发明一种符合ISA100.11a协议要求的骨干路由装置。
发明内容
本发明的目的是提供了一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法，最大限度的发挥该标准中骨干网的优势，从而带来网络易扩展、终端设备传输效率高等优势，可以更好的发挥无线传感网系统在工业现场的应用。
骨干路由装置与终端设备进行通信，并将符合ISA100.11a标准的帧转换成符合IPv6格式的数据包。同时骨干路由装置具有与网关设备、系统管理器和其他骨干路由装置进行通信的功能。考虑到要保证和DL子网中终端设备的固定时隙调度，采用分布式的设计思想，即将无线通信的协议栈功能通过无线电传输模块来实现；需要进行骨干网数据包接收解析和封装发送的功能通过路由模块来实现。这样保证了DL子网中的10ms时隙调度的实时性和准确性。
本发明的技术方案是：一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置，其特征是：骨干路由装置由无线电传输模块和路由模块组成，无线电传输模块包括射频模块、微处理器模块和本地接口模块；路由模块包括本地接口模块、微处理器模块和网络接口模块。
无线电传输模块实现与DL子网的终端设备通信的功能。主要完成无线帧收发，并和路由模块进行通信；无线通信采用2.4G带宽，满足IEEE 802.15.4协议要求。
路由模块实现DL子网的终端设备骨干路由和IPv6数据包封装解析的功能。通过网络接口模块和网关设备、系统管理器和其他骨干路由装置进行数据包传输。
网络接口模块通过Socket传输机制发送和接收网络数据包，数据包的格式采用IPv6版本协议。
本地接口模块采用UART串行接口，能够满足两个模块间的通信要求。
在微处理器上运行协议栈软件，该协议栈软件主要包括DMAP模块、ASL模块、TL模块、NL模块、U-Link模块、DL模块和IEEE802.15.4 MAC模块。
射频模块实现IEEE 802.15.4物理层功能。
一种符合ISA100.11a标准的骨干路由方法，其特征在于所述路由方法包括骨干路由装置入网过程和骨干路由转发过程，
其中骨干路由装置入网过程如下：骨干路由装置上电初始化后，由无线电传输模块中的DMAP模块发起入网请求，通过U-link模块将数据帧发送给路由模块；当路由模块接收到入网请求后，先给无线电传输模块回复ACK帧，并进行IPv6数据包封装，封装完成后再通过网络接口以Socket机制发送给系统管理器；
当路由模块接收到来自系统管理器的入网响应数据后，将数据包解析分段后通过串口模块送给无线电传输模块的U-Link模块；U-link模块对接收的帧进行解析后，再送给协议栈的TL层模块，最终由DMAP模块进行响应处理，完成入网过程；
所述骨干路由转发过程如下：骨干路由装置入网完成后，无线电传输模块通过射频模块按照分配的时隙周期性发送广播帧，并在固定时隙接收数据帧；当射频模块接收到来自DL子网的终端设备的帧后，送给DL模块，DL模块进行目标地址判断，如果目标地址为该骨干路由装置，则将数据帧送给NL模块，进行协议栈内部处理；如果目标地址为系统管理器或网关等其他设备，则将数据帧送给U-link模块，U-link模块再通过本地接口将数据帧送给路由模块；路由模块接收后先回复ACK帧，再进行数据帧解析判断；如果数据帧是分段的数据，则先将数据缓存；当接收到其余分段数据后，进行重组，并封装成符合IPv6格式的数据包通过网络接口发送；否则，直接将数据帧进行封装并通过网络接口发送；
当路由模块接收到来自骨干网的数据包，进行解析，判断目标地址是否为该骨干路由装置的地址；如果不是，则进行骨干路由转发；否则，进行DL子网数据分发过程；判断该数据包是否需要分段，如果需要分段，则进行分段处理，再封装成符合ISA100.11a协议的数据帧，通过本地接口送给无线电模块；否则直接封装数据帧送给无线电模块，这样完成骨干路由转发的过程。
发明效果
本发明提出一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置，在具有骨干网情况下，有效的解决了在维护DL子网运行的同时保证了网络传输的实时性和可靠性的问题。通过该装置，可以容易实现骨干路由网络的设备扩展，提高工业传感网的应用规模和范围。
附图说明
图1是ISA100.11a标准中具有骨干路由装置的网络拓扑图。
图2是骨干路由装置硬件模块示意图。
图3是骨干路由装置软件模块示意图。
图4是骨干路由装置入网过程信令图。
图5是骨干路由装置转发数据信令图。
图6是路由模块接收数据帧的处理流程图。
图7是路由模块接收网络数据包的处理流程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图2所示，骨干路由装置由无线电传输模块和路由模块组成，无线电传输模块包括射频模块、微处理器和本地接口模块；路由模块包括本地接口模块、微处理器模块和网络接口模块。
如图3所示，微处理器上运行协议栈软件，该协议栈软件主要包括DMAP模块、ASL模块、TL模块、NL模块、U-Link模块、DL模块和IEEE 802.15.4 MAC模块；射频模块实现IEEE 802.15.4物理层功能。
骨干路由装置在上电后，需要完成入网过程。无线电传输模块负责入网执行流程。
骨干路由装置上电初始化后，无线电传输模块发起入网请求命令到路由模块，路由模块回复ACK帧并解析该请求命令，通过网络接口将该请求发送给系统管理器。当路由模块接收到来自骨干网的数据包时，通过目的地址来判断是否送给无线电传输模块；如果目的地址匹配则通过本地接口模块送给无线电传输模块；否则通过网络接口模块进行转发。
入网完成后，无线电传输模块根据配置的参数周期性发送广播帧。当有新的终端设备发起入网请求时，无线电传输模块的射频模块接收到帧，送给协议栈的DL模块，DL模块根据目标地址判断是否要进行骨干路由转发。如果要进行转发，则将该帧送给U-Link模块，该模块再通过本地接口将数据帧送给路由模块，路由模块进行封装并通过网络接口发送。当路由模块接收到来自骨干网的数据包后，进行解析并通过本地接口送给无线电传输模块；无线电传输模块的U-Link模块进行目标地址判断，进行本地协议栈处理或进行无线链路转发。
路由模块接收来自无线电模块发送的数据帧后，给无线电模块发送确认(ACK)帧，来表示收到数据，同时ACK帧中携带时间同步信息。ACK帧携带时间同步信息，详细帧格式如表1。无线电模块接收到路由模块的数据帧，也同样需要回复ACK帧，来指示确认信息；该ACK帧的格式与表1基本一致，但不携带时间同步信息。
表1  ACK帧的格式
Byte1 Byte1 Payload Byte 2
MsgType LOCAL_CMD_IDS Time CRC
通过两个过程描述本发明的内容。
一、骨干路由装置入网的流程
如图3、图4所示，骨干路由装置上电初始化后，由无线电传输模块中的DMAP模块发起入网请求，通过U-link模块将数据帧发送给路由模块。当路由模块接收到入网请求后，先给无线电传输模块回复ACK帧，并进行IPv6数据包封装。封装完成后再通过网络接口，以Socket机制进行发送。
当路由模块接收到来自系统管理器的入网响应数据后，将数据包解析分段后通过串口模块送给无线电传输模块的U-Link模块；U-link模块对接收的帧进行解析后，再送给协议栈的TL层模块，最终由DMAP模块进行响应处理，完成入网过程。
二、骨干路由转发流程
如图3、图5所示，骨干路由装置入网完成后，无线电传输模块通过射频模块按照分配的时隙周期性发送广播帧，并在固定时隙接收数据帧。当MAC模块接收到来自DL子网的终端设备的帧后，送给DL模块，DL模块进行目标地址判断，如果目标地址为该骨干路由装置，则将数据帧送给NL模块，进行协议栈内部处理；如果目标地址为系统管理器或网关等其他设备，则将数据帧送给U-link模块，U-link模块再通过本地接口将数据帧送给路由模块。
如图6所示，路由模块接收后先回复ACK帧，再进行数据帧解析判断。如果数据帧是分段的数据，则先将数据缓存；当接收到其余分段数据后，进行重组，并封装成符合IPv6格式的数据包通过网络接口发送。否则，直接将数据帧进行封装并通过网络接口发送。
如图7所示，当路由模块接收到来自骨干网的数据包，进行解析，判断目标地址是否为该骨干路由装置的地址。如果不是，则进行骨干路由转发；否则，进行DL子网数据分发过程；判断该数据包是否需要分段，如果需要分段，则进行分段处理，再封装成符合ISA100.11a协议的数据帧，通过本地接口送给无线电模块；否则直接封装数据帧送给无线电模块。这样完成骨干路由转发的过程。

Claims (3)

1.一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置，其特征是：骨干路由装置由无线电传输模块和路由模块组成，无线电传输模块包括射频模块、微处理器模块和本地接口模块；路由模块包括本地接口模块、微处理器模块和网络接口模块；
其中无线电传输模块完成无线帧收发，并和路由模块进行通信，实现与DL子网的终端设备通信；
路由模块通过网络接口模块和网关设备、系统管理器和其他骨干路由装置进行数据包传输，实现DL子网的终端设备骨干路由和IPv6数据包封装解析；
网络接口模块通过Socket传输机制发送和接收网络数据包，数据包的格式采用IPv6版本协议；
在微处理器上运行协议栈软件，该协议栈软件包括DMAP模块、ASL模块、TL模块、NL模块、U-Link模块、DL模块和IEEE 802.15.4MAC模块；
射频模块实现IEEE 802.15.4物理层功能；
本地接口模块采用UART串行接口，能够满足无线电传输模块和路由模块之间的通信要求。
2.如权利要求1所述的一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置，其特征在于所述路由方法包括骨干路由装置入网过程和骨干路由转发过程，
其中骨干路由装置入网过程如下：骨干路由装置上电初始化后，由无线电传输模块中的DMAP模块发起入网请求，通过U-link模块将数据帧发送给路由模块；当路由模块接收到入网请求后，先给无线电传输模块回复ACK帧，并进行IPv6数据包封装，封装完成后再通过网络接口以Socket机制发送给系统管理器；
当路由模块接收到来自系统管理器的入网响应数据后，将数据包解析分段后通过串口模块送给无线电传输模块的U-Link模块；U-link模块对接收的帧进行解析后，再送给协议栈的TL层模块，最终由DMAP模块进行响应处理，完成入网过程；
所述骨干路由转发过程如下：骨干路由装置入网完成后，无线电传输模块通过射频模块按照分配的时隙周期性发送广播帧，并在固定时隙接收数据帧；当射频模块接收到来自DL子网的终端设备的帧后，送给DL模块，DL模块进行目标地址判断，如果目标地址为该骨干路由装置，则将数据帧送给NL模块，进行协议栈内部处理；如果目标地址为系统管理器或网关等其他设备，则将数据帧送给U-link模块，U-link模块再通过本地接口将数据帧送给路由模块；路由模块接收后先回复ACK帧，再进行数据帧解析判断；如果数据帧是分段的数据，则先将数据缓存；当接收到其余分段数据后，进行重组，并封装成符合IPv6格式的数据包通过网络接口发送；否则，直接将数据帧进行封装并通过网络接口发送；
当路由模块接收到来自骨干网的数据包，进行解析，判断目标地址是否为该骨干路由装置的地址；如果不是，则进行骨干路由转发；否则，进行DL子网数据分发过程；判断该数据包是否需要分段，如果需要分段，则进行分段处理，再封装成符合ISA100.11a协议的数据帧，通过本地接口送给无线电模块；否则直接封装数据帧送给无线电模块，这样完成骨干路由转发的过程。
3.如权利要求2所述的一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置，其特征在于ACK帧格式如下
ACK帧的格式
Byte1 Byte1 Payload Byte 2 MsgType LOCAL_CMD_IDS Time CRC
CN201510072337.8A 2015-02-11 2015-02-11 一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法 Pending CN104661277A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510072337.8A CN104661277A (zh) 2015-02-11 2015-02-11 一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510072337.8A CN104661277A (zh) 2015-02-11 2015-02-11 一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104661277A true CN104661277A (zh) 2015-05-27

Family

ID=53251856

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510072337.8A Pending CN104661277A (zh) 2015-02-11 2015-02-11 一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104661277A (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009155411A2 (en) * 2008-06-18 2009-12-23 Emerson Process Management Lllp System and method for wireless process communication over distinct networks
CN104202762A (zh) * 2014-09-16 2014-12-10 西安航天自动化股份有限公司 一种时隙信跳监听验证系统及验证方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009155411A2 (en) * 2008-06-18 2009-12-23 Emerson Process Management Lllp System and method for wireless process communication over distinct networks
CN104202762A (zh) * 2014-09-16 2014-12-10 西安航天自动化股份有限公司 一种时隙信跳监听验证系统及验证方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
支亚军等: "基于ISA100.11 a标准的工业传感网系统设计", 《自动化与仪表》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10554795B2 (en) Uplink transmission method, related device, and system
CN110213799A (zh) 一种下行小数据传输方法及装置
US10560976B2 (en) Mechanism for realizing LWA/LWIP aggregator function
CN110035453A (zh) 数据处理方法及相关设备
US20130077557A1 (en) Method and system for transmitting information in relay communication network
WO2018148893A1 (zh) 数据传输方法和设备
CN106131974A (zh) Lte专网基于无线回传的组网方法及其系统
CN107528721B (zh) 一种Android移动终端中利用MAC地址自动组网及数据转发方法
CN106465223A (zh) 数据传输方法及基站
CN103609050A (zh) 一种空口传输方法及相关设备、系统
CN112751703B (zh) 通信网络的组建方法、装置、电子设备与存储介质
CN102065471B (zh) 中继通信网络中的传输方法及系统
CN107181614B (zh) 一种wifi网络及其组网方法和数据传输方法
JP2024504466A (ja) パケット転送方法、パケット処理方法、およびデバイス
CN104618213A (zh) 一种报文传输的方法和设备
CN103152728A (zh) 一种远程连接建立方法及装置
JP6432294B2 (ja) 通信システム、通信システムの制御方法、及びプログラム
WO2016161761A1 (zh) 数据传输方法及装置
CN102742317B (zh) 通信系统、方法及设备
CN103795627A (zh) 三层本地转发方法和设备
CN104661277A (zh) 一种符合ISA100.11a标准的骨干路由装置和路由方法
US20190386872A1 (en) Bearer Configuration Method and Related Products
CN103259623A (zh) 一种数据传输方法及装置
CN102647768A (zh) 基于lte-lan的报文转发方法及装置
CN116326168A (zh) 无线通信中的信令交换方案

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150527